CN104612040B - 一种双向摇摆桥墩铰 - Google Patents

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    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/042—Mechanical bearings

Abstract

本发明公开一种双向摇摆桥墩铰。该装置包括矩形中空核心筒，整体悬挂套筒以及外部连接保护套筒。整体悬挂套筒由一个刚性转轴，两个刚性支架，两个刚性托板，四个刚性挡块，两个铰链轴以及矩形中空外套筒组成。矩形中空外套筒与刚性托板焊接，并通过刚性转轴和刚性支架安装于矩形中空核心筒两端的预留半圆形凹槽内。外部连接保护套筒由低屈服点的薄钢板制成，并与上、下部两个整体悬挂套筒焊接。本发明概念清晰，原理明确，易于生产，便于维修，可安装在桥墩上易产生塑性铰的区域，减轻桥梁结构在地震作用下的破坏。

Description

一种双向摇摆桥墩铰
技术领域
本发明涉及桥梁工程的建设领域，尤其是涉及一种可双向摇摆桥墩铰构造方式。
技术背景
我国是地震多发国家，尤其是西部地区，阿尔卑斯地震带(也称欧亚地震带)贯穿我国西南地区，导致这些地方的地震灾害较频繁。由于我国西部地区主要是山区，地形复杂，公路、铁路沿线的桥梁和隧道很多，其中桥梁以梁式桥为主，简支梁桥居多。
历次震害调查表明：地震中连续梁桥比简支梁桥的破坏更严重，而且连续梁桥相对于简支梁桥而言支座和上部结构的震害都较轻，地震能量主要靠下部结构的墩柱来消耗，墩柱的折断是导致连续梁桥出现倒塌的主要原因。
为了避免桥梁墩柱在地震中发生脆性破坏，美日等发达国家率先提出了延性抗震设计理念和能力保护设计方法，并将这一理论成功写入规范并应用到工程实际。由于我国的桥梁抗震工作起步较晚(1976年唐山大地震后才开始重视)，直到2008年才将这一理论写入公路桥梁抗震设计的相关规范和细则中。在我国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中明确规定按照延性抗震设计理论的一个重要原则—能力保护原则，将桥梁墩柱按延性构件进行设计，将盖梁、基础和结点等按能力保护构件进行设计。即使下部结构各构件之间形成强度等级差异，以确保钢筋混凝土桥墩在地震中首先发生弹塑性变形而盖梁、基础等作为能力保护构件不超出弹性的范围，从而防止结构在地震中出现突然的脆性破坏模式。墩柱等延性构件的设计主要是通过预先确定潜在塑性铰的合理位置，以保证结构在地震作用下形成一个适当的塑性耗能机制。一般潜在塑性应选择在易于发现且便于修复的位置，对于独柱式桥墩，一般选择在墩柱底部，对于框架墩一般选择在墩柱的顶部或底部。
鉴于延性抗震设计理论在我国桥梁抗震设计中应用时间相对较短，加上地震荷载的特殊性和复杂性，致使该理论在实际应用中难免存在一些不足之处，其理论的合理性还需要经过以后发生的大地震的考验。因此本发明可双向摇摆桥墩铰构造方式通过预埋在上下两个矩形中空外套筒中的钢筋安装于桥墩中可能形成塑性铰的位置。正常使用状态下，由外部连接保护套筒将上下两个外套筒焊接，且焊缝的强度能保证桥墩的正常工作。当地震作用，首先被破坏的是外连接保护套筒与上下两个外套筒之间的连接，并且耗散部分地震能量。此外外部连接保护套筒的屈服点较低，易变形的能力为上下两个悬挂套筒的转动创造条件，当位移较大，悬挂支架相对核心套筒相应产生较大的转角，此时刚性挡块开始工作，将转角限制在可控的范围，从而达到桥梁结构的减震效果，大大减轻桥梁结构在地震中可能出现的破坏。
发明内容：
本发明公开一种双向摇摆桥墩铰，该装置在地震作用下可形成人工塑性铰，其双向摇摆作用可达到隔震的效果，从而减轻桥梁结构的地震灾害。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双向摇摆桥墩铰，其包括矩形中空核心筒，整体悬挂套筒以及外部保护套筒。所述整体悬挂套筒由矩形中空外套筒，刚性转轴，刚性支架，刚性托板和刚性挡块组成；所述矩形中空外套筒通过与所述刚性托板焊接，并通过所述刚性转轴安装于所述矩形中空核心筒两端的预留半圆形凹槽内，同时焊接在刚性托板两侧的刚性挡块又能限制刚性支架的转动幅度，使得所述整体悬挂套筒在地震力作用下可相对所述矩形中空核心筒在一定角度范围内转动；所述整体悬挂套筒上下各一个，其通过外部连接保护套筒焊接形成一个整体，使得所述整体悬挂套筒在正常使用状态下不产生转动，保证上部结构的安全。
进一步地，所述矩形中空核心筒由高强钢制成，在所述矩形中空核心筒的上下底面各设置有一个半圆形凹槽，且所述这两个半圆形凹槽的开口位于不同的侧面上，用于安装转动方向正交的悬挂支架。
进一步地，所述整体悬挂套筒由矩形中空外套筒，刚性转轴，刚性支架，刚性托板和刚性挡块组成。所述刚性转轴和所述刚性支架固结形成整体，所述刚性支架和所述刚性托板通过所述铰链轴铰接并可相对转动。在所述刚性托板上在所述刚性支架两侧焊接有限制刚性支架转动角度的刚性挡块。上、下部悬挂支架可分别在与各自转轴垂直的平面内转动，由于上下部悬挂支架的转轴方向垂直，故上下部悬挂支架的转动方向彼此正交。
进一步地，所述刚性转轴直接安装于所述矩形中空核心筒上下断面预留的半圆形凹槽内，且所述刚性转轴的半径小于所述矩形中空核心筒上下端面预留的半圆形凹槽，使得转轴可在凹槽内自由转动。
进一步地，所述两个矩形中空外套筒由高强钢组成，并与所述悬挂支架上的刚性托板的侧面焊接并形成一个整体悬挂套筒。
进一步地，所述上部整体悬挂套筒通过预留在上部整体悬挂套筒上部的钢筋与桥墩相连，所述下部整体悬挂套筒通过预留在下部整体悬挂套筒下部的钢筋与基础相连。
进一步地，所述外部连接保护套筒由低屈服点的薄钢板制成，其尺寸大于所述矩形中空外套筒，并焊接在矩形中空外套筒外部。
本发明的工作机理是：上述可双向摇摆桥墩构造铰装置通过预埋在上下两个矩形中空外套筒中的钢筋安装于桥墩中可能形成塑性铰的位置。正常使用状态下，由外部连接保护套筒将上下两个外套筒焊接，且焊缝的强度能保证桥墩的正常工作。当地震作用，首先被破坏的是外部连接保护套筒与上下两个外套筒之间的连接，并且耗散部分地震能量。此外外部连接保护套筒的屈服点较低，易变形的能力为上下两个悬挂套筒的转动创造条件，当位移较大，悬挂支架相对核心套筒相应产生较大的转角，此时刚性挡块开始工作，将转角限制在可控的范围，从而达到桥梁结构的减震效果，大大减轻桥梁结构在地震中可能出现的破坏。
本发明的优点在于：通过外部连接保护套筒将上下两个矩形中空外套筒焊接形成一个整体，保证该装置在正常使用状态下的工作性能。地震作用下该连接首先被破坏并耗散部分地震能量，其次刚性转轴的存在使得上下两个悬挂套筒可在两个彼此正交的方向上转动，达到隔震的效果。本发明概念清晰，原理明确，易于生产，便于维修。
附图说明
图1为可双向摇摆桥墩铰内部装配构造。
图2为可双向摇摆桥墩铰内部零件。
图3为可双向摇摆桥墩铰组合件。
图4为可双向摇摆桥墩铰构造方式在实际工程的一种应用。
图中：1、刚性转轴，2、刚性支架，3、刚性托板，4、刚性挡块，5、铰链轴，6、矩形中空核心筒，7、矩形中空外套筒，8、整体悬挂套筒，9、外部连接保护套筒。
具体实施方式
一种双向摇摆桥墩铰，其包括矩形中空核心筒6，整体悬挂套筒8以及外部连接保护套筒9。
本实例中，所述整体悬挂套筒8由矩形中空外套筒7，刚性转轴1，刚性支架2，刚性托板3和刚性挡块4组成；所述矩形中空外套筒7通过与所述刚性托板3焊接，并通过所述刚性转轴1安装于所述矩形中空核心筒6两端的预留半圆形凹槽内，同时焊接在刚性托板3两侧的刚性挡块4又能限制刚性支架2的转动幅度，使得所述整体悬挂套筒8在地震力作用下可相对所述矩形中空核心筒6在一定角度范围内转动；所述整体悬挂套筒8上下各一个，其通过外部连接保护套筒9焊接形成一个整体，使得所述整体悬挂套筒8在正常使用状态下不产生转动，保证上部结构的安全。所述矩形中空核心筒6由高强钢制成，在矩形中空核心筒6的上下底面各设置有一个半圆形通槽，且所述这两个半圆形通槽的开口位于不同的侧面上，用于安装转动方向正交的悬挂支架。所述刚性转轴1和所述刚性支架2固结形成整体，所述刚性支架2和所述刚性托板3通过所述铰链轴5铰接并可相对转动；在所述刚性托板3上在所述刚性支架2两侧焊接有限制刚性支架2转动角度的刚性挡块4，所述上、下部悬挂支架可分别在与各自转轴垂直的平面内转动。所述刚性转轴1直接安装于所述矩形中空核心筒6上下断面预留的半圆形凹槽内，且刚性转轴的半径小于核心筒上下端面预留的半圆形凹槽，使得转轴可在凹槽内自由转动。所述矩形中空外套筒7由高强钢组成，并与所述刚性托板3的侧面焊接并形成整体悬挂套筒8。所述上部整体悬挂套筒8通过预留在上部整体悬挂套筒8上部的钢筋与桥墩相连，所述下部整体悬挂套筒8通过预留在下部整体悬挂套筒8下部的钢筋与基础相连。所述外部连接保护套筒9由低屈服点的薄钢板制成，其尺寸大于所述矩形中空外套筒，并焊接在所述矩形中空外套筒外部7。
正常使用状态下，外部链接保护套筒的焊接强度能保证桥墩的正常工作。当地震作用，首先被破坏的是外部连接保护套筒与上下两个外套筒之间的连接，并且耗散部分地震能量。继而安装于核心筒上的转轴开始工作，上、下部整体悬挂套筒相对核心筒的自由转动使得桥梁结构达到减震效果，大大减轻桥梁结构在地震中可能出现的破坏。

Claims (7)

1.一种双向摇摆桥墩铰，其包括矩形中空核心筒(6)，整体悬挂套筒(8)以及外部保护套筒(9)；所述整体悬挂套筒(8)由矩形中空外套筒(7)，刚性转轴(1)，刚性支架(2)，刚性托板(3)和刚性挡块(4)组成；所述矩形中空外套筒(7)与所述刚性托板(3)焊接，并通过所述刚性转轴(1)安装于所述矩形中空核心筒(6)两端的预留半圆形凹槽内，同时焊接在刚性托板(3)两侧的刚性挡块(4)又能限制刚性支架(2)的转动幅度，使得所述整体悬挂套筒(8)在地震力作用下可相对所述矩形中空核心筒(6)在一定角度范围内转动；所述整体悬挂套筒(8)上下各一个，其通过外部连接保护套筒(9)焊接形成一个整体，使得所述整体悬挂套筒(8)在正常使用状态下不产生转动，保证上部结构的安全。
2.根据权利要求1所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：所述矩形中空核心筒(6)由高强钢制成，在矩形中空核心筒(6)的上下底面各设置有一个半圆形通槽，且所述这两个半圆形通槽的开口位于不同的侧面上，用于安装转动方向正交的悬挂支架。
3.根据权利要求1所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：所述刚性转轴(1)和所述刚性支架(2)固结形成整体，所述刚性支架(2)和所述刚性托板(3)通过铰链轴(5)铰接并可相对转动；在所述刚性托板(3)上在所述刚性支架(2)两侧焊接有限制刚性支架(2)转动角度的刚性挡块(4)，上、下部悬挂支架可分别在与各自转轴垂直的平面内转动。
4.根据权利要求1和权利要求3所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：所述刚性转轴(1)直接安装于所述矩形中空核心筒(6)上下断面预留的半圆形凹槽内，且所述刚性转轴(1)的半径小于所述矩形中空核心筒(6)上下端面预留的半圆形凹槽，使得刚性转轴(1)可在凹槽内自由转动。
5.根据权利要求1所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：所述矩形中空外套筒(7)由高强钢组成，并与所述刚性托板(3)的侧面焊接并形成整体悬挂套筒(8)。
6.根据权利要求1所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：上部整体悬挂套筒(8)通过预留在上部整体悬挂套筒(8)上部的钢筋与桥墩相连，下部整体悬挂套筒(8)通过预留在下部整体悬挂套筒(8)下部的钢筋与基础相连。
7.根据权利要求1所述的双向摇摆桥墩铰，其特征在于：所述外部连接保护套筒(9)由低屈服点的薄钢板制成，其尺寸大于所述矩形中空外套筒，并焊接在所述矩形中空外套筒(7)外部。
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