CN104775360A - 一种用于桥梁的伸缩缝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于桥梁的伸缩缝装置，包括传力装置、液压缸和连接装置，所述连接装置位于所述液压缸上，所述传力装置位于所述连接装置上；所述传力装置采用的是传力块体(1)，所述传力块体(1)的截面形状为倒置的直角梯形形状，传力块体(1)为六面体结构，包括直角腰所在平面、斜边所在平面、上底面、下底面、前面和后面，斜边所在平面为其工作平面；所述连接装置采用的是垫块(2)；所述液压缸包括液压容器(3)和活塞(4)，所述液压容器(3)为上部开口的容器，所述活塞(4)设置于所述液压容器(3)的开口处，所述液压容器(3)与所述活塞(4)围成的腔体内部装有承压液体。本发明的装置制作简便、结构牢固可靠，安全性高。

Description

一种用于桥梁的伸缩缝装置
技术领域
本发明属于建筑技术领域，涉及一种桥梁的保护装置，尤其是一种用于桥梁的伸缩缝装置。
背景技术
伴随着社会经济的发展，随着高强材料、新颖结构体系、新的施工工艺和现代的结构分析方法的应用，人行桥正朝轻质、大跨、纤柔的方向发展，同时人行桥的结构形式也日趋多样，坦拱形式的人行桥成为一种比较常见的人行桥形式，坦拱在竖向力作用下拱脚支座将会承受很大的水平荷载，这也带来了支座设计的困难。悬索桥、斜拉桥使用的大型桥梁支座，可以满足坦拱形式人行桥对承担水平推力荷载的要求，但大型支座造价对于人行桥总体造价来说过于昂贵，同时人行桥的人群荷载具有很大的随机性，极端拥挤人群荷载出现概率较小，大部分时间作用在人行桥上的人群荷载产生的水平推力，普通桥梁支座足以承担。这就产生了一个矛盾，按照以安全为设计前提所采用的大型桥梁支座在大部分时间内并没有发挥它的全部性能，造成浪费。因此，需要寻找一种经济实用的机械方法与普通桥梁支座共同工作以代替大型桥梁支座。同时，升降温会导致桥梁沿着纵向伸缩，可能会导致所用的机械方法不能发挥作用。所以，亟需一种机械装置既能够传递人行桥多余水平推力到桥台，同时能够克服温度升降带来的干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于桥梁的伸缩缝装置，该装置可以将人行桥的多余水平荷载传递至桥台，以解决坦拱人行桥过大的水平推力全部施加在桥梁支座上导致必须采用大型桥梁支座的问题，同时克服温度升降造成的梁体伸缩可能带来的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种用于桥梁的伸缩缝装置，包括传力装置、液压缸和连接装置，所述连接装置位于所述液压缸上，所述传力装置位于所述连接装置上。
所述传力装置采用的是传力块体，所述传力块体的截面形状为倒置的直角梯形形状，传力块体为六面体结构，包括直角腰所在平面、斜边所在平面、上底面、下底面、前面和后面，斜边所在平面为其工作平面。
所述直角腰所在平面设有第一个接触材料，所述直角腰所在平面同桥台(8)接触的平面的静/动摩擦系数为0.04，所述第一个接触材料优选为聚四氟乙烯板。
所述斜边所在平面设有第二个接触材料，所述斜边所在平面与梁体(6)端部斜面的静摩擦系数为1.05～1.35，所述第二个接触材料优选为铝、铸铁或铜。
所述工作平面与所述上底面的夹角为θ，所述θ为45°～60°，这样便于传力块体和梁端的加工制作。
所述连接装置采用的是垫块。
所述液压缸包括液压容器和活塞，所述液压容器为上部开口的容器，所述活塞设置于所述液压容器的开口处，所述液压容器与所述活塞围成的腔体内部装有承压液体。
所述承压液体为矿物油(体膨胀系数0.0007/mK 20℃)、石蜡(体膨胀系数0.00076mK20℃)或松节油(体膨胀系数0.001mK 20℃)，这几种工作液体体积膨胀系数较大，在保证传力块体在竖向升降范围满足要求的情况下，液压缸的尺寸可以做的较小。液压缸只需要承担传力块体的自重、二期恒载和人群荷载，竖向荷载较小，因此液压缸的尺寸设计和数量可以自由选择。
所述液压缸的高度可以是1～1.5m。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明的装置克服了温度升降造成的梁体伸缩可能带来的问题，同时也解决了将梁端水平多余荷载传递至桥台8的问题，本发明的装置避免了通过采用电脑控制等复杂技术手段，造价低廉，填补了相应的技术空白。
本发明的装置制作简便、结构牢固可靠，能够以机械的方式消除温度变化造成的不良影响，工作机理简单，维护方便，安全性高。
本发明的装置中传力块体负责传力，液压容器中所盛放的承压液体随着温度的变化体积发生变化，液压容器的底面积不变，因此承压液体的高度随着温度的升高而升高、随着温度的降低而降低；垫块和活塞的高度位置随着液压容器中承压液体高度变化而变化；倒置直角梯形传力块体的高度位置随着垫块高度位置的变化而变化，由于斜面的存在，传力块体高度位置的变化会使得梁体中心线高度的传力块体实际工作长度变化。温度升高，传力块体高度位置升高，实际工作长度减小，减小值为-ΔL，同时由于温度升高梁体伸长，伸长量为ΔL，两者相互抵消，实现了在升温条件下对梁体伸长的负补偿；温度降低，传力块体高度位置降低，实际工作长度增大，增大值为ΔL，同时由于温度降低梁体收缩，收缩量为-ΔL，两者相互抵消，实现了在降温条件下对梁体收缩的正补偿。同时由于传力块体斜面上的第二个接触材料，使得传力块体的斜面与梁体端部斜面之间传力不会出现作用在传力块体上的向上的竖向分力。
附图说明
图1为本发明实施例用于桥梁的伸缩缝装置的总体布置示意图。
图2为温度变化导致传力块体升降变化的示意图。
图3为温度变化过程中传力块体与梁体共同工作示意图。
图4为传力块体与梁体作用力分解示意图。
图5为传力块体与桥台的接触示意图。
图6为橡胶板保证桥面平顺的示意图。
其中，1为传力块体，2为垫块，3为液压容器，4为活塞，5为橡胶板，6为梁体，7为支座，8为桥台。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，图1为本发明实施例用于桥梁的伸缩缝装置的总体布置示意图。一种用于桥梁的伸缩缝装置，包括传力装置、液压缸和连接装置，所述连接装置位于所述液压缸上，所述传力装置位于所述连接装置上。
所述传力装置采用的是传力块体1，所述传力块体1的截面形状为倒置的直角梯形形状，传力块体1为六面体结构，包括直角腰所在平面、斜边所在平面、上底面、下底面、前面和后面，斜边所在平面为其工作平面。所述直角腰所在平面设有第一个接触材料，所述第一个接触材料进一步为聚四氟乙烯板，当桥台8与直角腰所在平面接触的平面采用聚四氟乙烯板时，静/动摩擦系数为0.04，摩擦阻力系数较小，便于传力块体1与桥台8之间传递水平方向荷载，同时便于传力块体1与桥台8之间在竖向的相互滑动。传力块体1与桥台8之间能够传递水平荷载，水平荷载不能影响传力块体1在温度作用下的竖向升降，即传力块体1和桥台8之间的静摩擦系数要较小。传力块体1直角腰平面的第一个接触材料与桥台8的接触材料在工作情况下(梁体6与传力块体1接触，传力块体1传递梁体6的水平多余荷载到桥台8)和非工作情况下(梁体6与传力块体1未接触)都要保持接触。
所述斜边所在平面设有第二个接触材料，所述第二个接触材料进一步为铝、铸铁或铜，当梁体6与斜边所在平面接触的平面采用铝时，铝-铝间静摩擦系数为1.05～1.35，当梁体6端部斜面与传力块体1斜边所在平面接触的平面采用铸铁时，铸铁-铸铁间静摩擦系数为1.10，铜-铸铁间静摩擦系数为1.05。梁体6端部斜面同工作平面互相平行。梁体6端部斜面接触材料与传力块体1斜边所在平面的第二个接触材料在工作情况下(梁体6与传力块体1接触，传力块体1传递梁体6的水平多余荷载到桥台8)相互接触，在非工作情况下分离。
所述工作平面与所述上底面的夹角为θ，所述θ为45°～60°，这样便于传力块体1和梁端的加工制作。
所述连接装置采用的是垫块2。
所述液压缸包括液压容器3和活塞4，所述液压容器3为上部开口的容器，所述活塞4设置于所述液压容器3的开口处，所述液压容器3与所述活塞4围成的腔体内部装有承压液体。
所述承压液体为矿物油(体膨胀系数0.0007/mK 20℃)、石蜡(体膨胀系数0.00076mK20℃)或松节油(体膨胀系数0.001mK 20℃)，这几种工作液体体积膨胀系数较大，在保证了传力块体1在竖向升降范围满足要求的情况下，液压缸的尺寸可以做的较小。液压缸只需要承担传力块体1的自重、二期恒载和人群荷载，竖向荷载较小，因此液压缸的尺寸设计和数量可以自由选择。
所述液压缸的高度可以是1～1.5m。
本发明的工作原理如下：
本装置放置位置处于桥台8与梁体6之间，担负传递水平荷载。本装置从上到下的部件顺序为：倒置直角梯形传力块体1，垫块2，活塞4，液压容器3。梁体6端部斜面中心线通过传力块体1。橡胶板5的功能是保证桥面平顺，不参与整体装置传力工作，因此可以根据具体使用情况确定橡胶板5的放置形式。具体位置布置如图1所示。
当梁体6的支座7足以抵消梁体6的水平推力时，梁体6端部斜面与传力块体1的斜边所在平面不接触，整个装置处于非工作状态下。
当梁体6的支座7不足以抵消梁体6的水平推力时，梁体6端部斜面与传力块体1的斜面接触，传力块体1的直角腰所在平面与桥台8平面接触，整个装置处于工作状态下。温度降低，液压缸内的承压液体体积变小，承压液体的高度降低X2，使得传力块体1的工作位置下降X2，使得传力块体1与梁体6接触的工作面向右移动Y2；温度升高，液压缸内的承压液体体积变大，承压液体的高度升高X1，使得传力块体1的工作位置上升X1，使得传力块体1与梁体6接触的工作面向左移动Y1，如图2和图3所示，图2为温度变化导致传力块体升降变化的示意图，图3为温度变化过程中传力块体与梁体共同工作示意图。传力块体1与梁体6接触的工作平面在水平方向移动的距离根据Y＝L×α×ΔT/tanθ计算，传力块体1工作高度升降值根据X＝L×α×ΔT计算。L是承压液体在计算温度下的液体高度，α是承压液体的体膨胀系数，ΔT是温度变化值，θ是传力块体1和梁体6的工作平面的工作角度值。传力块体1和梁体6相对的工作平面相互平行，即有相同的角度θ，保证在相互接触时避免工作面的接触材料局部受力。传力块体1与梁体6接触时，梁体6和传力块体1之间不相互滑动，因此梁体6对传力块体1的水平力不会产生作用在传力块体1上的竖向力，传力块体1能够稳定地将梁体6的多余水平荷载传递到桥台8。由于传力块体1与梁体6的接触保证了不会相互滑动，梁体6对于传力块体1的作用不会出现竖向分力，这样就无需考虑对垫块2和液压缸的影响，液压缸只需要承担传力块体1和传力块体1上可能的二期铺装和人群荷载，简化了液压缸的设计。传力块体1需要承受梁端的水平荷载、斜边所在平面的法向分力和平行分力、桥台8的水平荷载，因此需要进行受力分析。
传力块体1的工作平面左右移动值Y＝L×α×ΔT/tanθ等于相同温度变化作用下的人行桥梁体6纵向位移值，即在没有人群荷载作用下始终保持传力块体1和梁体6正对的工作平面之间的距离不变，这就需要通过计算人行桥主梁在温度变化作用下的水平位移值范围，从而确定具有合适体膨胀系数的承压液体和确定承压液体在计算温度下的液体高度，传力块体1和梁体6的间隔距离与支座7的最大剪切变形有关。L是承压液体在计算温度下的液体高度，α是承压液体的体膨胀系数，ΔT是温度变化值，θ是传力块体1和梁体6的工作平面的工作角度值。
背景人行桥工程对于梁体6传来的水平荷载同时设置两种方法抵抗：①当人行桥桥面人群荷载小于3.5kN/m2时，梁端水平推力全部由支座7承担；②当人行桥桥面人群荷载等于3.5kN/m2时，支座7受水平推力作用达到最大剪切变形，支座7达到设计极限承载能力，此时全部推力仍由支座7承担。由于支座7剪切变形，梁端与桥台8接触，但无接触水平推力；③当人行桥桥面人群荷载大于3.5kN/m2时，支座7保持承受荷载不变，多余的水平推力由梁端与桥台8直接接触作用抵消，多余水平推力＝梁端水平推力—梁端支座7承受水平推力。当温度低于设计温度时，梁体6受温度效应影响变短，使得当支座7出现最大剪切变形达到极限承载能力时，梁端与桥台8仍未接触，造成支座7损坏；当温度高于设计温度时，梁体6受温度效应影响变长，使得梁端与桥台8接触时，支座7未出现最大剪切变形未达到极限承载能力，造成装置浪费。
人群荷载作用在人行桥上，当达到人群荷载设计目标值时，支座7剪切变形达到最大，梁体6与传力块体1接触，将梁体6的水平荷载F分解，Fy垂直于传力块体1工作平面，Fx平行于工作平面。角度θ和接触材料使得Fy×μ≥Fx，Fy＝F×sinθ，Fx＝F×cosθ，即F×sinθ×μ≥F×cosθ，即μ≥cotθ，μ为接触材料的静摩擦系数，如图4所示，图4为传力块体与梁体作用力分解示意图。适当接触材料和适当的工作平面倾斜角度，使得μ≥cotθ，就可以保证传力块体1和梁体6不会出项相互之间的滑动，保证整体受力。
传力块体1与桥台8之间能够传递水平荷载，同时采用摩擦系数较小的接触材料使得桥台8与传力块体1之间能够在竖向相互滑动，因此水平方向荷载对竖向滑动影响较小，如图5所示，图5为传力块体与桥台的接触示意图。
由于温度变化会使得传力块体1上升下降，桥台8、传力块体1和梁体6之间出现高差，高差的大小与温度变化值和角度θ有关，导致桥面不平顺，为解决此问题在桥台8、传力块体1和梁体6上铺设连续的厚橡胶板5，橡胶板5的弹性较大可以很好地适应三者之间的竖向高差，如图6所示，图6为橡胶板保证桥面平顺的示意图。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：包括传力装置、液压缸和连接装置，所述连接装置位于所述液压缸上，所述传力装置位于所述连接装置上。
2.根据权利要求1所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述传力装置采用的是传力块体(1)，所述传力块体(1)的截面形状为倒置的直角梯形形状，传力块体(1)为六面体结构，包括直角腰所在平面、斜边所在平面、上底面、下底面、前面和后面，斜边所在平面为其工作平面。
3.根据权利要求2所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述直角腰所在平面设有第一个接触材料，所述直角腰所在平面同桥台(8)接触的平面的静/动摩擦系数为0.04，所述第一个接触材料优选为聚四氟乙烯板。
4.根据权利要求2所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述斜边所在平面设有第二个接触材料，所述斜边所在平面与梁体(6)端部斜面的静摩擦系数为1.05～1.35，所述第二个接触材料优选为铝、铸铁或铜。
5.根据权利要求2所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述工作平面与所述上底面的夹角为θ，所述θ为45°～60°。
6.根据权利要求1所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述连接装置采用的是垫块(2)。
7.根据权利要求1所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述液压缸包括液压容器(3)和活塞(4)，所述液压容器(3)为上部开口的容器，所述活塞(4)设置于所述液压容器(3)的开口处，所述液压容器(3)与所述活塞(4)围成的腔体内部装有承压液体。
8.根据权利要求7所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述承压液体为矿物油、石蜡或松节油。
9.根据权利要求1所述的用于桥梁的伸缩缝装置，其特征在于：所述液压缸的高度是1～1.5m。
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