CN105507134B - 一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，包括上钢垫板(3)、下钢垫板(4)、滑槽(6)、滑块(5)及滑块锁定机构，所述的上钢垫板(3)固定于梁体(1)底部，所述的下钢垫板(4)固定于活动墩(2)顶部，所述的滑槽(6)固定设置在所述的下钢垫板(4)上，所述的滑块(5)至于所述的滑槽(6)内，且其顶部与所述的上钢垫板(3)固定连接，所述的滑块锁定机构设有4个，构成矩形状，设置在所述的滑槽(6)外侧并沿垂直于滑块(5)的滑动方向伸入伸出滑槽(6)。与现有技术相比，本发明具有合理分配地震时梁体(1)惯性力、限制墩梁相对位移、防止落梁、成本低廉、震后修复简单等优点。

Description

一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置

技术领域

本发明属于桥梁安全领域，尤其是涉及一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置。

背景技术

连续梁桥梁的纵桥向，由于需要释放梁体温度变形，每联仅设置一个固定支座，其余桥墩上均设置活动支座。在纵向地震作用下，由于活动支座滑动，梁体的地震惯性力主要通过固定支座传递到固定墩，固定支座、固定墩和固定墩基础将承受很大的地震力。减小固定墩及其基础所受地震力成为大跨度连续梁桥抗震设计的关键。

为了减小纵向地震作用下固定桥墩所受的地震力，可在活动支座处附加粘滞阻尼器或lock-up装置。由于粘滞阻尼器及lock-up装置的特有性能，温度作用下活动支座处，梁、墩之间纵桥向的约束很弱，不影响活动支座的滑动；纵向地震荷载作用下，梁塔之间有较强的约束，各墩共同承受水平地震荷载，以减小固定墩所承受的地震力。但粘滞阻尼器及lock-up装置构造复杂，造价高，且存在耐久性和养护问题；

如图8所示，粘滞阻尼器通常是由一个中空的圆柱形缸体、活塞杆和粘滞液体(通常是硅油)组成，当活塞与缸筒之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔中通过，从而产生阻尼力，将结构振动部分的能量通过粘滞阻尼材料转化为热能，达到减少结构动力反应的目的。活塞杆和流体材料相对运动速度越高，活塞头和流体材料之间产生的摩擦也越大。

如图9所示，Lock-up装置与粘滞阻尼器组成部分相同，主要包括活塞杆、活塞头、圆筒及工作介质等。与粘滞阻尼器不同之处是Lock-up装置的活塞孔或壁筒间隙很小，承受较大荷载时仅发生较小位移。

在温度、收缩徐变等因素引起的慢速变形情况下，工作介质(胶泥等)可以顺利穿过节流孔，产生的附加力较小，梁、墩之间纵桥向的约束很弱，不影响结构的正常使用。而在地震作用下，介质受挤压不能快速通过节流孔或壁筒间隙，装置瞬间产生较大阻尼力，而仅发生较小位移，起到临时固结的作用，从而将荷载传给相连接的结构或构件，各墩共同承受水平地震荷载。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能合理分配地震时梁体惯性力、限制墩梁相对位移、防止落梁、成本低廉、震后修复简单的用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，在不影响桥梁正常使用的前提下，能有效合理分配地震作用下的梁体惯性力，减小固定墩及其基础的地震力需求，同时限制地震作用下的墩梁相对位移，减小落梁风险，适用于大跨度连续梁桥结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，安装于梁体与活动墩之间，并与活动支座并联，包括上钢垫板、下钢垫板、滑槽、滑块及滑块锁定机构，所述的上钢垫板固定于梁体底部，所述的下钢垫板固定于活动墩顶部，所述的滑槽固定设置在所述的下钢垫板上，所述的滑块至于所述的滑槽内，且其顶部与所述的上钢垫板固定连接，所述的滑块锁定机构设有4个，构成矩形状，设置在所述的滑槽外侧并沿垂直于滑块的滑动方向伸入伸出滑槽，

正常情况下，所述的滑块位于所述的滑槽中心，地震时，所述的滑块带动梁体沿滑槽来回滑动，当滑块碰触到滑槽端部时，所述的滑块锁定机构将滑块限位，使滑块不能移动，防止梁体塌下。

所述的滑槽为由钢板围合形成的矩形腔体，所述的钢板垂直固定在下钢垫板上。

所述的滑槽上设有与所述的滑块锁定机构相配合的通孔。

所述的滑块锁定机构包括钢块和锁定块，所述的钢块固定在滑槽外侧的下钢垫板上，所述的锁定块与所述的通孔相匹配，所述的锁定块一端通过弹簧与所述的钢块连接，另一端呈斜面，所述的斜面与滑槽的中心相对，

正常情况下，所述的锁定块为斜面的一端通过所述的通孔伸入滑槽内，另一端在滑槽外，当梁体震动时，所述的滑块在滑槽内来回滑动，当滑块碰触到所述的锁定块时，锁定块压缩弹簧，并退出滑槽，当滑块继续滑动碰触到滑槽端部时，锁定块在弹簧的作用力下弹入滑槽内，并卡住滑块，使滑块不能运动。

所述的锁定块的斜面上设有四氟板，减小滑块滑动阻力。

所述的锁定块、钢板、滑块及上钢垫板的强度均大于最大地震力需求。

所述的锁定块及滑块均由金属材料或合金材料制成。

所述的滑槽的底部和内壁设有四氟板，，耐高温、耐低温、高润滑、摩阻系数小，能适应各种天气状况，而且减小滑块在滑槽内的摩擦阻力，保证不对正常使用状况下梁体的纵向变形产生约束。

所述的滑槽内侧端部设有弹性垫层，所述的弹性垫层为橡胶垫层或弹性树脂垫层，缓冲滑块与滑槽在地震作用下产生的碰撞，延长设备使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)在地震作用下通过滑块锁定机构锁定大跨度连续梁桥梁体，使得活动墩变为固定墩，起到合理分配梁体惯性力的作用，减小了对固定墩及其基础的地震响应需求；

(2)在地震导致的墩梁相对位移达到一定程度之后，由于滑块锁定机构的存在，该位移不会继续增大，从而防止落梁现象的发生；

(3)在滑槽两端设置弹性垫层，缓冲滑块与滑槽在地震作用下产生的碰撞，延长设备使用寿命；

(4)在滑槽内部设置四氟板，耐高温、耐低温、高润滑、摩阻系数小，能适应各种天气状况，而且减小滑块在滑槽内的摩擦阻力，保证不对正常使用状况下梁体的纵向变形产生约束；

(5)本装置构造简单、施工方便，成本相对于粘滞阻尼器及lock-up装置等大为降低，在震后修复工作中，若该机械式锁定装置未发生破坏，可继续使用，则只需要将锁定块抬起，将滑块推回滑槽内，即可继续使用，维修简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为沿图1中B-B线的剖视图；

图4为沿图2中C-C线的剖视图；

图5为正常情况下，滑块的位置示意图；

图6为地震时，滑块的位置示意图；

图7为滑块被锁死时的位置示意图；

图8为粘滞阻尼器的结构示意图；

图9为Lock-up装置的结构示意图；

图中标识为：1梁体，2活动墩，3上钢垫板，4下钢垫板，5滑块，6滑槽，71锁定块，72钢块，8弹性垫层，9四氟板，10钢板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1-4所示，本发明公开了一种构造简单、施工方便、安装及维修成本低廉的用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，安装于梁体1与活动墩2之间，并与活动支座并联，包括上钢垫板3、下钢垫板4、滑槽6、滑块5及滑块锁定机构，上钢垫板3锚固于梁体1底部，下钢垫板4锚固于活动墩2顶部，滑槽6锚固在下钢垫板4上，滑块5至于滑槽6内，且其顶部与上钢垫板3锚固连接，滑块锁定机构设有4个，构成矩形状，设置在滑槽6外侧并沿垂直于滑块5的滑动方向伸入伸出滑槽6。

滑块锁定机构包括钢块72和锁定块71，钢块72固定在滑槽6外侧的下钢垫板4上，锁定块71与通孔相匹配，锁定块71一端通过弹簧与钢块72连接，另一端呈斜面，斜面与滑槽6的中心相对，滑槽6为由钢板10围合形成的矩形腔体，钢板10垂直固定在下钢垫板4上。钢板10上设有供锁定块71出入的通孔。滑槽6的底部和内壁及锁定块71的斜面上设有四氟板9，保证不对正常使用状况下梁体1的纵向变形产生约束以及保证正常使用状态下滑块5可自由滑动。滑槽6内侧端部设有橡胶垫层或弹性树脂垫层，缓冲滑块5与滑槽6在地震作用下产生的碰撞。锁定块71、钢板10、滑块5及上钢垫板3的强度均大于最大地震力需求。锁定块71及滑块5均由金属材料或合金材料制成。

滑槽6的长度根据正常使用状态下的温度、收缩徐变及冲击荷载作用下的所产生的位移需求确定，保证不影响桥梁正常使用。

如图5所示，在温度等正常使用荷载作用下，锁定块71为斜面的一端通过通孔伸入滑槽6内，另一端在滑槽6外，滑块5可沿滑槽6在锁定块71之间自由滑动，释放梁体1由于温度、收缩徐变等因素产生的变形即不对温度、收缩及徐变等因素引起的变形产生约束，图5中S表示未地震时滑块5的行程，S根据正常使用荷载设计要求确定。如图6所示，地震时，滑块5在滑槽6内来回滑动，当滑块5碰触锁定块71时，锁定块71压缩弹簧，允许滑块5通过。如图7所示，当滑块5继续滑动碰触到滑槽6端部时，弹簧恢复原长，即活动墩2的相对位移(活动支座的位移)超过正常使用状态所确定的允许值，锁定块71在弹簧的作用力下弹入滑槽6内，并卡住滑块5，限制滑块5运动，进而锁定梁体1，使活动墩2和固定墩同时承担梁体1惯性力，从而起到减小固定墩所受地震力，防止固定墩的破坏及落梁现象的发生。本发明中滑块5、锁定块71的大小尺寸及滑槽6的钢板10厚度，需根据抗震计算进行确定，保证可以在地震作用下承受上部结构所传递的地震力，达到限制滑块5运动并锁定梁体1的目的。

Claims (9)

1.一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，安装于梁体(1)与活动墩(2)之间，并与活动支座并联，其特征在于，包括上钢垫板(3)、下钢垫板(4)、滑槽(6)、滑块(5)及滑块锁定机构，所述的上钢垫板(3)固定于梁体(1)底部，所述的下钢垫板(4)固定于活动墩(2)顶部，所述的滑槽(6)固定设置在所述的下钢垫板(4)上，所述的滑块(5)置于所述的滑槽(6)内，且其顶部与所述的上钢垫板(3)固定连接，所述的滑块锁定机构设有4个，构成矩形状，设置在所述的滑槽(6)外侧并沿垂直于滑块(5)的滑动方向伸入伸出滑槽(6)，

正常情况下，所述的滑块(5)位于所述的滑槽(6)中心，地震时，所述的滑块(5)带动梁体(1)沿滑槽(6)来回滑动，当滑块(5)碰触到滑槽(6)端部时，所述的滑块锁定机构将滑块(5)限位，使滑块(5)不能移动，防止梁体(1)塌下。

2.根据权利要求1所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的滑槽(6)为由钢板(10)围合形成的矩形腔体，所述的钢板(10)垂直固定在下钢垫板(4)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的滑槽(6)上设有与所述的滑块锁定机构相配合的通孔。

4.根据权利要求3所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的滑块锁定机构包括钢块(72)和锁定块(71)，所述的钢块(72)固定在滑槽(6)外侧的下钢垫板(4)上，所述的锁定块(71)与所述的通孔相匹配，所述的锁定块(71)一端通过弹簧与所述的钢块(72)连接，另一端呈斜面，所述的斜面与滑槽(6)的中心相对，

正常情况下，所述的锁定块(71)为斜面的一端通过所述的通孔伸入滑槽(6)内，另一端在滑槽(6)外，当梁体(1)震动时，所述的滑块(5)在滑槽(6)内来回滑动，当滑块(5)碰触到所述的锁定块(71)时，锁定块(71)压缩弹簧，并退出滑槽(6)，当滑块(5)继续滑动碰触到滑槽(6)端部时，锁定块(71)在弹簧的作用力下弹入滑槽(6)内，并卡住滑块(5)，使滑块(5)不能运动。

5.根据权利要求4所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的锁定块(71)的斜面上设有四氟板(9)。

6.根据权利要求4所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的锁定块(71)、钢板(10)、滑块(5)及上钢垫板(3)的强度均大于最大地震力需求。

7.根据权利要求4所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的锁定块(71)及滑块(5)均由金属材料或合金材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的滑槽(6)的底部和内壁设有四氟板(9)。

9.根据权利要求1所述的一种用于连续梁桥地震作用下的机械式锁定装置，其特征在于，所述的滑槽(6)内侧端部设有弹性垫层(8)，所述的弹性垫层(8)为橡胶垫层或弹性树脂垫层。