CN106087703B - 多向限位及抗扭系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现强震及正常运营偶然作用下桥梁墩梁各个方位位移要求不同的方法，在墩梁连接部位安装的多向限位及抗扭系统。该装置由上锚板、下锚板、弹簧、滑块、拉索及相应的锚固螺栓构成，通过拉索的初始松弛量来实现横向自由移动，通过上锚板的自由程实现纵向移动。当墩梁相对位移超过相应方向的初始松弛量后，拉索被拉紧而开始发挥作用，从而限制墩梁的进一步相对位移，避免碰撞、落梁等震害的发生，同时采用弹簧可实现缓冲及震后结构的自复位。此多向限位及抗扭系统可安装在直线桥中，也可适用于弯斜桥中；该装置不但在强震作用下可发挥作用，避免落梁、碰撞等震害的发生，而且在正常运营偶然作用（偏载）下通过抗拔力来限制梁体的侧倾，避免梁体侧倾引发的结构坍塌事故。

Description

多向限位及抗扭系统

技术领域

本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体涉及一种适用于桥梁（尤其是弯斜桥）在正常运营及地震作用下实现多向限位及抗扭系统。

背景技术

随着全球地震的频繁发生，作为交通系统中关键节点的桥梁往往在强震中发生落梁、碰撞等震害，这给震后救援车辆的及时通行带来很大的困难。同时，桥梁在运营过程中由于超载、设计等原因，梁体翻转导致结构整体垮塌的事故报道屡见不鲜：2012年哈尔滨机场高速阳明滩大桥引桥由于四辆重载货车偏载导致梁体翻转，从而引发结构的坍塌，造成3人死亡5人受伤；2015年粤赣高速广东河源城南出口的匝道引桥由于多车超载导致梁体侧向倾覆，造成1死4伤的悲剧。对于地震及日常运营中出现的偶然状况，在桥梁设计中并不能完全考虑到，同时按最不利情况设计也是不经济的。

针对上述问题，专家及学者们进行了广泛的研究，并针对量大面广的中小跨径桥梁提出了各种墩梁限位装置。包括拉索限位器、钢杆限位器、防碰撞限位块等。这些限位装置一定程度上减轻了落梁、碰撞等震害，但大多功能单一，很难做到既防落梁又防碰撞，更不用说实现不同方位的不同限位目的，比如梁体纵向需要较大的自由伸缩量、而横向则需要较小的自由伸缩量、竖向希望能够抗拔、横向的转动能够释放、而竖向与纵向的转动能够限制。

基于对目前拉索限位装置的研究，并根据当前桥梁抗震、日常运营对限位装置的要求，本发明提出了一种多向限位及抗扭系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用范围广、性能稳定，且可实现桥梁在地震及运营作用下不同方位对限位要求不同的多向限位及抗扭系统。

为达到以上目的，本发明采用的解决方案是：一种多向限位及抗扭系统，包括上锚板1、下锚板3、滑块6、弹簧5及拉索2，其中：下锚板3底部开有凹槽，其底部两侧通过锚固螺栓与建筑物的预埋构件锚固在一起，上锚板1顶部开有凹槽，凹槽内放置有滑块6，滑块6能在上锚板1上来回滑动，滑块６两侧设有弹簧5，弹簧5一端连接上锚板1的凹槽内壁，另一端连接滑块6一侧；滑块6、上锚板1与下锚板3凹槽之间缠绕有若干圈拉索2，上锚板1与下锚板3之间存在间隙，使上锚板1与下锚板3之间能产生相对位移，上锚板1两侧通过锚固螺栓与梁体的预埋钢构件锚固在一起；当上锚板1与下锚板3在相应方位的相对位移超过其初始松弛量后，拉索2带动滑块6进而开始压缩弹簧5，此后，当弹簧5压缩量达到最大值后，滑块6相对上锚板1不再滑动，此时拉索2开始发挥作用，从而限制墩梁相对位移，避免碰撞、落梁等震害的发生，弹簧5用于实现缓冲及震后上部结构的自复位；在强震作用下，梁体往往发生绕竖向的转动，往往引起落梁、碰撞等震害，由于该装置能在纵、横两个方向对墩梁相对位移进行限制，因此当扭转变形导致的墩梁纵向（横向）相对位移超过相应的限值后，该系统便可发挥抗扭作用，阻碍梁体的进一步扭转；桥梁在正常运营情况下遭遇偶然的单侧超载往往会导致梁体的翻转，该系统由于具有抗拔能力，当将其对称布置在梁体两侧时，可限制梁体的侧向转动，从而避免灾害的发生。

本发明中，所述滑块6顶部两侧设有凸块，限制拉索２滑出滑块6顶部。

本发明中，上锚板1、下锚板3和滑块6为轴对称结构。

本系统具体实现的流程为：

1）根据实际工程需要确定该装置的纵、横向初始松弛量（分别通过上锚板的纵向自由程和拉索的初始张紧程度来实现），并假定拉索的初始刚度，将确定的装置初始本构添加到结构的非线性动力计算模型中，计算结构的各个响应；

2）若结构的响应（墩梁相对位移，支座的纵、横向位移，墩柱弯矩，剪力等）在可接受范围内，则进行下一步计算，否则返回1）中重新假定初始刚度，并进行计算，直到各个响应值都满足要求为止；

3）根据2）中确定的拉索刚度，并考虑一定的安全储备，计算所需拉索的数量，并对上、下锚板的尺寸及锚固螺栓的个数及孔径进行初步的设计；

4）对3）中初步设计好的装置进行各项验算。主要包括拉索抗拉强度验算，上、下锚板的抗拉、抗剪及最大主应力强度验算，螺栓的抗拉、抗剪及主应力强度验算。若某一项验算不通过，则返回3）中修改相应构件的尺寸，直到所有的验算都通过，并考虑一定的安全贮备，则得到该装置的所有细部尺寸。

当强震发生时，该系统允许梁体纵向在自由程内进行滑移，以减小桥梁上部结构地震力的输入，当墩梁纵向相对位移超过自由程后，拉索开始发挥作用，并能在变形较小的情况下限制梁体的进一步滑动，避免落梁、碰撞震害的发生，横向在强震下的行为与纵向类似；对于平面线形不规则的桥梁（弯斜桥），在强震作用下，梁体往往发生绕竖向的转动，往往引起落梁、碰撞等震害，由于该装置能在纵、横两个方向对墩梁相对位移进行限制，因此当扭转变形导致的墩梁纵向（横向）相对位移超过相应的限值后，该系统便可发挥抗扭作用，阻碍梁体的进一步扭转；桥梁在正常运营情况下遭遇偶然的单侧超载往往会导致梁体的翻转，该系统由于具有抗拔能力，当将其对称布置在梁体两侧时，可限制梁体的侧向转动，从而避免灾害的发生。

本发明的有益效果在于：本系统构造简单，受力传递路径明确，成本低廉，效果显著。不但可以应用到常规的直桥中，而且对于斜弯桥具有独特的适用性。总之，该多向限位及抗扭系统在经济性与效果性上达到了较好的平衡，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体俯视示意图。

图2为本发明在墩梁发生纵向相对位移时的运动示意图。

图3为本发明在墩梁发生横向相对位移时的运动示意图。

图4为本发明在墩梁发生竖向相对扭转时的运动示意图。

图5为本发明的工作流程。

图中标号：1上锚板；2拉索；3下锚板；4锚固螺栓孔；5弹簧；6为滑块；7墩梁纵向相对位移；8桥面板；9该装置初始位置；10该装置发生相对运动后位置；11墩梁横向相对位移；12墩梁扭转相对位移。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。

实施例１：当墩梁发生纵向相对位移，如图1、2所示。拉索2与上锚板1的相对滑动位移达到纵向初始松弛量7后，弹簧6被压缩从而提供一个缓冲刚度，直至弹簧6达到最大压缩量，拉索2被拉紧而开始提供刚度，由于拉索2的刚度很大，在拉索2拉伸量较小的情况下就可提供很大的恢复力，从而阻止上锚板1与下锚板3的进一步滑动，从而避免梁体7与相邻联（桥台）的碰撞及落梁。

当墩梁发生横向相对位移，如图1、3所示。上锚板1与下锚板3的横向相对位移11达到拉索2的初始松弛量后，拉索2在横向被拉紧而开始发挥作用，由于拉索2的刚度很大，在拉索2拉伸量较小的情况下就可以提供强大的横向恢复力，从而限制梁体8与墩柱（桥台）横向相对位移，起到横向限位的目的。

当墩梁发生平面内扭转，如图1/4所示。上锚板1与下锚板3的竖向扭转相对位移12在纵、横向的投影位移超过相应的纵、横向初始松弛量7、11其中之一后，该装置开始发挥抗扭转效应，从而限制墩梁进一步的扭转位移。其他方向的限位与抗扭（纵向抗拉，横向、纵向抗扭）不一一列举，与上述实施例中类似。

作为本发明实施例的一种变换，拉索可以采用其他类型钢丝绳，上、下锚固板可以变化型式，也可以采用其他锚固方式。

作为本发明实施例的一种变换，该系统可与相应的盆式、橡胶、球钢等支座合二为一使用。

上述的对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多向限位及抗扭系统，包括上锚板(1)、下锚板(3)、滑块(6)、弹簧(5)及拉索(2)，其特征在于：下锚板(3)底部开有凹槽，其底部两侧通过锚固螺栓与建筑物的预埋构件锚固在一起，上锚板(1)顶部开有凹槽，凹槽内放置有滑块(6)，滑块(6)能在上锚板(1)上来回滑动，滑块(6)两侧设有弹簧(5)，弹簧(5)一端连接上锚板(1)的凹槽内壁，另一端连接滑块(6)一侧；滑块(6)、上锚板(1)与下锚板(3)凹槽之间缠绕有若干圈拉索(2)，上锚板(1)与下锚板(3)之间存在间隙，使上锚板(1)与下锚板(3)之间能产生相对位移，上锚板(1)两侧通过锚固螺栓与梁体的预埋钢构件锚固在一起；当上锚板(1)与下锚板(3)在相应方位的相对位移超过其初始松弛量后，拉索(2)带动滑块(6)进而开始压缩弹簧(5)，此后，当弹簧(5)压缩量达到最大值后，滑块(6)相对上锚板(1)不再滑动，此时拉索(2)开始发挥作用，从而限制墩梁相对位移，避免碰撞、落梁的发生，弹簧(5)用于实现缓冲及震后上部结构的自复位；在强震作用下，梁体往往发生绕竖向的转动，往往引起落梁、碰撞震害，由于该系统能在纵、横两个方向对墩梁相对位移进行限制，当扭转变形导致的墩梁纵向或横向相对位移超过相应的限值后，该系统便可发挥抗扭作用，阻碍梁体的进一步扭转。

2.根据权利要求１所述的系统，其特征在于所述滑块(6)顶部两侧设有凸块，限制拉索(2)滑出滑块(6)顶部。

3.根据权利要求１所述的系统，其特征在于上锚板(1)、下锚板(3)和滑块(6)为轴对称结构。