CN106368115A - 一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于我国量大面广中小跨度梁式桥的新型隔震系统，包括板式橡胶支座、预埋钢板、横向X形弹塑性挡块、滑槽、纵向三角形阻挡装置及相关附属构件，所述的横向X形弹塑性挡块置于滑槽内，顶部在横桥向通过滑槽与主梁连接，底部与墩台固定连接；所述的纵向三角形阻挡装置与主梁固定连接，并与墩台之间预留一定间隙。与现有减隔震技术相比，本发明是在现有采用板式橡胶支座桥梁的基础上发展而来，考虑了板式橡胶支座的滑动摩擦效应，具有控制墩梁相对位移、降低下部结构地震损伤、安装更换简便、性能可靠、成本低廉等优点。

Description

一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统

技术领域

本发明属于桥梁工程、地震工程领域，尤其是涉及一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统。

背景技术

中小跨度的梁式桥，包括采用T梁、小箱梁、小板梁等主梁截面形式的简支梁桥和连续梁桥，在我国日益发达的公路交通网中占据着极其重要的角色。这类结构形式的桥梁通常采用板式橡胶支座，支座直接搁置在主梁和下部墩台之间，无其它连接措施，纵桥向设置一定的墩梁搭接长度以适应梁体的纵向位移需求，同时横桥向一般会设置混凝土挡块以限制梁体的横向位移。

然而，2008年发生的汶川大地震使得震区的中小跨度梁式桥遭受了不同程度的震害，具体表现为：板式橡胶支座与梁体间发生滑动（如图9所示），从而导致梁体产生较大的移位，横桥向与混凝土挡块发生碰撞，导致挡块破坏，纵桥向挤压伸缩缝和桥台，导致伸缩缝、桥台等构件的破坏，也有部分桥梁由于梁体发生过大的位移而导致严重的落梁震害。而震后调查同时发现，发生板式支座滑动、混凝土挡块破坏的桥梁，由于支座滑动对下部墩台实际起到隔震的作用，因而墩台和基础的损伤一般较轻。

由此可见，目前我国中小跨度梁式桥的纵、横桥向抗震约束体系存在一定的问题，具体表现在以下几方面：

1. 板式橡胶支座发生滑动。由于板式橡胶支座在我国中小跨度梁式桥上的特殊构造和施工形式，强震作用下支座与梁底钢板间易发生相对滑动，从而导致梁体产生过大的移位，但另一方面，板式支座与梁体间的滑动摩擦效应又可以起到隔震效果，降低了下部结构的地震需求。

2. 纵桥向墩梁搭接长度设置不足。在板式支座发生纵向滑动的情况下，梁体的地震位移需求较大，纵桥向除支座的滑动摩擦外无其它有效的位移约束装置，从而导致桥梁的落座甚至落梁等严重震害。

3. 横桥向混凝土挡块设计不合理。常规混凝土挡块的设计在我国无规范或指南可依据，通常情况下，设计人员仅对混凝土挡块进行构造配筋设计，这样很难对挡块的强度、刚度等抗震性能指标进行有效地控制，进而不能保证挡块在地震作用下实现其预期的限位功能。另一方面，常规混凝土挡块本身的延性能力较低，耗能能力较弱，特别是在板式支座发生滑动的情况下，挡块在地震作用下受到梁体的撞击很容易发生剪切破坏。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于我国量大面广的中小跨度梁式桥、控制墩梁相对位移、降低下部结构地震需求、成本低廉、性能可靠的新型隔震系统，在不影响桥梁正常使用的前提下，能有效控制地震作用下的墩梁相对位移，降低落梁风险，同时还可以减小下部桥墩及基础的地震需求。

本发明提出的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，所述隔震系统可同时在桥梁横桥向和纵桥向发挥作用，包括主梁1、预埋钢板2、墩台5和支承垫石4，支承垫石4固定于墩台5上，预埋钢板2埋置于主梁1底部，其中：还包括板式橡胶支座3、横向X形弹塑性挡块9、滑槽7和纵向三角形阻挡装置12，所述滑槽7为U型滑槽，所述的横向X形弹塑性挡块9的顶板置于所述的滑槽7内，且横向X形弹塑性挡块9在纵桥向能在滑槽7内自由滑动；滑槽7一侧与主梁1连接，横向X形弹塑性挡块9底部固定于与墩台5上方；所述的纵向三角形阻挡装置12分别固定于主梁1底部，两个纵向三角形阻挡装置12均与墩台5之间预留间隙10；板式橡胶支座3直接放置于预埋钢板2和支承垫石4之间，无其它连接措施；

正常使用状态下，上部主梁的竖向荷载通过所述的板式橡胶支座向下部结构传递，所述的纵向三角形阻挡装置与下部结构间预留一定间隙，同时所述的横向X形弹塑性挡块置于纵向滑槽内，保证在正常使用状态下可以适应主梁由于温度、混凝土收缩徐变等荷载下梁体的纵向变形，在地震作用下，所述的板式橡胶支座可以与梁体间发生相对滑动，纵桥向所述的三角形阻挡装置可以限制支座的滑动位移，防止落梁，横桥向通过所述的横向X形弹塑性挡块的往复滞回耗能，耗散地震能量，从而降低横向墩梁相对位移。

本发明中，所述的板式橡胶支座直接放置在梁底预埋钢板和下部支撑垫石之间，无其它连接处理措施。

本发明中，所述的纵向三角形阻挡装置一侧与主梁采用固定连接，另一侧与下部墩台间预留一定间隙，以适应正常使用状态下梁体的纵向变形。

本发明中，所述的横向X形弹塑性挡块一侧与下部墩台采用固定连接，另一侧放置在所述的纵向滑槽内。

本发明中，所述的纵向滑槽与主梁间采用固定连接，滑槽内壁上设置一层聚四氟乙烯板，保证纵桥向所述的横向X形弹塑性挡块在滑槽内可以自由滑动，而在横桥向滑槽可以对X形弹塑性挡块起到约束限制作用，保证所述的横向X形弹塑性挡块在横桥向可以往复滞回变形。

本发明中，所述的纵向三角形阻挡装置和横向X形弹塑性挡块均采用成本低廉的普通A3钢制成。

本发明中，所述的纵向三角形阻挡装置靠近墩台一侧设有弹性垫层，所述的弹性垫层为橡胶垫层或弹性树脂垫层，缓冲阻挡装置与下部墩台在地震作用下产生的碰撞效应，从而延长装置使用寿命。

本发明中，所述墩台上固定有若干个支承垫石，相应的，有若干个板式橡胶支座和若干个预埋钢板。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）地震作用下允许板式橡胶支座与梁底钢板间发生相对滑动，从而对下部结构起到一定隔震作用，有效的降低下部桥墩和基础的地震需求；

（2）纵向三角形阻挡装置具有足够刚度和强度，可以防止在支座发生滑动以后梁体发生过大的位移，从而可以防止纵向落梁的发生；

（3）横向X形弹塑性挡块具有稳定可靠的滞回耗能能力，可充分利用材料的性能，有效降低结构的地震响应，同时能控制横向墩梁相对位移在容许范围内；

（4）纵向三角形阻挡装置与下部墩台间预留的间隙、以及横向X形弹塑性挡块上纵向滑槽的采用，可以适应温度、混凝土收缩徐变、车辆冲击荷载等正常使用状态下梁体的纵向变形；

（5）该新型隔震系统构造简单、安装方便、性能可靠，与传统隔震装置（铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等）相比成本低廉，且震后易于修复或更换，不会对桥梁使用性能造成不利影响，可在我国量大面广的中小跨度梁式桥中广泛使用。

附图说明

图1为本发明横桥向结构示意图；

图2为本发明纵桥向结构示意图；

图3为沿图1中A—A线的剖视图；

图4为沿图2中B—B线的剖视图；

图5为地震作用下，该隔震系统在横桥向的功能示意图；

图6为地震作用下，该隔震系统在纵桥向的功能示意图；

图7为板式橡胶支座与钢板间滑动力与位移关系示意图；

图8为X形弹塑性挡块试验力与位移滞回示意图；

图9为汶川大地震中板式橡胶支座滑移震害图；

图中标号：1主梁，2预埋钢板，3板式橡胶支座，4支承垫石，5墩台，6焊接或栓接，7滑槽，8聚四氟乙烯板，9横向X形弹塑性挡块，10间隙，11弹性垫层，12纵向三角形阻挡装置。

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。

实施例1：

如图1至图4所示，本发明公开了一种成本低廉、性能可靠、安装及更换简便、适用于我国量大面广的中小跨度梁式桥的新型隔震系统，可同时在纵桥向和横桥向发挥作用，包括板式橡胶支座3、滑槽7、横向X形弹塑性挡块9、纵向三角形阻挡装置12及相关附属构件，板式橡胶支座3直接搁置在主梁1下预埋钢板2和支承垫石4之间，无其它连接措施，横向X形弹塑性挡块9顶部置于滑槽7内，滑槽7一端固定于主梁1上，使横向X形弹塑性挡块9顶部通过滑槽7与主梁1相连，横向X形弹塑性挡块9底部与墩台5采用锚固连接，纵向三角形阻挡装置12与主梁1采用锚固连接，与下部墩台5之间预留一定间隙10。

该新型隔震系统的核心是允许板式橡胶支座3在地震作用下与主梁1之间发生相对滑动，支座直接放置在主梁1下预埋钢板2和支承垫石4之间，无任何连接措施，由于板式橡胶支座3与预埋钢板2间的滑动摩擦系数一般小于板式橡胶支座3与混凝土间的摩擦系数，因此地震作用下板式橡胶支座3会首先与主梁1底钢板间发生相对滑动，从而在一定程度上对下部结构起到隔震作用，主梁1下预埋钢板2的尺寸需要根据地震下支座的滑动位移需求、板式橡胶支座3的尺寸来确定。

横桥向限位装置由横向X形弹塑性挡块9、滑槽7以及聚四氟乙烯板8组成，滑槽7锚固于主梁1一侧，其内壁设置一层聚四氟乙烯板8，横向X形弹塑性挡块9置于滑槽7内，使横向X形弹塑性挡块9在纵桥向可以在滑槽7内自由滑动，从而不对正常使用状态下梁体的纵向变形起到约束作用，滑槽7采用U形滑槽，U形滑槽的设计限制了横向X形弹塑性挡块9顶板绕纵轴的转动，从而保证横向X形弹塑性挡块9在横桥向发生双向弯曲变形，充分利用了材料性能。

在纵桥向该系统主要由纵向三角形阻挡装置12和弹性垫层11组成，三角形阻挡装置12固定于主梁1之上，与下部墩台5间预留一定间隙10，间隙10的大小需要根据正常使用状态下的梁体变形以及地震下的纵桥向墩梁相对位移限值来确定，阻挡装置侧面设置弹性垫层，以缓冲阻挡装置与下部墩台间在地震作用下可能产生的碰撞效应。

横向X形弹塑性挡块9与下部墩台5间的锚固强度、纵向三角形阻挡装置12与主梁1间的锚固强度均大于最大地震力需求。

横向X形弹塑性挡块9及纵向三角形阻挡装置12均采用成本低廉的A3钢制成。

如图5所示，在横桥向地震作用下，板式橡胶支座3与主梁1下预埋钢板2之间发生相对滑动，同时与主梁1锚固在一起的横向X形弹塑性挡块9也会发生变形，在地震力作用下，横向X形弹塑性挡块9会产生往复弹塑性变形，从而耗散地震能量，在降低结构地震需求的同时，也会限制墩梁相对位移在容许范围内，X形弹塑性挡块9顶板与滑槽7内壁通过聚四氟乙烯板8紧密贴合，以保证横向X形弹塑性挡块9在横向运动时仅发生双向弯曲变形，可充分利用材料性能；如图6所示，在纵桥向地震作用下，当主梁1向一侧运动时，允许板式橡胶支座3与主梁1间发生相对滑动，从而对下部结构起到隔震效果，当位移达到一定值以后，纵向三角形阻挡装置12与下部墩台5发生接触，从而阻止墩梁间相对位移进一步增加，防止发生落梁震害，此外，纵向三角形阻挡装置12侧面设置弹性垫层11，可以缓冲装置与下部墩台5之间的碰撞效应。

Claims (6)

1.一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，所述隔震系统可同时在桥梁横桥向和纵桥向发挥作用，包括主梁（1）、预埋钢板（2）、墩台（5）和支承垫石（4），支承垫石（4）固定于墩台（5）上，预埋钢板（2）埋置于主梁（1）底部，其特征在于，还包括板式橡胶支座（3）、横向X形弹塑性挡块（9）、滑槽（7）和纵向三角形阻挡装置（12），所述滑槽（7）为U型滑槽，所述的横向X形弹塑性挡块（9）的顶板置于所述的滑槽（7）内，且横向X形弹塑性挡块（9）在纵桥向能在滑槽（7）内自由滑动；滑槽（7）一侧与主梁（1）连接，横向X形弹塑性挡块（9）底部固定于与墩台（5）上方；所述的纵向三角形阻挡装置（12）分别固定于主梁（1）底部，两个纵向三角形阻挡装置（12）均与墩台（5）之间预留间隙（10）；板式橡胶支座（3）直接放置于预埋钢板（2）和支承垫石（4）之间，无其它连接措施；

地震作用下，允许所述的板式橡胶支座（3）与预埋钢板（2）间发生滑动，纵桥向和横桥向分别设置所述的三角形阻挡装置（12）和所述的X形弹塑性挡块（9）来限制支座位移，防止主梁（1）发生落梁。

2.根据权利要求1所述的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，其特征在于，所述的纵向三角形阻挡装置（12）和所述的横向X形弹塑性挡块（9）均由A3钢制成。

3.根据权利要求1所述的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，其特征在于，所述的滑槽（7）与主梁（1）之间可采用螺栓或焊接锚固连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，其特征在于，所述的纵向滑槽（7）内壁设置一层聚四氟乙烯板（8），以保证主梁在纵向的位移不受所述的横向X形弹塑性挡块（9）的限制。

5.根据权利要求1所述的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，其特征在于，所述的纵向三角形阻挡装置（12）靠近墩台（5）一侧设有弹性垫层（11），所述的弹性垫层（11）为橡胶垫层或弹性树脂垫层。

6.根据权利要求1所述的一种适用于中小跨度梁式桥的新型隔震系统，其特征在于，所述墩台（5）上固定有若干个支承垫石（4），相应的，有若干个板式橡胶支座（3）和若干个预埋钢板（2）。