CN107142840B - 一种桥梁简支支座抗震水平自锁装置 - Google Patents
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Abstract
桥梁简支支座在地震中往往因为无法提供足够的水平约束使得桥梁破坏严重，本发明旨在提出一种可以在地震等偶然荷载作用下可以激发水平约束的简支支座，在必要的时候为桥梁提供足够的水平约束。在连续梁桥等桥型中简支支座应用非常广泛，因为它可以释放水平位移约束和转动约束，减小桥梁的约束内力。但是在地震荷载等作用下保证足够的水平约束对于桥梁结构安全具有很大的意义。该新型桥梁支座抗震自锁装置可以既满足支座在桥梁正常使用过程中仅提供简支的竖向约束，又满足在地震荷载等作用下激发销栓为桥梁提供水平约束。本装置由与桥墩相对固定的固定端和与桥面结构相连的运动端构成。在正常使用时，与运动端相连的活塞可以在油缸中缓慢地自由滑动，油液可以通过活塞上的泄油孔相互渗透。在地震荷载等作用下，运动端带动活塞急剧移动，油液来不及通过泄油孔，油液通过单向延时阀进入油管又无法自由通过单向延时阀流向油缸另一端。所以此时油管内油压急剧升高，挤压弹簧使得销栓上顶，约束桥面的自由水平运动。而且桥面运动端对应的销栓孔与销栓不等间距，保证至少能有一个销栓随时可以插入约束水平运动。在地震结束之后，油管油压可以通过泄油管缓慢流回油缸，释放简支支座的水平约束。本发明针对桥梁简支支座无法在地震荷载等作用时提供足够的水平约束问题，以纯机械的方式提供了一种触发式的支座自锁装置，满足了简支支座在平时与地震中分别实现释放和约束水平自由度的目的，且装置制作简单、适用性强，在桥梁结构领域具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及应用于桥梁结构的简支支座，属于桥梁结构技术领域。
背景技术
桥梁的简支支座在桥梁结构中是一种非常常见的支承形式，在简支桥、连续梁桥等桥型中均有广泛的应用。简支支座受力简单明确，而且放松了桥面的纵向水平约束，降低了桥梁体系的内力水平，在正常使用中是一种很有利的支承形式。但是，在地震荷载作用下，由于简支支座无法提供足够的水平约束，使得震害大大加重。据文献调研显示，有将近30％的简支桥梁震害形式是支承破坏及落梁。所以克服简支支座在地震中缺乏水平约束的问题成为一下具有重要意义的研究。
活塞式液压机构在机械工程中是一种应用非常广泛的基础技术。利用活塞装置可以改变作用力的方向和大小，可以将水平地震作用转化为向上的顶升消栓作用。而且通过单向延时阀、泄油孔等对油液的控制，可以方便地实现装置的触发和复位。
目前，简支支座的技术已经相当成熟，活塞式液压机构也应用在各种机械装置中。但是可以解决桥梁简支支座在地震中缺乏水平约束的技术却一直没有得到很好的实现。所以，本发明旨在利用该新型桥梁简支支座抗震水平自锁装置来解决这一问题。
发明内容
本发明介绍了一种新型桥梁简支支座抗震水平自锁装置，在所有的桥梁简支支座中都可以有效应用。该发明巧妙利用活塞式液压机构解决了简支支座在地震荷载等作用下缺乏水平约束的问题，而且该装置制作简单、适用性强，在桥梁结构领域具有广泛应用前景。
本发明的技术方案如下：
一种适用于桥梁简支支座抗震水平自锁的装置，其特征在于：该装置由与桥墩相对固定的固定端和与桥面结构相连的运动端构成，运动端主要包括活塞和销栓孔，固定端主要包括含油液的油缸、油管、单向延时阀、销栓、弹簧、泄油管；在平时的使用过程中，车辆荷载、温度荷载引起的桥面水平位移不会被约束，保证设计的支座简支条件；在地震这类的突发外力作用下，该装置可以通过与桥面相对固定的活塞快速移动使与桥墩相对固定的油缸一侧腔体内油压激增将从而增大油管内液压使销栓上顶进入与桥面对应的预留孔洞约束桥面位移，增大桥面结构的抗侧刚度，提升桥体的抗震性和鲁棒性；在地震作用结束之后，油液可以通过泄油管缓慢回流到油缸中，销栓回落释放支座水平约束，回归简支状态。
本发明所述的桥梁支座抗震自锁装置，其特征在于：该装置通过纯机械构造实现自锁功能，不需要依靠电子电路等控制、激发，具有较强的环境适应性。
本发明所述的桥梁支座抗震自锁装置，其特征在于：通过泄油孔和单向延时阀对油缸和油管内油压的控制来实现平时的不约束和地震等突发外力下的自由度约束。
本发明所述的泄油孔，其特征在于：在平时桥面位移速度较慢时，油液流速较慢，可以缓慢自由地通过泄油孔从而调节油缸活塞两边的油压平衡。
本发明所述的泄油孔，其特征在于：在地震等条件下桥面位移速度很快时，油液流速很快，无法自由通过泄油孔。
本发明所述的单向延时阀，其特征在于：油液无法自由通过泄油孔时，油缸内压力高的一侧可以将油液通过单向延时阀快速挤入上部油管中，且无法通过单向延时阀流回到油缸中，会使得油管内油压激增。
本发明所述的油缸，其特征在于：油缸和桥墩相连，在任何情况下都和桥墩保持相对静止。
本发明所述的油管，其特征在于：油管和油缸是一个整体，都属于固定端的部件。
本发明所述的活塞，其特征在于：活塞与桥面相连，与桥面协同运动，桥面支点的运动都会反馈到活塞的运动上。
本发明所述的销栓，其特征在于：油管内压力较小时，销栓在弹簧作用下平衡位置处于较低点，不会对上部桥面的运动造成约束。
本发明所述的销栓，其特征在于：油管内压力激增时，销栓在压力作用下将弹簧上顶到达较高的平衡位置，此时就会对上部桥面的运动造成约束。
本发明所述的销栓，其特征在于：销栓的个数有3个以上。
本发明所述的桥面预留孔洞，其特征在于：有3个以上预留孔洞，且预留孔洞的间距与销栓间距不同，这样可以实现在桥面由于热胀冷缩等原因运动偏离初始位置时，仍然可以保证至少有一个销栓可以随时插入到对应的预留孔洞中。
本发明所述的泄油管，其特征在于：油液无法快速通过泄油管，仅可以在长期很缓慢地通过泄油管回流到油缸
本发明相对于现有技术具有以下优点及突出性效果：①采用触发机制和单向延时阀，可以使得简支支座在地震中也能提供水平约束。②采用纯机械构造，没有电子元件，保证了装置的环境适应性和耐用性。③采用泄油孔、泄油管相结合的方式保证在平时支座不会产生水平约束力。④消栓间距和桥面孔洞间距不同，保证装置在温度等桥面伸缩因素的影响下仍然有效。⑤在没有顶到桥面板的时候，销栓和弹簧之间的平衡决定了每一个独立销栓的位置。
附图说明
图1：新型桥梁简支支座抗震水平自锁装置示意图。其中，S代表连接桥墩的固定端，M 代表连接桥面的运动端，B代表销栓，C代表油缸，D代表泄油管，T代表油管，V代表单向延时阀，P代表活塞，H代表活塞上的泄油孔，O代表油液。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
本发明介绍了一种新型桥梁简支支座抗震水平自锁装置，在所有的桥梁简支支座中都可以有效应用。该发明巧妙利用活塞式液压机构解决了简支支座在地震荷载等作用下缺乏水平约束的问题，而且该装置制作简单、适用性强，在桥梁结构领域具有广泛应用前景。
本发明的施工工序为：
·在普通简支支座的桥墩端加装油缸、油管、销栓(与小活塞相连)等固定端配件，并且拼装成如图1所示的系统；
·将桥面板与油缸的大活塞连接，保证二者协同运动；
·在桥面板特定位置开与销栓对应的孔洞，间距与销栓间距不同；
·调试转置到合适的状态，比如销栓和销栓孔的位置安排得当，活塞在油缸中的位置安排得当，初始油压保证装置不约束桥面位移。
Claims (10)
1.一种桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：该装置由与桥墩相对固定的固定端和与桥面结构相连的运动端构成，运动端主要包括活塞和销栓孔，固定端主要包括含油液的油缸、油管、单向延时阀、销栓、弹簧、泄油管；在平时的使用过程中，车辆荷载、温度荷载引起的桥面水平位移不会被约束，保证设计的支座简支条件；在地震这类的突发外力作用下，该装置可以通过与桥面相对固定的活塞快速移动使与桥墩相对固定的油缸一侧腔体内油压激增将从而增大油管内液压使销栓上顶进入与桥面对应的预留孔洞约束桥面位移，增大桥面结构的抗侧刚度，提升桥体的抗震性和鲁棒性；在地震作用结束之后，油液可以通过泄油管缓慢回流到油缸中，销栓回落释放支座水平约束，回归简支状态。
2.根据权利要求1所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：该装置通过纯机械构造实现自锁功能，不需要依靠电子电路控制、激发，通过泄油孔和单向延时阀对油缸和油管内油压的控制来实现平时的不约束和地震这类的突发外力下的自由度约束，具有较强的环境适应性。
3.根据权利要求2所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述泄油孔在平时桥面位移速度较慢时，油液流速较慢，可以缓慢自由地通过泄油孔从而调节油缸活塞两边的油压平衡；在地震条件下桥面位移速度很快时，油液流速很快，无法自由通过泄油孔。
4.根据权利要求2所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述单向延时阀在油液无法自由通过泄油孔时，油缸内压力高的一侧可以将油液通过单向延时阀快速挤入上部油管中，且无法通过单向延时阀流回到油缸中，会使得油管内油压激增。
5.根据权利要求2所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述油缸和桥墩相连，在任何情况下都和桥墩保持相对静止。
6.根据权利要求2所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述油管和油缸是一个整体，都属于固定端的部件。
7.根据权利要求3所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述活塞与桥面相连，与桥面协同运动，桥面支点的运动都会反馈到活塞的运动上。
8.根据权利要求1所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述销栓在油管内压力较小时，在弹簧作用下平衡位置处于较低点，不会对上部桥面的运动造成约束；油管内压力激增时，销栓在压力作用下将弹簧上顶到达较高的平衡位置，此时就会对上部桥面的运动造成约束，且销栓的个数有3个以上。
9.根据权利要求1所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述桥面预留孔洞有3个以上，且预留孔洞的间距与销栓间距不同，这样可以实现在桥面由于热胀冷缩原因运动偏离初始位置时，仍然可以保证至少有一个销栓可以随时插入到对应的预留孔洞中。
10.根据权利要求1所述的桥梁简支支座抗震水平自锁装置，其特征在于：所述泄油管油液无法快速通过，仅可以在长期很缓慢地通过泄油管回流到油缸。
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