CN107447644B - 一种大跨度桥梁减隔震系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大跨度桥梁减隔震系统，包括两组主减震组件，两组所述主减震组件沿桥面纵向对称布置，每组所述主减震组件包括球型支座、用于横向耗能的横向阻尼器及用于纵向耗能的纵向阻尼器，所述球型支座内设有剪力件。本发明具有桥梁纵横向减震、且满足桥梁抗震性能要求的优点。

Description

一种大跨度桥梁减隔震系统

技术领域

本发明涉及桥梁减隔震领域，尤其涉及一种大跨度桥梁减隔震系统。

背景技术

地震是人类社会面临的一种严重的自然灾害。据统计，地球每年平均发生500万次左右的地震，其中，5级以上的破坏性地震约占1000次，地震除造成人员伤亡外还给人类带来巨大的经济和财产损失，我国地处地震多发区，大多数城市受到地震的威胁。而大跨度桥梁作为生命线工程，地震时一般不可以发生垮塌，因此必须采取措施提高桥梁的抗震性能。为解决上述技术问题，在高烈度地震区，大跨度桥梁一般采用在桥梁梁体与桥墩之间设置减隔震系统，现有大跨度漂浮体系桥梁减隔震系统的横桥向一般采用硬抗方式来抵抗地震，这种情况下桥梁抗震设计往往难以满足设计要求；而现有大跨度半漂浮体系桥梁一般采用铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座或弹塑性钢减震支座，但当支座承受的竖向荷载较大时，铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座往往平面尺寸较大，对桥梁安装空间要求较高，且当支座承受的水平荷载较大时，弹塑性钢减震支座的平面尺寸也会较大，同样存在安装空间要求高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种桥梁纵横向减震、且满足桥梁抗震性能要求的大跨度漂浮体系减隔震系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种大跨度桥梁减隔震系统，包括两组主减震组件，两组所述主减震组件沿桥面纵向对称布置，每组所述主减震组件包括球型支座、用于横向耗能的横向阻尼器及用于纵向耗能的纵向阻尼器，所述球型支座内设有剪力件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述球型支座包括上支座板、下支座板、球冠衬板及耳板，所述耳板设于上支座板的侧面或四周，并通过剪力件与上支座板相连。

当所述大跨度桥梁减隔震系统为漂浮体系时，所述球型支座为纵向球型支座。

当所述大跨度桥梁减隔震系统为半漂浮体系时，所述球型支座为固定球型支座、纵向球型支座、横向球型支座、双向球型支座，所述固定球型支座、纵向球型支座及横向球型支座内设有剪力件。

所述横向阻尼器为横向钢阻尼器，所述横向钢阻尼器包括上板、下板及设于上板与下板之间的弹塑性件。

所述弹塑性件的上端与上板间隙配合，所述弹塑性件的下端与下板固定连接。

所述纵向阻尼器为纵向粘滞阻尼器。

每组所述主减震组件沿桥面纵向布置。

每组所述主减震组件的球型支座、横向阻尼器及纵向阻尼器至少为一对，每对球型支座、横向阻尼器及纵向阻尼器均沿桥面的横向对称布置。

还包括一组辅助减震组件，所述辅助减隔震组件设于桥面的中心，并沿桥面纵向布置，所述辅助减震组件包括横向阻尼器及纵向阻尼器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过球型支座、横向阻尼器及纵向阻尼器的配合不但可满足桥梁正常使用状态的要求，同时可有效提高桥梁的减隔震性能，满足桥梁在大风、大震等环境下的纵横向抗震要求，有效解决了桥梁纵向位移过大以及横向抗震设计无法满足的问题。具体讲，本发明通过设置剪力件的球型支座来满足桥梁正常使用状态要求，当桥梁在大风、大震等荷载作用时，剪力件被剪断，横向阻尼器开始发挥耗能作用，纵向阻尼器在桥梁正常使用状态下和大风、大震等荷载作用下一直处于工作状态；

(2)本发明提出一种分离式的减隔震系统，即采用设置剪力件的球型支座结合纵向阻尼器和横向阻尼器组成减隔震系统，该减隔震系统由于采用分离式方法，使纵向阻尼器和横向阻尼器安装较灵活，解决了支座安装空间不足的问题；

(3)主减震组件采用对称布置的形式，使得桥梁在大震小震下整体受力均衡，进一步提高了桥梁的抗震性能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明横向钢阻尼器的结构示意图。

图4是本发明纵向球型支座的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

图中各标号表示：

1、主减震组件；11、球型支座；111、剪力件；112、上支座板；113、下支座板；114、球冠衬板；115、耳板；12、横向阻尼器；121、上板；122、下板；123、弹塑性件；13、纵向阻尼器；14、纵向球型支座；15、横向球型支座；16、双向球型支座；17、固定球型支座。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1示出了本发明大跨度桥梁减隔震系统的本实施例，大跨度桥梁为单跨跨径大于100m的桥梁。本实施例中，大跨度桥梁减隔震系统包括两组主减震组件1，两组主减震组件1沿桥面纵向对称布置，每组主减震组件1包括球型支座11、横向阻尼器12及纵向阻尼器13，球型支座11内设有剪力件111，当承受大风、大震水平荷载时，剪力件111剪断，横向阻尼器12及纵向阻尼器13开始发挥耗能作用。如图1，本实施例中，大跨度桥梁减隔震系统为漂浮体系，其中，纵向球型支座14为常规的纵向球型支座14，其传递竖向应力，保证在温差、混凝土收缩以及荷载作用于桥跨时能自由转动和平移；横向阻尼器12及纵向阻尼器13通过塑性变形耗散地震能量，横向阻尼器12横向耗能，纵向阻尼器13纵向耗能，通过横向阻尼器12及纵向阻尼器13耗散地震能量，防止支座因发生实际位移量大于设计位移量导致的落梁现象，保证连续梁桥结构在强烈地震作用下的安全性。

本发明通过纵向球型支座14、横向阻尼器12及纵向阻尼器13的配合不但可满足桥梁正常使用状态的要求，同时可有效提高桥梁的减隔震性能，满足桥梁在大风、大震等环境下的纵横向抗震要求，有效解决了桥梁纵向位移过大以及横向抗震设计无法满足的问题。具体讲，本发明通过设置剪力件111的纵向球型支座14来满足桥梁正常使用状态要求，当桥梁在大风、大震等荷载作用时，剪力件111被剪断，横向阻尼器12开始发挥耗能作用，纵向阻尼器13在桥梁正常使用状态下和大风、大震等荷载一直发挥耗能作用；同时，主减震组件1采用对称布置的形式，使得桥梁在大震小震下整体受力均衡，进一步提高了桥梁的抗震性能。

如图3，本实施例中，横向阻尼器12为横向钢阻尼器，所述横向钢阻尼器包括上板121、下板122及弹塑性件123，上板121与梁体连接，下板122与桥墩连接，弹塑性件123设于上板121与下板122之间，其结构简单，弹性部分为双弧形弹塑性钢，在其他实施例中，也可以选用具有良好的强度及塑性的弹塑性材料。在地震发生时，由于地震的剧烈冲击，梁体发生较大位移，此时该横向钢阻尼器在梁体与桥墩间建立约束，防止梁体因发生过大位移而落梁；同时，由于横向钢阻尼器高延性的材料特性，在约束梁体位移的同时可以通过双弧形弹塑性钢的变形耗散部分地震能量，在梁体竖直向上产生较大位移时，该横向钢阻尼器的双弧形弹塑性钢同样可以起到耗能和抗拉拔的作用。

本实施例中，双弧形弹塑性钢的上端与上板121间隙配合，双弧形弹塑性钢的下端与下板122固定连接，由于双弧形弹塑性钢上部与上板121有一定间隙，横向钢阻尼器不约束梁体因为温度变化或混凝土收缩徐变等原因而引发的较小位移和转动。

本实施例中，纵向阻尼器13为纵向粘滞阻尼器，纵向粘滞阻尼器为常规的纵向粘滞阻尼器。纵向粘滞阻尼器能最大限度吸收和消耗地震对桥梁的冲击能量，大大缓解了地震对桥梁造成的冲击和破坏。

如图4，本实施例中，纵向球型支座14包括上支座板112、下支座板113及球冠衬板114及耳板115，上支座板112固定于桥梁梁底板上，下支座板113固定于桥墩上，球冠衬板114设于上支座板112与下支座板113之间，球冠衬板114与上支座板112与下支座板113为滑动配合，以满足桥梁多向大转角及位移要求。本实施例中，耳板115设于上支座板112的侧面或四周，耳板115通过剪力件111与上支座板112相连。在桥梁正常使用状态时，剪力件111用于增强耳板115与上支座板112之间可传递的水平力，当桥梁在大风、大震等荷载作用时，剪力件111被剪断。本实施例中，剪力件111为剪力销。

如图1，本实施例中，每组主减震组件1沿桥面纵向布置，每组主减震组件1的纵向球型支座14、横向阻尼器12及纵向阻尼器13均为一对，一对纵向球型支座14、一对横向阻尼器12及一对纵向阻尼器13均沿桥面的横向对称布置，其进一步提高耗能效果。在其他实施例中，每组主减震组件1的纵向球型支座14、横向阻尼器12及纵向阻尼器13设置数量及位置可根据桥梁的耗能要求调整，如设置为两对，且沿桥面的横向对称布置。

本实施例中，进一步的，大跨度漂浮体系桥梁减隔震系统还可设置一组辅助减震组件，辅助减隔震组件设于桥面的中心，并沿桥面纵向布置，用于进一步增强桥梁的减隔震效果。本实施例中，辅助减震组件包括横向阻尼器及纵向阻尼器。

实施例2

图2示出了本发明的另一种大跨度桥梁减隔震系统的实施例，本实施例与上一实施例基本相同，区别在于本实施例的大跨度桥梁减隔震系统为半漂浮体系。球型支座11为固定球型支座17、纵向球型支座14、横向球型支座15、双向球型支座16，固定球型支座17、纵向球型支座14及横向球型支座15内均设有剪力件111，双向球型支座16内未设置剪力件111，当承受大水平荷载时，剪力件111剪断，横向阻尼器12及纵向阻尼器13开始发挥耗能作用。其中，固定球型支座17为常规的固定球型支座17，用于将桥梁结构固定在墩台上并传递竖向应力和水平力，允许桥跨转动但限制位移，用于提供桥梁水平、纵向及横向刚度；纵向球型支座14为常规的纵向球型支座14，提供桥梁纵向刚度；横向球型支座15为常规的横向球型支座15，提供桥梁横向刚度；双向性球型支座为常规的双向球型支座16，其传递竖向应力，保证在温差、混凝土收缩以及荷载作用于桥跨时能自由转动和平移。

本发明提出一种分离式的减隔震系统，即采用设置剪力件111的球型支座结合纵向阻尼器13和横向阻尼器12组成减隔震系统，该减隔震系统由于采用分离式方法，使纵向阻尼器13和横向阻尼器12安装较灵活，解决了支座安装空间不足的问题；同时，通过多类型球型支座、横向阻尼器12及纵向阻尼器13的配合不但可满足桥梁正常使用状态的要求，同时可有效提高桥梁的减隔震性能，满足桥梁在大风、大震等环境下的纵横向抗震要求，有效解决了桥梁纵向位移过大以及横向抗震设计无法满足的问题。具体讲，本发明通过设置剪力件111的球型支座来满足桥梁正常使用状态要求，当桥梁在大风、大震等荷载作用时，剪力件111被剪断，桥梁形成漂浮体系，横向阻尼器12和纵向阻尼器13开始发挥耗能作用；最后，主减震组件1采用对称布置的形式，使得桥梁在大震小震下整体受力均衡，进一步提高了桥梁的抗震性能。

本实施例中，固定球型支座17、纵向球型支座14及横向球型支座15均包括上支座板112、下支座板113、球冠衬板114及耳板115，上支座板112固定于桥梁梁底板上，下支座板113固定于桥墩上，球冠衬板114设于上支座板112与下支座板113之间，球冠衬板114与上支座板112与下支座板113为滑动配合，以满足桥梁多向大转角及位移要求。本实施例中，耳板115设于上支座板112的侧面或四周，并通过剪力件111与上支座板112相连。在桥梁正常使用状态时，剪力件111用于增强耳板115与上支座板112之间可传递的水平力，当桥梁在大风、大震等荷载作用时，剪力件111被剪断，成为漂浮体系，满足桥梁在大风、大震等环境下的抗震要求。本实施例中，剪力件111为剪力销。

本实施例中，进一步将固定球型支座17、纵向球型支座14、横向球型支座15及双向球型支座16分设于桥面的四角，保证正常工作时提供桥梁均衡有效的承载力；本实施例中，每组主减震组件1中的横向阻尼器12及纵向阻尼器13为一对，一对横向阻尼器12及一对纵向阻尼器13均沿桥面的横向对称布置，进一步提高耗能效果；且横向阻尼器12及纵向阻尼器13设于同侧的两球型支座之间，保证在固定球型支座17、纵向球型支座14、横向球型支座15断裂时，梁体不发生过大位移，均匀耗能。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，包括两组主减震组件，两组所述主减震组件沿桥面纵向对称布置，每组所述主减震组件包括球型支座、用于横向耗能的横向阻尼器及用于纵向耗能的纵向阻尼器，所述球型支座内设有剪力件，所述横向阻尼器为横向钢阻尼器，所述横向钢阻尼器包括上板、下板及设于上板与下板之间的弹塑性件，所述弹塑性件的上端与上板间隙配合，所述弹塑性件的下端与下板固定连接，所述弹塑性件弹性部分为双弧形弹塑性钢，所述球型支座为固定球型支座、纵向球型支座、横向球型支座、双向球型支座，所述固定球型支座、纵向球型支座及横向球型支座内设有剪力件，双向球型支座内未设置剪力件。

2.根据权利要求1所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，所述球型支座包括上支座板、下支座板、球冠衬板及耳板，所述耳板设于上支座板的侧面或四周，并通过剪力件与上支座板相连。

3.根据权利要求1所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，当所述大跨度桥梁减隔震系统为漂浮体系时，所述球型支座为纵向球型支座。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，所述纵向阻尼器为纵向粘滞阻尼器。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，每组所述主减震组件沿桥面纵向布置。

6.根据权利要求5所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，每组所述主减震组件的球型支座、横向阻尼器及纵向阻尼器至少为一对，每对球型支座、横向阻尼器及纵向阻尼器均沿桥面的横向对称布置。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的大跨度桥梁减隔震系统，其特征在于，还包括一组辅助减震组件，所述辅助减震组件设于桥面的中心，并沿桥面纵向布置，所述辅助减震组件包括横向阻尼器及纵向阻尼器。

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