CN107974923B - 一种近场地震用活动型三向减震装置 - Google Patents
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Abstract
一种近场地震用活动型三向减震装置，包括抗拉套筒和减震榫杆，抗拉套筒的底部为抗拉底面，在抗拉底面的中心设有用于减震榫杆穿过的抗拉通孔，减震榫杆由上部的安装段、中部的屈服段和下部的固定段组成，安装段的外表面与抗拉通孔的孔壁不接触，并与抗拉通孔的孔壁之间设有水平位移间隙，在抗拉套筒的筒腔内的安装段上套设有设置在抗拉底面上的阻尼减震块和转动副，转动副的外表面与抗拉套筒的筒壁不接触，并与抗拉套筒之间设有水平位移间隙，通过在减震榫杆顶部设计抗拉结构和阻尼减震零部件，实现竖向和水平同时具有减隔震功能。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁及建筑结构领域，涉及一种近场地震用活动型三向减震装置。
背景技术
近年来，随着桥梁抗震设计技术的发展，人类对地震的认识的不断加深，各类建筑包括桥梁都对抗震结构提出了更高的要求，越来越多的桥梁在设计时都采用减隔震设计方案。桥梁减隔震技术是在梁体与墩台的连接处安装减隔震产品，通过改变结构周期和阻尼来减小结构的地震反应。而在一些高烈度地震区对减隔震产品的要求更高，在发生近场地震时减隔震产品除了满足水平两向减隔震性能外，还必须满足竖向减隔震的要求。
目前常见的减震产品有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座、金属非线性耗能支座及减震榫等产品。摩擦摆支座在发生地震时产生水平位移，通过支座内部摩擦产生耗能；铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座都属于粘弹性减震支座，在发生地震时通过粘弹性的粘性剪切达到吸收和耗散能量的目的；减震榫是合理利用材料的屈服应变，通过结构变形来达到耗散能量的目的。上述减隔震产品都属于水平两向减隔震产品，不能满足竖向减隔震的要求。
而桥梁上应用的一些抗拉装置、防落梁装置等，竖向具有抗拉功能，但是其属于硬抗式结构，在竖向和水平向均不具有减隔震功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种近场地震用活动型三向减震装置，通过在减震榫杆顶部设计抗拉结构和阻尼减震零部件，实现竖向和水平同时具有减隔震功能。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种近场地震用活动型三向减震装置，包括抗拉套筒和减震榫杆，抗拉套筒的底部为抗拉底面，在抗拉底面的中心设有用于减震榫杆穿过的抗拉通孔，减震榫杆由上部的安装段、中部的屈服段和下部的固定段组成，安装段从抗拉通孔穿入抗拉套筒的筒腔内，安装段的外表面与抗拉通孔的孔壁不接触，并与抗拉通孔的孔壁之间设有水平位移间隙，在抗拉套筒的筒腔内的安装段上套设有设置在抗拉底面上的阻尼减震块和转动副，阻尼减震块压设在转动副的顶面上，或阻尼减震块设置在抗拉底面的上表面与转动副之间，转动副的外表面与抗拉套筒的筒壁不接触，并与抗拉套筒之间设有水平位移间隙，所述的转动副由固定设置在安装段上的第一转动件和套设在安装段并可以随抗拉套筒一起转动的第二转动件组成，第一转动件的下表面与第二转动件的上表面为可相对转动并相互配合设置的凹凸面。
进一步，所述的固定段与下锚固板固定连接，固定段与下锚固板为一体结构，或，固定段可拆卸固定设置在下锚固板上。
进一步，所述的减震榫杆由特种低碳钢制成，其屈服强度200～250MPa，其最大屈服塑性应变1.5%～3%。
进一步，所述的安装段为圆柱形。
进一步，所述的安装段的外表面开设有外螺纹，第一转动件的中心设有与安装段的外螺纹相匹配的内螺纹，第二转动件的中心通孔不与安装段的外表面相接触。
进一步，所述的安装段的下部外表面为光滑柱面，第一转动件的中心设有与安装段的外径相匹配的通孔，第二转动件的中心通孔不与安装段的外表面相接触，在第一转动件的上方设有将第一转动件固定安装在安装段的锁紧螺母。
进一步，所述的屈服段的表面采用弧面结构。
进一步，所述的抗拉套筒的筒身与抗拉底面为一体结构。
进一步，所述的抗拉套筒的筒身与抗拉底面通过螺栓固定连接。
进一步，所述的阻尼减震块采用非金属材料制成。
进一步，所述的非金属材料为橡胶或聚氨酯。
本发明采用上述技术方案可以达到以下有益效果：
1）本发明提出一种近场地震用活动型三向减震装置，减震榫杆的安装段的外表面与抗拉通孔的孔壁不接触，并与抗拉通孔的孔壁之间设有水平位移间隙，正常状态下，梁体受外部温度或荷载作用，梁体长度发生变化时，梁体带动抗拉套筒通过套筒底部的抗拉通孔围绕减震榫杆顶部安装段产生滑动位移，减少了梁体运动对减震榫杆硬抗作用而产生的变形，延长产品的使用时间；同时抗拉套筒带动转动副产生转动，以保证梁体正常情况下滑动和转动的要求；
2）发生近场地震时，受竖向地震力的作用，抗拉套筒带动阻尼减震块、转动副实现竖向减震抗拉功能；受水平地震力的影响，抗拉套筒将水平地震力通过转动副将地震力传递给减震榫杆，减震榫杆发生屈服变形，在运动中实现水平向的减震耗能功能。
通过本发明，既能实现竖向抗拉减震功能，又能满足水平双向减震耗能的功能，解决了常规减隔震产品竖向不具备减震抗拉功能的问题，同时解决了目前竖向抗拉装置或防落梁装置不具备竖向和水平向减震耗能的功能的问题，是一种适合于高烈度地震区近场地震用的三向减隔震装置。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为本发明的实施例2的结构示意图；
图中：1、下锚固板，2、减震榫杆，21、安装段，22、屈服段，23、固定段，3、抗拉套筒，31、抗拉底面，32、抗拉通孔，4、阻尼减震块，5、转动副，51、第一转动件，52、第二转动件，6、垫圈，7、锁紧螺母，8、上预埋板，9、上锚栓。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明专利加以说明，但是，本发明专利并不局限于本实施例。
如图1、2所示，一种近场地震用活动型三向减震装置，包括抗拉套筒3和减震榫杆2，抗拉套筒3的底部为抗拉底面31，在抗拉底面31的中心设有用于减震榫杆2穿过的抗拉通孔32，减震榫杆2由上部的安装段21、中部的屈服段22和下部的固定段23组成，安装段21用于减震榫杆2的上部固定安装，屈服段具有屈服变形效果，固定段23用于减震榫杆2的下部固定安装，安装段21从抗拉通孔32穿入抗拉套筒3的筒腔内，安装段21的外表面与抗拉通孔32的孔壁不接触，并与抗拉通孔32的孔壁之间设有水平位移间隙，在抗拉套筒3的筒腔内的安装段21上套设有设置在抗拉底面31上的阻尼减震块4和转动副5，转动副5固定安装在安装段21上，阻尼减震块4压设在转动副5的顶面上，转动副5设置在抗拉底面31的上表面上，阻尼减震块4的上方由固定件进行固定，才能使阻尼减震块4压设在转动副5上，或阻尼减震块4被夹设在抗拉底面31的上表面与转动副5之间，阻尼减震块4的下表面与抗拉底面31接触，上表面与转动副5下表面接触转动副5的外表面与抗拉套筒3的筒壁不接触，并与抗拉套筒3之间设有水平位移间隙，所述的转动副5由固定设置在安装段21上的第一转动件51和套设在安装段21的第二转动件52组成，第一转动件51的下表面与第二转动件52的上表面为可相对转动并相互配合设置的凹凸面。
抗拉套筒3的上方设有上预埋板8，通过上锚栓9与梁体底部的上预埋板8连接。
采用铸件或钢板加工成型，优选铸件。抗拉套筒3的筒身与抗拉底面31为一体结构，即一体成型，或抗拉套筒3的筒身与抗拉底面31通过螺栓固定连接，可通过拆卸抗拉底面，对两部分进行更换。
抗拉通孔32可以是圆形、长圆形、方形，只需保证与安装段21的外表面之间可水平位移的水平位移间隙，水平位移包括横向位移和纵向位移，抗拉通孔32尺寸大小有梁体正常位移量所决定，以满足梁体正常位移活动的要求。
转动副5是由凹球面和凸球面两部分组成；第一转动件的下表面采用凸球面，则第二转动件的上表面采用凹球面，或第一转动件的下表面采用凹球面，则第二转动件的上表面采用凸球面，转动副5可以选用标准的转动轴承件，或采用机加工方式自制，能实第二转动件随抗拉套筒相对第一转动件转动即可。
转动副5与抗拉套筒3之间的水平位移间隙应满足转动副5相对于抗拉套筒3内壁之间具有可横向移动的位移或纵向移动的位移或纵横向均可移动的位移，转动副5外表面选用圆形，抗拉套筒3的筒腔可选用长方形、方形、圆形，优选为长方形，具有一定的导向传力作用，其水平位移的大小与抗拉通孔32的大小相关。
固定段23与下锚固板1固定连接，固定段23与下锚固板1为一体结构，或，固定段23可拆卸固定设置在下锚固板1上，固定段23上设有与下锚固板1上的螺纹孔相匹配的外螺纹，固定段23与下锚固板1之间的分体式连接不限制为螺纹连接，也可以为其它的可折卸式分体连接形式，下锚固板1中间有螺纹孔，四周均布四个通孔，四个通孔通过下锚栓与墩台预埋钢板连接。
减震榫杆2由特种低碳钢制成，屈服强度200～250MPa、最大屈服塑性应变1.5%～3%。
转动副5固定安装在安装段21的两种形式为：
A、安装段为圆柱形，安装段21的下部外表面为光滑柱面，第一转动件51的中心设有与安装段21的外径相匹配的通孔，第二转动件52的中心通孔不与安装段21的外表面相接触，在第一转动件51的上方设有将第一转动件51固定安装在安装段21的锁紧螺母7，锁紧螺母7压在第一转动件51上方，通过下压固定的形式，将第一转动件51、第二转体件52、阻尼减震块4压在抗拉底面31的上表面，或通过下压固定的形式，将阻尼减震块4、第一转动件51、第二转体件52依次压在抗拉底面31的上表面。
B、安装段为圆柱形，安装段21的外表面开设有外螺纹，第一转动件51的中心设有与安装段21的外螺纹相匹配的内螺纹，第一转动件51通过螺纹结构固定安装在安装段21上，并对第二转动件52进行竖向限位，采用球面六角螺母形式，取代紧固螺母7；而下方的第二转动件52的中心通孔不与安装段21的外表面相接触，可随抗拉套筒转动。
屈服段22的表面采用弧面结构或变曲面结构，满足弧面方程或复合多次方曲线方程，满足相应的屈服变形效果，以抵抗水平方向的减震耗能。
阻尼减震块4采用聚氨酯材、橡胶等具有阻尼效果的非金属材料制成，其中优选聚氨酯材料，以保证竖向减震块的阻尼性能。
阻尼减震块4形状可以是方形或圆形的，形状的选择可根据阻尼减震块的大小及抗拉套筒3的筒腔来确定，优选方形，阻尼减震块4与抗拉套筒3之间的间隙应大于水平位移间隙；阻尼减震块4的中心部位开有圆孔或方孔，优选圆孔，应保证与安装段21之间的间距，防止磨损。
实施例1
如图1所示，一种近场地震用活动型三向减震装置由下锚固板1、减震榫杆2、抗拉套筒3、阻尼减震块4、转动副5、垫圈6、锁紧螺母7、上预埋板8、上锚栓9等零部件构成。三向减震装置装配时，下锚固板1与减震榫杆2采用螺纹连接；抗拉套筒3、阻尼减震块4及转动副5直接通过抗拉通孔32与减震榫杆2配合，其中抗拉底面的抗拉通孔32孔洞大小满足梁体正常位移要求；利用垫圈6和锁紧螺母7与减震榫杆2顶部螺纹配合固定抗拉套筒3、阻尼减震块4及转动副5。三向减震装置安装时，下锚固板与梁墩预埋板连接，而上部通过上预埋板8及上锚栓与梁体底部连接。
在正常情况下梁体产生运动，梁体带动抗拉套筒使其底部的孔洞围绕减震榫杆顶部圆柱部位发生运动，满足梁体正常位移的要求。在梁体发生挠曲变形时，梁底带动抗拉套筒通过转动副结构转动，使得转动副凹球面围绕凸球面发生转动，实现梁体的正常转动功能。
在发生地震时，梁墩与梁体发生上下和水平三个方向的相对运动。在竖向相对运动时，梁体与梁墩发生上下相对运动，此时梁体带动抗拉套筒上下运动，当阻尼减震块位位于转动副下方时，将竖向力通过抗拉套筒通过阻尼减震块传递至转动副及锁紧螺母上，当阻尼减震块位于转动副上方时，将竖向力通过抗拉套筒通过转动副传递至阻尼减震块及锁紧螺母上，使得抗拉套筒和减震榫杆构成抗拉结构，同时在力传递过程中压缩聚氨酯阻尼减震块，实现竖向抗拉和减震功能。在水平相对运动时，梁体推动抗拉套筒水平运动，当运动位移大于抗拉通孔预留的正常水平位移时，抗拉套筒将水平力传递至减震榫杆顶部，带动减震榫杆发生屈服变形，在减震榫杆发生屈服变形过程中实现减震耗能。
实施例2
如图2所示，一种近场地震用活动型三向减震装置由下锚固板1、减震榫杆2、抗拉套筒3、阻尼减震块4、转动副5、上预埋板8、上锚栓9等零部件构成。三向减震装配时，下锚固板1与减震榫杆2采用螺纹连接；抗拉套筒3、阻尼减震块4通过抗拉通孔与减震榫杆2顶部圆柱部位配合，然后套入转动副凹球面，转动副凸球面采用球型螺母或者是带有内螺纹的凸球面，通过凸球面内螺纹与减震榫杆2顶部螺纹配合，固定抗拉套筒、阻尼减震块及转动副。三向减震装置安装时，下锚固板与梁墩预埋板连接，而上部通过上预埋板8及上锚栓与梁体底部连接。
在正常情况下梁体产生运动，梁体带动抗拉套筒使其底部孔洞围绕减震榫杆顶部圆柱部位发生运动，满足梁体正常位移的要求。在梁体发生挠曲变形时，梁底带动抗拉套筒通过转动副结构转动，使得转动副凹球面围绕凸球面发生转动，实现梁体的正常转动功能。
在发生地震时，梁墩与梁体发生上下和水平三个方向的相对运动。在竖向相对运动时，梁体与梁墩发生上下相对运动，此时梁体带动抗拉套筒上下运动，将竖向力通过抗拉套筒通过阻尼减震块传递至转动副上，使得抗拉套筒和减震榫杆构成抗拉结构，同时在力传递过程中压缩聚氨酯阻尼减震块，实现竖向抗拉和减震功能。在水平相对运动时，梁体推动抗拉套筒水平运动，当运动位移大于抗拉通孔预留的正常水平位移时，抗拉套筒将水平力传递至减震榫杆顶部，带动减震榫杆发生屈服变形，在减震榫杆发生屈服变形过程中实现减震耗能。
本发明不仅能够满足近场地震发生时竖向抗拉和减震功能，还能满足水平方向的减震耗能，是一种适合于高烈度近场地震去桥梁的抗震产品。
Claims (9)
1.一种近场地震用活动型三向减震装置，包括抗拉套筒（3）和减震榫杆（2），其特征在于：抗拉套筒（3）的底部为抗拉底面（31），抗拉套筒（3）的筒身与抗拉底面（31）为一体结构，在抗拉底面（31）的中心设有用于减震榫杆（2）穿过的抗拉通孔（32），减震榫杆（2）由上部的安装段（21）、中部的屈服段（22）和下部的固定段（23）组成，安装段（21）从抗拉通孔（32）穿入抗拉套筒（3）的筒腔内，安装段（21）的外表面与抗拉通孔（32）的孔壁不接触，并与抗拉通孔（32）的孔壁之间设有水平位移间隙，安装段（21）的上表面不与上预埋板（8）相接触，屈服段（22）的表面采用弧面结构或变曲面结构，满足弧面方程或复合多次方曲线方程，满足相应的屈服变形效果，以抵抗水平方向的减震耗能,在抗拉套筒（3）的筒腔内的安装段（21）上套设有设置在抗拉底面（31）上的阻尼减震块（4）和转动副（5），阻尼减震块（4）压设在转动副（5）的顶面上，或阻尼减震块（4）设置在抗拉底面（31）的上表面与转动副（5）之间，转动副（5）的外表面与抗拉套筒（3）的筒壁不接触，并与抗拉套筒（3）之间设有水平位移间隙，所述的转动副（5）由固定设置在安装段（21）上的第一转动件（51）和套设在安装段（21）上并可以随抗拉套筒（3）一起转动的第二转动件（52）组成，第一转动件（51）的下表面与第二转动件（52）的上表面为可相对转动并相互配合设置的凹凸面。
2.如权利要求1所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的固定段（23）与下锚固板（1）固定连接，固定段（23）与下锚固板（1）为一体结构，或，固定段（23）可拆卸固定设置在下锚固板（1）上。
3.如权利要求1所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的减震榫杆（2）由特种低碳钢制成，其屈服强度为200～250MPa，其最大屈服塑性应变为1.5%～3%。
4.如权利要求1所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的安装段为圆柱形。
5.如权利要求4所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的安装段（21）的外表面开设有外螺纹，第一转动件（51）的中心设有与安装段（21）的外螺纹相匹配的内螺纹，第二转动件（52）的中心通孔不与安装段（21）的外表面相接触。
6.如权利要求4所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的安装段（21）的下部外表面为光滑柱面，第一转动件（51）的中心设有与安装段（21）的外径相匹配的通孔，第二转动件（52）的中心通孔不与安装段（21）的外表面相接触，在第一转动件（51）的上方设有将第一转动件（51）固定安装在安装段（21）的锁紧螺母（7）。
7.如权利要求1所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的抗拉套筒（3）的筒身与抗拉底面（31）通过螺栓固定连接。
8.如权利要求1所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的阻尼减震块（4）采用非金属材料制成。
9.如权利要求8所述的一种近场地震用活动型三向减震装置，其特征在于：所述的非金属材料为橡胶或聚氨酯。
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