CN107974926B - 一种自平衡复位桥梁减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自平衡复位桥梁减震装置，包括锚块、高强绳索、定滑轮组、高强弹簧、转向滑轮、连杆和钢抱箍；所述锚块锚固在主梁两侧的外侧面上；所述钢抱箍与墩身贴合连接，均布于墩身上；所述定滑轮组由若干不同直径的滑轮组成，中间的滑轮尺寸最大，向两端尺寸逐渐减小；每个滑轮均通过连杆锚固在钢抱箍上，安装后的定滑轮组的外侧面呈弧形；所述高强弹簧的下端锚固在承台或基础上；所述转向滑轮布置在墩身的下部，使高强绳索与高强弹簧垂直连接；所述高强绳索的上端锚固在主梁外侧的锚块上，依次绕经位于另一侧的定滑轮组和位于同侧的转向滑轮，下端锚固于同侧的高强弹簧上。该装置对墩身易产生过大弯矩问题进行有效的解决。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种自平衡复位桥梁减震装置。
背景技术
我国是一个地震多发的国家，桥梁在地震灾害后发生结构破坏，甚至落梁、倒塌等事件屡见不鲜。桥梁工程作为通往灾区的生命线工程，其在震害发生时的安全性直接关系到震后抢险救灾能否顺利实施，对人民生命财产损失会产生巨大影响。
在地震作用下，桥梁上部结构会产生巨大的水平惯性力(以下简称水平力)，这个水平力将通过支座再传递到墩顶，造成一方面墩梁间发生较大的相对变位，导致支座损坏，甚至梁体倾覆；另一方面墩顶的水平力会使墩身尤其是高墩受到极大的弯矩作用，严重时甚至造成墩身断裂的后果。
目前，大部分涉及桥梁抗震、减隔震方面的文献中桥梁减隔震装置均位于墩梁之间的狭小空间，其思路均是对地震作用下主梁水平力的减弱或增加缓冲消能装置，例如对抗震挡块的改进，对支座的改进等等。而关于由墩顶水平力引起墩身尤其是高墩巨大弯矩而易损坏的问题，却很少有相关的处理方案。
1、申请号201610481565.5公开了一种缓冲消能的桥梁抗震挡块构造，旨在地震作用下，通过活动铰和若干弹簧来耗散地震能量和实现梁体自复位。将地震作用下主梁产生的水平惯性力进行削弱，减小上部结构对桥墩的作用力，但即便如此，墩顶处所受集中力依然很大，对墩身下部产生巨大弯矩，导致使墩身受力不均，甚至出现弯曲破坏。且此装置在中强震作用下对桥梁的限位，缓冲消能等抗震表现乏力。
2、申请号201410102422.X公开了一种耗能自复位桥梁墩柱结构，通过桥墩顶部与基础间采用拉索连接并通过阻尼耗能装置、橡胶层等构件实现地震作用下桥梁墩柱结构耗能自复位。但从受力角度分析，拉索与竖直方向角度偏小，使得对墩顶处地震变形位移的水平约束作用较为有限，且墩顶处所受集中力很大，对墩身下部产生巨大弯矩，墩身受力不均，仍易出现弯曲破坏。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种自平衡复位桥梁减震装置。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种自平衡复位桥梁减震装置，其特征在于该装置包括锚块、高强绳索、定滑轮组、高强弹簧、转向滑轮、连杆和钢抱箍；所述锚块锚固在主梁两侧的外侧面上；所述钢抱箍与墩身贴合连接，均布于墩身上；所述定滑轮组由若干不同直径的滑轮组成，中间的滑轮尺寸最大，向两端尺寸逐渐减小；每个滑轮均通过连杆锚固在钢抱箍上，安装后的定滑轮组的外侧面呈弧形；所述高强弹簧的下端锚固在承台或基础上；所述转向滑轮布置在墩身的下部，使高强绳索与高强弹簧垂直连接；所述高强绳索的上端锚固在主梁外侧的锚块上，依次绕经位于另一侧的定滑轮组和位于同侧的转向滑轮，下端锚固于同侧的高强弹簧上。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、该装置打破传统消能限位抗震装置的思路，不只局限于对墩顶主梁的防落梁约束与消能限位的考虑，创造性的对地震作用下由于墩顶的集中力作用导致的墩身易产生过大弯矩问题进行有效的解决。
2、在地震作用下，该装置可以通过高强绳索将主梁产生的对桥墩的水平力由墩顶集中力的作用形式转化为沿墩身的均布力的形式，力的作用位置和方向的改变通过定滑轮组来实现，合力位置由墩顶转化为桥墩中心，力臂缩减一半，墩身根部力矩显著降低，墩身受力更加均匀合理，防止墩身弯曲破坏，且梁体过大的横桥向位移受到有效约束，提高桥梁结构的整体抗震性能。
3、该发明装置在构造上传力路径明确，地震作用下主梁产生的向左(右)的巨大水平惯性力由高强绳索向下传递，绕经墩身右(左)侧布置的定滑轮组，又绕回墩身左(右)侧的转向滑轮后将力通过高强弹簧传递至承台。使主梁产生的巨大惯性力大部分传递至承台，大大减小了通过支座向下传递给墩身顶部的力，实现了对墩身的有效保护。
4、在地震作用下主梁产生位移从而导致高强绳索受力产生位移时，高强弹簧一方面通过约束高强绳索位移来约束主梁位移，同时具有缓冲消能作用，另一方面对主梁位移引起的高强绳索位移进行复位。实现将主梁的位移与弹簧的弹性势能相互转换，达到大变形下提供耗能减震，小变形下提供弹性复位的作用。
5、该装置传力路径明确，具有耗能、限位和自复位功能，可以非常有效地约束梁体过大的横桥向位移，减少横桥向落梁事故的发生，提高桥梁结构的整体抗震性能，且具有震后自修复能力。
6、本装置为独立于桥墩的装置，结构简单，安装简便，施工方便快捷，可根据桥墩长度合理定制批量生产，具有较大的工程应用价值。可适用于新建或现役桥梁的抗震加固，不受地形，通航要求等因素限制。
7、钢抱箍为分段设置，便于安装，便于后期使用阶段对于个别坏损滑轮的拆卸和更换。
附图说明
图1为本发明自平衡复位桥梁减震装置一种实施例的整体结构主视示意图。
图2为本发明自平衡复位桥梁减震装置一种实施例的主梁外侧锚块的局部放大示意图。
图3为本发明自平衡复位桥梁减震装置一种实施例的高强弹簧的局部放大示意图。(图中：1、锚块；2、高强绳索；3、定滑轮组；4、高强弹簧；5、转向滑轮；6、主梁；7、墩身；8、承台；9、连杆；10、钢抱箍)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种自平衡复位桥梁减震装置(参见图1-3，简称装置)，其特征在于该装置包括锚块1、高强绳索2、定滑轮组3、高强弹簧4、转向滑轮5、连杆9和钢抱箍10；所述锚块1锚固在主梁6两侧的外侧面上；所述钢抱箍10与墩身7贴合，环抱且均布于墩身7上；所述定滑轮组3由若干不同直径的滑轮组成，中间的滑轮尺寸最大，向两端尺寸逐渐减小；每个滑轮均通过不同长度的连杆9锚固在钢抱箍10上且均布于墩身7上，安装后的定滑轮组3的外侧面呈弧形，目的是使各个滑轮受力均衡，对墩身7传递均布作用力；所述高强弹簧4的下端通过锚栓锚固在承台8或基础上；所述转向滑轮5布置在墩身7的下部，将高强绳索2力的作用方向由斜向改变为竖直，使其与高强弹簧4垂直连接；所述高强绳索2的上端锚固在主梁6外侧的锚块1上，绕经位于另一侧的定滑轮组3，回到位于同侧的转向滑轮5，下端锚固于同侧的高强弹簧4上。
高强绳索2在实施例中的连接方式是：高强绳索2的上端锚固在主梁左外侧的锚块1上，依次绕经位于右侧的定滑轮组3和位于左侧的转向滑轮5，下端锚固于左侧的高强弹簧4上；高强绳索2的上端锚固在主梁右外侧的锚块1上，依次绕经位于左侧的定滑轮组3和位于右侧的转向滑轮5，下端锚固于右侧的高强弹簧4上。
所述高强绳索2为由高强度耐疲金属或非金属材料制成的绳索(例如钢绞线或高强钢丝绳)，为主要传力构件，承受拉应力，通过合理的计算分析对钢绞线进行预应力的张拉，使其能够约束主梁横桥向位移并具有弹性自平衡复位的功能。
所述定滑轮组3采用高强度材料。
所述高强弹簧4为高强弹性金属材料、高强度弹性合金材料或高阻尼耗能材料制件，弹簧可做成弹簧组，分散固定于桥梁承台或基础上，实现耗能和自复位的功能。
所述连杆9是钢材制件、合金材料制件或金属与非金属高阻尼材料组合制件；
所述钢抱箍10是由钢材制成的环形构件；
所述装置与主梁、桥墩等构件完全独立，可单独批量生产，在成桥阶段进行安装，调试。
本发明自平衡复位桥梁减震装置的工作原理和工作流程是：在地震作用下，桥梁上部结构会产生巨大的水平惯性力，并发生较大位移，此时高强绳索2通过安装在主梁6外侧的锚块1来限制梁体位移，并将绝大部分原本集中在墩顶的力通过定滑轮组3向下传递并均匀作用在墩身7上，实现墩底作用力臂减半，从而显著降低桥墩弯矩，大幅改善墩身受力状态。高强绳索2下端通过高强弹簧4锚固在承台8上，高强弹簧4通过自身弹性变形起到缓冲消能抗震作用的同时，对桥梁亦产生自平衡复位的功效。
以上所述只是用图解说明本发明自平衡复位桥梁减震装置的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种自平衡复位桥梁减震装置，其特征在于该装置包括锚块、高强绳索、定滑轮组、高强弹簧、转向滑轮、连杆和钢抱箍；所述高强绳索为钢绞线或高强钢丝绳；所述高强弹簧为高强弹性金属材料、高强度弹性合金材料或高阻尼耗能材料制件；所述锚块锚固在主梁两侧的外侧面上；所述钢抱箍与墩身贴合连接，均布于墩身上；所述定滑轮组由若干不同直径的滑轮组成，中间的滑轮尺寸最大，向两端尺寸逐渐减小；每个滑轮均通过连杆锚固在钢抱箍上，安装后的定滑轮组的外侧面呈弧形；所述高强弹簧的下端锚固在承台或基础上；所述转向滑轮布置在墩身的下部，使高强绳索与高强弹簧垂直连接；所述高强绳索的上端锚固在主梁外侧的锚块上，依次绕经位于另一侧的定滑轮组和位于同侧的转向滑轮，下端锚固于同侧的高强弹簧上。
2.根据权利要求1所述的自平衡复位桥梁减震装置，其特征在于高强绳索的上端锚固在主梁左外侧的锚块上，依次绕经位于右侧的定滑轮组和位于左侧的转向滑轮，下端锚固于左侧的高强弹簧上；高强绳索的上端锚固在主梁右外侧的锚块上，依次绕经位于左侧的定滑轮组和位于右侧的转向滑轮，下端锚固于右侧的高强弹簧上。
3.根据权利要求1所述的自平衡复位桥梁减震装置，其特征在于所述钢抱箍是由钢材制成的环形构件。
4.根据权利要求1所述的自平衡复位桥梁减震装置，其特征在于所述连杆是钢材制件、合金材料制件或金属与非金属高阻尼材料组合制件。
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