CN109555009A - 一种支撑及梁体减隔震结构体系及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支撑及梁体减隔震结构体系及其应用，包括减震组件，减震组件包括用于支撑的多向型支座和用于纵横向减隔震和抗拉拔的可变刚度摩擦阻尼连接器。与相关技术相比，本发明提供的支撑及梁体减隔震结构体系及其应用在不改变原有结构受力体系的情况下不但能够提供满足桥梁抗震性能要求的纵横向减隔震，并且具有抗拉拔功能，另外，该体系不干涉梁体受温度影响产生的梁体变形，安装空间可调，造价相对低廉，使用寿命长。尤其对于之前没有进行抗震设计的桥梁，在不进行顶梁换支座的情况下通过增加减震组件可以额外进行加固并且提升桥梁的抗震性能。

Description

一种支撑及梁体减隔震结构体系及其应用

技术领域

本发明涉及一种支撑加固及梁体的减隔震结构体系以及其应用。

背景技术

在路网领域，桥梁所扮演的角色至关重要，对保障交通网络的通畅有着举足轻重的作用；在建筑领域，楼宇之间的连廊、景观桥等也扮演着不可或缺的作用。然而，桥梁、连廊大都为钢混结构，本身抵抗地震的能力很差，一旦发生地震灾害，桥梁最容易受到损害甚至发生灾难性的倒塌，严重影响灾区救援以及重建，损失不可估量。因此，对桥梁、连廊的减隔震设计及对已有桥梁进行抗震加固具有十分重要的意义。

减隔震技术在桥梁上的运用可追溯到20世纪70年代，其基本原理在于通过改变梁体结构体系的自震频率以及增加结构的耗能能力来减小结构的地震内力。目前我国在桥梁的抗震性能设计中，通过在一个主梁上布置多种不同型号的支座来改变梁体结构的自震频率以及增加结构的耗能，最终起到减隔震的目的。常见的隔震支座有铅芯橡胶支座、摩擦摆支座、钢阻尼支座以及拉索支座。铅芯橡胶支座往往平面尺寸较大，对桥梁的安装空间要求高，另外，橡胶支座由于橡胶的老化而寿命不长。摩擦摆支座和钢阻尼支座相对其他支座的价格高昂，工程造价高，另外，支座在工作过程中会抬升主梁导致主梁表面不平整。拉锁支座造价贵，同时对安装空间要求也高。最重要的是，对于原来没有进行减隔震设计的老桥梁，不进行支座更换，现有支座对抗震都无能为力。

因此，有必要提供一种可变刚度摩擦阻尼连接器解决以上技术问题。

发明内容

本发明提供一种支撑及梁体减隔震结构体系，该结构体系在不改变原有结构受力体系的情况下不但能够提供满足桥梁抗震性能要求的纵横向减隔震，并且具有抗拉拔功能。

本发明的目的在于提供一种支撑及梁体减隔震结构体系，包括：

减震组件，减震组件包括用于支撑的多向型支座和用于纵横向减隔震和抗拉拔的可变刚度摩擦阻尼连接器；

所述多向型支座包括下连接板、支撑结构、上连接板，其中，下连接板用于与梁墩通过锚碇棒或螺栓连接，上连接板用于与主梁通过锚碇棒或螺栓连接，支撑结构夹装于上连接板和下连接板之间，实现全方位转动和移动；

可变刚度摩擦阻尼连接器包括包括上下压板、摩擦阻尼棒、高阻尼橡胶块、弹簧装置以及连接装置，高阻尼橡胶块安装在摩擦阻尼棒之间，摩擦阻尼棒夹装在上下压板之间，弹簧装置垂直对称布置在上下压板和摩擦阻尼棒之中；连接装置一端通过螺栓与主梁连接，另一端通过螺栓与梁墩连接。

优选的，多向型支座采用球形支座、盆式支座或板式支座。

优选的，弹簧装置包括弹簧销、弹簧及螺母，弹簧销贯穿且垂直对称布置在上下压板和摩擦阻尼棒之中，套接在弹簧销端部的弹簧一端嵌套在压板上，另一端通过螺母与弹簧销固定；

优选的，所述连接结构设置在摩擦阻尼棒两端，所述连接结构包括与摩擦阻尼棒连接的万向节和与万向节活动连接的连接板，摩擦阻尼棒具有6个自由度，使该连接器6个自由度方向均具有阻尼。

优选的，所述上下压板内侧具有波浪状曲面，波浪状曲面上设置三角锯齿结构。

优选的，所述摩擦阻尼棒内端为长方实体，上下表面为带三角锯齿结构的波浪状曲面，波浪状曲面尺寸与压板的曲面相配合；

优选的，所述长方实体上设有若干个与压板通孔相对应的条形槽，用于弹簧销的连接，且弹簧销可沿条形槽内运动。

本发明另一个目的提供一种上述减隔震结构的应用，将上述结构布置于桥梁上进行减隔震，具体方法如下：

根据桥梁设计承载能力初步确定支座吨位需求，根据吨位大小，确定多向型支座参数；

将多向型支座布置在梁墩上；

建立桥梁结构的动力分析模型，根据纵向和横向的刚度比，确定可变刚度摩擦阻尼连接器的安装角度；

每个多向型支座布置一个可变刚度摩擦阻尼连接器。

与相关技术相比，本发明提供的支撑及梁体减隔震结构体系具有以下有益效果：

1)本发明不但可以满足桥梁正常使用状态的要求，同时可有效的提高桥梁减隔震性能。通过对减震组件的合理布置，在抗震性能上既能满足隔震的需求，又能有效的防止主梁过大的纵向摆动或横向的扭转摆动，从而避免了桥梁的破坏。

2)整个梁体减隔震结构体系中的减震组件结构可适应固纵横配置，安装方便且解决了安装空间不足的问题。重要的是，对之前没有进行减隔震设计的桥梁、连廊等结构，如采用板式支座的桥梁，可利用桥梁上现有的支座，在不进行顶梁换支座的情况下通过增加减震组件可以额外进行加固并且提升桥梁的抗震性能，用来满足新的地震烈度规范及新的技术要求。

3)梁体减隔震结构体系布局合理，通过调节可变刚度摩擦阻尼连接器的安装角度，使得纵横向都具有不同刚度的减隔震效果，且还具有抗拉拔功能。整个梁体减隔震结构体系工程造价低，具有良好的经济效应。

附图说明

图1为本发明提供的支撑及梁体减隔震结构体系布置方式图；

图2为本发明提供的多向型支座剖面结构示意图；

图3为本发明可变刚度摩擦阻尼连接器构造示意图之一；

图4为图3的结构示意图之二；

图5为图3中摩擦阻尼棒的结构示意图之一；

图6为图3中摩擦阻尼棒的结构示意图之二；

图7为图3中万向节的结构示意图。

其中，1-减震组件，11-多向型支座，12-可变刚度摩擦阻尼连接器，111-下座板，112-中座板，113-上座板，114-球面耐磨板，115-平面耐磨板，116-密封圈，121-压板，122-摩擦阻尼棒，123-高阻尼橡胶块，124-弹簧装置，125-连接装置，1241-弹簧销，1242-弹簧，1243-螺母，1251-万向节，1252-连接板。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本发明一种支撑及梁体减隔震的结构体系，主要包括减震组件1及其减震组件1的布置方法。本实施例的减震组件1包括用于支撑的多向型支座11、用于纵横向减隔震和抗拉拔的可变刚度摩擦阻尼连接器12。

本实施例多向型支座11采用现有的普通的球形多向支座，本实施例的多向型支座11包括下座板111、中座板112、上座板113、球面耐磨板114、平面耐磨板115、密封圈116，平面耐磨板夹装在上座板及中座板之间，且设置有密封圈，球面耐磨板夹装在下座板与中座板之间且周边设置密封圈，所述下座板111通过锚碇棒或螺栓与梁墩连接，所述上座板113通过锚碇棒或螺栓与主梁连接，所述中座112夹装在上座板113和下座板111之间，其作用在于一是可以实现全方位转动，二是可实现全方位移动。

当发生地震或者由其他原因所产生的剧烈震动时所述下座板111与上座板113的相对位移超出最大滑移值，此时主梁受可变刚度摩擦阻尼连接器12的作用进行摩擦耗能。

本实施例的可变刚度摩擦阻尼连接器12包括上下压板121、摩擦阻尼棒122、高阻尼橡胶块123、弹簧装置124以及连接装置125。连接装置一端通过螺栓与主梁连接，另一端通过螺栓与梁墩连接。

弹簧装置124包括弹簧销1241、弹簧1242及螺母1243，弹簧销贯穿且垂直对称布置在上下压板和摩擦阻尼棒之中，套接在弹簧销端部的弹簧一端嵌套在压板上，另一端通过螺母与弹簧销固定；

本实施例的连接装置125设置在摩擦阻尼棒两端，包括与摩擦阻尼棒连接的万向节1251和与万向节活动连接的连接板1252，摩擦阻尼棒具有6个自由度，使该连接器6个自由度方向均具有阻尼。

本实施例的上下压板内侧具有波浪状曲面，波浪状曲面上设置三角锯齿结构。

本实施例的摩擦阻尼棒内端为长方实体，上下表面为带三角锯齿结构的波浪状曲面，波浪状曲面尺寸与压板的曲面相配合；

本实施例的长方实体上设有若干个与压板通孔相对应的条形槽，用于弹簧销的连接，且弹簧销可沿条形槽内运动。

减震组件1的布置方法为：

将普通多向型支座11布置在梁墩上，支座数量根据吨位大小参数可自行调节。对应每个普通多向型支座11配套布置一个可变刚度摩擦阻尼连接器12。可变刚度摩擦阻尼连接器12根据纵向和横向的刚度比以一定角度对称布置。通过建立桥梁结构的动力分析模型最终确定减震组件1的具体性能参数以及可变刚度摩擦阻尼连接器12的安装角度。

采用本实施例的减震组件应用于桥梁的减隔震，具体步骤如下：

根据桥梁设计承载能力初步确定支座吨位需求，根据吨位大小，确定多向型支座参数；将确定好的多向型支座布置在墩顶上；

建立桥梁结构的动力分析模型，采用常见的有限元分析软件如SAP2000等，采用双折线模型，考虑桥梁结构、地震烈度及场地类型等影响桥梁地震反应数据的因素，对桥梁结构进行地震工况的有限元分析，经过多次迭代确定桥梁在纵横向最合适的滑移刚度、摩擦阻尼及位移，通常因为桥梁梁体自身长条状以及桥墩的截面形状并不为正圆等原因，地震时，在桥梁纵横向所需要的滑移刚度、摩擦阻尼、及位移并不相同，可定义为纵向滑移刚度K₁、纵向摩擦系数u₁、纵向滑移位移e₁；横向滑移刚度K₂、横向摩擦系数u₂、横向滑移位移e₂；根据摩擦阻尼连接器的刚度K以及根据纵向和横向的刚度比，确定可变刚度摩擦阻尼连接器的安装角度a，使得Ksina＝K₁，Kcosa＝K₂；同时兼顾考虑摩擦阻尼连接器的摩擦系数u，使得usina≈u₁，ucosa≈u₂，最后考虑摩擦阻尼连接器的滑移位移e，使得esina≥e₁，ecosa≥e₂。

每个多向型支座布置一个可变刚度摩擦阻尼连接器，可以使整个梁体在向任意方向偏移时具有向初始平衡位置回复的刚度，再加上摩擦阻尼和位移，实现梁体的双折线减隔震模型。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，包括：

减震组件，减震组件包括用于支撑的多向型支座和用于纵横向减隔震和抗拉拔的可变刚度摩擦阻尼连接器；

所述多向型支座包括下连接板、支撑结构、上连接板，其中，下连接板用于与梁墩通过锚碇棒或螺栓连接，上连接板用于与主梁通过锚碇棒或螺栓连接，支撑结构夹装于上连接板和下连接板之间，实现全方位转动和移动；

可变刚度摩擦阻尼连接器包括包括上下压板、摩擦阻尼棒、高阻尼橡胶块、弹簧装置以及连接装置，高阻尼橡胶块安装在摩擦阻尼棒之间，摩擦阻尼棒夹装在上下压板之间，弹簧装置垂直对称布置在上下压板和摩擦阻尼棒之中；连接装置一端通过螺栓与主梁连接，另一端通过螺栓与梁墩连接。

2.根据权利要求1所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述多向型支座采用球形支座、盆式支座或板式支座。

3.根据权利要求2所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述弹簧装置包括弹簧销、弹簧及螺母，弹簧销贯穿且垂直对称布置在上下压板和摩擦阻尼棒之中，套接在弹簧销端部的弹簧一端嵌套在压板上，另一端通过螺母与弹簧销固定所述波浪状曲面上设置三角锯齿结构。

4.根据权利要求3所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述连接结构设置在摩擦阻尼棒两端，所述连接结构包括与摩擦阻尼棒连接的万向节和与万向节活动连接的连接板，摩擦阻尼棒具有6个自由度，使该连接器6个自由度方向均具有阻尼。

5.根据权利要求4所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述上下压板内侧具有波浪状曲面，波浪状曲面上设置三角锯齿结构。

6.根据权利要求5所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述长方实体上设有若干个与压板通孔相对应的条形槽，用于弹簧销的连接，且弹簧销可沿条形槽内运动。

7.根据权利要求6所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述摩擦阻尼棒内端为长方实体，上下表面为带三角锯齿结构的波浪状曲面，波浪状曲面尺寸与压板的曲面相配合。

8.根据权利要求7所述的支撑及梁体减隔震结构体系，其特征在于，所述长方实体上设有若干个与压板通孔相对应的条形槽，用于弹簧销的连接，且弹簧销可沿条形槽内运动。

9.根据权利要求1-8任一所述的支撑及梁体减隔震结构体系的应用，其特征在于，包括如下步骤：根据桥梁设计承载能力初步确定支座吨位需求，根据吨位大小，确定多向型支座参数；

将多向型支座布置在梁墩上；

建立桥梁结构的动力分析模型，根据纵向和横向的刚度比，确定可变刚度摩擦阻尼连接器的安装角度；

每个多向型支座布置一个可变刚度摩擦阻尼连接器。