CN109653234B - 一种超韧混凝土桥梁避震系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超韧混凝土桥梁避震系统，该系统包括设置在地基土层的群桩，群桩上方覆设有砂砾层，砂砾层上方为浇筑承台，浇筑承台上方连接有桥墩，桥墩顶部设有盖梁，浇筑承台上装置有波动发电装置，浇筑承台四周设有硫磺砼箱，硫磺砼箱内浇筑有硫磺混凝土，硫磺混凝土内预埋有加热丝，加热丝与压电晶体电连接，在桥墩和桥梁之间装置有液压连杆机构。本发明利用波动发电装置将地震产生的能量转化为电能，进一步利用硫磺混凝土和桥墩顶部的液压连杆机构进行综合吸能，设计合理，极大地提高了桥梁结构对于地震能量的吸收能力，减少了地震能量对于桥墩的冲击。

Description

一种超韧混凝土桥梁避震系统

技术领域

本发明属于桥梁减震领域，具体涉及一种超韧混凝土桥梁避震系统。

背景技术

桥梁是交通工程中的关键性枢纽，是保障道路交通的重要节点。由于桥梁工程自身的结构特点，在地震等极端条件下极易遭受破坏，在近二十年来外的历次大地震中桥梁结构均破坏严重，造成极大的经济损失。其中存在大量的桥梁在经历地震作用后虽然没有倒塌，但由于桥梁下部结构中部分构件破坏位置的特殊和破坏程度的严重，震后难以对其加固修复，导致整座桥梁只能推倒重建，造成巨大的材料浪费和经济损失，也极大影响了道路运输的恢复运营。采用何种措施提高桥梁抗震性能，减轻震害，是当前桥梁工程抗震研究中一个关键性问题。

目前，在采用超韧混凝土的桥梁上，避震结构通常采用：预制节段和结合处采用超韧混凝土的技术，并且在浇注承台和群桩之间铺设有0.5-1m的砂砾层，以实现地震时，整个桥墩横向滑移而不会出现开裂和断裂的问题。但是，桥墩位于地表，一旦遇到级别较大的地震时，浇注承台的横向滑移量会较大，且无任何缓冲，会造成桥墩和桥面断开的问题，影响桥梁安全。

硫磺混凝土是一种热塑性材料，由改性硫磺、矿质骨料、填料等按比例在138℃左右混合浇铸而成。和普通水泥混凝土相比，改性硫磺代替了水泥和水作为混凝土的胶结剂，构成了高强度的硫磺混凝土，其平均压碎强度为48Mpa.硫磺耐酸混凝土是以硫磺为胶结料，聚硫橡胶为增韧剂，掺入耐酸粉料和细骨料，经加热熬制成砂浆灌入松铺粗骨料层后形成的一种混凝土。它具有结构密实，硬化快，抗渗、耐水、耐稀酸，耐大多数无机酸、中性盐和酸性盐，强度高，施工方便，不需养护，特别适用于抢修工程。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超韧混凝土桥梁避震系统，增加桥梁的抗震性，减少地震能量对桥墩的冲击。

本发明采用如下技术方案实现：一种超韧混凝土桥梁避震系统，包括设置在地基土层的群桩，所述群桩上方覆设有砂砾层，所述砂砾层上方为浇筑承台，所述浇筑承台上连接有桥墩，桥墩顶部设有盖梁，浇筑承台上装置有波动发电装置，所述波动发电装置包括具有内腔的直筒状本体和安装在本体两端的压电晶体，所述本体内设有可以自由滚动的钢球，浇筑承台四周设有硫磺砼箱，硫磺砼箱内浇筑有硫磺混凝土，硫磺混凝土内预埋有加热丝，加热丝与压电晶体电连接。

进一步的，所述硫磺砼箱中间位置装置有阻尼钢板，所述阻尼钢板固定于浇筑承台中。

进一步的，所述阻尼钢板上开有通孔，开工方向垂直于阻尼钢板的最大横截面。

进一步的，所述超韧混凝土桥梁避震系统，还包括一种用于桥墩和桥梁之间的抗震缓冲机构，所述抗震缓冲机构包括连杆机构、第一液压缸和第二液压缸，所述连杆机构与第一液压缸的高压腔相连，第一液压缸的高压腔与第二液压缸的低压腔相连，第二液压缸的高压腔与第一液压缸的低压腔相连，所述连杆机构与第二液压缸的高压腔相连。

进一步的，所述连杆机构由主动杆、压紧杆和从动杆组成，所述主动杆一端通过支架与主梁连接，另一端与从动杆和压紧杆铰接，压紧杆一端通过支架与盖梁连接，从动杆与液压缸铰接，所述液压缸通过支架与桥墩连接。

本发明利用地震时产生的波动使波动发电装置发电从而加热硫磺混凝土，以对浇注承台晃动时进行缓冲，增加浇注承台的抗减震性；在桥墩顶部用连杆连接液压缸，一液压缸的高压腔与另一液压缸的低压腔相连，实现锁定制动的作用；地震时通过桥墩底部软化的硫磺混凝土和桥墩顶部连杆和液压缸的锁定制动实现综合缓冲作用，极大地提高了桥梁结构对于地震能量的吸收能力，减少了地震能量对于桥墩的冲击。

附图说明

图1为本发明一种超韧混凝土桥梁避震系统的结构示意图。

其中：1：群桩；2：砂砾层；3：浇筑承台；4：桥墩；5：硫磺砼箱；6：波动发电装置；7：阻尼钢板；8：主动杆；9：压紧杆；10：从动杆；11：液压缸；12：盖梁。

具体实施例

如图1所示，一种超韧混凝土桥梁避震系统，包括设置在地基土层的群桩1，群桩1上方覆设有砂砾层2，砂砾层2上方为浇筑承台3，浇筑承台3上方连接有桥墩4，桥墩4顶部设有盖梁12；浇筑承台3上装置有波动发电装置6，所述波动发电装置6包括具有内腔的本体和安装在本体两端的压电晶体，所述本体内设有可以自由滚动的钢球，浇筑承台3四周设有硫磺砼箱5，硫磺砼箱5内浇筑有硫磺混凝土，硫磺混凝土内预埋有加热丝，加热丝与波动发电装置6电连接；当发生地震波动时，波动发电装置6本体内的钢球发生滚动，压电晶体受到钢球的挤压产生电量，与波动发电装置6电连接的加热丝通电加热硫磺砼箱5内的硫磺混凝土，硫磺混凝土受热软化，可更好的对地震时产生的波动起到缓冲作用。

本实施例中，所述硫磺砼箱5中间位置装置有阻尼钢板7，所述阻尼钢板7固定于浇筑承台3中。

本实施例中，所述阻尼钢板7上开有通孔，开孔方向垂直于阻尼钢板7的最大横截面，地震发生时浇筑承台3受到挤压、变形，硫磺砼箱内5的硫磺混凝土受热、受力、发生崩碎，由于浇筑承台3的受力分布不均匀，受力较大一侧的硫磺混凝土可通过阻尼钢板7上的通孔流入受力较小一侧，通过压力的释放从而增加浇筑承台3对地震能量的缓冲能力。

本实施例中，所述砂砾层2厚度为0.5-1m。

本实施例中包括一种用于桥墩和桥梁之间的抗震缓冲机构，所述抗震缓冲机构包括连杆机构、第一液压缸和第二液压缸，所述连杆机构与第一液压缸的高压腔相连，第一液压缸的高压腔与第二液压缸的低压腔相连，第二液压缸的高压腔与第一液压缸的低压腔相连，所述连杆机构与第二液压缸的高压腔相连，当地震发生桥梁主梁发生晃动时，桥梁偏移一侧的液压缸的高压腔受力，可将液压缸内的液压油释放到与之相连的另一液压缸的低压腔，当桥梁向另一侧偏移时，液压缸以同样的运作方式释放压力。

本实施例中所述连杆机构由主动杆8，压紧杆9和从动杆10组成，所述主动杆8一端通过支架与主梁连接，另一端与从动杆10和压紧杆9铰接，压紧杆9一端通过支架与盖梁12连接，从动杆10与液压缸11铰接，所述液压缸通过支架与桥墩4连接。当地震发生，桥梁发生晃动，使得主动杆8在向左倾斜时，压紧杆9向右移动压紧盖梁12，从而对桥墩4侧面进行保护，从动杆10受力并将压力导向液压缸11，来防止桥墩4发生刚性破坏；当桥梁向另一侧偏移时，所述连杆机构以同样的运作方式减缓地震对于桥梁的冲击力，从而对桥梁起到保护作用。

地震发生时；若是小型地震，地表晃动程度小，本系统中波动发电装置6本体内的钢球发生微小的晃动，钢球对压电晶体产生的撞击所产生的电量还不足以加热加热丝，硫磺砼箱中的硫磺混凝土并未加热软化，此时对地震起缓冲作用的是本系统中的连杆机构和液压缸11，地震发生，桥梁晃动时，主动杆8发生倾斜，压紧杆9压紧盖梁12，从动杆10受力并将压力导向液压缸11，将地震产生的能量转化为液压缸内的势能，从而减缓地震对于桥梁的冲击力，对桥梁起到保护作用；

若是中型地震，地表晃动程度较大，本系统中波动发电装置6本体内的钢球发生较大的晃动，钢球对压电晶体的撞击所产生的电量加热加热丝，与波动发电装置6电连接的加热丝通电加热硫磺砼箱5内的硫磺混凝土，硫磺混凝土受热软化，地震发生时浇筑承台3受到挤压、变形，硫磺砼箱5内的硫磺混凝土受热软化发生崩碎，由于浇筑承台3的受力分布不均匀，受力较大一侧的硫磺混凝土可通过阻尼钢板7上的通孔流入受力较小一侧，通过压力的释放从而增加浇筑承台3对地震能量的缓冲能力，通过将地震时产生的能量转化为热能和势能，可更好的对地震时产生的波动起到缓冲作用，同时本系统中的连杆机构将地震产生的能量转化为液压缸内的势能，减缓地震对于桥梁的冲击力；

若是大型地震，地表剧烈晃动，超出桥梁结构受力极限，本发明提供的超韧桥梁避震系统可最大限度的转化、吸收地震产生的能量，减少桥梁结构的损坏。

本发明提供的一种超韧混凝土桥梁避震系统，限制了地震中桥梁上部结构位移，减少了地震中浇筑承台的横向滑移量，减少地震能量对桥梁的冲击，抗震效果显著。

Claims (3)

1.一种超韧混凝土桥梁避震系统，包括设置在地基土层的群桩，所述群桩上方覆设有砂砾层，所述砂砾层上方为浇筑承台，所述浇筑承台上方连接有桥墩，所述桥墩顶部设有盖梁，其特征在于：所述浇筑承台上装置有波动发电装置，所述波动发电装置包括具有内腔的直筒状本体和安装在所述本体两端的压电晶体，所述本体内设有可以自由滚动的钢球，所述浇筑承台四周设有硫磺砼箱，硫磺砼箱内浇筑有硫磺混凝土，硫磺混凝土内预埋有加热丝，加热丝与压电晶体电连接。

2.根据权利要求1所述的一种超韧混凝土桥梁避震系统，其特征在于：所述硫磺砼箱中间位置装置有阻尼钢板，所述阻尼钢板固定于浇筑承台中。

3.根据权利要求2所述的一种超韧混凝土桥梁避震系统，其特征在于：所述阻尼钢板上开有通孔，开孔方向垂直于阻尼钢板最大横截面。

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