CN109914217B - 一种耗能减震拱脚装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耗能减震拱脚装置，本发明涉及桥梁领域，目的是为了提升拱桥拱脚的稳定性，方便拱桥拱脚的检查和维修，提升拱脚的抗震性能和使用寿命，为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，包括拱桥体、拱脚和桥台。所述拱桥体的两端均设置有桥台，每个所述桥台与拱桥体之间连接有拱脚。所述拱脚包括屈曲约束支撑、若干内置耗能钢板和外侧耗能钢板框。若干所述内置耗能钢板间隔布置在屈曲约束支撑的周围，若干所述内置耗能钢板的外围嵌套有外侧耗能钢板框。当发生地震时，由所述屈曲约束支撑和若干内置耗能钢板先抵挡地震力，形成第一道抗震防线。地震能量较大时，所述外侧耗能钢板框再次抵消能量，形成第二道抗震防线。

Description

一种耗能减震拱脚装置

技术领域

本发明涉及桥梁领域，具体涉及一种耗能减震拱脚装置。

背景技术

地震是一种破坏性巨大且具有突发性的自然灾害，地震一旦发生，都会给震区带来毁灭性的灾难，因此国内外人士开始在一些重要的部位安装具有控制耗能作用的元件，消耗地震能量，减少地震力对结构的损伤。

桥梁作为救援的交通枢纽，对桥梁的保护尤其重要。拱桥在桥梁建筑占有一席之地，拱桥外观造型美丽，生活交通便利，遍布各地。但是拱桥的拱脚和拱台之间的连接为固定连接，不利于结构抗震，为了使结构在地震中更加安全，在结构中加入减震耗能构件，通过减震耗能构件来消耗分担外界输给结构的能量，已达到改善结构动力特性，保护结构构件的目的。

屈曲约束支撑是近年来学者提出应用在实际结构中较好的减震耗能构件。在小地震和中地震作用下，屈曲约束耗能支撑可以如普通支撑构件一样提供抗侧刚度，而在大震作用下构件通过外包构件阻止内核的屈曲来达到消耗地震能量的目的，屈曲约束支撑是耗能良好的构件。承载能力强，变形能力高，解决了普通钢支撑受压失稳的问题，又能保证其在抗震设计中的延性构件要求，且使结构安全可靠，为主体结构提高安全储备。

除了屈曲约束支撑具有良好的耗能减震作用，耗能钢板利用其屈服点低，延性好等特性，使其在弹塑性变形的过程中可以耗散大量的能量，进而保护主体结构。

将屈曲约束支撑和耗能钢板共同运用到拱脚位置，作为耗能减震装置的核心部位，提高拱桥的稳固性，将会大大提升拱脚的抗震可靠度，并且该装置结构简单，安装方便，便于实施。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用广泛、耗能性能卓越、设计参数可控的耗能减震拱脚装置，用以提升拱桥拱脚的稳定性，对于拱脚位置易于检查和维修，提升拱脚的使用寿命。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种耗能减震拱脚装置，包括拱桥体、拱脚和桥台。所述拱桥体的两端均设置有桥台，每个所述桥台与拱桥体之间连接有拱脚。所述拱脚包括屈曲约束支撑、若干连接节点、若干内置耗能钢板和外侧耗能钢板框。一个所述连接节点把屈曲约束支撑的一端与拱桥体连接，另一个所述连接节点把屈曲约束支撑的另一端与桥台连接。若干所述内置耗能钢板间隔布置在屈曲约束支撑的周围，若干所述内置耗能钢板的一端与拱桥体连接，另一端与桥台连接。若干所述内置耗能钢板的外围嵌套有外侧耗能钢板框，所述外侧耗能钢板框的一端与拱桥体连接，另一端与桥台连接。

进一步，所述拱桥体的拱圈底部均设置有底板Ⅰ和金属框，所述底板Ⅰ为安装在拱圈底部端面上的矩形钢板，所述底板Ⅰ背离拱桥体的板面上连接有预留钢板Ⅰ和若干内置耗能钢板。所述预留钢板Ⅰ的板面与底板Ⅰ的板面垂直，所述预留钢板Ⅰ的板面上有若干通孔。所述金属框嵌套在拱圈底部的外表面，所述金属框的每个板面上均有若干通孔。

进一步，所述屈曲约束支撑包括钢芯和钢套管，所述钢芯为一字型钢、十字型钢或工字型钢，所述钢套管嵌套在钢芯上。所述钢芯的表面涂刷无粘结涂层，所述钢芯与钢套管的内壁不接触。所述钢芯和钢套管之间浇筑有混凝土或砂浆。

进一步，所述连接节点包括弹性连接头和节点板，所述弹性连接头的一端与屈曲约束支撑连接，另一端与节点板连接。所述节点板的板面与预留钢板的板面平行，所述屈曲约束支撑两端的节点板上均有若干通孔。若干螺栓穿过所述预留钢板Ⅰ的通孔和靠近拱桥体的节点板通孔，每个螺栓旋入螺母。

进一步，所述内置耗能钢板采用低屈服点的钢材制成，所述内置耗能钢板沿屈曲约束支撑长度方向的两侧边缘呈圆弧状，所述内置耗能钢板两侧边缘的圆弧均朝内置耗能钢板中心凹陷。

进一步，所述外侧耗能钢板框的上端嵌套在拱圈底部的外表面，所述外侧耗能钢板框上端的每个板面上均有若干通孔。所述外侧耗能钢板框靠近桥台的各个板面上均连接有角钢，若干所述角钢的一个侧板与外侧耗能钢板框各个板面的外侧连接，另一个侧板上设置有通孔。

进一步，所述桥台面向拱脚的板面上安装有底板Ⅱ,所述底板Ⅱ上有若干通孔。所述底板Ⅱ背向桥台的板面上连接有预留钢板Ⅱ和若干内置耗能钢板，所述预留钢板Ⅱ上有若干通孔。

进一步，若干螺栓穿过所述金属框的通孔和外侧耗能钢板框上端的通孔，每个螺栓旋入螺母。

进一步，若干螺栓穿过靠近所述桥台的节点板通孔和预留钢板Ⅱ的通孔，每个螺栓旋入螺母。

进一步，若干螺栓穿过所述角钢侧板上的通孔和底板Ⅱ的通孔，每个螺栓旋入螺母。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，在传统的拱脚中加入耗能减震装置，使结构遭受大的地震时，避免内核单元在受压时屈曲，能够有效的抵挡冲击力，缓冲地震对结构的抗力，有效控制拱脚的破坏形式，提高了结构的稳定性，提升了拱脚的使用寿命，使结构更加安全可靠，从而有效的抵制地震的破坏。拱脚装置便于拼装和拆卸，施工效率高，能够很好的实现对拱脚的快速修复。

附图说明

图1为拱脚连接图；

图2为A-A剖面图；

图3为B-B剖面图；

图4为拱脚内部结构立体图；

图5为内置耗能钢板主视图；

图6为外侧耗能钢板框与预留钢板Ⅱ连接图。

图中：拱桥体1、底板Ⅰ101、金属框102、预留钢板Ⅰ103、拱脚2、屈曲约束支撑201、钢芯2011、钢套管2012、连接节点202、弹性连接头2021、节点板2022、内置耗能钢板203、外侧耗能钢板框204、角钢205、桥台3、底板Ⅱ301和预留钢板Ⅱ302。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种耗能减震拱脚装置，包括拱桥体1、拱脚2和桥台3。参见图1，所述拱桥体1的两端均设置有桥台3，每个所述桥台3与拱桥体1之间连接有拱脚2。参见图3，所述拱脚2包括屈曲约束支撑201、若干连接节点202、若干内置耗能钢板203和外侧耗能钢板框204。一个所述连接节点202把屈曲约束支撑201的一端与拱桥体1连接，另一个所述连接节点202把屈曲约束支撑201的另一端与桥台3连接。参见图2或,5，若干所述内置耗能钢板203间隔布置在屈曲约束支撑201的周围，所述内置耗能钢板203采用低屈服点的钢材制成，所述内置耗能钢板203沿屈曲约束支撑201长度方向的两侧边缘呈圆弧状，所述内置耗能钢板203两侧边缘的圆弧均朝内置耗能钢板203中心凹陷。若干所述内置耗能钢板203的一端与拱桥体1连接，另一端与桥台3连接。若干所述内置耗能钢板203的外围嵌套有外侧耗能钢板框204，所述外侧耗能钢板框204的一端与拱桥体1连接，另一端与桥台3连接。

所述拱桥体1的拱圈底部均设置有底板Ⅰ101和金属框102，所述底板Ⅰ101为安装在拱圈底部端面上的矩形钢板，所述底板Ⅰ101背离拱桥体1的板面上连接有预留钢板Ⅰ103和若干内置耗能钢板203。所述预留钢板Ⅰ103的板面与底板Ⅰ101的板面垂直，所述预留钢板Ⅰ103的板面上有若干通孔。所述金属框102嵌套在拱圈底部的外表面，所述金属框102的每个板面上均有若干通孔。

参见图2或4，所述屈曲约束支撑201包括钢芯2011和钢套管2012，所述钢芯2011为工字型钢，所述钢套管2012嵌套在钢芯2011上。所述钢芯2011的表面涂刷无粘结涂层，所述钢芯2011与钢套管2012的内壁不接触。所述钢芯2011和钢套管2012之间浇筑有混凝土或砂浆。

参见图3，所述连接节点202包括弹性连接头2021和节点板2022，所述弹性连接头2021的一端与屈曲约束支撑201连接，另一端与节点板2022连接。所述节点板2022的板面与预留钢板103的板面平行，所述屈曲约束支撑201两端的节点板2022上均有若干通孔。若干螺栓穿过所述预留钢板Ⅰ103的通孔和靠近拱桥体1的节点板2022通孔，每个螺栓旋入螺母。

参见图4，所述外侧耗能钢板框204的上端嵌套在拱圈底部的外表面，所述外侧耗能钢板框204上端的每个板面上均有若干通孔，若干螺栓穿过所述金属框102的通孔和外侧耗能钢板框204上端的通孔，每个螺栓旋入螺母。参见图1或3，所述外侧耗能钢板框204靠近桥台3的各个板面上均连接有角钢205，若干所述角钢205的一个侧板与外侧耗能钢板框204各个板面的外侧连接，另一个侧板上设置有通孔。

参见图6，所述桥台3面向拱脚2的板面上安装有底板Ⅱ301,所述底板Ⅱ301上有若干通孔，若干螺栓穿过所述角钢205侧板上的通孔和底板Ⅱ301的通孔，每个螺栓旋入螺母。参见图3，所述底板Ⅱ301背向桥台3的板面上连接有预留钢板Ⅱ302和若干内置耗能钢板203，所述预留钢板Ⅱ302上有若干通孔。若干螺栓穿过靠近所述桥台3的节点板2022通孔和预留钢板Ⅱ302的通孔，每个螺栓旋入螺母。

当发生地震时，由所述屈曲约束支撑201和若干内置耗能钢板203先抵挡地震力，若地震很小，则所述屈曲约束支撑201和若干内置耗能钢板203足以抵消能量，形成第一道抗震防线。若地震很大，所述外侧耗能钢板框204就会抵消能量，形成第二道抗震防线。

Claims (8)

1.一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：包括拱桥体（1）、拱脚（2）和桥台（3）；所述拱桥体（1）的两端均设置有桥台（3），每个所述桥台（3）与拱桥体（1）之间连接有拱脚（2）；所述拱脚（2）包括屈曲约束支撑（201）、若干连接节点（202）、若干内置耗能钢板（203）和外侧耗能钢板框（204）；一个所述连接节点（202）把屈曲约束支撑（201）的一端与拱桥体（1）连接，另一个所述连接节点（202）把屈曲约束支撑（201）的另一端与桥台（3）连接；若干所述内置耗能钢板（203）间隔布置在屈曲约束支撑（201）的周围，若干所述内置耗能钢板（203）的一端与拱桥体（1）连接，另一端与桥台（3）连接；若干所述内置耗能钢板（203）的外围嵌套有外侧耗能钢板框（204），所述外侧耗能钢板框（204）的一端与拱桥体（1）连接，另一端与桥台（3）连接；

所述拱桥体（1）的拱圈底部均设置有底板Ⅰ（101）和金属框（102），所述底板Ⅰ（101）为安装在拱圈底部端面上的矩形钢板，所述底板Ⅰ（101）背离拱桥体（1）的板面上连接有预留钢板Ⅰ（103）和若干内置耗能钢板（203）；所述预留钢板Ⅰ（103）的板面与底板Ⅰ（101）的板面垂直，所述预留钢板Ⅰ（103）的板面上有若干通孔；所述金属框（102）嵌套在拱圈底部的外表面，所述金属框（102）的每个板面上均有若干通孔；

所述屈曲约束支撑（201）包括钢芯（2011）和钢套管（2012），所述钢芯（2011）为一字型钢、十字型钢或工字型钢，所述钢套管（2012）嵌套在钢芯（2011）上；所述钢芯（2011）的表面涂刷无粘结涂层，所述钢芯（2011）与钢套管（2012）的内壁不接触；所述钢芯（2011）和钢套管（2012）之间浇筑有混凝土或砂浆。

2.根据权利要求1所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：所述连接节点（202）包括弹性连接头（2021）和节点板（2022），所述弹性连接头（2021）的一端与屈曲约束支撑（201）连接，另一端与节点板（2022）连接；所述节点板（2022）的板面与预留钢板（103）的板面平行，所述屈曲约束支撑（201）两端的节点板（2022）上均有若干通孔；若干螺栓穿过所述预留钢板Ⅰ（103）的通孔和靠近拱桥体（1）的节点板（2022）通孔，每个螺栓旋入螺母。

3.根据权利要求1所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：所述内置耗能钢板（203）采用低屈服点的钢材制成，所述内置耗能钢板（203）沿屈曲约束支撑（201）长度方向的两侧边缘呈圆弧状，所述内置耗能钢板（203）两侧边缘的圆弧均朝内置耗能钢板（203）中心凹陷。

4.根据权利要求1所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：所述外侧耗能钢板框（204）的上端嵌套在拱圈底部的外表面，所述外侧耗能钢板框（204）上端的每个板面上均有若干通孔；所述外侧耗能钢板框（204）靠近桥台（3）的各个板面上均连接有角钢（205），若干所述角钢（205）的一个侧板与外侧耗能钢板框（204）各个板面的外侧连接，另一个侧板上设置有通孔。

5.根据权利要求1所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：所述桥台（3）面向拱脚（2）的板面上安装有底板Ⅱ（301）,所述底板Ⅱ（301）上有若干通孔；所述底板Ⅱ（301）背向桥台（3）的板面上连接有预留钢板Ⅱ（302）和若干内置耗能钢板（203），所述预留钢板Ⅱ（302）上有若干通孔。

6.根据权利要求5所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：若干螺栓穿过所述金属框（102）的通孔和外侧耗能钢板框（204）上端的通孔，每个螺栓旋入螺母。

7.根据权利要求6所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：若干螺栓穿过靠近所述桥台（3）的节点板（2022）通孔和预留钢板Ⅱ（302）的通孔，每个螺栓旋入螺母。

8.根据权利要求4所述的一种耗能减震拱脚装置，其特征在于：若干螺栓穿过所述角钢（205）侧板上的通孔和底板Ⅱ（301）的通孔，每个螺栓旋入螺母。