CN110067192A - 一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座及减震方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程防震减灾技术领域，涉及一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座及减震方法。本发明采用减震支座的安装、拆卸与普通的盆式橡胶支座基本一致，使得施工安装方便，也便于日后维修养护、更换作业，同时减震支座成本较低，具有较好的推广应用前景；滑板具有足够的表面积，可以提供足够的竖向支持力，满足竖向承载能力需求；上支座与所述下支座之间设置第一钢丝绳阻尼器，可利用了钢丝绳阻尼器高阻尼的耗能特性、摩擦摆式支座自复位特性，可以适应多向地震力作用，适合于高铁桥梁日常运营而且可以适应近断层地震区域，其在近断层区具有较好的应用前景。

Description

一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座及减震方法

技术领域

本发明属于桥梁工程防震减灾技术领域，涉及一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座及减震方法。

背景技术

近断层地震与远场地震不同，其低频成分丰富，地震波具有短持时高能量脉冲型特点(如图1、图2所示)，工程结构破坏十分严重。高速铁路网建设需要在一些近断层地带修建，比如西部地区，需要对近断层地区高速铁路桥梁进行减隔震设计，以减轻地震所带来的破坏效应。

高铁桥梁结构可以采用减隔震支座，可以采取切断地表能量向上传播路径的摩擦摆隔震支座和支座隔震技术，可以消耗地震能量，进而减小上部桥梁结构的震害。目前，采用的桥梁结构支座主要有：铅芯橡胶支座、盆式支座、摩擦摆隔震支座。这些支座在纵向地震作用下，产生较大的剪切变形，从而消耗地震能量，减轻桥梁上部结构的动力响应。这些支座往往只考虑沿着纵向传播的地震动，对横向地震动、竖向地震动引起的结构振动减振效果没有加以关注，而且这类支座没有足够的阻尼，耗能能力有限。

摩擦摆隔震支座将传统的平面滑移隔震装置的摩擦滑移面变为曲面，从而可以依靠支座自重进行复位。如图3所示，目前这类支座主要用于建筑结构摩擦隔震支座，直接用于桥梁结构减震支座还存在一些缺陷。首先，桥梁结构自重较大，传到支座支座反力巨大，而目前的摩擦隔震摆支座的铰接滑块面积较小，所承受的压应力将十分巨大，会造成铰接滑块的破损，直接影响到支座的正常使用。其次，摩擦隔震摆支座只考虑了纵向水平地震作用，实际地震作用包括纵向、水平地震作用、竖向地震作用，这类摩擦隔震摆支座用于近断层桥梁结构支座不能有效地减轻地震力作用。其三，高铁桥梁结构对支座变形要求很严格，传统的摩擦隔震摆支座在正常的高速列车行驶作用下横向会产生较大的变位，而且不易复位，威胁列车的行车安全。因此直接将现有的摩擦隔震摆支座应用于高铁桥梁结构支座是不合适的，需要开发一种具有较大刚度、较大阻尼、可以适应三向地震力作用的隔震支座。

修建在近断层区域的高铁桥梁结构，地震波传递过程不一定沿着桥梁的纵向方向传播，与桥梁结构的纵向呈一定角度传播，从而产生地震动纵向分量、地震动横向水平分量、地震动竖向分量，因此桥梁支座必须适应这三个方向地震动分量的动力作用，支座在纵向、横向、竖向都应具有足够的刚度、提供足够的阻尼以消耗地震能量，减轻上部结构的震害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种施工安装方便，可以适应多向地震力作用的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座及减震方法

为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，包括支座本体，所述支座本体包括上支座以及下支座，所述上支座以及下支座上设置有具有凹面的凹板，所述上支座与所述下支座之间设置有第一钢丝绳阻尼器，所述上支座以及下支座之间设置有滑板，所述滑板的表面上均设置有与所述凹板相匹配的凸面。

优选的，所述滑板包括上滑板以及下滑板，所述上滑板与下滑板之间设置有第二钢丝绳阻尼器。

优选的，所述上滑板与下滑板之间设置有平面滑板；所述上滑板与所述上支座的凹板之间设置有弧形滑板。

优选的，所述平面滑板和弧形滑板均为聚四氟乙烯材质制成。

优选的，所述下滑板与所述下支座的凹板之间设置有防滑层；所述防滑层为橡胶层。

优选的，所述上支座与所述下支座之间设置有8个第一钢丝绳阻尼器，8个第一钢丝绳阻尼器呈圆周均匀设置在所述上支座与所述下支座之间。

优选的，所述上滑板与下滑板之间设置有8个第二钢丝绳阻尼器，8个第二钢丝绳阻尼器呈圆周均匀设置在所述上滑板与下滑板之间，所述第一钢丝绳阻尼器与所述第二钢丝绳阻尼器一一对应设置。

优选的，所述上支座上设置有多个第一螺栓孔，所述上支座通过第一螺栓与桥梁上部结构进行固定连接。

优选的，所述下支座上设置有多个第二螺栓孔，所述下支座通过第二螺栓与桥墩进行固定连接。

本发明还包括一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座的减震方法，包括以下步骤：

S1、将具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座安装至桥梁上部结构与桥墩之间，上支座与桥梁上部结构、下支座与桥墩可采用螺栓、焊接等方式固定连接；

S2、上支座与下支座之间的上滑板、下滑板具有足够的表面积提供竖向承载需求；

受到桥梁变形作用时，上滑板与下滑板以摩擦摆的形式发生摆动，同时第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器吸收桥梁变形产生能量；

受到纵向或横向水平地震作用时，下滑板、上滑板分别与下支座上的凹板、上支座上的凹板之间滑动，以摩擦隔震摆的形式发生面内摆动，同时第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器来减轻阻尼消耗地震能量；

受到竖向地震作用时，第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器提供的竖向拉压刚度和阻尼进行消耗竖向地震动能量，以此减小上部结构的动力反应和损坏实现减隔震效果；

S3、地震力停止时，桥梁借助第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器从不同位置提供的滚动，促使摩擦隔震摆快速恢复初始状态。

本发明的有益效果：

本发明采用减震支座的安装、拆卸与普通的盆式橡胶支座基本一致，使得施工安装方便，也便于日后维修养护、更换作业，同时减震支座成本较低，具有较好的推广应用前景；滑板具有足够的表面积，可以提供足够的竖向支持力，满足竖向承载能力需求；上支座与所述下支座之间设置第一钢丝绳阻尼器，可利用了钢丝绳阻尼器高阻尼的耗能特性、摩擦摆式支座自复位特性，可以适应多向地震力作用，适合于高铁桥梁日常运营而且可以适应近断层地震区域，其在近断层区具有较好的应用前景。

附图说明

图1是中国台湾chichi地震加速度记录及功率谱密度.

图2是Northridge地震加速度记录及功率谱密度.

图3是现有的摩擦隔震摆支座。

图4是本发明的一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座结构示意图。

图5是本发明的钢丝绳阻尼器布置示意图。

图6是本发明的螺栓孔布置示意图。

图中标号说明：1、上支座；2、下支座；3、上滑板；4、下滑板；5、凹面滑板；6、平面滑板；7、橡胶层；8、第一钢丝绳阻尼器；9、第二钢丝绳阻尼器；10、第一螺栓；11、第二螺栓；12、凹板；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图4-6所示，一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，包括支座本体，所述支座本体包括上支座1以及下支座2，所述上支座1以及下支座2上设置有具有凹面的凹板12，所述上支座1与所述下支座2之间设置有第一钢丝绳阻尼器8，所述上支座1以及下支座2之间设置有滑板，所述滑板的表面上均设置有与所述凹板12相匹配的凸面。

本发明采用减震支座的安装、拆卸与普通的盆式橡胶支座基本一致，使得施工安装方便，也便于日后维修养护、更换作业，同时减震支座成本较低，具有较好的推广应用前景；滑板具有足够的表面积，可以提供足够的竖向支持力，满足竖向承载能力需求；上支座1与所述下支座2之间设置第一钢丝绳阻尼器8，可利用了钢丝绳阻尼器高阻尼的耗能特性、摩擦摆式支座自复位特性，可以适应多向地震力作用，适合于高铁桥梁日常运营而且可以适应近断层地震区域，其在近断层区具有较好的应用前景。

本发明隔震支座通过在上支座1与所述下支座2之间设置第一钢丝绳阻尼器8使其具有较高的阻尼，以消耗地震能量，同时还能适应纵向、水平、竖向地震力作用。滑板具有足够的表面积，可以提供足够的竖向支持力，使其具有足够的竖向刚度、侧向刚度和变位能力，以适应大吨位桥梁支座的需求，保证桥梁上高速列车的运行安全。

所述滑板包括上滑板3以及下滑板4，所述上滑板3与下滑板4之间设置有第二钢丝绳阻尼器9。

桥梁结构在受到温度升高、降低、混凝土收缩徐变等因素影响，会产生变形，这时上滑板3、下滑板4可以摩擦摆的形式发生摆动，同时第一钢丝绳阻尼器8与第二钢丝绳阻尼器9可以有效地吸收能量，减少桥梁结构的振动，其可以适应桥梁上部结构的变形要求，也适应高铁列车日常运营产生的变位需求。

所述上滑板3与下滑板4之间设置有平面滑板6；所述上滑板3与所述上支座1的凹板12之间设置有弧形滑板。

所述平面滑板6和弧形滑板均为聚四氟乙烯材质制成。

所述下滑板4与所述下支座2的凹板12之间设置有防滑层；所述防滑层为橡胶层7。

所述上支座1与所述下支座2之间设置有8个第一钢丝绳阻尼器8，8个第一钢丝绳阻尼器8呈圆周均匀设置在所述上支座1与所述下支座2之间。

所述上滑板3与下滑板4之间设置有8个第二钢丝绳阻尼器9，8个第二钢丝绳阻尼器9呈圆周均匀设置在所述上滑板3与下滑板4之间，所述第一钢丝绳阻尼器8与所述第二钢丝绳阻尼器9一一对应设置。

所述上支座1上设置有多个第一螺栓10孔，所述上支座1通过第一螺栓10与桥梁上部结构进行固定连接。

所述下支座2上设置有多个第二螺栓11孔，所述下支座2通过第二螺栓11与桥墩进行固定连接。

修建在近断层区域的高铁桥梁结构，地震波传递过程不一定沿着桥梁的纵向方向传播，与桥梁结构的纵向呈一定角度传播，从而产生地震动纵向分量、地震动横向水平分量、地震动竖向分量，因此桥梁支座必须适应这三个方向地震动分量的动力作用，支座在纵向、横向、竖向都应具有足够的刚度、提供足够的阻尼以消耗地震能量，减轻上部结构的震害。

本发明还包括一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座的减震方法，包括以下步骤：

S1、将具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座安装至桥梁上部结构与桥墩之间，上支座1与桥梁上部结构、下支座2与桥墩可采用螺栓、焊接等方式固定连接；

具体的，在桥墩上方设置高强度混凝土垫块，进行精准调平，然后将减震支座安装在垫块之上，待混凝土箱梁架设时，再进行螺栓定位孔的连接，支座施工和普通支座没有多大区别，便于施工。

S2、上支座1与下支座2之间的上滑板3、下滑板4具有足够的表面积提供竖向承载需求；

受到桥梁变形作用时，上滑板3与下滑板4以摩擦摆的形式发生摆动，同时第一钢丝绳阻尼器8与第二钢丝绳阻尼器9吸收桥梁变形产生能量；

受到纵向或横向水平地震作用时，下滑板4、上滑板3分别与下支座2上的凹板12、上支座1上的凹板12之间滑动，以摩擦隔震摆的形式发生面内摆动，同时第一钢丝绳阻尼器8与第二钢丝绳阻尼器9来减轻阻尼消耗地震能量；

受到竖向地震作用时，第一钢丝绳阻尼器8与第二钢丝绳阻尼器9提供的竖向拉压刚度和阻尼进行消耗竖向地震动能量，以此减小上部结构的动力反应和损坏实现减隔震效果；

S3、地震力停止时，桥梁借助第一钢丝绳阻尼器8与第二钢丝绳阻尼器9从8个不同位置提供的滚动，促使摩擦隔震摆快速恢复初始状态。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，包括支座本体，所述支座本体包括上支座以及下支座，所述上支座以及下支座上设置有具有凹面的凹板，所述上支座与所述下支座之间设置有第一钢丝绳阻尼器，所述上支座以及下支座之间设置有滑板，所述滑板的表面上均设置有与所述凹板相匹配的凸面。

2.如权利要求1所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述滑板包括上滑板以及下滑板，所述上滑板与下滑板之间设置有第二钢丝绳阻尼器。

3.如权利要求2所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述上滑板与下滑板之间设置有平面滑板；所述上滑板与所述上支座的凹板之间设置有弧形滑板。

4.如权利要求3所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述平面滑板和弧形滑板均为聚四氟乙烯材质制成。

5.如权利要求2所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述下滑板与所述下支座的凹板之间设置有防滑层；所述防滑层为橡胶层。

6.如权利要求2所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述上支座与所述下支座之间设置有8个第一钢丝绳阻尼器，8个第一钢丝绳阻尼器呈圆周均匀设置在所述上支座与所述下支座之间。

7.如权利要求6所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述上滑板与下滑板之间设置有8个第二钢丝绳阻尼器，8个第二钢丝绳阻尼器呈圆周均匀设置在所述上滑板与下滑板之间，所述第一钢丝绳阻尼器与所述第二钢丝绳阻尼器一一对应设置。

8.如权利要求1所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述上支座上设置有多个第一螺栓孔，所述上支座通过第一螺栓与桥梁上部结构进行固定连接。

9.如权利要求1所述的具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座，其特征在于，所述下支座上设置有多个第二螺栓孔，所述下支座通过第二螺栓与桥墩进行固定连接。

10.一种具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座的减震方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将具有高阻尼自复位的高铁桥梁减震支座安装至桥梁上部结构与桥墩之间，上支座与桥梁上部结构、下支座与桥墩可采用螺栓、焊接等方式固定连接；

S2、上支座与下支座之间的上滑板、下滑板具有足够的表面积提供竖向承载需求；

受到桥梁变形作用时，上滑板与下滑板以摩擦摆的形式发生摆动，同时第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器吸收桥梁变形产生能量；

受到纵向或横向水平地震作用时，下滑板、上滑板分别与下支座上的凹板、上支座上的凹板之间滑动，以摩擦隔震摆的形式发生面内摆动，同时第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器来减轻阻尼消耗地震能量；

受到竖向地震作用时，第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器提供的竖向拉压刚度和阻尼进行消耗竖向地震动能量，以此减小上部结构的动力反应和损坏实现减隔震效果；

S3、地震力停止时，桥梁借助第一钢丝绳阻尼器与第二钢丝绳阻尼器从不同位置提供的滚动，促使摩擦隔震摆快速恢复初始状态。