CN110306422A - 一种新型减隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型减隔震装置，包括油缸(8)、填充在油缸(8)中的工作介质，以及设置在所述油缸(8)两侧的第一连杆(1)和第二连杆(2)，所述第一连杆(1)底部伸入油缸(8)内形成活塞(7)，将油缸(8)分为第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)，所述第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)通过压差阀(5)与油管组成的通道相连通。与现有技术相比，本发明利用活塞在油缸内部的行程范围适应各种恒载、活载、地震荷载下的作用力和变形，受力路径明确且可靠，结构简单，易于安装使用和维护；利用了带单向阀的压力系统实现了仅受拉力的特性，有效防止了在地震作用下的受压屈曲，在地震过程中稳定有效地发挥减隔震作用。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程，尤其是涉及一种新型减隔震装置。
背景技术
现目前常用于建筑、桥梁结构的减隔震装置有减隔震支座、阻尼器等。常见的减隔震支座有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座等。常用的阻尼器有钢阻尼器、流体粘滞阻尼器等。
减隔震技术的工作原理主要有二：一是支座在结构中通常上与上部结构(主梁等)下与盖梁桥墩形成串联结构。减隔震装置本身的刚度(屈后刚度)较小。串联结构后的整体刚度在数值上靠近小值，从而使的结构体系变柔，避开地震能量的高频区域，减小结构地震响应；二是减隔震装置通过塑性做功耗能或者粘滞阻尼耗能消散地震输入能量。
在具体实现方式上，较小的刚度通常由橡胶实现。相比于钢材、混凝土，橡胶具有较小的弹模和剪切模量。利用橡胶多层叠合或与钢板进行叠合，实现了装置较小的刚度。耗能的能力通过橡胶或者钢材进入塑性阶段的外力功实现。或者通过一些液体的粘滞阻尼耗能实现。还有部分减隔震装置直接利用摩擦力做功进行耗能。
除了实现减隔震的目的，减隔震装置还必须不能影响结构的其他能力。如满足结构正常使用阶段、耐久性、施工等方面的要求。其包括且不限于承受设计的恒载活载，方便安装，不影响施工等等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型减隔震装置，可安装于桥墩处，提升桥梁结构的抗震能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新型减隔震装置，包括油缸、填充在油缸中的工作介质，以及设置在所述油缸两侧的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆底部伸入油缸内形成活塞，将油缸分为第一油缸腔和第二油缸腔，所述第一油缸腔和第二油缸腔通过压差阀与油管组成的通道相连通。
进一步的，所述的压差阀用于限制第一油缸腔和第二油缸腔之间的最大压差，保证此减隔震装置在工作过程中不至被过大的内力破坏，利用压差阀形成构件的屈服力，为减隔震装置滞回耗能提供前提条件。
进一步的，所述油缸内壁设置有防腐蚀涂层，防止工作介质的腐蚀。
进一步的，所述第一连杆的端部设置有用于连接桥梁结构的铰接圆孔，理想的连接对象有桥梁结构中的盖梁、桥墩顶部。
进一步的，所述第二连杆的端部设置有用于与桥梁结构相铰接的圆孔，理想的连接对象为桥梁结构中的承台。
进一步的，所述活塞的截面积与油缸的截面积相同，保证第一油缸腔和第二油缸腔中的油不会从活塞处通过。
进一步的，所述第一油缸腔和第二油缸腔之间设置有单向流道，所述单向流道包括控制工作介质从第二油缸腔到第一油缸腔流动的单向阀，以及连接第二油缸腔、单向阀和第一油缸腔的油管。
进一步的，所述油缸的壁厚不小于5mm。
进一步的，工作时由于活塞在油缸内反复摩擦，会产生大量的热量，导致温度的升高，因而油缸具有良好的高温稳定性。
进一步的，所述油缸、第一连杆和第二连杆均采用钢材料。
本发明的回复力-变形曲线中，当变形为正时，回复力与变形成正比关系(比值为屈前刚度)，直至到达一个屈服力。此后变形继续增大后，回复力几乎不变化。但正向变形恢复时，回复力按照屈前刚度卸载，直至回复力为零。当变形为负时，回复力保持为零。但是当负向变形开始恢复时，回复力按屈前刚度的比例上升。
本发明的工作原理为：当第一连杆和第二连杆受到拉力时，第一油缸腔体积减小而第二油缸腔体积增大，导致第一油缸腔内压强减小而第二油缸腔压强增大，工作介质有从第一油缸腔移动到第二油缸腔的趋势。因单向阀单向流通的特性，第一油缸腔的工作介质无法通过单向阀转移至第二油缸腔。而压差阀只有在两油缸腔压强差较大时才会开启，因此在活塞两侧形成了压力差，进而形成了该新型减隔震装置的受拉回复力。且受拉回复力随受拉变形的增大而增大，直至两油缸腔达到压差阀开启时的压力差；当压差阀开启时，工作介质可由第一油缸腔进入第二油缸腔，阻止了两油缸腔压强差进一步的增大。此时回复力几乎不变。当第一连杆和第二连杆受到压力时，第一油缸腔内压强增大而第二油缸腔压强减小，工作介质有从第二油缸腔移动到第一油缸腔的趋势，因单向阀运行工作介质从第二油缸腔转移至第一油缸腔，因此活塞两侧的压力差会被消除，无法形成受压时回复力。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)构造简单，便于大部分桥梁结构的施工和安装，不额外增加施工难度；
2)该减隔震装置采用特定的被动油压系统实现了只受拉的力学行为，保证了该减隔震装置在地震作用下不会因为过大的压力产生构件屈曲，保证了该减隔震装置稳定的工作性能；
3)该减隔震装置作为桥梁结构抗震的减震耗能构件，与桥梁结构的设计独立互不干扰，该减隔震装置利用油缸内的活塞行程可适用桥梁结构中盖梁、桥墩形成的框架结构变形，无论是结构的恒载、活载或者地震作用力；
4)该减隔震装置在使用阶段主要承受的轴拉力荷载，传递的路径为第一连杆、活塞、缸体、第二连杆，设计轴拉力荷载为50～500kN，使用的钢材料能有效保证该减隔震装置在工作时能承受设计轴拉力荷载，也能适应反复疲劳荷载；
5)该减隔震装置两端铰接的连接方式极大地方便与桥梁结构连接，地震过后，如需要进行修复、调整平衡点等工作，其拆卸工作也十分方便；
6)该减隔震装置受力方式清晰，传力途径明确，因而结构的损伤极小，结构经久耐用。
附图说明
图1为本发明的新型减隔震装置的结构示意图；
图2为本发明在双柱墩的横向抗震中的应用示意图；
图3为本发明铰接处的放大图；
图4为本发明对称设置的示意图；
图5为本发明平行对称设置的示意图；
图6为本发明交叉设置的示意图。
图中标号所示：
1、第一连杆，2、第二连杆，3、第一油缸腔，4、第二油缸腔，5、压差阀，6、单向阀，7、活塞，8、油缸，9、承台，10、桥墩，11、盖梁，12、铰接底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本新型减隔震装置，包括第一连杆1、油缸8、活塞7、单向阀6、压差阀5、导管、第二连杆2、第一油缸腔3、第二油缸腔4。各组成部件有如下的连接关系：第一连杆1和活塞7为一体结构。第一连杆1底部截面突变至油缸8截面积大小，形成活塞7；活塞7将油缸8分为第一油缸腔3和第二油缸腔4。
第一连杆1采用钢材料。端部留有铰接所用的圆孔，用于连接桥梁结构。活塞7可使用其他材料保证第一油缸腔3和第二油缸腔4中的油不会从活塞7处通过。油缸8采用钢材料。油缸8内部可加入防腐蚀涂层，防止油室内工作介质的腐蚀。缸壁的厚度由设计承载力决定，一般不小于5mm。工作时由于活塞7在油缸8内反复摩擦，会产生大量的热量，导致温度的升高，因而油缸8具有良好的高温稳定性。第二连杆2采用钢材料，与油缸8连为一体。端部留有铰接所用的圆孔，用于连接桥梁结构。
单向阀6用于控制液压系统中工作介质的流动方向。单向阀6与油管组成的通道连接于第一油缸腔3和第二油缸腔4。安装时单向阀6流通的方向为从第二油缸腔4到第一油缸腔3。压差阀5用于限制左右油室的最大压差。保证此减隔震装置在工作过程中不至被过大的内力破坏。利用压差阀5形成构件的屈服力，为减隔震装置滞回耗能提供前提条件。压差阀5与油管组成的通道连接于左右油室。
在梁体或桥台的相应位置分别安置铰接底座12(如图3所示)。当将该新型减隔震装置用于横向抗震时，铰接底座12较为理想的安放位置盖梁11与桥墩10连接处的内侧和桥墩10与承台9连接处的内侧(如图2所示)。当没有盖梁11时，可根据实际情况选择交接底座安放位置。如：当桥梁结构为独柱墩且无盖梁11时，可将铰接底座12放置于独柱墩顶部的外侧。铰接装置的选择可从市面上选择成熟的铰接装置使用。选择时应注意适用承载力范围，避免铰接连接处发生破坏导致该减隔震装置失效。因而在安装铰接底座12时需要将底座埋入至对应桥梁结构一定深度，保证连接的可靠性。
图2所示为该新型减隔震装置在双柱墩的横向抗震的运用。该新型减隔震装置的运用范围不仅限于此。其对于无论是独柱墩、双柱墩、排架墩，盖梁11的有无，还是用于纵桥向抗震或是横桥向抗震均有较好的适用性。具体而言，该新型减隔震装置两端铰接的连接特点，能够让其简便地连接于桥梁结构之上，无论桥梁是混凝土桥或是钢桥；该新型减隔震装置的连接方向决定了其抵抗地震的方向。一般而言，该新型减隔震装置通常放置于横桥向平面或者纵桥向平面内，分别对应横桥向抗震和顺桥向抗震。
当该桥梁位于地震烈度较高地区时，为了实现更高抗震设防等级，可以在桥梁结构中设置多个该新型减隔震装置。多个减隔震装置常用的设置方法有：桥墩10两侧对称设置(图4)；桥梁单侧平行设置；桥墩10两侧对称平行设置(图5)；桥墩10内侧交叉设置(图6)；在这其中需要注意的是桥墩10内侧交叉设置方式。由于交叉设置时，两个减隔震装置可能在空间上发生干涉。为了避免这一情况，可以将干涉处的杆分出为两股，避开另一个杆后再收为一股。或者将两个减隔震装置放置在不同平面中。
当第一连杆1和第二连杆2受到拉力时，第一油缸腔3体积减小而第二油缸腔4体积增大，导致第一油缸腔3内压强减小而第二油缸腔4压强增大，工作介质有从第一油缸腔3移动到第二油缸腔4的趋势。因单向阀6单向流通的特性，第一油缸腔3的工作介质无法通过单向阀6转移至第二油缸腔4。而压差阀5只有在两油缸腔压强差较大时才会开启，因此在活塞7两侧形成了压力差，进而形成了该新型减隔震装置的受拉回复力。且受拉回复力随受拉变形的增大而增大，直至两油缸腔达到压差阀5开启时的压力差；当压差阀5开启时，工作介质可由第一油缸腔3进入第二油缸腔4，阻止了两油缸腔压强差进一步的增大。此时回复力几乎不变。当第一连杆1和第二连杆2受到压力时，第一油缸腔3内压强增大而第二油缸腔4压强减小，工作介质有从第二油缸腔4移动到第一油缸腔3的趋势，因单向阀6运行工作介质从第二油缸腔转移至第一油缸腔3，因此活塞7两侧的压力差会被消除，无法形成受压时回复力。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型减隔震装置，其特征在于，包括油缸(8)、填充在油缸(8)中的工作介质，以及设置在所述油缸(8)两侧的第一连杆(1)和第二连杆(2)，所述第一连杆(1)底部伸入油缸(8)内形成活塞(7)，将油缸(8)分为第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)，所述第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)通过压差阀(5)与油管组成的通道相连通。
2.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述油缸(8)内壁设置有防腐蚀涂层。
3.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述第一连杆(1)的端部设置有用于连接桥梁结构的铰接圆孔。
4.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述第二连杆(2)的端部设置有用于与桥梁结构相铰接的圆孔。
5.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述活塞(7)的截面积与油缸(8)的截面积相同。
6.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述单向阀(6)通过油管与第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)相连通。
7.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述第一油缸腔(3)和第二油缸腔(4)之间设置有单向流道，所述单向流道包括控制工作介质从第二油缸腔(4)到第一油缸腔(3)流动的单向阀(6)，以及连接第二油缸腔(4)、单向阀(6)和第一油缸腔(3)的油管。
8.根据权利要求1所述的一种新型减隔震装置，其特征在于，所述油缸(8)的壁厚不小于5mm。
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