CN110331660A - 一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁伸缩缝技术领域，具体的讲涉及一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，实现桥梁伸缩缝在六个自由度的运动。其主要技术方案：包括成对的边梁和设置在边梁之间的至少一个中梁，边梁和中梁以及相邻中梁之间设置止水带，边梁下部设置位移控制箱，位移控制箱内用于放置支撑横梁的端部，所述支撑横梁与所述伸缩缝的轴线具有斜向角度，支撑横梁的端部通过第一平摆机构限定在位移控制箱内，中梁下部设置能够在支撑横梁上伸缩滑动的吊钩，吊钩内设置限定支撑横梁梁体的第二平摆机构。该新型模数式桥梁伸缩缝具有结构精简稳固适用于大位移量运动、通过平摆支撑横梁实现横向伸缩、竖直升降、水平摆动六个自由度运动变化且安装维护方便的特点。
Description
技术领域
本发明属于桥梁伸缩缝技术领域，具体的讲涉及一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，实现桥梁伸缩缝在六个自由度的运动。
背景技术
桥梁伸缩缝是为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置的。其在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，连接牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声。
目前模数式桥梁伸缩缝应用较为广泛、技术最为成熟，特别适用于大位移量的桥梁结构，所谓模数式伸缩缝，通过在伸缩装置的两根边梁之间插入N-1根中梁，将伸缩装置的总位移量划分为N个伸缩模数，一般80毫米被称为一个模数，梁间伸缩量为0～80毫米。
现在被大量使用的是格梁模数式伸缩装置，格梁模数式伸缩装置的每个支撑箱内都有与中梁数量相等、一一对应并固结的支撑横梁。梁体伸缩时，通过支撑横梁之间位移控制弹簧的压缩变形来传力，实现对缝宽的控制。格梁式伸缩装置受其结构特征影响，导致很多限制：其一，该伸缩装置的中梁与支撑梁一一对应的结构关系意味着位移量越大，则每个支撑箱内需要设置的支撑梁越多，支撑箱的体积也越大，制造成本也会显著增加。其二，由于依靠聚氨酯控制弹簧控制位移量，其聚氨酯的使用寿命和控制能力都会受到限制，一般最大设计位移不超过400mm；其三，位移箱需对称设置，比如采用钢箱梁施工环节复杂、周期长，安装难度大、使用不够灵活；其四，该结构只能实现顺桥向伸缩变化，其中梁挠度变形受约束，不能够满足横桥向较大位移、顺桥向较大坡度和实现桥梁端部3D转动，负载多角度变化造成桥梁结构损坏现象十分突出，维修更换频率增加，给桥梁运营带来安全隐患和社会经济损失；其五，该伸缩装置其中一条中梁或支撑梁损坏，更换困难高设置无法更换造成整体结构报废，维护费用高，缩短了桥梁的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是提供一种适用于大位移量桥梁伸缩缝、通过平摆支撑横梁实现横向伸缩、竖直升降、水平摆动六个自由度运动变化且安装维护方便的模数式桥梁伸缩缝。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，包括成对的边梁和设置在所述边梁之间的至少一个中梁，所述边梁和中梁以及相邻中梁之间设置止水带，所述边梁下部设置位移控制箱，所述位移控制箱内用于放置支撑横梁的端部；所述支撑横梁与所述伸缩缝的轴线具有斜向角度，所述支撑横梁的端部通过第一平摆机构限定在所述位移控制箱内，所述中梁下部设置能够在所述支撑横梁上伸缩滑动的吊钩，所述吊钩内设置限定支撑横梁梁体的第二平摆机构。
其中，所述伸缩缝的轴线即伸缩缝内与中梁在同一水平面内且与中梁平行的轴线，所述斜向角度即支撑横梁不与中梁平行，也不与之垂直，而是具有倾斜夹角。
构成上述一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝的附加技术特征还包括：
——所述第一平摆机构和第二平摆机构内设置由复合橡胶弹簧或弹性橡胶体构成的弹性压缩装置，用于实现所述边梁和中梁竖直方向的减震运动；
——所述位移控制箱内设置止挡板，用于限定所述支撑横梁端部的平摆幅度；
——所述第一平摆机构为球形支座，所述球形支座设置在所述支撑横梁的下部或上部或者分别设置在所述支撑横梁的上下两侧；
——所述球形支座包括球面凹槽，所述支撑横梁端部突出的球冠体与所述球面凹槽配合连接并且二者之间设置球面不锈钢板或聚四氟乙烯板形成球面摩擦副；
——所述第一平摆机构和第二平摆机构均包括设置于支撑横梁上下两侧的压紧支座和承压支座，所述第一平摆机构的承压支座位于支撑横梁的下侧，所述第二平摆机构的承压支座位于支撑横梁的上侧，所述支撑横梁位于所述压紧支座和承压支座之间的伸缩滑动摩擦副内，所述压紧支座和承压支座的底部均设置竖直自转连接体，用于实现支撑横梁的水平摆动；
——所述竖直自转连接体为套轴结构，其中，转轴和套管其中之一与所述承压支座或压紧支座的底部连接，其余部分设置在所述位移控制箱内或吊钩内；
——所述伸缩滑动摩擦副包括设置在所述承压支座和压紧支座表面上的与支撑横梁梁体配合的凹槽以及贴合设置于所述凹槽内的滑动材料，与所述滑动材料配合摩擦的所述支撑横梁梁体部分包覆镜面不锈钢板；
——位于所述中梁下部的支撑横梁数量为多根斜向排列且沿桥面中心线对称分布；
——多根所述支撑横梁均匀排列沿桥面中心呈“八”字状分布。
本发明所提供的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝同现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该新型模数式桥梁伸缩缝的支撑横梁的端部通过第一平摆机构限定在所述位移控制箱内，中梁下部设置能够在支撑横梁上伸缩滑动的吊钩，吊钩内设置限定支撑横梁梁体的第二平摆机构，第一、第二平摆机构实现了支撑横梁的水平摆动，从而引导中梁在横桥向产生水平错动，适应桥梁负载的变化，缓解多角度冲击，提高桥梁伸缩缝的减隔震性能；其二，由于中梁下部设置能够在支撑横梁上伸缩滑动的吊钩，吊钩内设置限定支撑横梁梁体的第二平摆机构，即支撑横梁与中梁装配简易，连接牢靠且便于拆装维护，节省人力物力，大大延长了桥梁伸缩缝的使用周期；其三，由于第一平摆机构和第二平摆机构内设置由复合橡胶弹簧或弹性橡胶体构成的弹性压缩装置，用于实现边梁和中梁竖直方向的往复运动，中梁的吊钩在支撑横梁上可以伸缩移动，第一、第二平摆机构实现了支撑横梁的水平摆动，即整体伸缩装置实现了六个自由度的运动变化，使桥梁适应多角度振动变化的能力更强；其四，由于支撑横梁与伸缩缝的轴线具有斜向角度，位于中梁下部的支撑横梁数量为多根斜向排列且沿桥面中心线对称分布，左桥副和右桥幅的支撑横梁组呈“八”字状镜像对称布置，使该伸缩装置的边梁和中梁能够同步运动，并实现了缝宽微动自调整，确保伸缩结构内受力均衡。
附图说明
图1为本发明一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝的结构示意图；
图2为该模数式桥梁伸缩缝的另一种结构示意图（第一平摆机构为球型支座）；
图3为图2中中梁圈示部分侧视图；
图4为支撑横梁倾斜设置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝的结构和工作原理作进一步的详细说明。
参见图1，为本发明所提供的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝的结构示意图。构成该具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝包括成对的边梁1和设置在边梁1之间的至少一个中梁2，边梁1和中梁2以及相邻中梁2之间设置止水带3，边梁1下部设置位移控制箱4，位移控制箱4内用于放置支撑横梁5的端部，支撑横梁5与伸缩缝的轴线具有斜向角度，支撑横梁5的端部通过第一平摆机构6限定在位移控制箱4内，中梁2下部设置能够在支撑横梁5上伸缩滑动的吊钩21，吊钩21内设置限定支撑横梁5梁体的第二平摆机构7。
其工作原理为：将该模数式桥梁伸缩缝的边梁1分别设置在梁端A内，边梁1和之间的中梁2构成伸缩的模数，中梁2下部设置吊钩21，吊钩21内设置支撑横梁5且吊钩21能在支撑横梁5上伸缩运动，支撑横梁5的两端分别设置在梁端内的位移控制箱4内，即中梁2的伸缩变化具有支撑横梁5的引导，结构精简稳固适于大位移量的伸缩变化，并且支撑横梁5与伸缩缝的轴线具有斜向角度，缝宽实现了微动自适应，保证伸缩结构受力均匀，在位移控制箱4内设置第一平摆机构6和在吊钩21的第二平摆机构7共同限制支撑横梁5做水平摆动，使伸缩缝同时适应顺桥向和横桥向的运动变化。
在构成上述具有平摆支撑横梁5的模数式桥梁伸缩缝的结构中，
——优选地，上述第一平摆机构6和第二平摆机构7内设置由复合橡胶弹簧或弹性橡胶体构成的弹性压缩装置8，用于实现边梁1和中梁2竖直方向的减震运动，缓解竖直方向的负载变化冲击，弹性压缩装置选择使用橡胶弹簧，通过封装一体化安置在第一平摆机构6和第二平摆机构7的连接端内，作为高弹性体,可以是弹性橡胶体，也可以是复合橡胶弹簧，具有弹性模量小，受载后有较大的弹性变形，借以吸收冲击和振动，能同时受多向载荷，减振效果好,共振领域小,使用寿命长,成本低,还有良好的耐候性能和优良的气密防水性,尤其是复合橡胶弹簧由金属螺旋弹簧及其外边包裹的优质硫化橡胶共同构成，集金属弹簧和橡胶弹簧的优点于一体，克服了金属弹簧刚性大、工作噪音高及橡胶弹簧承重量小、形状及机械性能稳定性差等缺点，具有更高的载荷量和大变形量、减震降噪效果更好、工作平稳、共振区间短等优点；
——上述位移控制箱4内设置止挡板41，用于限定支撑横梁5端部的平摆幅度，防止支撑横梁5过度摆动、幅度过大造成梁端错位脱节问题，进一步提高桥梁伸缩缝的安全性能；
——作为较佳的实施方式，如图2所示，上述第一平摆机构6为球形支座，球形支座设置在支撑横梁5的下部或上部或者分别设置在支撑横梁5的上下两侧，即球型支座实现了支撑横梁5与梁端全方位转动连接，球型转动方式灵活，对负载变化感应灵敏，使伸缩缝调整位移运动更加及时；
——优选地，上述球形支座包括球面凹槽61，支撑横梁5端部突出的球冠体62与球面凹槽61配合连接并且二者之间设置球面不锈钢板或聚四氟乙烯板63形成球面摩擦副，具有转动顺畅稳定、连接限定牢靠、使用周期长的优点；
——如图3所示，上述第一平摆机构6和第二平摆机构7均包括设置于支撑横梁5上下两侧的压紧支座72和承压支座71，第一平摆机构6的承压支座71’位于支撑横梁5的下侧，第一平摆机构6的压紧支座72’位于支撑横梁5的上侧，第二平摆机构7的承压支座71位于支撑横梁5的上侧，支撑横梁5位于压紧支座72和承压支座71之间的伸缩滑动摩擦副内，压紧支座72和承压支座71的底部均设置竖直自转连接体9，用于实现支撑横梁5的水平摆动，由复合橡胶弹簧或弹性橡胶体构成的弹性压缩装置8最好通过封装一体化后安装在压紧支座72内，实现预压力减震作用；
——优选地，上述竖直自转连接体9为套轴结构，其中，转轴91和套管92其中之一与承压支座71或压紧支座72的底部连接，其余部分设置在位移控制箱4内或吊钩21内，即通过套轴实现第一平摆机构6和第二平摆结构的水平摆动，具有结构精简、连接稳固、承压受力均衡的优点；
——为了更好的实现中梁2的伸缩位移运动，设置在中梁2下部吊钩21内的上述伸缩滑动摩擦副包括设置在承压支座71和压紧支座72表面上的与支撑横梁5梁体配合的凹槽70以及贴合设置于凹槽70内的滑动材料73，滑动材料73可以选择使用聚四氟乙烯板等，支撑横梁5的梁体局部包覆镜面不锈钢板，即镜面不锈钢板与滑动材料对磨，具有伸缩滑动顺畅、使用周期长的优点；
——进一步的，位于上述中梁2下部的支撑横梁5数量为多根斜向排列且沿桥面中心线对称分布，实现了水平摆动和伸缩变化协调联动，伸缩缝运行更加稳定安全；
——作为较佳的实施方式，如图4所示，多根上述支撑横梁5均匀排列沿桥面中心呈“八”字状分布，支撑横梁5与中梁2的斜向夹角一般出厂设置为60度，需要说明的是，支撑横梁5与中梁2的斜向夹角还可以根据桥面宽度和伸缩量进行再度优化，即多根支撑横梁5倾斜并排布置，在桥梁的左桥副10和右桥副11呈镜像对称设置，在桥面空载没有移动变化时，伸缩缝结构的缝宽可以微动自适应，支撑横梁5和支座（71、72）只受压，伸缩缝梁体之间等距均匀变化，不会存在剪切应力和扭转应力分布不均衡的影响，在实际应用中，中梁2和边梁1的下部最好设置导向横梁结构，该结构可以为设置通孔的多个竖板，竖板并排设置于边梁1和中梁2下部，导向横梁贯穿设置在通孔内，通孔的直径大于导向横梁的直径，即可以起到限制水平摆动幅度的作用，又可以对伸缩位移进行引导。
Claims (10)
1.一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，包括成对的边梁和设置在所述边梁之间的至少一个中梁，所述边梁和中梁以及相邻中梁之间设置止水带，所述边梁下部设置位移控制箱，所述位移控制箱内用于放置支撑横梁的端部，其特征在于：所述支撑横梁与所述伸缩缝的轴线具有斜向角度，所述支撑横梁的端部通过第一平摆机构限定在所述位移控制箱内，所述中梁下部设置能够在所述支撑横梁上伸缩滑动的吊钩，所述吊钩内设置限定支撑横梁梁体的第二平摆机构。
2.根据权利要求1所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述第一平摆机构和第二平摆机构内设置由复合橡胶弹簧或弹性橡胶体构成的弹性压缩装置，用于实现所述边梁和中梁竖直方向的减震运动。
3.根据权利要求1所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述位移控制箱内设置止挡板，用于限定所述支撑横梁端部的平摆幅度。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述第一平摆机构为球形支座，所述球形支座设置在所述支撑横梁的下部或上部或者分别设置在所述支撑横梁的上下两侧。
5.根据权利要求4所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述球形支座包括球面凹槽，所述支撑横梁端部突出的球冠体与所述球面凹槽配合连接并且二者之间设置球面不锈钢板或聚四氟乙烯板形成球面摩擦副。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述第一平摆机构和第二平摆机构均包括设置于支撑横梁上下两侧的压紧支座和承压支座，所述第一平摆机构的承压支座位于支撑横梁的下侧，所述第二平摆机构的承压支座位于支撑横梁的上侧，所述支撑横梁位于所述压紧支座和承压支座之间的伸缩滑动摩擦副内，所述压紧支座和承压支座的底部均设置竖直自转连接体，用于实现支撑横梁的水平摆动。
7.根据权利要求6所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述竖直自转连接体为套轴结构，其中，转轴和套管其中之一与所述承压支座或压紧支座的底部连接，其余部分设置在所述位移控制箱内或吊钩内。
8.根据权利要求6所述的一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：所述伸缩滑动摩擦副包括设置在所述承压支座和压紧支座表面上的与支撑横梁梁体配合的凹槽以及贴合设置于所述凹槽内的滑动材料，与所述滑动材料配合摩擦的所述支撑横梁梁体部分包覆镜面不锈钢板。
9.根据权利要求1所述一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：位于所述中梁下部的支撑横梁数量为多根斜向排列且沿桥面中心线对称分布。
10.根据权利要9所述一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝，其特征在于：多根所述支撑横梁均匀排列沿桥面中心呈“八”字状分布。
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