CN110485272B - 一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，主梁通过摆式支座架设于盖梁上，盖梁的两端设置有焊接钢箱，焊接钢箱面向主梁一侧为过渡段为弧形的阶梯；主梁对应的侧壁上预埋有竖向短钢板，竖向短钢板上固定有水平延申向阶梯的厚壁钢管，厚壁钢管内设有弹簧和钢棒，弹簧一端固定于竖向短钢板上，另一端固定于钢棒的内端，钢棒的外端伸出厚壁钢管，并设有转轴垂直于钢棒的滚轮，滚轮抵靠于焊接钢箱最下面一阶的阶梯面上。本发在地震作用下，充分依靠部件材料间的摩擦和抬高主梁克服重力做功来耗散地震能量，可有效地实现多道设防抵御地震作用，显著提升桥梁结构的抗震能力。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁抗震与减隔震技术领域，具体为一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置。
背景技术
虽然地震是偶然事件，但一旦发生地震，将给建筑结构造成不同程度的损伤，地震破坏程度的不同导致后期恢复原有结构功能所需的维修加固成本也将有所不同。随着人们对历年地震灾害资料的统计分析，越来越重视结构的结构抗震与减隔震设计，通过采用一些减隔震措施来提高结构的整体抗震能力。根据已有的地震灾害资料可知，由地震作用所导致的结构横向落梁时有发生，究其主要原因是结构设计时横向限位措施不到位，如缓冲消能措施、横向挡块等。为了有效避免或减少桥梁结构的横向落梁事故，仍有大量的研究工作亟待开展，现已成为土木工程抗震与减隔震领域的热点研究课题。
在过大的地震作用下，桥梁结构主梁在横桥向上易产生较大的横向位移，主梁将直接与盖梁上所设置的横向约束位移措施如抗震挡块和缓冲消能措施等发生接触或碰撞。通常是以破坏横向约束位移措施如抗震挡块和缓冲消能措施等为代价来防止桥梁结构主梁的落梁事故。本申请人通过统计分析大量的文献资料和减隔震相关专利后发现，现有的大多数桥梁结构抗震挡块装置主要依靠装置自身变形破坏来抵御地震灾害，震后结构的可复位性相对较差，修复成本较高，经济性尚显不足，并且其制造加工精度要求高、成本高昂、安装布设所需空间较大。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，提高桥梁结构的整体抗震能力，有效抵御地震作用进而减少落梁事故，并将限位耗能机制和可复位性等进行有效集成，使一种装置具备多道抵御或缓冲地震作用的防线，与此同时其震后可修复性强、生产加工难度小、制作加工周期短、可推广性强。技术方案如下：
一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，主梁通过摆式支座架设于盖梁上，盖梁的两端设置有焊接钢箱，焊接钢箱面向主梁一侧为过渡段为弧形的阶梯；主梁对应的侧壁上预埋有竖向短钢板，竖向短钢板上固定有水平延申向阶梯的厚壁钢管，厚壁钢管内设有弹簧和钢棒，弹簧一端固定于竖向短钢板上，另一端固定于钢棒的内端，钢棒的外端伸出厚壁钢管，并设有转轴垂直于钢棒的滚轮，滚轮抵靠于焊接钢箱最下面一阶的阶梯面上。
进一步的，所述滚轮包括两个圆形钢饼，其转轴为固定于钢棒外端部两侧的短钢管。
更进一步的，所述圆形钢饼的滚动面上包裹有橡胶皮套。
更进一步的，所述阶梯的弧形过渡段处设有橡胶层。
更进一步的，所述阶梯为三阶。
本发明的有益效果是：
1）本发明设置有可转动带橡胶皮套的圆形钢饼、伸缩弹簧、带支撑平台和橡胶层的焊接钢箱一起共同搭建了装置的耗能与复位系统，实现了耗能、限位和复位等多项功能的有机结合。
2）本发明设置有带支撑平台的焊接钢箱、圆形钢饼和伸缩弹簧，在正常使用荷载作用下，主梁结构由此所产生的横向位移相对较小，主梁带动圆形钢饼在靠盖梁顶面侧的支撑平台上转动，此阶段中主梁的横向位移基本不受约束，压缩弹簧的伸长量较小。在中小地震作用下，主梁所产生的最大横向地震位移较正常使用荷载作用下的主梁横向位移大，此阶段中主梁带动圆形钢饼继续在靠盖梁顶面侧的支撑平台上转动并沿圆弧过渡段向更高支撑平台运动，主梁的竖向位移在此运动过程中也略有增大。此过程中充分依靠圆形钢饼上橡胶皮套与焊接钢箱圆弧过渡段上粘贴的橡胶层间的摩擦和抬高主梁增加主梁竖向位移克服重力做功来耗散地震能量。在强震作用下，主梁所产生的最大横向地震位移进一步增大，此阶段中主梁带动圆形钢饼继续在靠盖梁顶面侧的第二支撑平台上移动并沿圆弧过渡段向焊接钢箱上顶面支撑平台运动，主梁的竖向位移大幅度增大。此过程中充分依靠圆形钢饼上橡胶皮套与焊接钢箱圆弧过渡段上粘贴的橡胶层间的摩擦和抬高主梁增加主梁竖向位移克服重力做功来耗散地震能量。从上述耗能过程可知，本发明实现了多重设防抵御地震的功能。
3）本发明主要涉及一些简单钢部件的加工与组装，因此所需材料较易获取，制作加工精度要求不高，造价也较适宜，整个装置占用空间较小，使得桥梁结构震后的维修加固费用也相对较低，具有较为广阔的市场应用前景并产生良好的社会经济效益。
4）本发明可调整装置部件的几何与力学参数指标来满足不同桥址处桥梁结构的抗震需求并可形成多道防线抵御地震机制，同时本发明还可以作为其他结构的限位措施。
附图说明
图1为本发明滚动抬高式桥梁抗震挡块装置的整体结构示意图。
图2为图1中所示A处的放大图。
图3为焊接钢箱及其圆弧过渡段粘贴橡胶层平面示意图。
图4为钢棒、厚壁钢管、弹簧、短钢管、圆形钢饼及其相互间的连接平面示意图。
图中：1-盖梁；2-主梁；3-摆式支座；4-焊接钢箱；5-橡胶层；6-竖向短钢板；7-钢棒；8-厚壁钢管；9-弹簧；10-短钢管；11-橡胶皮套；12-滚轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1和图2所示，一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，主梁1通过摆式支座3架设于盖梁1上，盖梁1的两端设置有焊接钢箱4，焊接钢箱4面向主梁2一侧为过渡段为弧形的阶梯；主梁1对应的侧壁上预埋有竖向短钢板6，竖向短钢板6上固定有水平延申向阶梯的厚壁钢管8，厚壁钢管8内设有弹簧9和钢棒7，弹簧9一端固定于竖向短钢板6上，另一端固定于钢棒7的内端，钢棒7的外端伸出厚壁钢管8，并设有转轴垂直于钢棒7的滚轮12，滚轮12抵靠于焊接钢箱4最下面一阶的阶梯面上。
本发明的滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，实现正常使用荷载作用下对桥梁主梁的横向位移影响小，在中小地震作用下依靠圆形钢饼沿第一台阶和圆弧过渡橡胶段运动而抬高主梁克服重力、摩擦力做功来耗散地震能量，在强震作用下依靠圆形钢饼沿第二台阶和圆弧过渡橡胶段运动来而进一步抬高主梁克服重力、摩擦力做功耗散地震能量，以实现多道设防并有效控制主梁过大横向地震位移。
本实施例的滚轮12包括两个圆形钢饼，其转轴为固定于钢棒7外端部两侧的短钢管10，圆形钢饼的滚动面上包裹有橡胶皮套11。圆形的短钢管远离圆形钢棒端部在穿设圆形钢饼后焊接固定短钢钉，以防止所述圆形钢饼运动时脱离所述圆形短钢管这一转动轴。圆形钢饼中心有留设一可绕所述圆形短钢管转动的圆孔，所述圆孔直径较所述圆形短钢管外直径大2-5mm。
本实施例的焊接钢箱呈封闭状态，在其侧壁圆弧过渡段处焊接有圆弧形钢板并粘贴固定橡胶层，橡胶层与钢箱水平段交界处无相对高差，以减少对圆形钢饼运动阻碍和有利于多道设防的实现。
本实施例的厚壁钢管内直径较所述内置的圆形钢棒大0.5-1cm，并在所述圆形钢棒上涂擦润滑油，以减小所述圆形钢棒在所述厚壁钢管内运动时阻力和噪声。弹簧锚固在圆形钢棒和竖向短钢板6间，所述弹簧初始时处于压缩状态，可为所述圆形钢饼向更高台阶运动而提供条件。
安装时，根据桥址处桥梁结构抗震的设计需求，预先将焊接钢箱4所需侧壁与顶面钢板、橡胶层5、预埋竖向短钢板6、钢棒7、厚壁钢管8、短钢管10、圆形钢饼12按图示要求加工好。施工浇筑盖梁1时将焊接钢箱各顶面和侧壁焊接固定后埋置在盖梁1两侧，浇筑主梁2的混凝土时在其靠盖梁侧预埋好竖向短钢板6，把钢棒7、厚壁钢管8、弹簧9、短钢管10按图示要求焊接固定，并将弹簧9和厚壁钢管8锚固在竖向短钢板6上。随后，将切割打磨好的圆形钢饼套在短钢管10上，并在短钢管10端部焊接固定一短防滑落钢钉。最后，在焊接钢箱4圆弧过渡段上粘贴固定加工好的橡胶层5，这样便形成了滚动抬高式桥梁抗震挡块装置。本发明采用多道设防，结构简单，传力路径和耗能机制均较为明确，造价适宜，通过合理的计算分析和有限的实验便可获得较优的方案，从而可实现多道设防抵御地震防止横向落梁的有益效果。
正常使用荷载作用下，主梁结构的横向位移相对较小，主梁带动圆形钢饼在靠盖梁顶面侧的第一支撑平台上运动，此阶段中本装置基本不限制主梁的横向位移。
中小地震作用下，主梁的最大横向地震位移比正常使用荷载作用的较大些，圆形钢饼在主梁牵引下继续在靠盖梁顶面侧的支撑平台上运动并沿圆弧过渡段向焊接钢箱的第二支撑平台运动，主梁的竖向位移也略有增大。此过程中主要通过圆形钢饼上橡胶皮套与焊接钢箱圆弧过渡段上所粘贴的橡胶层间的摩擦和抬高主梁克服重力做功来耗散地震能量。
强震作用下，主梁所产生的最大横向地震位移显著增大，此阶段中圆形钢饼在主梁牵引带动下继续在靠盖梁顶面侧的第二支撑平台上移动并沿圆弧过渡段向焊接钢箱上顶面支撑平台运动，主梁的竖向位移也进一步增大。此过程中主要通过圆形钢饼上橡胶皮套与焊接钢箱圆弧过渡段上粘贴的橡胶层间的摩擦和抬高主梁克服重力做功来耗散地震能量。
Claims (3)
1.一种滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，其特征在于，主梁(2)通过摆式支座(3)架设于盖梁(1)上，盖梁(1)的两端设置有焊接钢箱(4)，焊接钢箱(4)面向主梁(2)一侧为过渡段，过渡段为弧形的阶梯；主梁(2)对应的侧壁上预埋有竖向短钢板(6)，竖向短钢板(6)上固定有水平延伸向阶梯的厚壁钢管(8)，厚壁钢管(8)内设有弹簧(9)和钢棒(7)，弹簧(9)一端固定于竖向短钢板(6)上，另一端固定于钢棒(7)的内端，钢棒(7)的外端伸出厚壁钢管(8)，并设有转轴垂直于钢棒(7)的滚轮(12)，滚轮(12)抵靠于焊接钢箱(4)最下面一阶的阶梯面上；所述滚轮(12)包括两个圆形钢饼，其转轴为固定于钢棒(7)外端部两侧的短钢管(10)；所述阶梯的弧形过渡段处设有橡胶层(5)。
2.根据权利要求1所述的滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，其特征在于，所述圆形钢饼的滚动面上包裹有橡胶皮套(11)。
3.根据权利要求1所述的滚动抬高式桥梁抗震挡块装置，其特征在于，所述阶梯为三阶。
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