CN110777637A - 抗倾减震复合限位装置及桥梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗倾减震复合限位装置及桥梁，包括用于固定连接于主梁的上结构件和固定连接于桥墩盖梁端部的下结构件，上结构件和下结构件之间相互为嵌套扣合连接；本发明采用针对性的固定结构，在偏载作用下，能够明显提高主梁抗侧翻倾覆破坏的能力；在超限偏载作用下，根据设置可以实现自动预警；在地震作用下，通过本装置实现有效减震，以最大限度降低桥梁地震损害及落梁；在严重超限偏载作用下，使墩与梁瞬态体系倾覆破坏转化为本装置的连接构件材料破坏，将结构稳定问题转化为构件强度问题，使没有征兆的破坏模式转变为有征兆的塑性破坏，便于破坏过程的及时发现并采取应急措施。

Description

抗倾减震复合限位装置及桥梁

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，特别涉及一种梁桥抗倾减震复合限位装置及桥梁。

背景技术

为了节约并充分利用空间，城市桥梁较多采用多跨连续的宽幅主梁为上部结构，中间墩多为独柱式桥墩或横桥向宽度较小的框架式桥墩，在意外超载和偏载作用下，易于发生主梁横向侧翻倾覆失稳破坏。这类事故存在如下基本特征：(1)上部结构采用整体式宽箱梁，结构体系为连续梁，桥台或过渡墩采用双支座或三支座，中间桥墩采用横向支承间距较小的双支座或独立单支座；(2)主梁与桥墩之间仅设置只能传递压力的支座，对抗倾覆没有必要的措施；(3)桥梁在严重偏载和超载下发生毫无预兆的梁体从桥墩上侧翻滑落的倾覆坍塌破坏；(4)事故发生前桥梁无任何异常状况，事故发生后桥墩和主梁无明显结构性材料破坏。因此，对新建和在役城市高架桥采取有效的抗倾覆措施来避免此类事故的发生势在必行。

宽幅桥梁的整体倾覆是由梁体的横向旋转位移引起的，这与高烈度区桥梁上部结构的震害具有相关性。在历次破坏性地震中，桥梁上部结构发生落梁震害的原因有：(1)墩梁相对位移超过支承搭接长度；(2)相邻跨上部结构间距过小，上部结构相互碰撞；(3)桥墩强度与变形能力不足，导致桥墩破坏而发生落梁；(4)桥墩对上部结构的支承宽度不足，造成地震荷载下梁体从桥墩上侧翻滑落。针对上述问题，尽管目前国内已经采取了一定的防地震落梁措施，但现有防地震落梁装置主要集中在预防主梁在地震作用下沿桥梁纵向落梁和横桥向的水平限位措施方面，迄今未见能有效抵抗梁体相对于桥墩的纵、横向滑落梁以及侧翻滑落的综合技术措施。

上述两类破坏现象都是由于主梁相对于桥墩的位移超过了允许范围导致的。其中，侧向倾覆主要由梁体的横向转动位移导致，而地震落梁则主要由梁体的水平纵、横向位移过大导致，两者都可以通过合理的限位装置来提高桥梁的抵抗能力。

因此，需要对桥梁的桥墩与梁体之间的支承连接结构进行改进，不仅能够给梁体提供抗侧翻倾覆的抵抗力矩，还能够满足梁体在地震作用下的纵向和横向位移及限制需求；且装置构造简洁、传力途径明确、造价低廉、便于施工安装和维护更换，既可用于新建桥梁，也可用于既有桥梁的改造；使得桥梁由毫无预兆的瞬态体系破坏转变为有明显预兆的结构材料破坏，从而显著提高桥梁的运营安全性，具有显著的技术、经济和社会综合效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗倾减震复合限位装置及桥梁，在不影响桥梁正常使用条件下，既能够显著提高意外偏超载下梁体抗侧翻倾覆的能力，还能够满足梁体在地震作用下的纵向和横向位移及限制需求；且装置构造简洁、传力途径明确、造价低廉、便于施工安装和维护更换，既可用于新建桥梁，也可用于既有桥梁的改造；使得桥梁由毫无预兆的瞬态体系破坏转变为有明显预兆的材料破坏，从而显著提高桥梁的运营安全性，并具有显著的技术、经济和社会综合效益。

本发明的抗倾减震复合限位装置，包括用于固定连接于主梁的上结构件和固定连接于桥墩盖梁端部的下结构件，所述上结构件和下结构件之间相互为嵌套扣合连接。

进一步，所述上结构件和下结构件之间的连接具有沿纵向、横向和竖向的设定范围的相对移动间隙。

进一步，所述上结构件和下结构件之间的扣合结构采用T形槽和T形结构件的扣合结构。

进一步，所述下结构件为横截面为T形的T形结构件，包括翼板和腹板，所述腹板用于固定连接桥墩盖梁端部的相应位置，所述上结构件包括T形槽构件和固定板，所述T形槽构件具有与T形结构件相配合形成嵌套扣合结构的T形槽，所述固定板用于将T形槽构件固定于主梁；所述翼板与T形槽之间的配合具有纵向、横向和竖向相对滑动的设定空隙。

进一步，所述腹板沿纵向竖直设置，所述翼板沿纵向水平设置；所述T形槽构件下部形成与腹板相配应的纵向的条形口。

进一步，所述T形槽内与翼板的纵向两端对应分别设置有阻尼块，且每个阻尼块与翼板的纵向两端之间对应设有设定的间距。。

进一步，所述T形槽构件为整体结构；或者，T形槽构件的纵向一端部设置有可拆卸的端盖，与端盖对应具有用于引导翼板安装进入T形槽的端部开口，所述条形口与所述端部开口贯通。

进一步，与所述T形槽构件的开口端对应的条形口上还可拆卸式设置有设定长度的封盖；

所述封盖为T形结构封盖，T形结构封盖的腹板嵌入条形口，两翼缘盖在条形口两侧并通过螺栓固定；或者，所述封盖为矩形结构封盖，矩形结构封盖嵌入条形口，并通过穿过条形口两侧以及矩形结构封盖的螺栓固定。

进一步，使用时，所述固定板通过上锚固螺栓锚固于对应的主梁底部；或者，所述固定板对新建桥梁，通过其上固定设置的锚固钢筋预埋于对应的主梁底部；所述腹板通过下锚固螺栓锚固于桥墩盖梁端部。

进一步，还包括自动报警系统，包括：

信号采集单元，用于采集上结构件或/和下结构件在竖直方向的受拉信号；信号采集单元一般采用拉力传感器(比如贴在或植入腹板103的应变片3)，用于采集腹板在主梁倾覆时或者具有倾覆趋势时产生的在竖直方向的变形，并输出信号至中央处理单元；

中央处理单元，用于接收信号采集单元传来的受拉信号并处理；中央处理单元至少应包括中央处理器(CPU)、存储器和必要的外围电路，实现信号的接收、处理(应变片直接通过有线连接的方式将应变信号传输至中央处理单元，如果采用无线的传输方式，则应变片需要配置处理器以及无线发射设备，而中央处理单元则需要配置无线接收设备，在此不再赘述)，并向输出单元输出命令信号，当信号采集单元的数据信号超过设定的数值时，发出告警信号，比如在主梁上设置声光报警设备(灯及语音)；中央处理单元一般固定于主梁，采用必要的防水防尘设置，在此不再赘述；

输出单元，接收中央处理单元的命令信号并输出，输出单元一般包括现场的声光报警设备、远程传输设备等，一般采用无线发射或者有线传输的方式进行远程数据传输，比如，采用无线发射设备将中央处理单元的数据信号发送至远程监测中心(桥梁的管理中心，需设有无线接收设备)并储存备查，在此不再赘述；无线信号输出设备的工作原理在此不再赘述。。

本发明还公开了一种桥梁，所述桥梁包括桥墩和主梁，与所述桥墩的盖梁的两端对应分别与主梁底部之间安装有所述抗倾减震复合限位装置。

本发明的施工过程：

对既有的运营桥梁，先通过植入螺栓连接方式在设定主梁底面位置固定安装所述上结构件(T形槽构件)，次将所述T形结构件嵌套入所述T形槽构件的T形槽中，再通过螺栓连接封闭开槽端底板，最后通过植入锚固螺栓的连接方式将T形连接件的腹板固定安装在桥墩盖梁的横桥向端面。

对新建现浇混凝土主梁，将本发明装置组装完成，先通过植入下锚固螺栓的连接方式将T形结构件的腹板固定安装在桥墩盖梁的横桥向端面，次在设定位置固定预埋所述梁底扣槽(锚固板设置有锚固钢筋)，再浇筑主梁混凝土，最后拆除施工支架。

本发明的有益效果是：本发明的抗倾减震复合限位装置及桥梁，采用针对性的固定结构，在桥墩盖梁横桥向两端分别对主梁形成纵、横、竖三个的位移限制约束，该约束具有设定的自由度间隙，不影响正常使用条件下桥墩与主梁产生相对位移的需要；在严重偏超载情况下能够抵抗主梁发生侧翻倾覆落梁；在地震条件下借助阻尼块的作用能够实现桥墩与主梁间的纵向减震；在地震条件下借助T形结构件腹板的弹性变形能够实现桥墩与主梁间的横向减震；在强地震作用下借助本连接装置能够显著提高主梁相对于桥墩的纵向、横向落梁和侧翻倾覆破坏的能力；尤其将桥梁在偶然偏超载或地震作用下可能发生由结构体系瞬变导致的脆性破坏，转化破坏前必须经历本装置连接构件的材料塑性破坏，将结构稳定问题转化为构件强度问题，使没有征兆的破坏模式转变为有征兆的塑性破坏，便于破坏过程的及时发现并采取应急措施；

即本发明在桥墩顶部横向两侧分别对桥梁底板形成约束连接，该约束一般设定自由度间隙，以满足桥梁在正常使用情况下主梁与桥墩的相对位移；在偏载作用下，能够明显提高主梁抗侧翻倾覆破坏的能力；在超限偏载作用下，可以根据设置的预警系统实现自动预警；在地震作用下，通过本装置实现有效减震，以最大限度降低桥梁地震损害及落梁；在严重超限偏载作用下，使墩与梁瞬态体系倾覆破坏转化为本装置的连接构件材料破坏，将结构稳定问题转化为构件强度问题，使没有征兆的破坏模式转变为有征兆的塑性破坏，便于破坏过程的及时发现并采取应急措施；

本发明装置集抗倾覆与地震限位功能于一体，构造简单、原理简明、外观可检，有利于定期检查桥梁状况和维护；能实现工厂化制造，以降低成本，有利于大规模投入使用；现场安装方便，维修更换快，施工周期短。总之，本发明装置能解决现有规范中抗倾覆设计未考虑周全的车辆超载问题，并兼顾抗震限位的功能，有望更优质、更经济、更可靠的防止上部结构整体失稳倾覆及落梁震害。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的纵向截面结构示意图；

图2为图1沿A-A向剖视图；

图3为本发明下构件结构立体图(整体型)；

图4为本发明下构件结构立体图(端部开口T形盖板)；

图5为本发明下构件结构立体图(端部开口矩形盖板)；

图6为图1的结构用于桥梁结构示意图(横向剖视图)；

图7为图1的结构用于桥梁结构示意图(纵向剖视图；

图8为报警系统的原理框图。

具体实施方式

图1为本发明的纵向截面结构示意图(螺栓锚固)，图2为图1沿A-A向剖视图；如图所示：本实施例的抗倾减震复合限位装置，包括用于固定连接于主梁a的上结构件2和固定连接于桥墩盖梁c端部的下结构件1，所述上结构件2和下结构件1之间相互为嵌套扣合连接；嵌套扣合连接一般包括T形头连接结构、燕尾头(锥形结构)连接结构等形成横向、竖向以及纵向的约束，当然，需要在各个方向上留出必要的间隙；桥墩盖梁端部指的是横向端部，使用时，本发明对应分别安装在桥墩盖梁横向两端部，上构件一般固定于主梁的底部，主梁在意外偏载和超载产生倾覆力矩时，通过桥墩盖梁一端部设置的本装置受拉，另一端部的本装置受压来抵抗倾覆力矩，保证整桥的安全性。

本实施例中，所述上结构件2和下结构件1之间的连接具有沿纵向、横向和竖向的设定范围的相对移动间隙，具有较好的热胀冷缩适应能力，还利于在较大震动下形成缓冲，具有较好的减震效果，同时形成对主梁抗倾覆与抗震限位约束装置。

本实施例中，所述上结构件2和下结构件1之间的扣合结构采用T形槽和T形结构件的扣合结构；如图所示，T形槽为沿纵向的长条形槽，T形结构件相适配也为沿纵向的长条形结构，T形结构件嵌套扣合在T形槽内，结构上形成竖向和横向约束，在T形槽形成封闭，即形成纵向的约束；当然，T形槽和T形结构件的配合结构中会预留横向、竖向和纵向的间距，适应热胀冷缩以及震动产生的相对运动，利于避免遭到震动破坏。

本实施例中，所述下结构件1为横截面为T形的T形结构件，包括翼板101和腹板102，所述腹板102用于固定连接桥墩盖梁端部的相应位置，所述上结构件2包括T形槽构件201和固定板202，所述T形槽构件201具有与T形结构件相配合形成嵌套扣合结构的T形槽2011，所述固定板202用于将T形槽构件201固定于主梁a(一般为底部)；所述翼板101与T形槽2011之间的配合具有纵向、横向和竖向相对滑动的设定空隙；所述T形槽2011与嵌入其内的T形结构件之间均留有满足墩梁在正常使用条件下所需要的纵、横向以及竖向相对位移的间隙；如图所示，T形结构件为横截面为T形的条形构件，T形槽与之相适配也为为横截面为T形的条形槽；本连接装置的竖向抗拉承载能力取决于腹板的抗拉能力，其余部件及其连接承载力应不低于腹板的抗拉承载力；腹板应采用有明显屈服台阶的高强材料，以确保腹板在断裂前保持足够承载能力条件下具有明显的塑性变形；T形槽构件以及T形结构件一般均采用钢结构，且一般均为一体成形或焊接成形或螺栓连接成形，在此不再赘述。

本实施例中，所述腹板102沿纵向竖直设置，所述翼板101沿纵向水平设置，这里的竖直和水平与桥梁的方位相对应，在此不再赘述；所述T形槽构件201下部形成与腹板102相配应的纵向的条形口2012；条形口2012的长度应大于腹板的纵向尺寸，在此不再赘述。

本实施例中，所述T形槽2011内与翼板101的纵向两端对应分别设置有阻尼块2013，且每个阻尼块2013与翼板101的纵向两端之间对应设有设定的间距；由于T形槽构件201以及T形结构件均为刚性，且由于腹板在纵向上刚度较大，在桥梁发生震动而产生纵向相对位移时，阻尼块能够产生有效的阻尼，达到减震效果；阻尼块一般采用橡胶块，使用寿命长且阻尼效果好；在横向位移时，由于力来自于腹板的横向，可发生一定的弹性变形，也同样达到阻尼效果。

本实施例中，所述T形槽构件201为整体结构，如图3所示，该结构将T形槽构件和T形结构件事先安装完成，并通过焊接封口，在此不再赘述。

或者，T形槽构件201的纵向一端部设置有可拆卸的端盖2014，与端盖2014对应具有用于引导翼板101安装进入T形槽2011的端部开口，所述条形口2013与所述端部开口贯通，安装完成后，利通过螺栓将端盖封闭在端部开口，形成整体的T形槽构件；方便安装和拆卸。

本实施例中，与所述T形槽构件201的开口端对应的条形口2014上还可拆卸式设置有设定长度的封盖，该封盖用于在纵向上封闭条形口端部设定长度；

所述封盖为T形结构封盖2015，T形结构封盖2015的腹板嵌入条形口，两翼缘盖在条形口两侧并通过螺栓固定，如图4所示，螺栓为竖直设置；

或者，所述封盖为矩形结构封盖2015’，矩形结构封盖2015’嵌入条形口2014，并通过穿过条形口两侧以及矩形结构封盖的螺栓固定，如图5所示。

本实施例中，使用时，所述固定板202通过上锚固螺栓203锚固于对应的主梁a底部；或者，所述固定板202对新建桥梁，通过其上固定设置的锚固钢筋(图中没有表示)预埋于对应的主梁a底部；所述腹板102通过下锚固螺栓103锚固于桥墩盖梁c端部。

图8为报警系统的原理框图，本实施例中，还包括自动报警系统，包括：

信号采集单元，用于采集上结构件或/和下结构件在竖直方向的受拉信号；信号采集单元一般采用拉力传感器(比如贴在或植入腹板103的应变片3)，用于采集腹板在主梁倾覆时或者具有倾覆趋势时产生的在竖直方向的变形，并输出信号至中央处理单元；

中央处理单元，用于接收信号采集单元传来的受拉信号并处理；中央处理单元至少应包括中央处理器(CPU)、存储器和必要的外围电路，实现信号的接收、处理(应变片直接通过有线连接的方式将应变信号传输至中央处理单元，如果采用无线的传输方式，则应变片需要配置处理器以及无线发射设备，而中央处理单元则需要配置无线接收设备，在此不再赘述)，并向输出单元输出命令信号，当信号采集单元的数据信号超过设定的数值(该信号数值范围可以是分阶段设置，即具有倾覆危险，不同的桥梁具有不同的数值范围，在此不再赘述)时，发出告警信号，比如在主梁上设置声光报警设备(灯及语音)；中央处理单元一般固定于主梁，采用必要的防水防尘设置，在此不再赘述；

输出单元，接收中央处理单元的命令信号并输出，输出单元一般包括现场的声光报警设备、远程传输设备等，一般采用无线发射或者有线传输的方式进行远程数据传输，比如，采用无线发射设备将中央处理单元的数据信号发送至远程监测中心(桥梁的管理中心，需设有无线接收设备)并储存备查，在此不再赘述；无线信号输出设备的工作原理在此不再赘述。

本发明还公开了一种桥梁，所述桥梁包括桥墩和主梁，与所述桥墩的盖梁的两端对应分别与主梁底部之间安装有所述抗倾减震复合限位装置b。

本发明的施工过程：

对既有的运营桥梁，先通过植入螺栓连接方式在设定主梁底面位置固定安装所述上结构件(T形槽构件)，次将所述T形结构件嵌套入所述T形槽构件的T形槽中，再通过螺栓连接封闭开槽端底板，最后通过植入锚固螺栓的连接方式将T形连接件的腹板固定安装在桥墩盖梁的横桥向端面。

对新建现浇混凝土主梁，将本发明装置组装完成，先通过植入下锚固螺栓的连接方式将T形结构件的腹板固定安装在桥墩盖梁的横桥向端面，次在设定位置固定预埋所述梁底扣槽(锚固板设置有锚固钢筋)，再浇筑主梁混凝土，最后拆除施工支架。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种抗倾减震复合限位装置，其特征在于：包括用于固定连接于主梁的上结构件和固定连接于桥墩盖梁端部的下结构件，所述上结构件和下结构件之间相互为嵌套扣合连接。

2.根据权利要求1所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述上结构件和下结构件之间的连接具有沿纵向、横向和竖向的设定范围的相对移动间隙。

3.根据权利要求2所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述上结构件和下结构件之间的扣合结构采用T形槽和T形结构件的扣合结构。

4.根据权利要求3所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述下结构件为横截面为T形的T形结构件，包括翼板和腹板，所述腹板用于固定连接桥墩盖梁端部的相应位置，所述上结构件包括T形槽构件和固定板，所述T形槽构件具有与T形结构件相配合形成嵌套扣合结构的T形槽，所述固定板用于将T形槽构件固定于主梁；所述翼板与T形槽之间的配合具有纵向、横向和竖向相对滑动的设定空隙。

5.根据权利要求4所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述腹板沿纵向竖直设置，所述翼板沿纵向水平设置；所述T形槽构件下部形成与腹板相配应的纵向的条形口。

6.根据权利要求5所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述T形槽内与翼板的纵向两端对应分别设置有阻尼块，且每个阻尼块与翼板的纵向两端之间对应设有设定的间距。。

7.根据权利要求5所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：所述T形槽构件为整体结构；或者，T形槽构件的纵向一端部设置有可拆卸的端盖，与端盖对应具有用于引导翼板安装进入T形槽的端部开口，所述条形口与所述端部开口贯通。

8.根据权利要求5所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：与所述T形槽构件的开口端对应的条形口上还可拆卸式设置有设定长度的封盖；

所述封盖为T形结构封盖，T形结构封盖的腹板嵌入条形口，两翼缘盖在条形口两侧并通过螺栓固定；或者，所述封盖为矩形结构封盖，矩形结构封盖嵌入条形口，并通过穿过条形口两侧以及矩形结构封盖的螺栓固定；

使用时，所述固定板通过上锚固螺栓锚固于对应的主梁底部；或者，所述固定板对新建桥梁，通过其上固定设置的锚固钢筋预埋于对应的主梁底部；所述腹板通过下锚固螺栓锚固于桥墩盖梁端部。

9.根据权利要求8所述的抗倾减震复合限位装置，其特征在于：还包括自动报警系统，包括：

信号采集单元，用于采集上结构件或/和下结构件在竖直方向的受拉信号；

中央处理单元，用于接收信号采集单元传来的受拉信号并处理；

输出单元，接收中央处理单元的命令信号并输出。

10.一种桥梁，其特征在于：所述桥梁包括桥墩和主梁，与所述桥墩的盖梁的两端对应分别与主梁底部之间安装有所述抗倾减震复合限位装置。

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