CN110777642A - 一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，该挡块由底板、后承板、后侧板、中承板、中侧板、前承板、前侧板、翼板、扶壁板、螺杆和螺帽组成。底板通过螺杆和螺帽与桥梁连接，前、中、后承板、侧板与翼板焊接成具有负泊松比特征的元宝形胞体结构，该结构仅在后承板底边与底板焊接，并用扶壁板进行加固，其他板件均与底板分离。该胞体挡块初始侧向刚度小，能有效降低撞击力；同时具有负泊松比受压强化特征，其侧向刚度会随着地震荷载不断强化，具有良好的承载和抗震适应性；此外，该挡块耗能性能良好，具备胞体弹性变形、胞壁塑性变形以及后承板塑性变形三重耗能体系，分别对应“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准抗震设计目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，属于桥梁抗震防灾领域。
背景技术
地震荷载作用下，桥梁结构(尤其是上部梁体)会产生较大的侧向位移和加速度，容易引起桥梁墩台破坏或上部梁体发生滑落。为了防止上述破坏，一般会在盖梁和桥台两侧设置挡块，一方面可以此来约束地震作用下桥梁梁体的侧向位移，防止梁体滑落；另一方面当侧向撞击力过大时，可以牺牲挡块，消耗部分地震能量，进而保护桥梁墩台和主梁等主体结构的安全。
目前，常用的抗震挡块有钢筋混凝土挡块、橡胶挡块、金属挡块等。混凝土挡块刚度大，地震作用下梁体会对挡块产生很大的撞击力，极易引起挡块的破坏；橡胶挡块弹性形变大，当耗能方面较差，不宜单独使用；金属挡块通常为矩形，地震作用下的塑性耗能主要集中在四个角点，整体耗能并不理想。也有提出采用开孔金属板挡块进行耗能抗震，具有较好的变形和耗能特征，但也存在开孔金属板削弱、承载不够、容易破坏等问题。理想的抗震挡块应该同时具备较小的侧向刚度、较高的耗能和较大的承载力等特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，能有效的解决上述问题。
为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，该挡块由底板、后承板、后侧板、中承板、中侧板、前承板、前侧板、翼板、扶壁板、螺杆和螺帽组成；负泊松比胞体结构其中，所述的底板通过螺杆和螺帽固定于墩顶的盖梁两侧；所述的后承板底边焊接于底板，并通过扶壁板加固；所述的后、中、前承板分别与两块后、中、前侧板焊接成为无底板的等腰梯形体，后板梯形体与中板梯形体在分别侧板边缘与两翼板焊接成船形结构；所述的前板梯形体与船形结构焊接成元宝形胞体结构，该胞体结构具有负泊松比特征；所述的元宝形胞体结构除后承板与底板焊接之外，其他板件均与底板分离。
特别的，所述的前承板直接与梁体接触或隔开一定距离；发生较小地震时，前承板首先约束梁体位移，通过元宝形胞体结构的弹性变形消耗地震能量。
特别的，所述的翼板会在元宝形胞体结构受到较大地震的撞击挤压时发生内旋变形；此时，翼板和前承板共同约束梁体位移，通过元宝形胞体结构的弹塑性变形消耗地震能量。
特别的，所述的后承板与底板的焊接支承刚度比桥梁墩台的侧向刚度小；发生大地震时，后承板会先于桥梁墩台发生塑性破坏，同时消耗地震能量，最大限度的保护桥梁结构。
特别的，所述的各板块所用材料可为低碳钢板、不锈钢板、合金钢材和塑钢等。
特别的，所述的各板块之间的焊接可以采用电弧焊、埋弧焊等方式。
特别的，所述的底板上应留有4-8个孔洞，可穿过螺杆与盖梁固定。
特别的，所述的螺杆可通过预埋或植筋方式安装于盖梁上。
特别的，所述的挡块在消能变形或破坏后，可以拆除，重新安装新的抗震挡块。
本发明的有益效果为：本发明提供一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，该挡块具有较小的初始侧向刚度，有效降低地震冲击力；该挡块具有负泊松比受压强化特征，其侧向刚度会随着地震荷载的增大而不断强化，具有良好的承载力和抗震适应性；同时，耗能性能优越，具备挡块胞体弹性变形、胞壁塑性变形以及后承板塑性变形三重耗能体系，分别对应于结构抗震中“小震不坏,中震可修,大震不倒”三水准设计目标。该挡块同时具备侧向刚度小、耗能大和承载力强等特征，是一种理想的抗震耗能装置。此外，该挡块通过螺栓安装，非常便于震后修护和更换。
附图说明
图1为本发明挡块在桥梁盖梁上的布置效果图。
图2为本发明挡块的左侧视图。
图3为本发明挡块的右侧视图。
图4为本发明挡块在不同地震作用梁体撞击下的受力变形图。
附图标记：1-底板、2-后承板、3-后侧板、4-中承板、5-中侧板、6-前承板、7-前侧板、8-翼板、9-扶壁板、10-螺杆、11-螺帽。
具体实施方式
实施例1：
以下仅以实施例说明本专利可能实施的方案，然并非用以限制本专利所欲保护之范畴，合先叙明。
参考图1至图3，其显示本专利的第一较佳实施例，一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，具有较小的初始侧向刚度，有效降低地震冲击力；该挡块具有负泊松比受压强化特征，其侧向刚度会随着地震荷载的增大而不断强化，具有良好的承载力和抗震适应性；同时，耗能性能优越，具备挡块胞体弹性变形、胞壁塑性变形以及后承板塑性变形等三重耗能体系，分别对应于结构抗震中“小震不坏,中震可修,大震不倒”三水准设计目标。此外，该挡块通过螺栓安装，非常便于震后修护和更换。
本实施例具体设计方案如下：
一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，该装置由底板1、后承板2、后侧板3、中承板4、中侧板5、前承板6、前侧板7、翼板8、扶壁板9、螺杆10和螺帽11组成；其中，所述的底板通过螺杆10和螺帽11固定于墩顶的盖梁两侧；所述的后承板2底边焊接于底板1，并通过扶壁板9加固；所述的后承板2中承板4、前承板6分别与两块后侧板3、中侧板5、前侧板7焊接成为无底板的等腰梯形体，后板梯形体与中板梯形体在分别侧板边缘与两翼板8焊接成船形结构；所述的前板梯形体与船形结构焊接成元宝形胞体结构，该结构具有负泊松比特征；所述的元宝形胞体结构除后承板与底板焊接之外，其他板件均与底板分离。
所述装置中各板块所用材料可为低碳钢板、不锈钢板、合金钢材和塑钢等。
所述装置中各板块之间的焊接可以采用电弧焊、埋弧焊等方式。
所述装置的底板1上应留有4-8个孔洞，可穿过螺杆10与盖梁固定。
所述装置的螺杆10可通过预埋或植筋方式安装于盖梁两侧。
所述装置在消能变形或破坏后，可以拆除，重新安装新的抗震挡块。
所述装置遇到地震时利用本身元宝结构的弹性、塑性变形从而进行耗能，进而保护桥梁结构。
申请人声明，所述技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某步骤，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些步骤的其他实施方。
上述实施例中，抗震挡块侧向刚度小，具备负泊松比结构受压强化特征，具备良好的承载能力和抗震适应性；同时耗能性能优越，具备挡块胞体弹性变形、胞壁塑性变形以及后承板塑性变形等三重耗能体系。该挡块同时具备侧向刚度小、耗能大和承载力强等特征，是一种理想的抗震耗能装置。
技术原理：所述的前、中、后承板和侧板与翼板通过焊接构成元宝形胞体结构，并且该胞体结构仅在后承板底边处与底板焊接，具有良好的变形耗能和负泊松比受压强化特征。地震作用下，梁体撞击挤压力的传递路径为前承板6→前侧板7→中承板4→中侧板5→翼板8→后侧板3，最后通过后承板2传递给底板1和桥梁下部结构，前承板6、前侧板7、中承板4、中侧板5、翼板8、后侧板3与底板1完全分离，容易发生弹塑性变形消耗地震能量，并且初始侧向很小，能有效减小地震撞击力；与此同时，中承板4会在前承板6和前侧板7的挤压下发生向后的位移，引起中侧板5、翼板8和后侧板3向内旋转，尤其是在遭遇较大地震时，会发生较大的旋转变形，使得翼板8前移，与前承板6共同支撑梁体位移，此时负泊松比胞体结构受压强化，提供较大的侧向刚度，抵抗地震冲击，同时通过板件的塑性变形消耗能量；随着地震的进一步增大，强化的胞体结构会被压溃，此时梁体撞击力直接通过后承板2和腹壁板9传递给梁体下部结构，后承板2和腹壁板9发生塑性变形消耗地震能量，同时可以通过合理设计，使后承板2和腹壁板9先于桥梁下部结构发生破坏，在遭遇超大地震时最大限度的保护桥梁主体承载结构。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种负泊松比胞体结构桥梁抗震耗能挡块，其特征在于，该挡块由底板、后承板、后侧板、中承板、中侧板、前承板、前侧板、翼板、扶壁板、螺杆和螺帽组成；其中，所述的底板通过螺杆和螺帽固定于墩顶的盖梁两侧；所述的后承板底边焊接于底板，并通过扶壁板加固；所述的后、中、前承板分别与两块后、中、前侧板焊接成为无底板的等腰梯形体，后板梯形体与中板梯形体在分别侧板边缘与两翼板焊接成船形结构；所述的前板梯形体与船形结构焊接成元宝形胞体结构，该结构具有负泊松比特征；所述的元宝形胞体结构除后承板与底板焊接之外，其他板件均与底板分离。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述的各板块所用材料可为低碳钢板、不锈钢板、合金钢材和塑钢等。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述的各板块之间的焊接可以采用电弧焊、埋弧焊等方式。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述的底板留有4-8个孔洞，可穿过螺杆与盖梁固定。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述的螺杆通过预埋或植筋方式安装于盖梁上。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述的抗震挡块在消能变形或破坏后，可以拆除，重新安装新的抗震挡块。
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