CN110965466A - 减振降噪防震伸缩装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种减振降噪防震伸缩装置及方法，属于土木工程、抗震领域。伸缩缝的异型钢边梁在截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔；在桥梁平面内，伸缩缝的异型钢边梁采用波形布置；伸缩缝内，通过增设限位拉索，有效控制梁体相对位移。通过其底部的支撑钢板(4)平整地焊接于基座钢板(6)上，从而竖直方向保证异型钢边梁受力刚度。提高伸缩缝竖向振动频率，优化水平变形能力，降低伸缩缝噪音，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生。

Description

减振降噪防震伸缩装置及方法

技术领域

本发明属于土木工程、抗震领域，具体地说涉及减振降噪防震伸缩装置。

背景技术

为了满足桥梁上部结构在汽车、温度等作用下的变形需求，桥梁两端一般需要设置缝隙，为保证车辆平稳通过桥面，保证缝隙处的结构耐久性，缝隙处需设置伸缩缝装置。

地震灾害是一种对人类社会影响极大的自然灾害，随着社会发展，人口财富更加聚集，地震灾害的敏感性、破坏性、复杂性愈发突出。21世纪以来，国内外地震灾害频发，其中8级以上地震达4次。地震中许多桥梁发生了倒塌或者严重破坏，切断了震区的交通路线，带来了巨大的生命财产损失。地震灾害表明，桥梁上部结构的典型破坏形态有：落梁震害、伸缩缝处撞击损伤、桥面铺装以及伸缩缝变位损伤。其中，落梁震害破坏性最大、修复最为困难，会导致整个交通的瘫痪，给灾后的救灾以及抢修工作带来极大的阻碍。伸缩缝处撞击、变位损伤发生频次高、不利于结构在震后快速恢复，严重影响结构的可恢复功能，而且，伸缩缝处撞击、变位损伤会加剧落梁灾害的发生。

传统桥梁伸缩缝一般能较好的适应桥梁正常使用的伸缩要求，但是缺乏有效的位移约束装置，不能满足地震下的抗拉防撞要求。

型钢单缝在市政、公路桥梁中有着广泛的应用，但是对于传统型的伸缩缝单缝，车辆行驶过伸缩缝位置时，行车平顺性欠佳，噪音较大，产生较大的噪音污染。分析噪音产生的根本原因：一方面是由于车轮对伸缩缝的直接冲击，竖向振动较大导致，另一方面是伸缩缝腔体内空气压力受车辆驶过书瞬间前后突然变化所形成的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于公开一种减振降噪防震伸缩装置及方法，一方面通过型钢截面形式的设计与波形平面的布置来提高伸缩缝竖向振动频率，优化水平变形能力，降低伸缩缝噪音；另一方面，通过限位拉索的设置，使伸缩缝具备抗拉防撞功能，有效限制桥梁伸缩缝的变形范围，约束伸缩缝两侧梁体位移，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生。

为此给出如下技术方案

装置技术方案为：

一种减振降噪防震伸缩装置，其特征在于，包括异型钢边梁、限位装置、安装装置；

所述异型钢边梁包括第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)；第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)在平面内均呈波形，沿缝边缘平行布置；在型钢截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔；

所述限位装置包括限位拉索(9),所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板(4、5)，使两侧支撑钢板(4、5)通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围；

所述限位装置还包括拉索套管(10)，套在限位拉索(9)外以保护限位拉索(9)；

所述限位装置还包括拉索锚头(14),以限位拉索(9)端部，在支撑钢板(4、5)内侧设置拉索锚头(14)；

所述安装装置包括安装梁体、支撑钢板、基座钢板、安装槽；

所述安装梁体包括第一梁体(12)与第二梁体(13)，

所述支撑钢板包括第一支撑钢板(4)与第二支撑钢板(5)，

所述基座钢板包括第一基座钢板(6)与第二基座钢板(7)，

桥梁伸缩缝两侧的第一梁体(12)、第二梁体(13)内预留伸缩缝构件安装槽，以第一梁体(12)为例：第一异型钢边梁(1)布置在安装槽内，所述第一异型钢边梁(1)与第一支撑钢板(4)焊接，支撑钢板4在竖直方向与异型钢边梁1协同一致，支撑钢板4有效提高了伸缩缝竖向刚度，提高了伸缩缝竖向振动频；第一基座钢板(6)与第一连接钢板(4)焊接，所述支撑钢板4在靠近梁体缝隙端呈波形，平面上与异型钢边梁1对应；

方法技术方案为：

一种实现桥梁伸缩缝减振降噪防震方法，其特征在于，

步骤一，结构设计中：

伸缩缝的异型钢边梁在截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔；

在桥梁平面内，伸缩缝的异型钢边梁采用波形布置，弱化了伸缩缝边缘的突变性，这种布置方式可有效降低伸缩缝行车噪音，并通过波形布置，提高了伸缩缝的变形能力，同时可有效降低行车噪音；

伸缩缝内，通过增设限位拉索，有效控制梁体相对位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生等地震灾害的发生；具体的，所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板，使两侧支撑钢板通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索处于松弛状态，当伸缩缝变形大于或者小于设定变形量之后限位拉索(9)发挥限位作用，进而约束伸缩缝两侧梁体位移，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生，提高桥梁结构体系的整体抗震能力；

步骤二，实施和使用中：

安装实施时，每侧的异型钢边梁，以第一异型钢边梁(1)为例：其与第二异型钢边梁(2)水平对齐，缝隙变窄时两者能相互咬合；通过其底部的支撑钢板(4)平整地焊接于基座钢板(6)上，从而竖直方向保证异型钢边梁受力刚度；在向缝隙内侧方向，焊接有锚固加劲钢板11、锚固钢筋8，通过现浇混凝土15深入第一梁体内；通过第一异型钢边梁(1)、支撑钢板(4)、基座钢板(6)的布置，全方位提高了伸缩缝竖向支撑刚度，优化了伸缩缝竖向振动频率，有利于提高结构耐久性、提升减振降噪性能；

同时，为保证限位拉索(9)能在现浇混凝土15内滑动，限位拉索(9)外侧设置拉索套管(10)，限位拉索(9)端部以及支撑钢板4内侧设置拉索锚头(14)；

运营使用阶段，所述限位拉索9穿过支撑钢板4，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索9处于松弛状态，当伸缩缝两侧梁体位移小于或者大于某设定值后，限位拉索受力拉紧，约束伸缩缝两侧梁体位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免在遭受地震等极端荷载作用下，伸缩缝处发生碰撞损伤与落梁灾害。

支撑钢板4、支撑钢板5在缝隙内侧可设置有弧形凸起，限位拉索9会与凸起接触而避免拉索发挥限位作用时，拉索的转向更为平顺，避免应力集中，提高受力性能与耐久性。

所述异型钢边梁以及支撑钢板均为波形。波形的起伏幅度与波长可根据伸缩位移要求进行设定。

优选的，第一异型钢边梁(1)、第二异型钢边梁(2)的截面形状为相互180°旋转而成，伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，呈S状互扣式。

所述限位拉索(9)由钢绞线、高强度钢丝绳或碳纤维束制成。

所述限位拉索(9)可以是单根，也可以是多根共同作用。

所述现浇混凝土(11)可以是高性能混凝土、钢纤维混凝土，也可以是其它高强度混凝土材料。

本发明具有以下有益效益：

对于传统的型钢伸缩缝不具备抗拉防碰撞功能，在地震作用下，由于梁体位移较大，一方面容易发生梁体碰撞，导致伸缩缝位置处发生损伤，另一方面，梁体易产生过大的相对位移，导致落梁灾害。

限位拉索与型钢伸缩缝的一体化设计，传力途径明确、结构传力可靠的优点。

对不同桥型及抗震设防等级桥梁具有较好地适用性，可以通过调整拉索的数量、松弛度以及拉压杆的刚度等参数满足不同工程抗震的设计需求。

附图说明

图1为本发明顶平面示意图。

图2为图1中A-A断面图。

图3为图1中B-B断面图。

图4为伸缩缝闭合时图3所对应的断面图。

图5为伸缩缝闭合时拉索限位示意图。

图6为伸缩缝张开时拉索限位示意图。

图7为异型钢边梁相互关系图。

图8为波形异型钢边梁提高伸缩缝变形能力的示意图。

图9为限位拉索的局部限位示意图。

图中标号：1第一异型钢边梁、2第二异型钢边梁、3止水橡胶条带、4第一支撑钢板、5第二支撑钢板、6第一基座钢板、7第二基座钢板、8锚固钢筋、9限位拉索、10拉索套管、11锚固加劲钢板、12第一梁体、13第二梁体、14拉索锚头、15现浇混凝土。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1

请见图1～图8：

一种减振降噪防震伸缩装置，其特征在于，包括异型钢边梁、限位装置；

所述异型钢边梁包括第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)；第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)在平面内均呈波形，沿缝边缘平行布置，弱化了伸缩缝的边缘突变性，这种布置形式提高了单缝的变形能力，同时可有效降低行车噪音。在型钢截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔。改变了伸缩缝腔体噪音产生环境，有利于降噪，并有提高伸缩缝的变形适应能力与防撞能力。

所述限位装置包括限位拉索(9)。在波形单缝中设置限位拉索(9)，具备抗拉防撞与限位功能，提高桥梁结构体系的整体防震能力。所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板(4、5)，使两侧支撑钢板(4、5)通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索处于松弛状态，当伸缩缝变形大于或者小于设定变形量之后限位拉索(9)发挥限位作用，进而约束伸缩缝两侧梁体位移，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生，提高桥梁结构体系的整体抗震能力。

进一步限定，所述限位装置还包括拉索套管(10)，套在限位拉索(9)外以保护限位拉索(9)。具体实现时，为了保证限位拉索(9)能在现浇混凝土(11)内滑动，限位拉索(9)外侧设置拉索套管(10)，使之能在拉索套管(10)的保护下滑动。

在具体实施时，所述限位装置还包括拉索锚头(14)。以限位拉索(9)端部，在支撑钢板(4、5)内侧设置拉索锚头(14)。

优化本实施例，还包括安装装置。

所述安装装置包括安装梁体、支撑钢板、基座钢板、安装槽(图中未示)；

所述安装梁体包括第一梁体(12)与第二梁体(13)，

所述支撑钢板包括第一支撑钢板(4)与第二支撑钢板(5)，

所述基座钢板包括第一基座钢板(6)与第二基座钢板(7)，

桥梁伸缩缝两侧的第一梁体(12)、第二梁体(13)内预留伸缩缝构件安装槽，以第一梁体(12)为例：第一异型钢边梁(1)布置在安装槽内，所述第一异型钢边梁(1)与第一支撑钢板(4)焊接，支撑钢板4在竖直方向与异型钢边梁1协同一致，支撑钢板4有效提高了伸缩缝竖向刚度，提高了伸缩缝竖向振动频，以利于降低伸缩缝的行车噪音，并提高伸缩缝结构的耐久性。第一基座钢板(6)与第一连接钢板(4)焊接，所述支撑钢板4在靠近梁体缝隙端呈波形，平面上与异型钢边梁1对应。

为提高梁体对伸缩缝构件的竖向支撑刚度，梁体缝隙应取较小宽度，基座钢板6靠近梁体缝隙端的板底设置适当斜坡，实现了在提高竖向支撑刚度的同时，避免了梁体与伸缩缝之间的冲突。如此，避免了梁体与伸缩缝之间的冲突，降低了梁体缝隙的最小宽度限制，进一步优化了伸缩缝的竖向支撑刚度，实现减振降噪功能。

实施例2

一种实现桥梁伸缩缝减振降噪防震方法，其特征在于，

步骤一，结构设计中：

伸缩缝的异型钢边梁在截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔，使得伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，呈互扣式，改变了伸缩缝腔体噪音产生环境，有利于降噪，并有提高伸缩缝的变形适应能力与防撞能力。

在桥梁平面内，伸缩缝的异型钢边梁采用波形布置，弱化了伸缩缝边缘的突变性，这种布置方式可有效降低伸缩缝行车噪音，并通过波形布置，提高了伸缩缝的变形能力，同时可有效降低行车噪音。

伸缩缝内，通过增设限位拉索，有效控制梁体相对位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生等地震灾害的发生。具体的，所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板，使两侧支撑钢板通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索处于松弛状态，当伸缩缝变形大于或者小于设定变形量之后限位拉索(9)发挥限位作用，进而约束伸缩缝两侧梁体位移，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生，提高桥梁结构体系的整体抗震能力。

步骤二，实施和使用中：

安装实施时，每侧的异型钢边梁，以第一异型钢边梁(1)为例：其与第二异型钢边梁(2)水平对齐，缝隙变窄时两者能相互咬合；通过其底部的支撑钢板(4)平整地焊接于基座钢板(6)上，从而竖直方向保证异型钢边梁受力刚度；在向缝隙内侧方向，焊接有锚固加劲钢板11、锚固钢筋8，通过现浇混凝土15深入第一梁体内。因此，通过第一异型钢边梁(1)、支撑钢板(4)、基座钢板(6)的布置，全方位提高了伸缩缝竖向支撑刚度，优化了伸缩缝竖向振动频率，有利于提高结构耐久性、提升减振降噪性能。

同时，为保证限位拉索(9)能在现浇混凝土15内滑动，限位拉索(9)外侧设置拉索套管(10)，限位拉索(9)端部以及支撑钢板4内侧设置拉索锚头(14)。

运营使用阶段，如图9所示：所述限位拉索9穿过支撑钢板4，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索9处于松弛状态，当伸缩缝两侧梁体位移小于或者大于某设定值后，限位拉索受力拉紧，约束伸缩缝两侧梁体位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免在遭受地震等极端荷载作用下，伸缩缝处发生碰撞损伤与落梁灾害。

支撑钢板4、支撑钢板5在缝隙内侧可设置有弧形凸起，限位拉索9会与凸起接触而避免拉索发挥限位作用时，拉索的转向更为平顺，避免应力集中，提高受力性能与耐久性。

本发明通过“互扣式型钢断面”设计和型钢波形伸缩缝竖向布置组合可达到伸缩效果的最优以及使竖向振动频率最高。

“波形单缝”设计提高了降噪性能，再结合“设置限位拉索(9)”设计，具备抗拉防撞与限位功能，提高桥梁结构体系的整体防震能力。

以上实施例，还可以包括止水橡胶条带(3)。止水橡胶条带(3)嵌于第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)内，止水橡胶条带(3)呈卷曲人字形，以提高止水橡胶带(3)对伸缩缝变形的适应能力。

上述的对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种减振降噪防震伸缩装置，其特征在于，包括异型钢边梁、限位装置、安装装置；

所述异型钢边梁包括第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)；第一异型钢边梁(1)与第二异型钢边梁(2)在平面内均呈波形，沿缝边缘平行布置；在型钢截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔；

所述限位装置包括限位拉索(9),所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板(4、5)，使两侧支撑钢板(4、5)通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围；

所述安装装置包括安装梁体、支撑钢板、基座钢板、安装槽；

所述安装梁体包括第一梁体(12)与第二梁体(13)，

所述支撑钢板包括第一支撑钢板(4)与第二支撑钢板(5)，

所述基座钢板包括第一基座钢板(6)与第二基座钢板(7)，

桥梁伸缩缝两侧的第一梁体(12)、第二梁体(13)内预留伸缩缝构件安装槽，以第一梁体(12)为例：第一异型钢边梁(1)布置在安装槽内，所述第一异型钢边梁(1)与第一支撑钢板(4)焊接，支撑钢板4在竖直方向与异型钢边梁1协同一致，支撑钢板4有效提高了伸缩缝竖向刚度，提高了伸缩缝竖向振动频；第一基座钢板(6)与第一连接钢板(4)焊接，所述支撑钢板4在靠近梁体缝隙端呈波形，平面上与异型钢边梁1对应。

2.一种实现桥梁伸缩缝减振降噪防震方法，其特征在于，

步骤一，结构设计中：

伸缩缝的异型钢边梁在截面形状设计上，第二异型钢边梁(2)的形状和位置关系是由第一异型钢边梁(1)旋转180°形成，两者互扣布置而构成的伸缩缝两侧的异形钢截面形状为互补型，内部形成呈S状的空腔；

在桥梁平面内，伸缩缝的异型钢边梁采用波形布置，弱化了伸缩缝边缘的突变性，这种布置方式可有效降低伸缩缝行车噪音，并通过波形布置，提高了伸缩缝的变形能力，同时可有效降低行车噪音；

伸缩缝内，通过增设限位拉索，有效控制梁体相对位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生等地震灾害的发生；具体的，所述限位拉索(9)穿过梁缝两端的支撑钢板，使两侧支撑钢板通过限位拉索(9)形成连接，约束了伸缩缝变形范围，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索处于松弛状态，当伸缩缝变形大于或者小于设定变形量之后限位拉索(9)发挥限位作用，进而约束伸缩缝两侧梁体位移，防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免伸缩缝处碰撞损伤与落梁灾害的发生，提高桥梁结构体系的整体抗震能力；

步骤二，实施和使用中：

安装实施时，每侧的异型钢边梁，以第一异型钢边梁(1)为例：其与第二异型钢边梁(2)水平对齐，缝隙变窄时两者能相互咬合；通过其底部的支撑钢板(4)平整地焊接于基座钢板(6)上，从而竖直方向保证异型钢边梁受力刚度；在向缝隙内侧方向，焊接有锚固加劲钢板11、锚固钢筋8，通过现浇混凝土15深入第一梁体内；通过第一异型钢边梁(1)、支撑钢板(4)、基座钢板(6)的布置，全方位提高了伸缩缝竖向支撑刚度，优化了伸缩缝竖向振动频率，有利于提高结构耐久性、提升减振降噪性能；

同时，为保证限位拉索(9)能在现浇混凝土15内滑动，限位拉索(9)外侧设置拉索套管(10)，限位拉索(9)端部以及支撑钢板4内侧设置拉索锚头(14)；

运营使用阶段，所述限位拉索9穿过支撑钢板4，桥梁正常运营使用阶段的限位拉索9处于松弛状态，当伸缩缝两侧梁体位移小于或者大于某设定值后，限位拉索受力拉紧，约束伸缩缝两侧梁体位移，可有效防止梁体相向碰撞与过大背向变位，避免在遭受地震等极端荷载作用下，伸缩缝处发生碰撞损伤与落梁灾害。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，支撑钢板4、支撑钢板5在缝隙内侧可设置有弧形凸起，限位拉索9会与凸起接触而避免拉索发挥限位作用时，拉索的转向更为平顺。

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