CN111424537A - 一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，包括钢牛腿、固定铰支座、拉杆、铅柱以及方形挡块；所述钢牛腿固定在桥墩的侧面上，所述方形挡块呈中空顶部开口的方形结构，其底部固定于所述钢牛腿顶部；所述铅柱放置在所述方形挡块的空腔内部；所述拉杆的一端与铅柱的顶部相连，另一端与固定铰支座铰接；所述固定铰支座固定在梁体底部两侧。本发明不仅具备良好的抗倾覆性能，依靠铅柱本身的重力和另一侧铅柱对拉杆的支持力平衡桥梁支座受到的偏心荷载，避免支座脱空，而且能够很好地适应梁体的转动，不对桥梁和装置本身造成额外的弯矩破坏；另外，本发明结构简单，施工便捷，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置。
背景技术
目前我国为了提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力，增强其横向稳定性，采取的主要措施有：改变桥梁结构、调整中墩支撑偏心距和增设上下部结构连接装置。对于既有的独柱墩桥梁，调整中墩支撑偏心距不易实现，一般通过改变桥梁结构来加固桥梁，从而提高其抗倾覆稳定性，加固的措施主要有：在原墩旁增设立柱或者在原墩柱顶部增设盖梁，但是该方法施工周期长，施工难度较大；而相对于改变桥梁结构，增设上下部结构连接装置比较容易实现，该方法通过连接装置自身的竖向承载力来抵抗活载作用下桥梁支座的竖向负反力，避免支座出现脱空现象，具有施工简单、节省空间和材料等优点，但是这种连接装置不能很好地适应梁体倾覆过程中的转动，会对装置本身造成过大的弯矩，同时也会对桥梁产生较大的额外力的作用，从而对装置和桥梁本身造成破坏。
针对上述不足，需要设计和开发一种新型的独柱墩桥梁抗倾覆装置，不仅能够适应梁体倾覆过程中的转动，提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力，而且施工便捷，节省空间和材料，具有良好的经济性。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，防止独柱墩梁体在偏载和超载情况下向一侧发生过大转动而造成倾覆，避免支座脱空；通过铅柱本身较大的重力作用来平衡梁体受到的偏心荷载，减小偏载一侧梁体和桥梁支座受到的弯矩，避免梁体和支座破坏；拉杆顶端和转动铰连接处可以自由转动，以适应梁体的转动，不对装置和桥梁本身施加额外的弯矩作用，保护桥梁和装置本身。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，包括钢牛腿、固定铰支座、拉杆、铅柱以及方形挡块；所述钢牛腿固定在桥墩的侧面上，所述方形挡块呈中空顶部开口的方形结构，其底部固定于所述钢牛腿顶部；所述铅柱放置在所述方形挡块的空腔内部；所述拉杆的一端与铅柱的顶部相连，另一端与固定铰支座铰接；所述固定铰支座固定在梁体底部两侧。
所述钢牛腿包括钢牛腿顶板、钢牛腿内侧板、钢牛腿底板以及钢牛腿腹板，所述钢牛腿内侧板上设有若干个用于将其固定于桥墩侧壁上的螺栓孔；所述钢牛腿顶板的一端与钢牛腿内侧板的顶部相互垂直连接；所述钢牛腿底板的顶端和底端分别与钢牛腿顶板的底部以及钢牛腿内侧板的底部焊接固定；所述两块钢牛腿腹板之间相隔一定距离布设，钢牛腿腹板呈竖直设置，其顶部和底部分别与所述钢牛腿顶板的下表面以及钢牛腿底板的上表面固定连接。
所述铅柱为圆柱形结构，其材料为金属材料铅；所述铅柱的上表面中部位置固定有两个拉环，所述两个拉环平行设置且相隔一定的距离；所述拉杆的底端设有连接端，所述连接端上设有连接口，所述连接口与所述拉环卡接；当梁体没有发生倾覆时，所述拉环的内圈顶部与所述连接口的底部之间设有间隙。
所述连接端的截面呈上窄下宽的等腰梯形结构。
所述铅柱的外壁与方形挡块的空腔内壁之间有一定的间距，所述方形挡块的内腔深度高于所述铅柱的高度。
所述方形挡块的内部形成空腔，其空腔内壁上设有橡胶缓冲垫；所述橡胶缓冲垫采用的材料为聚氨酯橡胶。
所述拉杆的顶端设有半圆柱形销头，销头的侧壁上设有用于转动铰穿过的通孔，所述拉杆的顶端销头通过转动铰与固定铰支座铰接。
所述固定铰支座包括固定板和转动铰，两个所述转动铰固定在固定板的下表面；所述固定板上设有用于将该固定铰支座配合螺栓固定在梁体底部的螺栓孔。
所述拉杆的材料为抗拉强度高的钢材。
本发明的有益效果在于：
1）本发明具备良好的抗倾覆性能。依靠铅柱本身较大的重力作用平衡桥梁支座受到的偏心荷载，减小支座受到的弯矩；此外，拉杆底部梯形连接端的设计，使得梁体在转动超过一定角度时，另一侧装置中的铅柱上表面能够对拉杆底端形成支撑面，对偏载一侧梁体提供支撑，阻止梁体的进一步转动，从而达到防止梁体倾覆的目的。
2）本发明不会对装置和桥梁本身造成额外的弯矩破坏。拉杆顶端和梁体底部的固定铰支座通过铰链连接，使得拉杆可以发生自由转动，以适应梁体的转动，不对装置和桥梁本身施加额外的弯矩作用，保护了装置和桥梁本身。
3）本发明具有一定的抗震能力。当桥梁受到地震的作用时，位于方形挡块空腔内部的铅柱会随着桥墩一起振动，减小桥梁的振幅，同时碰撞空腔内壁上的橡胶缓冲垫，缓冲和吸收振动能量。
4）本发明结构简单，施工便捷，成本较低，而且可适用于新桥或旧桥。
附图说明
图1为本发明应用于独柱墩梁桥示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为梁体倾覆时本发明的工作状态图；
图4为本发明的三维构造示意图；
图5为本发明的钢牛腿结构示意图。
在图中：1钢牛腿，2固定铰支座，3拉杆，4铅柱，5方形挡块，6固定板，7固定板螺栓，8转动铰，9梯形连接端，10连接口，11拉环，12钢牛腿顶板，13钢牛腿内侧板，14钢牛腿腹板，15钢牛腿底板，16钢牛腿侧板螺栓，17橡胶缓冲垫，18间隙，19桥梁活动支座，20桥墩，21梁体。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明：
请参阅图1-5，
本发明公开了一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，包括钢牛腿1、固定铰支座2、拉杆3、铅柱4以及方形挡块5；所述钢牛腿1固定在桥墩20的侧面上，所述方形挡块5呈中空顶部开口的方形结构，其底部固定于所述钢牛腿1顶部；所述铅柱4放置在所述方形挡块5的空腔内部；所述拉杆3的一端与铅柱4的顶部相连，另一端与固定铰支座2铰接；所述固定铰支座2固定在梁体21底部两侧。
所述钢牛腿1包括钢牛腿顶板12、钢牛腿内侧板13、钢牛腿底板15以及钢牛腿腹板14，所述钢牛腿内侧板13上设有若干个用于将其固定于桥墩20侧壁上的螺栓孔；所述钢牛腿顶板12的一端与钢牛腿内侧板13的顶部相互垂直连接；所述钢牛腿底板15的顶端和底端分别与钢牛腿顶板12的底部以及钢牛腿内侧板13的底部焊接固定；所述两块钢牛腿腹板14之间相隔一定距离布设，钢牛腿腹板14呈竖直设置，其顶部和底部分别与所述钢牛腿顶板12的下表面以及钢牛腿底板15的上表面固定连接。
所述铅柱4为圆柱形结构，其材料为金属材料铅；所述铅柱4的上表面中部位置固定有两个拉环11，所述两个拉环11平行设置且相隔一定的距离；所述拉杆3的底端设有连接端9，所述连接端9上设有连接口10，所述连接口10与所述拉环11卡接；当梁体21没有发生倾覆时，所述拉环11的内圈顶部与所述连接口10的底部之间设有间隙18，用以保证桥梁上部结构在温度变化、混凝土收缩和徐变情况下该处自由变位，且不对梁体21产生附加内力。
所述连接端9的截面呈上窄下宽的等腰梯形结构，当梁体21偏载时，偏载的一侧连接端9底部与铅柱4的顶部接触，用以对偏载一侧梁体21进行支撑，连接端9呈等腰梯形结构使得其底部与铅柱4的顶部接触面积更大，且能够对梁体21的支撑更为稳定。
所述铅柱4的外壁与方形挡块5的空腔内壁之间有一定的间距，所述方形挡块5的内腔深度高于所述铅柱4的高度。
所述方形挡块5的内部形成空腔，其空腔内壁上设有橡胶缓冲垫17；所述橡胶缓冲垫17采用的材料为聚氨酯橡胶，以吸收地震能量。
所述拉杆3的顶端设有半圆柱形销头，销头的侧壁上设有用于转动铰8穿过的通孔，所述拉杆3的顶端销头通过转动铰8与固定铰支座2铰接，使得拉杆3可以发生自由转动，以适应梁体21的转动，不对装置和桥梁本身施加额外的弯矩作用，保护了装置和桥梁本身。
所述固定铰支座2包括固定板6和转动铰8，两个所述转动铰8固定在固定板6的下表面；所述固定板6上设有用于将该固定铰支座2配合螺栓7固定在梁体21底部的螺栓孔。
所述拉杆3的材料为抗拉强度高的钢材，能够承受较大的拉力作用。
工作原理：1、在正常情况下，拉杆3底端的连接口10与铅柱4上表面的拉环11之间有预留间隙18，拉杆3对铅柱不产生拉力作用，用以保证桥梁上部结构在温度变化、混凝土收缩和徐变情况下该处自由变位，且不对梁体21产生附加内力。2、在较小的偏载作用下，当梁体21转动造成的相对竖向位移超过拉杆3和铅柱4之间的预留间隙18时，连接口10与拉环11接触并对其形成拉力作用，拉杆3开始拉动铅柱4随着梁体21的转动而向上运动，依靠铅柱4本身较大的重力作用平衡桥梁支座19受到的偏心荷载，减小支座受到的弯矩影响。3、在较大的偏载作用下，梁体21发生较大转动，铅柱4被拉起，此时除了铅柱4的重力平衡一部分桥梁活动支座19受到的偏心荷载外，另一侧装置中的铅柱4的上表面与拉杆3底端相互接触并对其形成支撑面，对偏载一侧梁体提供支撑，限制梁体21的继续转动，防止了桥梁活动支座19的脱空，从而避免了桥梁发生倾覆。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：包括钢牛腿（1）、固定铰支座（2）、拉杆（3）、铅柱（4）以及方形挡块（5）；所述钢牛腿（1）固定在桥墩（20）的侧面上，所述方形挡块（5）呈中空顶部开口的方形结构，其底部固定于所述钢牛腿（1）顶部；所述铅柱（4）放置在所述方形挡块（5）的空腔内部；所述拉杆(3)的一端与铅柱(4)的顶部相连，另一端与固定铰支座(2)铰接；所述固定铰支座(2)固定在梁体(21)底部两侧。
2.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述钢牛腿1包括钢牛腿顶板(12)、钢牛腿内侧板(13)、钢牛腿底板（15）以及钢牛腿腹板（14），所述钢牛腿内侧板（13）上设有若干个用于将其固定于桥墩（20）侧壁上的螺栓孔；所述钢牛腿顶板（12）的一端与钢牛腿内侧板（13）的顶部相互垂直连接；所述钢牛腿底板（15）的顶端和底端分别与钢牛腿顶板（12）的底部以及钢牛腿内侧板（13）的底部焊接固定；所述两块钢牛腿腹板（14）之间相隔一定距离布设，钢牛腿腹板(14)呈竖直设置，其顶部和底部分别与所述钢牛腿顶板（12）的下表面以及钢牛腿底板（15）的上表面固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述铅柱4为圆柱形结构，其材料为金属材料铅；所述铅柱（4）的上表面中部位置固定有两个拉环（11），所述两个拉环（11）平行设置且相隔一定的距离；所述拉杆（3）的底端设有连接端（9），所述连接端（9）上设有连接口（10），所述连接口（10）与所述拉环（11）卡接；当梁体（21）没有发生倾覆时，所述拉环（11）的内圈顶部与所述连接口（10）的底部之间设有间隙（18）。
4.根据权利要求3所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述连接端（9）的截面呈上窄下宽的等腰梯形结构。
5.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述铅柱（4）的外壁与方形挡块（5）的空腔内壁之间有一定的间距，所述方形挡块（5）的内腔深度高于所述铅柱（4）的高度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述方形挡块（5）的内部形成空腔，其空腔内壁上设有橡胶缓冲垫（17）；所述橡胶缓冲垫（17）采用的材料为聚氨酯橡胶。
7.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述拉杆（3）的顶端设有半圆柱形销头，销头的侧壁上设有用于转动铰（8）穿过的通孔，所述拉杆（3）的顶端销头通过转动铰（8）与固定铰支座（2）铰接。
8.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述固定铰支座（2）包括固定板（6）和转动铰（8），两个所述转动铰（8）固定在固定板（6）的下表面；所述固定板（6）上设有用于将该固定铰支座（2）配合螺栓（7）固定在梁体（21）底部的螺栓孔。
9.根据权利要求1所述的一种适用于独柱墩桥梁的重力式抗倾覆装置，其特征在于：所述拉杆（3）的材料为抗拉强度高的钢材。
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