CN111455820A - 减隔震体系及桥梁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减隔震体系及桥梁，包括：桥墩；主梁，所述主梁间隔布置于所述桥墩的上方；第一减隔震机构，所述第一减隔震机构连接于所述桥墩与所述主梁之间并沿横向布置；及第二减隔震机构，所述第二减隔震机构连接于所述主梁与桥墩之间并沿纵向布置，且所述第二减隔震机构与所述第一减隔震机构呈正交布置。当外界环境发生地震时，第一减隔震机构和第二减隔震机构能够同时协同工作，将地震产生的强烈震动沿着各自的运动方向进行强制分解，即实现正交分离出横纵两种运动而分别减轻或消除两个不同方向上的震动，大大削弱了地震对桥梁造成的震动损害，加强了桥梁减震和抗震能力，进而利于保障桥梁在地震环境下安全可靠服役。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物减隔震技术领域，特别是涉及一种减隔震体系及桥梁。
背景技术
在高烈度地区，为提高桥梁的抗震性能，结构形式和功能各异的减隔震体系被广泛应用到桥梁上，以保证桥梁可靠、安全服役。减隔震体系一般包括粘滞阻尼器、摩擦摆等。现有技术中，在使用形式上粘滞阻尼器和摩擦摆通常是单独使用的，但各自的减隔震能力均存在相应缺点，减隔震效果一般，很难保证桥梁在地震灾害中安全、完整。
发明内容
基于此，有必要提供一种减隔震体系及桥梁，旨在解决现有技术减隔震能力和效果一般，难于保证桥梁地震安全的问题。
其技术方案如下：
一方面，本申请提供一种减隔震体系，其包括：
桥墩；
主梁，所述主梁间隔布置于所述桥墩的上方；
第一减隔震机构，所述第一减隔震机构连接于所述桥墩与所述主梁之间并沿横向布置；及
第二减隔震机构，所述第二减隔震机构连接于所述主梁与桥墩之间并沿纵向布置，且所述第二减隔震机构与所述第一减隔震机构呈正交布置。
上述减隔震体系应用装备于桥梁中，用于提升桥梁的减隔震能力，保证地震等极端条件下安全可靠服役。具体而言，第一减隔震机构和第二减隔震机构均安装在主梁与桥墩之间，起到组装连接桥墩和主梁的作用。由于第一减隔震机构沿桥梁的横向布置，同时第二减隔震机构沿桥梁的纵向布置，因而第一减隔震机构与第二减隔震机构能够相互形成正交结构布置。当外界环境发生地震时，第一减隔震机构和第二减隔震机构能够同时协同工作，将地震产生的强烈震动沿着各自的运动方向进行强制分解，即实现正交分离出横纵两种运动而分别减轻或消除两个不同方向上的震动，大大削弱了地震对桥梁造成的震动损害，加强了桥梁减震和抗震能力，进而利于保障桥梁在地震环境下安全可靠服役。
下面对本申请的技术方案作进一步的说明：
在其中一个实施例中，所述减隔震体系还包括盖梁，所述盖梁连接于所述桥墩与所述第一减隔震机构之间。
在其中一个实施例中，所述第一减隔震机构包括第一紧固组件、支座体、转动体、摆动体和第二紧固组件，所述第一紧固组件设置于所述盖梁上并与所述支座体连接，所述转动体转动设置于所述支座体上，所述第二紧固组件设置于所述主梁上并与所述摆动体连接，所述摆动体与所述转动体可转动连接。
在其中一个实施例中，所述转动体为固设于所述支座体或所述摆动体的其中之一上的球冠，所述支座体或所述摆动体的其中另一凹设有与所述球冠球面配合的球形凹槽。
在其中一个实施例中，所述第二减隔震机构包括缸筒，设置于所述缸筒内的粘性阻尼介质，及滑动设置于所述缸筒内的活塞体，所述缸筒与所述盖梁或所述主梁的其中之一连接，所述活塞体与所述盖梁或所述主梁的其中另一连接。
在其中一个实施例中，所述缸筒与所述盖梁或所述主梁的其中之一铰接，所述活塞体与所述盖梁或所述主梁的其中另一铰接。
在其中一个实施例中，所述第二减隔震机构还包括第一加劲板和第二加劲板，第一加劲板设置于所述盖梁上并与所述缸筒铰接，所述第二加劲板设置于所述主梁上并与所述活塞体铰接。
在其中一个实施例中，所述第二减隔震机构还包括第三紧固组件和第四紧固组件，所述第一加劲板通过所述第三紧固组件锁接于所述盖梁上，所述第二加劲板通过所述第四紧固组件锁接于所述主梁上。
在其中一个实施例中，所述缸筒的筒壁开设有与筒腔连通的介质进出孔；所述缸筒和/或所述活塞体上还设置有吊耳。
此外，本申请还提供一种桥梁，其包括如上所述的减隔震体系。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所述的减隔震体系的结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图。
附图标记说明：
10、桥墩；20、主梁；30、第一减隔震机构；31、第一紧固组件；32、支座体；33、摆动体；34、第二紧固组件；40、第二减隔震机构；41、缸筒；42、活塞体；43、第一加劲板；44、第二加劲板；45、第三紧固组件；46、第四紧固组件；50、盖梁。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
需要说明的是，该“第一凸体”可以为“第一安装件的一部分”，即“第一凸体”与“第一安装件的其他部分”一体成型制造；也可以与“第一安装件的其他部分”可分离的一个独立的构件，即“第一凸体”可以独立制造，再与“第一安装件的其他部分”组合成一个整体。
等同的，“某体”、“某部”可以为对应“构件”的一部分，即“某体”、“某部”与该“构件的其他部分”一体成型制造；也可以与“构件的其他部分”可分离的一个独立的构件，即“某体”、“某部”可以独立制造，再与“构件的其他部分”组合成一个整体。本申请对上述“某体”、“某部”的表达，仅是其中一个实施例，为了方便阅读，而不是对本申请的保护的范围的限制，只要包含了上述特征且作用相同应当理解为是本申请等同的技术方案。
需要说明的是，该“第一安装件”可以为“安装单元”这一模块的其中一个零件，即与“安装单元的其他构件”进行模块化组装；也可以与“安装单元的其他构件”相对独立，可分离，即可在本装置中与“安装单元的其他构件”模块化组装。等同的，本申请“单元”、“组件”、“机构”、“装置”所包含的构件亦可灵活进行组合，即可根据实际需要进行模块化生产，以方便进行模块化组装。本申请对上述构件的划分，仅是其中一个实施例，为了方便阅读，而不是对本申请的保护的范围的限制，只要包含了上述构件且作用相同应当理解是本申请等同的技术方案。
本申请实施例提供一种桥梁，其可以是现有技术中任意结构或类型的桥梁，例如但不限于高架桥、跨海大桥等。其包括桥身和桥墩10作为主要构件构成。其中，桥身架设于间隔布置的多个桥墩10上而可正常服役。
为了保证桥梁在地震等极端条件下可靠安全，桥梁上还设计装备了一种减隔震体系，用以提升桥梁的抗震减震能力，避免桥梁受震动影响而发生结构性不可逆损坏。
如图1和图2所示，为本申请一实施例展示的减隔震体系，该减隔震体系集成了复合减隔震机构，桥身的主承力件主梁20和桥墩10，复合减隔震机构安装在桥墩10与主梁20之间，以减轻地面通过桥墩10传递至桥身而造成的伤害。
具体地，所述主梁20间隔布置于所述桥墩10的上方。较佳地，桥墩10以两个为一组，每一组中的两个桥墩10对称安装在主梁20的宽度方向的两侧下方，以对桥身形成平衡支撑。可以理解的，桥墩10包括有多组，并沿桥身长度方向均匀间隔布置。以满足桥梁长度延伸的架设需要。
请继续参阅图1，复合减隔震机构包括第一减隔震机构30及第二减隔震机构40。其中，所述第一减隔震机构30连接于所述桥墩10与所述主梁20之间并沿横向布置；所述第二减隔震机构连接于所述主梁20与桥墩10之间并沿纵向布置，且所述第二减隔震机构40与所述第一减隔震机构30呈正交布置。可以理解的，第一减隔震机构30具有沿横向方向的运动，第二减隔震机构40具有沿纵向方向的运动。
综上，实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：上述减隔震体系应用装备于桥梁中，用于提升桥梁的减隔震能力，保证地震等极端条件下安全可靠服役。具体而言，第一减隔震机构30和第二减隔震机构40均安装在主梁20与桥墩10之间，起到组装连接桥墩10和主梁20的作用。由于第一减隔震机构30沿桥梁的横向布置，同时第二减隔震机构40沿桥梁的纵向布置，因而第一减隔震机构30与第二减隔震机构40能够相互形成正交结构布置。当外界环境发生地震时，第一减隔震机构30和第二减隔震机构40能够同时协同工作，将地震产生的强烈震动沿着各自的运动方向进行强制分解，即实现正交分离出横纵两种运动而分别减轻或消除两个不同方向上的震动，大大削弱了地震对桥梁造成的震动损害，加强了桥梁减震和抗震能力，进而利于保障桥梁在地震环境下安全可靠服役。此外，第一减隔震机构30与第二减隔震机构40各司其职，互不干涉影响。
请继续参阅图1，在上述实施例的基础上，考虑到桥身主梁20的载荷很大，为保证桥墩10结构完好而不会因为载重过大而发生结构溃裂损坏，所述减隔震体系还包括盖梁50，所述盖梁50连接于所述桥墩10与所述第一减隔震机构30之间。可以理解的，盖梁50为具有一定设计厚度和横截面积的矩形混凝土块，可以理解为其是排架于桥墩10顶部的横梁。由于其具备一定的设计厚度和较大的横截面积，因而自身结构强度与刚度好，并能够很好的支撑、传递和分布上方主梁20因重力施加的载荷，进而达到保护桥墩10的效果。需要说明的是，其他实施例中，盖梁50也可以是其他结构形状或采用其他材料制成，在此不作赘述。
第一减隔震机构30具备活动缓冲能力，因而连接在盖梁50与主梁20之间，可以减轻并阻隔地面震动向桥身横向方向传递，弱化地震对桥梁的不利影响。
请继续参阅图1和图2，一实施例中，所述第一减隔震机构30包括第一紧固组件31、支座体32、转动体、摆动体33和第二紧固组件34，所述第一紧固组件31设置于所述盖梁50上并与所述支座体32连接，所述转动体转动设置于所述支座体32上，所述第二紧固组件34设置于所述主梁20上并与所述摆动体33连接，所述摆动体33与所述转动体可转动连接。其中，第一紧固组件31为套筒及螺栓，螺栓的一端锚固在盖梁50的顶面，伸出部分穿过套筒后与支座体32螺接固定，由此实现支座体32安装在盖梁50上，结构简单，连接强度高。较佳地，第一紧固组件31为两个或以上，以进一步提高支座体32装联强度。同理，第二紧固组件34与第一紧固组件31的结构组成相同，使得摆动体33能够可靠组装固定到主梁20的底部。此时，由于摆动体33是通过转动体与支座体32转动连接的，因而即便发生地震，地震传递横向方向的震动至桥梁上时，由于支座体32能够与摆动体33发生相对旋转摆动，可有效减轻甚至消隔横向地震波对桥梁的影响。
此外，第一紧固组件31露出盖梁50顶面的套筒和螺栓部分的外部还覆盖有由干硬性砂浆凝固形成的保护层，避免套筒和螺栓直接暴露在环境中而容易出现受潮锈蚀损坏。
具体地，一实施例中，所述转动体为固设于所述支座体32或所述摆动体33的其中之一上的球冠，所述支座体32或所述摆动体33的其中另一凹设有与所述球冠球面配合的球形凹槽。如此，支座体32与摆动体33通过球面配合能够发生较大幅度的旋转摆动，且该旋转摆动可以是多个方向的(包括两个方向的情况)，可进一步提升应对和阻隔地震的能力。
可以理解的，上述的第一减隔震机构30可以为单向摩擦摆，其采用的球形曲面，可同时满足两个方向的抗震需求；桥梁在正常使用温度或其它作用下将产生纵向位移，较大纵向位移量在摩擦摆的支座体32处产生竖向抬升，给桥梁结构施加一个竖向的强迫位移，产生附加内力，避免对结构受力不利。
需要说明的是，在其他实施例中，上述的单向摩擦摆也可以采用现有技术中的弹簧浮动机构、万向滚珠机构等进行替换，也都在本申请的保护范围内。
请继续参阅图1和图2，所述第二减隔震机构40包括缸筒41，设置于所述缸筒41内的粘性阻尼介质，及滑动设置于所述缸筒41内的活塞体42，所述缸筒41与所述盖梁50或所述主梁20的其中之一连接，所述活塞体42与所述盖梁50或所述主梁20的其中另一连接。可以理解的，第二减隔震机构为粘滞阻尼器，粘滞阻尼器随着地震波驱动而运动时，活塞体42在缸筒41内作往复运动，缸筒41内装满有粘性阻尼介质(粘滞流体阻尼材料)。活塞体42的往复运动带动内部粘性阻尼介质的流动，分子产生相对运动不可恢复，分子之间产生内摩擦力，进而转换成热能；另外粘性阻尼介质与固态缸体表面的摩擦力转换成热能，这样将地震能转化为分子热能，进而产生阻尼效果，达到耗散地震波能量的目的。
可以理解的，上述的粘性阻尼介质可以是但不限于硅油。
粘滞阻尼器的优点包括：内置液体(硅油)，本身没有可计算的刚度，不影响整个结构原有的设计和计算(如周期、振型等)，不影响结构的正常使用，也就不会产生预想不到的副作用；呈椭圆型的滞迥曲线，保证了安置在结构上的粘滞阻尼器在最大位移的状态下受力为零，最大受力情况下位移为零，这一性能对减小结构反应十分有利；此外其还具备降低地震反应中的结构受力也可降低反应位移的能力。
所述缸筒41的筒壁开设有与筒腔连通的介质进出孔。以方便缸筒41内的硅油排卸出或注入新的硅油，保证粘滞阻尼器可靠正常使用。可以理解的，介质进出孔的数量、形状等在此不作具体限定，以保证可靠工作性能为准。
所述缸筒41和/或所述活塞体42上还设置有吊耳。较佳地，缸筒41的端部和活塞体42上均安装有一个吊耳，吊耳通过与吊绳连接，方便对大重量的粘滞阻尼器进行吊装作业，降低减隔震体系的安装难度，提高安装施工效率。
较佳地，一实施例中，所述缸筒41与所述盖梁50或所述主梁20的其中之一铰接，所述活塞体42与所述盖梁50或所述主梁20的其中另一铰接。较佳地，缸筒41与盖梁50铰接，活塞体42与主梁20铰接，可将传统的刚性连接更改为柔性活动连接(即转动连接)，能够避免地震冲击引起连接处发生刚性断裂损坏。
需要说明的是，上述铰接的实现结构可以是多种的，例如但不限于销轴、铰链、合页等。
请继续参阅图1和图2，此外，一实施例中，所述第二减隔震机构40还包括第一加劲板43和第二加劲板44，第一加劲板43设置于所述盖梁50上并与所述缸筒41铰接，所述第二加劲板44设置于所述主梁20上并与所述活塞体42铰接。第一加劲板43和第二加劲板44作为中间衔接部件，能够实现缸筒41与盖梁50以及活塞体42与主梁20的可靠刚性连接，保证连接强度。
进一步地，一实施例中，所述第二减隔震机构40还包括第三紧固组件45和第四紧固组件46，所述第一加劲板43通过所述第三紧固组件45锁接于所述盖梁50上，所述第二加劲板44通过所述第四紧固组件46锁接于所述主梁20上。具体而言，第三紧固组件45和第四紧固组件46均为并排间隔设置的多个预埋螺栓，其能够实现与第一加劲板43和第二加劲板44快速、牢固组装连接，进而完成第二减隔震机构40与盖梁50以及主梁20组装固定。
当然了，在其他实施例中，第一紧固组件31和第二紧固组件34也可以替换为卡扣结构、焊接结构等现有技术中的其他连接结构，也都在本申请的保护范围内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种减隔震体系，其特征在于，包括：
桥墩；
主梁，所述主梁间隔布置于所述桥墩的上方；
第一减隔震机构，所述第一减隔震机构连接于所述桥墩与所述主梁之间并沿横向布置；及
第二减隔震机构，所述第二减隔震机构连接于所述主梁与所述桥墩之间并沿纵向布置，且所述第二减隔震机构与所述第一减隔震机构呈正交布置。
2.根据权利要求1所述的减隔震体系，其特征在于，所述减隔震体系还包括盖梁，所述盖梁连接于所述桥墩与所述第一减隔震机构之间。
3.根据权利要求2所述的减隔震体系，其特征在于，所述第一减隔震机构包括第一紧固组件、支座体、转动体、摆动体和第二紧固组件，所述第一紧固组件设置于所述盖梁上并与所述支座体连接，所述转动体转动设置于所述支座体上，所述第二紧固组件设置于所述主梁上并与所述摆动体连接，所述摆动体与所述转动体可转动连接。
4.根据权利要求3所述的减隔震体系，其特征在于，所述转动体为固设于所述支座体或所述摆动体的其中之一上的球冠，所述支座体或所述摆动体的其中另一凹设有与所述球冠球面配合的球形凹槽。
5.根据权利要求2所述的减隔震体系，其特征在于，所述第二减隔震机构包括缸筒，设置于所述缸筒内的粘性阻尼介质，及滑动设置于所述缸筒内的活塞体，所述缸筒与所述盖梁或所述主梁的其中之一连接，所述活塞体与所述盖梁或所述主梁的其中另一连接。
6.根据权利要求5所述的减隔震体系，其特征在于，所述缸筒与所述盖梁或所述主梁的其中之一铰接，所述活塞体与所述盖梁或所述主梁的其中另一铰接。
7.根据权利要求6所述的减隔震体系，其特征在于，所述第二减隔震机构还包括第一加劲板和第二加劲板，第一加劲板设置于所述盖梁上并与所述缸筒铰接，所述第二加劲板设置于所述主梁上并与所述活塞体铰接。
8.根据权利要求7所述的减隔震体系，其特征在于，所述第二减隔震机构还包括第三紧固组件和第四紧固组件，所述第一加劲板通过所述第三紧固组件锁接于所述盖梁上，所述第二加劲板通过所述第四紧固组件锁接于所述主梁上。
9.根据权利要求5所述的减隔震体系，其特征在于，所述缸筒的筒壁开设有与筒腔连通的介质进出孔；所述缸筒和/或所述活塞体上还设置有吊耳。
10.一种桥梁，其特征在于，包括如上述权利要求1至9任一项所述的减隔震体系。
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