CN111764259A - 一种三向防落梁装置 - Google Patents

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陈志刚
常柱刚
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Abstract

本发明公开了一种三向防落梁装置，锥形筒，所述锥形筒容置在主梁底部的开孔中；法兰盘，所述法兰盘与锥形筒采用固定连接；锚固钉，所述锚固钉一端固定在锥形筒的外表面，另一端浇筑在所述主梁内；限位棒，所述限位棒的顶部穿过锥形筒后固定在法兰盘上，所述限位棒的底部插入桥墩预留孔内并固定，本发明构思精巧，在不影响运营阶段主梁正常变位的同时，可有效限制地震作用下桥梁上、下部结构之间的纵、横、竖三个方向的相对位移，降低了落梁震害发生的概率，大幅提升了桥梁的抗震性能。

Description

一种三向防落梁装置
技术领域
本发明涉及一种桥梁防落梁装置，特别是一种三向防落梁装置。
背景技术
地震是一种突发性的自然灾害，是桥梁设计必须要考虑的一种作用。历次震害调查发现，落梁是发生频率较高、损坏最为严重、修复难度最高的一种震害。通过对落梁机理的深入研究，学术界与工程界形成共识，防落梁装置受力明确，工作机理清晰，是限制桥梁上、下部结构相对位移、降低落梁风险的主要措施。
我国的桥梁抗震设计规范明确指出，在抗震设防烈度6度及以上地区必须采用防止落梁的措施。但是，防落梁装置的设计目前尚缺乏统一的标准，实践中设计师通常根据自身的判断设置一些简易的防落梁装置。经统计，常用的防落梁装置包括混凝土挡块、弹塑性钢挡块、销耳式防落梁装置、拉索防落梁装置、链式防落梁装置、SMA防落梁装置等。上述防落梁装置均通过设置初始间隙以满足正常运营的要求，通过设置限位构件以满足地震作用下的冲击要求。对于与限位方向一致的地震作用，这些防落梁装置的效果明显，可以有效限制主梁位移。然而，根据结构力学的理论，物体运动存在三个方向，即两个水平方向和一个竖直方向，对于桥梁而言，这三个方向就是纵桥向、横桥向，以及竖向，而在现有科技条件下，地震作用的方向无法准确预测，当发生与限位方向不同的地震作用时，防落梁装置难以发挥作用，无法实现限制主梁位移的目的，也就是说，具有单一方向限位功能的防落梁装置并不能有效阻止多向地震作用下桥梁上、下部结构之间的相对位移。因此，开发多向防落梁装置势在必行。
发明内容
鉴于常见单向防落梁装置无法限制多向地震位移的现状，本发明从桥梁落梁机理出发，公开了一种三向防落梁装置，旨在限制不同方向地震作用下桥梁上、下部结构之间的相对位移，降低落梁震害发生的概率，进而提升桥梁的抗震性能。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：
一种三向防落梁装置，其特征在于，包括：
锥形筒，所述锥形筒容置在主梁底部的开孔中；
法兰盘，所述法兰盘与锥形筒采用固定连接；
锚固钉，所述锚固钉一端固定在锥形筒的外表面，另一端浇筑在所述主梁内；
限位棒，所述限位棒的顶部穿过锥形筒后固定在法兰盘上，所述限位棒的底部插入桥墩预留孔内并固定。
进一步地，限位棒顶部5厘米范围内采用攻丝处理。
进一步地，所述限位棒顶部通过通过垫片和锚栓固定所述法兰盘上。
进一步地，限位棒顶部与锚栓之间、螺栓与垫片之间、垫片与法兰盘之间、法兰盘与锥形筒之间、锥形筒与锚固钉之间均采用点焊固定。
进一步地，限位棒与锥形筒下缘之间的水平净距应等于桥梁支座的设计水平位移。
进一步地，桥墩预留孔位于桥梁支座中心连线的中点位置。
进一步地，限位棒竖直设置于桥墩预留孔正中心，桥墩预留孔的大小应满足高性能混凝土的浇筑要求。
进一步地，该装置的水平刚度KH＝3EI/L1 3，竖向刚度KV＝EA/L2，其中E为限位棒的弹性模量，I为限位棒的截面惯性矩，A为限位棒的截面面积，L1为主梁底面至桥墩顶面之间限位棒的长度，L2为法兰盘底面至桥墩顶面之间限位棒的长度。
另一份方面，本申请还请求保护根据前述任意项的三向防落梁装置的施工方法，采用预制混凝土主梁时，首先将所述三向防落梁装置预埋在主梁底部，其次随主梁吊装安装，将限位棒底部插入桥墩预留孔，最后浇筑高性能混凝土完成锚固。
另一份方面，本申请还请求保护根据前述任意项的三向防落梁装置的施工方法，采用现浇混凝土主梁时，首先将限位棒底部插入桥墩预留孔，其次浇筑高性能混凝土完成锚固，最后将三向防落梁装置内置在主梁钢筋中完成浇筑。
本发明的三向防落梁装置构思精巧，在不影响运营阶段主梁正常变位的同时，可有效限制地震作用下桥梁上、下部结构之间的纵、横、竖三个方向的相对位移，降低了落梁震害发生的概率，大幅提升了桥梁的抗震性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为一种三向防落梁装置的断面图。
图2为一种三向防落梁装置的A-A剖面图。
图3为一种三向防落梁装置的B-B剖面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种三向防落梁装置，包括：
锥形筒5，所述锥形筒5容置在主梁9底部的开孔中；
法兰盘4，所述法兰盘4与锥形筒5采用固定连接；
锚固钉6，所述锚固钉6一端固定在锥形筒5的外表面，另一端浇筑在所述主梁9内；优选地，锚固钉6可以是焊钉；
限位棒1，所述限位棒1的顶部穿过锥形筒5后固定在法兰盘4上，所述限位棒1的底部插入桥墩10顶部的桥墩预留孔8内并固定。优选地，通过浇筑高性能混凝土将所述限位棒1底部锚固于桥墩预留孔8中。优选地，限位棒1可为钢棒、角铁。
由于本申请的限位棒1与锥形筒5之间存有间隙，在正常运营阶段，主梁会带动限位棒一起变形，与墩台之间形成相对位移，但限位棒与锥形筒不接触，因此不影响桥梁的正常位移；在地震作用下，主梁带动限位棒一起运动，当限位棒与锥形筒接触时，三向防落梁装置开始发挥作用，限制主梁与墩台之间相对位移的进一步增大，进而防止落梁。
该三向防落梁装置在竖直面上的工作机理是：在正常运营阶段，桥梁支座处于受压状态，主梁与墩台之间的不发生竖向相对位移；在地震作用下，当桥梁支座的地震拉力大于其恒载压力时，支座受拉，主梁将脱离墩台，此时限位棒受拉，分担的支座的拉力，进而限制了主梁与墩台之间的相对位移，防止主梁脱空。
在本申请的实施例中，限位棒1顶部5厘米范围内采用攻丝处理。
在本申请的实施例中，所述限位棒1顶部通过通过垫片3和锚栓2固定所述法兰盘4上。
在本申请的实施例中，锥形筒5采用顶部小、底部大的结构。
在本申请的实施例中，限位棒1顶部与锚栓2之间、螺栓2与垫片3之间、垫片3与法兰盘4之间、法兰盘4与锥形筒5之间、锥形筒5与锚固钉6之间均采用点焊固定。
在本申请的实施例中，限位棒1与锥形筒5下缘之间的水平净距应等于桥梁支座7的设计水平位移。
在本申请的实施例中，桥墩预留孔8位于桥梁支座7中心连线的中点位置。
在本申请的实施例中，限位棒1竖直设置于桥墩预留孔8正中心，桥墩预留孔8的大小应满足高性能混凝土的浇筑要求。优选地，桥墩预留孔8的深度应大于限位棒1的锚固长度。
在本申请的实施例中，该三向防落梁装置的水平刚度KH＝3EI/L1 3，竖向刚度KV＝EA/L2，其中E为限位棒1的弹性模量，I为限位棒1的截面惯性矩，A为限位棒1的截面面积，L1为主梁9底面至桥墩10顶面之间限位棒1的长度，L2为法兰盘4底面至桥墩10顶面之间限位棒1的长度。
本申请还公开了前述的三向防落梁装置的施工方法，采用预制混凝土主梁时，首先将所述三向防落梁装置预埋在主梁9底部，其次随主梁9吊装安装，将限位棒1底部插入桥墩预留孔8，最后浇筑高性能混凝土完成锚固。
采用现浇混凝土主梁时，首先将限位棒1底部插入桥墩预留孔8，其次浇筑高性能混凝土完成锚固，最后将三向防落梁装置内置在主梁9钢筋中完成浇筑。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三向防落梁装置，其特征在于，包括：
锥形筒(5)，所述锥形筒(5)容置在主梁(9)底部的开孔中；
法兰盘(4)，所述法兰盘(4)与锥形筒(5)采用固定连接；
锚固钉(6)，所述锚固钉(6)一端固定在锥形筒(5)的外表面，另一端浇筑在所述主梁(9)内；
限位棒(1)，所述限位棒(1)的顶部穿过锥形筒(5)后固定在法兰盘(4)上，所述限位棒(1)的底部插入桥墩预留孔(8)内并固定。
2.根据权利要求1所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，限位棒(1)顶部5厘米范围内采用攻丝处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，所述限位棒(1)顶部通过通过垫片(3)和锚栓(2)固定所述法兰盘(4)上。
4.根据权利要求1或2所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，限位棒(1)顶部与锚栓(2)之间、螺栓(2)与垫片(3)之间、垫片(3)与法兰盘(4)之间、法兰盘(4)与锥形筒(5)之间、锥形筒(5)与锚固钉(6)之间均采用点焊固定。
5.根据权利要求1或2所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，限位棒(1)与锥形筒(5)下缘之间的水平净距应等于桥梁支座(7)的设计水平位移。
6.根据权利要求1或2所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，桥墩预留孔(8)位于桥梁支座(7)中心连线的中点位置。
7.根据权利要求1或2所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，限位棒(1)竖直设置于桥墩预留孔(8)正中心，桥墩预留孔(8)的大小应满足高性能混凝土的浇筑要求。
8.根据权利要求1～8之一所述的一种三向防落梁装置，其特征在于，该装置的水平刚度KH＝3EI/L1 3，竖向刚度KV＝EA/L2，其中E为限位棒(1)的弹性模量，I为限位棒(1)的截面惯性矩，A为限位棒(1)的截面面积，L1为主梁(9)底面至桥墩(10)顶面之间限位棒(1)的长度，L2为法兰盘(4)底面至桥墩(10)顶面之间限位棒(1)的长度。
9.根据权利要求1～8所述的三向防落梁装置的施工方法，其特征在于，采用预制混凝土主梁时，首先将所述三向防落梁装置预埋在主梁(9)底部，其次随主梁(9)吊装安装，将限位棒(1)底部插入桥墩预留孔(8)，最后浇筑高性能混凝土完成锚固。
10.根据权利要求1～8所述的三向防落梁装置的施工方法，其特征在于，采用现浇混凝土主梁时，首先将限位棒(1)底部插入桥墩预留孔(8)，其次浇筑高性能混凝土完成锚固，最后将三向防落梁装置内置在主梁(9)钢筋中完成浇筑。
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