CN111910506A - 一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，包括耳型耗能件，耳型耗能件预埋在混凝土挡块中，头部置于混凝土挡块右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固。所述耳型耗能件是由固定挡头螺母、头部固定装置、撞击挡头、撞击传动杆、管状密封体、非牛顿液体、金属波纹管、端部堵头、锚固墩头、锚固杆组成。本发明能够解决传统桥梁防撞挡块在地震中耗能少，混凝土挡块无法抵抗冲击荷载耗能效果，阻尼分布不均匀，自恢复能力差，从而导致混凝土挡块在地震中发生严重破坏，进而导致桥梁上部结构发生严重破坏的问题；具有耗能能力强，稳定性好，阻尼分布均匀，自恢复能力强的特点。

Description

一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置

技术领域

本发明涉及减震隔震领域，具体来讲涉及的是一种可广泛的应用于桥梁结构减震防护领域的耳型耗能件桥梁防撞挡块装置。

背景技术

我国大陆大部分地区位于地震烈度VII度以上区域，在我国经济高速发展对安全的需求与我国广大城市所面临的严重地震灾害威胁产生了鲜明的矛盾，尤其是最近几次我国大地震（汶川地震、玉树地震、鲁甸地震）更是造成了巨大的人员伤亡和财产损失使这种矛盾更加激化。在大地震中，医疗建筑等设施也发生了巨大的破坏，更进一步加剧了伤亡，造成巨大的社会影响。我国生命线工程防震减灾的主要任务包括：加强国家重大生命线工程沿线地区地震监测设施建设，保障生命线工程地震安全、有重点地提高大中城市、重大生命线工程的地震灾害防御能力。居安思危，基于桥梁挡块的地震震害以及地震安全隐患，本发明着重从新材料及结构形式设计上对混凝土挡块进行加强来抵抗地震作用。

该材料的研究尚未发现应用于桥梁混凝土挡块，因此，很有必要进行探索性研究，本项目的泡沫金属挡块实用技术将产生重大的经济效益，一则促进泡沫金属的大量应用，另外，对其他地震重点监测防御区来说，本技术将大大增加桥梁的安全性，间接经济效率显著，可为一般中小桥梁的抗震设计甚至其他类型桥梁的设计的科学依据，为防灾减灾任务的顺利实施和防灾减灾事业添砖加瓦。

汶川大地震后，国内外众多学者对桥梁结构震害经过调研发现，抗震挡块破坏非常普遍，而且非常严重。在汶川地震中，位于都江堰市虹口乡高原村的高原大桥，由于简支梁桥各跨是通过桥墩台简支相连，其抵御横向地震力的方式仅是在桥墩处设置横向挡块将其约束，其挡块已出现严重挤压破坏，完全无法抵御更大的横向地震力作用。岷江大桥位于映秀镇213国道跨越岷江处，地震中桥梁发生顺时针方向的转动，上部结构在两岸的位移方向正好相反，混凝土挡块碰撞破坏。庙子坪大桥、百花大桥的挡块都遭受严重破坏等等。

国内学者通过防落梁装置对隔震桥梁动力特性影响的分析认为，挡块类型、刚度、挡块间距等参数的选择对挡块在桥梁中发挥的作用及对隔震桥梁动力响应的影响十分明显，并以一座三跨连续梁为例进行了验证。总结了国外8种PC桥防落梁构造，认为挡块对横向防落梁效果较好，对纵向防落梁效果较差。经过对海城地震和唐山地震的调查统计分析发现有纵横向防震挡块的桥梁易损性低，同样可以看出挡块的作用。利用杆单元梁端两节点分别与墩梁主从的方法，建立了计算用的挡块单元，并与胡世德一并设计了钉型和碗型橡胶挡块。虽然国内学者开展了这么多的研究，但中国规范对于挡块的设计仍然处在一个凭经验的盲区。

国外关于挡块的研究开展的较早，对挡块的破坏机理研究相对较透彻，因此规范相对完善。研究内容集中在挡块与桥台的连接方式。推荐采用钢筋连接挡块和桥台，并在接触面上加润滑剂的连接方式，让其形成一个薄弱面，破坏就发生在这个薄弱面上，限位主要靠摩擦力和连接钢筋，达到限位和保护桥台的目的。报告中给出了挡块约束力的计算公式和挡块内竖向钢筋和横向钢筋的配筋面积计算公式。

把带挡块的简支梁桥简化成一个弹簧-质量模型，把桥的自振周期、挡块刚度（采用的是钢板及在板后加加劲肋的挡块）、初始间隙作为参数进行了分析，选择了三条地震波E1Centro、Northridge和Farlcfield三条地震波进行了分析并建议间隙为3mm。对跨越地震带的桥梁挡块的作用进行了分析，研究了三种情形：没有挡块、线弹性挡块和非线性挡块。认为挡块的存在改变了受力，有挡块和无挡块时，桥台和桥墩的变位和受力情况是不一样的，忽略挡块的作用未必是安全的，建议分别对线弹性挡块和无挡块两种情况进行分析，得出的结果可为非线性挡块的情况提供上下界限。

国内外的学者对混凝土挡块进行了大量的研究，但是绝大部分的研究都是集中在挡块自身抗震设计，即利用混凝土挡块自身的配筋、刚度等抵抗梁的碰撞力，也就部分研究填加橡胶垫片的形式来减轻挡块的震害，但是橡胶垫片不能耗能，只能起来降低碰撞刚度，增加碰撞动能的转化效率，其本质还是需要挡块来耗能。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明能够解决传统桥梁防撞挡块在地震中耗能少，混凝土挡块无法抵抗冲击荷载耗能效果，阻尼分布不均匀，自恢复能力差，从而导致混凝土挡块在地震中发生严重破坏，进而导致桥梁上部结构发生严重破坏的问题；为此，本发明提供了一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，本发明具有耗能能力强，稳定性好，阻尼分布均匀，自恢复能力强的特点。

本发明是这样实现的，构造一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，包括耳型耗能件，耳型耗能件预埋在混凝土挡块中，头部置于混凝土挡块右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固。

优化的，所述耳型耗能件是由固定挡头螺母、头部固定装置、撞击挡头、撞击传动杆、管状密封体、非牛顿液体、金属波纹管、端部堵头、锚固墩头、锚固杆组成；金属波纹管对应在混凝土挡块中，一端通过撞击传动杆与撞击挡头连接，金属波纹管另一端通过端部堵头与锚固墩头连接；锚固墩头与锚固杆连接。

优化的，金属波纹管的上端设有头部固定装置，头部固定装置其外侧有螺纹，用来安装固定挡头螺母。

优化的，金属波纹管内具有用来密封非牛顿液体的管状密封体，且可以经受较大冲击。

优化的，锚固墩头和锚固杆预埋在对应的盖梁中，锚固墩头为圆柱体形状。

优化的，锚固杆为4根较长钢筋，起到锚固波纹管的作用，同时增加混凝土挡块的锚固。

优化的，金属波纹管为多组，均匀分布于混凝土挡块中。

本发明具有如下优点：本发明通过改进在此提供一种耳型耗能件桥梁防撞挡块，耳型耗能件预埋在混凝土挡块中，头部置于混凝土挡块右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固；其中，耳型耗能件是由固定挡头螺母、头部固定装置、撞击挡头、撞击传动杆、管状密封体、非牛顿液体、金属波纹管、端部堵头、锚固墩头、锚固杆组成；头部固定装置是为了固定金属波纹管，其外侧有螺纹，可以用来安装固定挡头螺母，固定挡头螺母为根据需要可以调整，直至达到牢固固定；管状密封体用来密封非牛顿液体，且可以经受较大冲击；当撞击挡头受冲击后带动撞击传动杆运动，撞击传动杆撞击非牛顿液体而耗能承受冲击荷载；金属波纹管主要起到保护密封体及非牛顿液体，且可以承受一定的挤压变形；锚固墩头和锚固杆需要预埋在盖梁中，锚固墩头为圆柱体形状，锚固杆为4根较长钢筋，起到锚固波纹管的作用，同时增加混凝土挡块的锚固。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

其1，本发明具有耗能能力强的效果，地震来临时，梁体可通过撞击挡头压缩非牛顿液体后，非牛顿液体“性状”变化吸收能量，具有明显耗能大的特点。

其2，本发明具有抵抗冲击荷载的效果，在强震过程中，非牛顿液体在大冲击荷载下会通过改变形态吸收大量能量，这样就可以抵抗来自梁端传来的冲击荷载，避免因结构受冲击荷载振动过大而造成结构的损坏。

其3，本发明具有自恢复效果，在非牛顿液体吸收能量后会挤压撞击传动杆直至恢复到初始阶段，相对于传统隔震挡块具有了较强的耐久性。

其4，本发明具有阻尼分布均匀特点，波纹管处于均匀分布于挡块中，可有效地提供支撑和吸收振动产生的能量。

其5，本发明可直接安装在桥梁挡块，安装简便、材料环保、具有减震耗能强效果。

附图说明

图1为本发明的整体外观示意图；

图2为本发明装置正视图；

图3为本发明装置俯视图；

图4为本发明装置右视图；

图5-图6为本发明的内部透视示意图；

图7为本发明耳型耗能件示意图。

其中：1为混凝土挡块，2为固定挡头螺母，3为头部固定装置，4为撞击挡头，5为撞击传动杆，6为管状密封体，7为非牛顿液体，8为金属波纹管，9为端部堵头，10为锚固墩头，11为锚固杆。

具体实施方式

下面将结合附图1-图7对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明通过改进在此提供一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，如图1-图7所示，可以按照如下方式予以实施；包括耳型耗能件，耳型耗能件预埋在混凝土挡块1中，头部置于混凝土挡块1右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固。

实施时，所述耳型耗能件是由固定挡头螺母2、头部固定装置3、撞击挡头4、撞击传动杆5、管状密封体6、非牛顿液体7、金属波纹管8、端部堵头9、锚固墩头10、锚固杆11组成；金属波纹管8对应在混凝土挡块1中，一端通过撞击传动杆5与撞击挡头4连接，金属波纹管8另一端通过端部堵头9与锚固墩头10连接；锚固墩头10与锚固杆11连接。

实施时，金属波纹管8的上端设有头部固定装置3，头部固定装置3其外侧有螺纹，用来安装固定挡头螺母2。

实施时，金属波纹管8内具有用来密封非牛顿液体7的管状密封体6，且可以经受较大冲击。

实施时，锚固墩头10和锚固杆11预埋在对应的盖梁中，锚固墩头10为圆柱体形状。

实施时，锚固杆11为4根较长钢筋，起到锚固波纹管的作用，同时增加混凝土挡块的锚固。

实施时，金属波纹管8为多组，均匀分布于混凝土挡块1中。

综上可知，本发明提供了一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其解决了传统桥梁防撞挡块在地震中耗能少，混凝土挡块无法抵抗冲击荷载耗能效果，阻尼分布不均匀，自恢复能力差，从而导致混凝土挡块在地震中发生严重破坏，进而导致桥梁上部结构发生严重破坏的问题。本发明具有耗能能力强，稳定性好，阻尼分布均匀，自恢复能力强的特点。

本发明所述的耳型耗能件桥梁防撞挡块，耳型耗能件预埋在混凝土挡块1中，头部置于混凝土挡块右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固；其中，耳型耗能件是由固定挡头螺母2、头部固定装置3、撞击挡头4、撞击传动杆5、管状密封体6、非牛顿液体7、金属波纹管8、端部堵头9、锚固墩头10、锚固杆11组成；头部固定装置3是为了固定金属波纹管8，其外侧有螺纹，可以用来安装固定挡头螺母2，固定挡头螺母2为根据需要可以调整，直至达到牢固固定；管状密封体6用来密封非牛顿液体7，且可以经受较大冲击；当撞击挡头4受冲击后带动撞击传动杆5运动，撞击传动杆5撞击非牛顿液体7而耗能承受冲击荷载；金属波纹管8主要起到保护密封体6及非牛顿液体7，且可以承受一定的挤压变形；锚固墩头10和锚固杆11需要预埋在盖梁中，锚固墩头10为圆柱体形状，锚固杆11为4根较长钢筋，起到锚固波纹管的作用，同时增加混凝土挡块2的锚固。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

其1，本发明具有耗能能力强的效果，地震来临时，梁体可通过撞击挡头压缩非牛顿液体后，非牛顿液体“性状”变化吸收能量，具有明显耗能大的特点。

其2，本发明具有抵抗冲击荷载的效果，在强震过程中，非牛顿液体在大冲击荷载下会通过改变形态吸收大量能量，这样就可以抵抗来自梁端传来的冲击荷载，避免因结构受冲击荷载振动过大而造成结构的损坏。

其3，本发明具有自恢复效果，在非牛顿液体吸收能量后会挤压撞击传动杆直至恢复到初始阶段，相对于传统隔震挡块具有了较强的耐久性。

其4，本发明具有阻尼分布均匀特点，波纹管处于均匀分布于挡块中，可有效地提供支撑和吸收振动产生的能量。

其5，本发明可直接安装在桥梁挡块，安装简便、材料环保、具有减震耗能强效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；包括耳型耗能件，耳型耗能件预埋在混凝土挡块（1）中，头部置于混凝土挡块（1）右侧抗冲击，下端贯穿挡块底部，深入至盖梁中锚固。

2.根据权利要求1所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；所述耳型耗能件是由固定挡头螺母（2）、头部固定装置（3）、撞击挡头（4）、撞击传动杆（5）、管状密封体（6）、非牛顿液体（7）、金属波纹管（8）、端部堵头（9）、锚固墩头（10）、锚固杆（11）组成；金属波纹管（8）对应在混凝土挡块（1）中，一端通过撞击传动杆（5）与撞击挡头（4）连接，金属波纹管（8）另一端通过端部堵头（9）与锚固墩头（10）连接；锚固墩头（10）与锚固杆（11）连接。

3.根据权利要求2所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；金属波纹管（8）的上端设有头部固定装置（3），头部固定装置（3）其外侧有螺纹，用来安装固定挡头螺母（2）。

4.根据权利要求2所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；金属波纹管（8）内具有用来密封非牛顿液体（7）的管状密封体（6），且可以经受较大冲击。

5.根据权利要求2所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；锚固墩头（10）和锚固杆（11）预埋在对应的盖梁中，锚固墩头（10）为圆柱体形状。

6.根据权利要求2所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；锚固杆（11）为4根较长钢筋，起到锚固波纹管的作用，同时增加混凝土挡块的锚固。

7.根据权利要求2所述一种耳型耗能件桥梁防撞挡块装置，其特征在于；金属波纹管（8）为多组，均匀分布于混凝土挡块（1）中。

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