CN111926686A - 一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁抗震技术领域，具体涉及一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿和挡块结构，所述钢牛腿固定在活动支座附近的桥墩顶部的侧面，所述挡块块体固定在钢牛腿顶部，包括钢板、钢弹簧、合页结构、滚轴、合页固定体以及四圆孔限位器。本发明桥梁抗震挡块结构能有效限制梁体和桥墩之间的较大位移，防止梁体发生顺桥向和横桥向落梁危害以及梁体竖向脱离支座危害，减小活动支座和伸缩缝的损坏，还可以依靠滚轴的运动消耗地震能量。本装置构造简单，施工方便。

Description

一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构

技术领域

本发明属于桥梁抗震技术领域，具体涉及一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构。

背景技术

随着我国经济实力的发展，交通运输建设的投入也越来越多。大规模的交通基础设施的建设促进了城市和区域经济的发展，为了节约土地资源，我国交通建设提倡以桥代路，这也为我国桥梁工程的高速发展带来了契机。现在越来越多的高速铁路、高架桥、大跨径桥梁被建立，我国目前已建和在建桥梁已超过百万座。

我国位于多个地震带之间，又是一个地震多发的国家，近年的汶川地震、玉树地震都给我国带来了巨大的经济损失。当地震到来时，首先是人们的生命财产安全受到巨大威胁，另一方面是地震对震区的桥梁工程造成了严重的破坏，切断了地震受灾区的对外交通，造成孤岛效应，给震后的救灾工作造成了巨大困难，导致了后续的次生灾害，间接的经济损失更加严重。

桥梁的建设成本高，建设数量大，是交通生命线的重要节点和枢纽，但由于其结构的特性，桥梁也是交通线路中薄弱的一环，一旦遭到地震破坏，不但损失巨大，而且震后的修复工作也是困难重重。

在过去几十年里发生的大地震中，桥梁的震害形式主要包括：支座损坏；梁式桥的上部梁体位移如果超出了桥墩的支撑面，则会引起落梁震害（含横桥向和顺桥向）；上部梁体发生落梁时如果撞击桥墩，引起下部结构很大的碰撞破坏；伸缩缝处相邻梁体碰撞引起的局部损坏；伸缩缝处相对较大的碰撞力还会把该处的碰撞力效应，传到桥墩底部，引起桥墩底部的损坏；桥梁抗震挡块自身的局部损坏，从而丧失挡块的抗震功能。

在地震中桥梁的倒塌会带来许多危害，而我国仍有许多按原先设计标准设计的，或者已经有一定损伤的桥梁，他们都无法满足当今车辆数量多，运输重量大的社会需求，加固或者改造这些桥梁都需要花费大量的人力物力。

为了限制桥梁上部梁体横桥向发生较大的位移，常在在桥墩盖梁顶部两侧安装钢筋混凝土挡块，但是普通的钢筋混凝土挡块和梁体间的碰撞是刚性碰撞，撞击力很大，容易对梁体和混凝土挡块造成局部破坏，且地震中钢筋混凝土挡块的水平剪力通常不足，挡块容易发生不可修复的破坏，不能很好地限制梁体的位移。同时地震波有三个方向，单方向限制梁体的位移具有较大局限性。

针对上述缺陷，需要设计和开发一种新型的可以多向限位的抗震挡块结构，既能在横桥向、顺桥向和竖桥向限制上部梁体的位移，又能缓冲耗能，在限制梁体大幅度位移的同时减少挡块自身受损。此外，还应具有一定复位功能，以便应对下一次地震。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明设计和开发一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，在桥梁横桥向、顺桥向限制上部主梁和下方桥墩之间过大的位移，防止梁体在横桥向和顺桥向的落梁震害；将伸缩缝处相邻梁间的碰撞转移到多个桥梁抗震挡块上，减小伸缩缝处的伸缩冲击损伤和相邻梁体之间碰撞区域的局部损伤，达到保护伸缩缝的目的；增加并分散梁体和挡块之间的碰撞位置，大大减小作用在每一挡块结构的碰撞力，减小挡块结构的局部损坏；尽可能多的消耗掉地震能量。同时将本应发生在上方梁体和抗震挡块之间的刚性碰撞，变成桥梁抗震挡块内部结构的滚动变形。本发明也能防止梁体和支座的竖向碰撞损坏，使支座在与梁体发生竖向碰撞时，其自身的损伤更小。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿和挡块结构，所述钢牛腿通过钢牛腿侧板螺栓固定在活动支座附近的桥墩的侧壁上方，

所述挡块结构由钢板、钢弹簧、固定板、合页结构、滚轴、合页固定体以及四圆孔限位器组成，所述挡块结构的顶部通过固定板固定于主梁或第二主梁的底部，所述合页固定体呈两个方形结构，其顶部固定于所述固定板的底部，其侧壁下方设有用于固定所述合页结构的长方体限位孔，两块所述钢板的顶端通过合页结构与合页固定体铰接，所述钢弹簧的两端分别与两块所述钢板的内壁中部相连；两个所述四圆孔限位器呈中空顶部开口的方形结构，其内腔的前壁和后壁上设有用于所述滚轴滑动的限位槽，所述滚轴固定于两块所述钢板的底部；所述四圆孔限位器的底部通过所述固定板螺栓固定于所述钢牛腿的顶部。

所述限位槽包括两端的圆孔和滑行通道组成，所述滑行通道呈方形结构与两端的圆孔连通，所述圆孔的内径大于所述滑行通道的宽度；所述滚轴的横截面呈圆形结构，其外径不大于所述滑行通道的宽度相同。

所述滚轴与所述四圆孔限位器内腔的外壁之间设有与之连接的第二钢弹簧。

所述主梁和第二主梁之间形成伸缩缝，所述第二主梁与所述桥墩之间设有设置于第二支座垫石上的桥梁活动支座，所述滚轴的水平移动距离小于所述桥梁活动支座能够移动的最大距离，所述滚轴的水平移动距离小于所述伸缩缝的宽度。

所述钢牛腿包括顶板、内侧板、底板、以及腹板，所述内侧板上设有若干个用于将其固定于桥墩侧壁上方的螺栓孔；所述顶板的一端与内侧板的顶部相互垂直连接、所述底板的一端与所述内侧板的底部相互垂直连接，所述腹板的内侧壁与所述内侧板的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板的下表面以及底板的上表面相连。

若干所述挡块结构横桥向布置在每一桥梁活动支座的附近，所述挡块结构布置多而且分散，能够有效减小作用在每一挡块结构上的地震力，减小对挡块结构本身的损伤。

本发明的有益效果在于：

1）本发明能够实现三向限位，在三维地震波作用下，桥梁梁体在顺桥向、横桥向和竖向都有振动，在每一活动支座附近安装具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块，可以同时限制上部梁体在三个方向相对较大的位移，保护支座，防止梁体顺桥向、横桥向的落梁损坏和梁体竖向脱离支座发生的翘曲损坏，防止梁体和支座的竖向碰撞损坏。挡块数量多而且安装位置分散，可以有效减小作用在每一挡块结构上的地震力，减小挡块自身的局部损坏和桥墩底部的损坏。

2）本发明具有一定的缓冲和消耗地震能量的功能。一方面，地震发生时，呈“A”状立放的两块钢板能够产生塑性变形，消耗一部分地震能量，同时两钢板间的钢弹簧因两钢板相对挤压而具有弹性势能，缓冲了地震的作用力，也能消耗地震能量；另一方面，滚轴随梁体的顺桥向移动在滚动通道内滚动，进而拉伸与其相连的两根钢弹簧，钢弹簧因而具有弹性势能，也能消耗部分地震能量。

3）本发明能够实现一定的复位功能。地震结束后，在两钢板之间的压缩弹簧和与滚轴相连的压缩弹簧的恢复力作用下，两钢板能缓慢恢复到与初始状态相近的状态。

4）本发明具有材料价格低，构造简单，施工方便，容易检测维修等优点。

附图说明

图1为本发明的顺桥向布置图；

图2为本发明的横桥向布置图；

图3为本发明的顺桥向结构示意图

图4为本发明的三维构造示意图；

图5为本发明的侧视结构示意图；

图6为本发明部分结构三维示意图。

在图中：1钢牛腿，2挡块结构，3钢弹簧，4固定板，5四圆孔限位器，6滚轴，7钢板，8合页结构，9合页固定体，10长方体限位孔，11顶板，12内侧板，13腹板，14底板，15钢牛腿侧板螺栓，16固定板螺栓，17主梁，18伸缩缝，19第二主梁，20桥梁固定支座，21桥梁支座垫石，22桥梁活动支座，23第二支座垫石，24桥墩，25限位槽，26第二钢弹簧。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明：

请参阅图1-6。

本发明公开了一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿1和挡块结构2，所述钢牛腿1通过钢牛腿侧板螺栓15固定在活动支座附近的桥墩24顶部的侧面，所述挡块结构2底部通过螺栓16固定在钢牛腿1顶部，所述挡块结构2上部通过固定板螺栓16固定在桥的主梁的底部，所述挡块结构2由钢板7、钢弹簧3、合页结构8、滚轴6、合页固定体9以及四圆孔限位器5组成。

所述钢牛腿1设置在桥墩24顶部的侧面，不仅可以增大挡块结构2的安装空间以便安装施工，还可以通过调整钢牛腿1的竖向安装高度以适应不同大小的挡块结构。所述钢牛腿1由顶板11、内侧板12、底板14、以及腹板13焊接而成，所述内侧板12上设有若干个用于将其固定于桥墩24侧壁上方的螺栓孔；所述顶板11的一端与内侧板12的顶部相互垂直连接、所述底板14的一端与所述内侧板12的底部相互垂直连接，所述腹板13的内侧壁与所述内侧板12的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板11的下表面以及底板14的上表面相连。

两块所述钢板7与钢弹簧3组合成“A”形结构，两钢板7顶部交汇处通过合页结构8连接，利用其伸缩变形可以消耗部分地震能量，初始状态下钢弹簧3处于原长；所述钢板7底部与滚轴6连接，正常状态下滚轴6平放在四圆孔限位器5内限位槽25的两个外圆孔之间，通过限制其滑动的位移，限制梁体19和桥墩24之间的位移；所述滚轴6截面为圆形截面。

所述合页结构8用于连接两钢板，可增大或减小两钢板7之间的夹角，从而拉伸或压缩两钢板7之间的钢弹簧3进行限位；所述合页结构8由合页固定体9固定，所述合页固定体9为对称结构，顶部为正方形钢板，留有螺纹孔，和梁体19底部相连；顶部下表面沿对称轴分布有两个带圆孔的长方体块，通过外加螺栓将合页结构固定，所述四圆孔限位器5的底部设有螺纹孔，用螺栓16固定在钢牛腿1顶部，共两个，为长方体状；四圆孔平均分布在限位器5的两侧，与限位器5的内壁留有一定距离，圆孔直径远大于滚轴6直径，两同侧圆孔之间有滑行通道，供滚轴6滑行，其宽度略大于滚轴6直径，滚轴6只可在圆孔和通道之间运动，因而有一定的限位效果。两同侧圆孔和同侧的内壁之间留有较小空隙，以防滚轴6脱离圆孔。

所述两块钢板7初始状态下通过滚轴6平放在所述两个四圆孔限位器5最外侧的四个圆孔上，所述两个四圆孔限位器5内腔的外壁上设有两个第二钢弹簧26与滚轴6连接，滚轴6在圆孔和滑行通道内移动时，使钢弹簧3产生变形以消耗部分地震能量，初始状态下，第二钢弹簧26处于原长。

所述主梁17和第二主梁19之间形成伸缩缝18，所述第二主梁19与所述桥墩24之间设有设置于第二支座垫石23上的桥梁活动支座22，所述滚轴6的水平移动距离小于所述桥梁活动支座22能够移动的最大距离，所述滚轴6的水平移动距离小于所述伸缩缝18的宽度；这样设计能使桥梁活动支座22不产生较大位移，从而保护桥梁活动支座22和伸缩缝18。

工作原理：在无地震发生的情况下，滚轴6平放在四圆孔限位器5的两个外圆孔之间，即此时两钢板7间的夹角最大；挡块结构2内的所有钢弹簧3处于原长状态，没有发生变形。在地震作用下，主梁17和桥墩24之间在顺桥向发生相对位移，主梁的位移引起两钢板7位置的改变。初始时钢板7底部平放在四圆孔限位器5的两个最外圆孔上，随着主梁的位移，一端的钢板7位置发生轻微改变，另一端的钢板7逐渐向位置轻微改变的钢板7靠拢，即与钢板7底部相连的滚轴6在限位槽25的滑行通道内移动，由此拉伸与滚轴6相连的两个第二钢弹簧26；当滚轴6从最外侧的两圆孔滑行到内侧圆孔时，两钢板7间的角度减小，进而压缩与设置在两钢板7之间的钢弹簧3，被拉伸或压缩的钢弹簧3具有弹性势能，因此可以消耗部分地震能量。此外，滚轴6在滑行通道内滑行时会受到滑动摩擦力的作用，也可以消耗地震能量。同时，因圆孔直径和滑行通道长度的限制，梁体在竖直方向和顺桥方向不会产生较大位移，因圆孔到限位器5内壁的空隙较小，梁体在横桥方向也不会产生很大位移。地震结束后，在钢弹簧3恢复力的作用下，两钢板能恢复到与初始状态相近的状态，实现一定的复位功能。

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 (6)

1.一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：包括钢牛腿(1)和挡块结构(2)，所述钢牛腿(1)通过钢牛腿侧板螺栓(15)固定在活动支座附近的桥墩(24)的侧壁上方，

所述挡块结构(2)由钢板(7)、钢弹簧(3)、固定板（4）、合页结构（8）、滚轴（6）、合页固定体（9）以及四圆孔限位器（5）组成，所述挡块结构（2）的顶部通过固定板（4）固定于主梁（17）或第二主梁（19）的底部，所述合页固定体（9）呈两个方形结构，其顶部固定于所述固定板（4）的底部，其侧壁下方设有用于固定所述合页结构（8）的长方体限位孔（10），两块所述钢板（7）的顶端通过合页结构（8）与合页固定体（9）铰接，所述钢弹簧（3）的两端分别与两块所述钢板（7）的内壁中部相连；两个所述四圆孔限位器（5）呈中空顶部开口的方形结构，其内腔的前壁和后壁上设有用于所述滚轴（6）滑动的限位槽（25），所述滚轴（6）固定于两块所述钢板（7）的底部；所述四圆孔限位器（5）的底部通过所述固定板螺栓（16）固定于所述钢牛腿（1）的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述限位槽（25）包括两端的圆孔和滑行通道组成，所述滑行通道呈方形结构与两端的圆孔连通，所述圆孔的内径大于所述滑行通道的宽度；所述滚轴（6）的横截面呈圆形结构，其外径不大于所述滑行通道的宽度相同。

3.根据权利要求2所述的一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述滚轴（6）与所述四圆孔限位器（5）内腔的外壁之间设有与之连接的第二钢弹簧（26）。

4.根据权利要求3所述的一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述主梁（17）和第二主梁（19）之间形成伸缩缝（18），所述第二主梁（19）与所述桥墩（24）之间设有设置于第二支座垫石（23）上的桥梁活动支座（22），所述滚轴（6）的水平移动距离小于所述桥梁活动支座（22）能够移动的最大距离，所述滚轴（6）的水平移动距离小于所述伸缩缝（18）的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述钢牛腿（1）包括顶板（11）、内侧板（12）、底板（14）、以及腹板（13），所述内侧板（12）上设有若干个用于将其固定于桥墩（24）侧壁上方的螺栓孔；所述顶板（11）的一端与内侧板（12）的顶部相互垂直连接、所述底板（14）的一端与所述内侧板（12）的底部相互垂直连接，所述腹板（13）的内侧壁与所述内侧板（12）的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板（11）的下表面以及底板（14）的上表面相连。

6.根据权利要求1所述的一种具有钢弹簧的耗能缓冲型可限位桥梁抗震挡块结构，其特征在于：若干所述挡块结构（2）横桥向布置在每一桥梁活动支座的附近，所述挡块结构（2）布置多而且分散，能够有效减小作用在每一挡块结构上的地震力，减小对挡块结构本身的损伤。

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