CN112195756B - 一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿、缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构；所述缓冲限位机构包括限位顶板、限位钢柱、支架限位块和第一钢弹簧，所述限位顶板固定在桥主梁底部，所述限位钢柱与限位顶板和缓冲滑块连接，所述支架限位块固定在钢牛腿平台上，所述缓冲滑块通过第一钢弹簧与支架限位块连接；所述传动自锁限位机构包括传动杆和摩擦限位滑块；所述挡块限位耗能机构包括支架限位块、摩擦限位滑块、限位顶板和第二钢弹簧，所述摩擦限位滑块设置在支架限位块上，通过第二钢弹簧与支架限位块连接。本发明装置限位性能好，同时能达到良好的自锁效果，耗能减震效果好，结构简单合理，便于制作。

Description

一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置

技术领域

本发明涉及桥梁抗震技术领域，具体是一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置。

背景技术

随着我国经济科技的迅速发展，基建事业更是迅猛发展，桥梁建设越来越多。而桥梁本身结构跨度大的特点导致其容易受到地震破坏，因此对桥梁采取抗震措施是十分必要的。在发生地震时，桥体结构受到力作用容易出现横桥向和顺桥向滑移量过大的现象而导致落梁；在伸缩缝处桥体受到力作用发生碰撞而损坏。

目前为了限制上部梁体间相对较大的位移的产生，常见的作法是在桥体梁顶部设置挡块，但由于冲击力过大，使得梁体和混凝土挡块容易发生破坏，不能很好限制梁体的位移。其次，目前的桥梁抗震限位装置多限制的是顺桥向或横桥向的单方向的位移，而桥体震动为三方向的立体型，单方向限制桥体位移具有局限性。再者，普通的挡块限位结构多以挡块变形来消耗地震能量，所消耗的地震能量低，且在变形后不易复原。

针对上述缺点，需要设计和开发一种新型的桥梁抗震限位装置，在多方向上限制梁体的位移，缓冲冲击力和消耗地震能量。

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自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，该装置可以在多个方向上对桥体位移进行的限制，有效防止桥体受到地震影响而发生脱落，并且通过限位钢柱的屈服变形，可以消耗地震能量；利用第一钢弹簧可实现缓冲和复位的效果，防止因碰撞所产生的破坏，同时能将地震能量转化为弹簧的弹性势能，以消耗能量；进一步的，能够实现借用桥体位移限制桥体位移，将桥体的动能转化成抵抗桥体位移的力，达到自锁的效果，有效的限制桥体的位移和消耗地震能量；同时，在实现自锁效果的同时能够将桥体位移动能转化为碰撞，摩擦及弹簧能量的形式予以消耗，更进一步的实现对地震能量的耗散。多重多向限位，多重耗能，极大的限制桥梁位移，实现防止桥体落梁的效果，有效的耗散地震能量，起到保护桥梁结构损伤的效果。

为实现上述目的，本发明所用技术方案为：

一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿、缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构，所述钢牛腿固定在桥墩侧壁；所述缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构布置在钢牛腿平台上；

所述缓冲限位机构包括限位顶板、限位钢柱、缓冲滑块、支架限位块和第一钢弹簧，所述限位顶板通过螺栓固定在桥主梁底部，限位顶板底部两侧分别设置有一根限位钢柱，所述限位钢柱通过第一球铰支座与限位顶板底部和缓冲滑块上的突出块连接，所述支架限位块固定连接在钢牛腿平台上，所述缓冲滑块设置在支架限位块的圆形凹槽内，并通过第一钢弹簧与支架限位块连接；

所述传动自锁限位机构包括缓冲滑块、传动杆、支架限位块和摩擦限位滑块，所述传动杆下端通过第二球铰支座与缓冲滑块内的第一圆台形凹槽底部连接，上端通过支架限位块中板上的圆形开孔与摩擦限位滑块内的第二圆台形凹槽顶部连接；

所述挡块限位耗能机构包括支架限位块、摩擦限位滑块、限位顶板和第二钢弹簧，所述摩擦限位滑块设置在支架限位块中板上部，并通过第二钢弹簧支架限位块的上部挡板连接。

所述限位顶板由方环形限位块和底板组成，所述方环形限位块内部设置有四棱台凹槽。

所述缓冲滑块由圆形滑块和突出块组成，所述圆形滑块内部设置有开口向上的第一圆台形凹槽，所述突出块位于圆形滑块两侧，两突出块在一条直线上，且突出块高度低于圆形滑块。

所述支架限位块由下部支撑块、中板和上部挡板组成，所述下部支撑块为方形，中部设置有圆形凹槽，所述圆形凹槽两侧设置有开孔，所述中板为方形，中部设置有圆形开孔，所述中板顺桥向两侧端部分别设置有一块上部挡板，在中板横桥向两侧分别在中部设置有一块上部挡板。

所述摩擦限位滑块由下层方形滑块和上层四棱台滑块组成，所述下层方形滑块内部设置有开口向下的第二圆台形凹槽，所述上层四棱台顶部平台设置有摩擦层，上层四棱台4个侧面设置有摩擦面。

所述限位钢柱由低屈服强度钢材制成。

所述第一钢弹簧数量为4个，分别设置在圆形滑块四等分点处；所述第二钢弹簧数量为6个，分别设置在摩擦限位滑块和上部挡板之间。

本发明的有益效果：

1、本发明能够在地震时实现对桥体多方向位移的有效限制，防止梁体落梁损坏，并对桥体位移冲击进行缓冲。限位钢柱与限位顶板和缓冲滑块连接，能够实现对桥体竖向位移的限制，限位钢柱与限位顶板和缓冲滑块之间通过第一球铰支座连接，能够限制桥体的顺桥向和横桥向的位移。竖向，顺桥向和横桥向限制，实现了对桥体位移的多向限制，且仅通过限位钢柱就实现多向限位结构简单，同时第一钢弹簧的设置也使得桥体位移的冲击得到缓解，防止发生碰撞损伤。

2、本发明能够有效降低和消耗地震能量，减少桥梁损伤；所设置的限位钢柱在限制桥体多方向位移的同时通过自身的弹塑性形变，达到对地震能量的一重耗散；第一钢弹簧、第二钢弹簧能将地震能量转化为弹性势能，进一步消耗能量，达到对地震能量的二重耗散；摩擦限位滑块顶面和侧面的多摩擦面的设置在限位的同时能够借以桥体位移提供压力，使得摩擦力大大增加，更加有效的将地震能量进行消耗，实现对地震能量的三重耗散；进一步的，在装置工作时，桥体的动能通过限位钢柱传递到缓冲滑块和摩擦限位滑块上进行耗散，各部件之间发生的摩擦，碰撞亦使得地震能量耗散的更为充分，实现对地震能量的四重耗散。

3、本发明能够通过摩擦，碰撞限制桥体位移，并通过传动机构实现桥体的自锁限位，进一步的限制桥体位移，充分耗散地震能量；设置在支架限位块中板下部圆形凹槽内的缓冲滑块，中板上部的摩擦限位滑块以及连接三者的传动杆共同组成传动自锁限位机构。在地震时，桥体位移引起的缓冲滑块位移传递到摩擦限位滑块，配合中板圆形开孔处设置的第二球铰支座，使得缓冲滑块的位移反向传递给摩擦限位滑块，摩擦限位滑块位移抵抗限制限位顶板的位移，以达到二重限位的效果，实现自锁；摩擦限位滑块与限位顶板之间发生相对移动，产生摩擦达到进一步消耗能量的作用，同时，第二钢弹簧的设置能实现缓冲及更进一步的耗能效果；进一步第一圆台形凹槽，第二圆台形凹槽的设置使得传动杆转动过程中不会卡顿。

4、本发明能够实现缓冲滑块和摩擦限位滑块的自复位，并消耗能量；设置在支架限位块中的圆形凹槽内的4个方向上的第一钢弹簧能够使缓冲滑块在地震后恢复至初始状态，使其始终保持在圆形凹槽中心；设置在摩擦限位滑块与支架限位块的上部挡板之间的第二钢弹簧能够使摩擦限位滑块恢复至初始状态；第一钢弹簧、第二钢弹簧能将地震能量转化为弹性势能，进一步消耗能量。

5、本发明整体呈左右对称式结构，结构合理简单，便于制作，材料价格低，施工方便，节能环保，多功能。

附图说明

图1为本发明一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置主体结构剖视图；

图2为本发明去除限位顶板后的主体结构俯视图；

图3为本发明所述中板下部主体结构俯视图；

图4为本发明所述传动自锁限位机构剖视图；

图5为本发明所述缓冲滑块结构示意图；

图6为本发明所述支架限位块结构示意图；

图7为本发明所述摩擦限位滑块结构示意图；

图8为本发明所述限位顶板结构示意图；

图9为本发明一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置的整体三维结构示意图；

图中：1、钢牛腿；2、限位顶板；3、缓冲滑块；4、支架限位块；5、摩擦限位滑块；6、限位钢柱；7、传动杆；8、第一钢弹簧；9、第二钢弹簧；10、第一球铰支座；11、螺栓；12、第二球铰支座；13、圆形滑块；14、突出块；15、下部支撑块；16、中板；17、上部挡板；18、下层方形滑块；19、上层四棱台滑块；20、方环形限位块；21、底板；22、第一圆台形凹槽；23、第二圆台形凹槽；24、圆形凹槽；25、开孔；26、圆形开孔；27、四棱台凹槽；28、摩擦层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例：参见图1-9。

一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿1、缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构，所述钢牛腿1固定在桥墩侧壁；所述缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构布置在钢牛腿1平台上；

所述缓冲限位机构包括限位顶板2、限位钢柱6、缓冲滑块3、支架限位块4和第一钢弹簧8，所述限位顶板2通过螺栓11固定在桥主梁底部，限位顶板2底部两侧分别设置有一根限位钢柱6，所述限位钢柱6通过第一球铰支座10与限位顶板2底部和缓冲滑块3上的突出块14连接，所述支架限位块4固定连接在钢牛腿1平台上，所述缓冲滑块3设置在支架限位块4的圆形凹槽24内，并通过第一钢弹簧8与支架限位块4连接；

所述传动自锁限位机构包括缓冲滑块3、传动杆7、支架限位块4和摩擦限位滑块5，所述传动杆7下端通过第二球铰支座12与缓冲滑块3内的第一圆台形凹槽22底部连接，上端通过支架限位块4中板16上的圆形开孔26与摩擦限位滑块5内的第二圆台形凹槽23顶部连接；

所述挡块限位耗能机构包括支架限位块4、摩擦限位滑块5、限位顶板2和第二钢弹簧9，所述摩擦限位滑块5设置在支架限位块4中板16上部，并通过第二钢弹簧9与支架限位块4的上部挡板17连接。

所述限位顶板2由方环形限位块20和底板21组成，所述方环形限位块20内部设置有四棱台凹槽27。

所述缓冲滑块3由圆形滑块13和突出块14组成，所述圆形滑块13内部设置有开口向上的第一圆台形凹槽22，所述突出块14位于圆形滑块13两侧，两突出块14在一条直线上，且突出块14高度低于圆形滑块13。

所述支架限位块4由下部支撑块15、中板16和上部挡板17组成，所述下部支撑块15为方形，中部设置有圆形凹槽24，所述圆形凹槽24两侧设置有开孔25，所述中板16为方形，中部设置有圆形开孔26，所述中板16顺桥向两侧端部分别设置有一块上部挡板17，在中板16横桥向两侧分别在中部设置有一块上部挡板17。

所述摩擦限位滑块5由下层方形滑块18和上层四棱台滑块19组成，所述下层方形滑块18内部设置有开口向下的第二圆台形凹槽23，所述上层四棱台顶部平台设置有摩擦层28，上层四棱台4个侧面设置有摩擦面。

所述限位钢柱6由低屈服强度钢材制成。

所述第一钢弹簧8数量为4个，分别设置在圆形滑块13四等分点处；所述第二钢弹簧9数量为6个，分别设置在摩擦限位滑块5和上部挡板17之间。

本发明一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置的工作原理为：在未发生地震时，限位钢柱6处于竖直位置且无变形，传动杆7处于竖直位置，第一钢弹簧8、第二钢弹簧9处于无变形的初始状态，缓冲滑块3，摩擦限位滑块5均处于初始位置，限位顶板2位于初始位置，且中心与摩擦限位滑块5中心重合。当发生较小地震时，桥主梁与桥墩之间发生相对位移，首先带动限位顶板2，限位顶板2带动限位钢柱6，将力传递到缓冲滑块3并带动其发生滑动，压缩和拉伸第一钢弹簧8以消耗能量，限制桥体位移，此时限位钢柱6充当传动结构，仅发生微小变形；当地震强度较大时，限位钢柱6在限位顶板2拉力作用下发生形变，限制桥体位移，并通过弹塑性变形将地震能量进行消耗，进一步限制桥体位移；连接件为球铰，限制了桥体顺桥向、横桥向和竖向位移，实现多向限位效果；桥体位移带动缓冲滑块3发生滑动，并带动传动杆7一端，传动杆7配合中板16圆形开孔26处设置的第二球铰支座12，反向推动摩擦限位滑块5，使得缓冲滑块3的位移反向传递给摩擦限位滑块5，用摩擦限位滑块5位移抵抗限制限位顶板2的位移，以达到二重限位的效果，实现自锁；摩擦限位滑块5在抵抗限位顶板2位移的同时，与限位顶板2发生相对位移，借由限位顶板2位压力和摩擦限位滑块5上设置的摩擦层28产生巨大的摩擦力，极大的消耗桥体的动能和地震能量，限制桥体位移。在地震结束后通过第一钢弹簧8及第二钢弹簧9的恢复力作用，可将缓冲滑块3和摩擦限位滑块5恢复至初始位置，实现复位作用，以便下一次使用。

需要注意的是：在上述描述中，术语“左”、 “右”、 “前”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，仅仅为了便于描述。此外，术语“第一”、 “第二”、 “第三”等仅用于描述目的。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿（1）、缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构，其特征在于：所述钢牛腿（1）固定在桥墩侧壁；所述缓冲限位机构、传动自锁限位机构和挡块限位耗能机构布置在钢牛腿（1）平台上；

所述缓冲限位机构包括限位顶板（2）、限位钢柱（6）、缓冲滑块（3）、支架限位块（4）和第一钢弹簧（8），所述限位顶板（2）通过螺栓（11）固定在桥主梁底部，限位顶板（2）底部两侧分别设置有一根限位钢柱（6），所述限位钢柱（6）通过第一球铰支座（10）与限位顶板（2）底部和缓冲滑块（3）上的突出块（14）连接，所述支架限位块（4）固定连接在钢牛腿（1）平台上，所述缓冲滑块（3）设置在支架限位块（4）的圆形凹槽（24）内，并通过第一钢弹簧（8）与支架限位块（4）连接；

所述传动自锁限位机构包括缓冲滑块（3）、传动杆（7）、支架限位块（4）和摩擦限位滑块（5），所述传动杆（7）下端通过第二球铰支座（12）与缓冲滑块（3）内的第一圆台形凹槽（22）底部连接，上端通过支架限位块（4）中板（16）上的圆形开孔（26）与摩擦限位滑块（5）内的第二圆台形凹槽（23）顶部连接；

所述挡块限位耗能机构包括支架限位块（4）、摩擦限位滑块（5）、限位顶板（2）和第二钢弹簧（9），所述摩擦限位滑块（5）设置在支架限位块（4）中板（16）上部，并通过第二钢弹簧（9）与支架限位块（4）的上部挡板（17）连接；

所述限位顶板（2）由方环形限位块（20）和底板（21）组成，所述方环形限位块（20）内部设置有四棱台凹槽（27）

所述缓冲滑块（3）由圆形滑块（13）和突出块（14）组成，所述圆形滑块（13）内部设置有开口向上的第一圆台形凹槽（22），所述突出块（14）位于圆形滑块（13）两侧，两突出块（14）在一条直线上，且突出块（14）高度低于圆形滑块（13）。

2.根据权利要求1所述的一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，其特征在于，所述支架限位块（4）由下部支撑块（15）、中板（16）和上部挡板（17）组成，所述下部支撑块（15）为方形，中部设置有圆形凹槽（24），所述圆形凹槽（24）两侧设置有开孔（25），所述中板（16）为方形，中部设置有圆形开孔（26），所述中板（16）顺桥向两侧端部分别设置有一块上部挡板（17），在中板（16）横桥向两侧分别在中部设置有一块上部挡板（17）。

3.根据权利要求1所述的一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，其特征在于，所述摩擦限位滑块（5）由下层方形滑块（18）和上层四棱台滑块（19）组成，所述下层方形滑块（18）内部设置有开口向下的第二圆台形凹槽（23），所述上层四棱台顶部平台设置有摩擦层（28），上层四棱台4个侧面设置有摩擦面。

4.根据权利要求1所述的一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，其特征在于，所述限位钢柱（6）由低屈服强度钢材制成。

5.根据权利要求1所述的一种自复位耗能自锁型多向限位桥梁抗震装置，其特征在于，所述第一钢弹簧（8）数量为4个，分别设置在圆形滑块（13）四等分点处；所述第二钢弹簧（9）数量为6个，分别设置在摩擦限位滑块（5）和上部挡板（17）之间。