CN112502022A - 一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥梁防震技术领域，尤其涉及一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，包括设置于桥梁主体两侧的矩形混凝土挡块、嵌式圆台复合柱、碳素钢弹簧、中部钢挡块、悬肋和合金钢弹簧，所述矩形混凝土挡块内壁与中部钢挡块外壁之间通过碳素钢弹簧和嵌式圆台复合柱相连；所述中部钢性挡块内壁上设有正方形挖孔，所述桥梁主体的外壁下方通过主梁预埋钢板固定有悬肋，所述悬肋的另一端插入所述正方形挖孔内；所述中部钢挡块与桥梁主体之间通过合金钢弹簧与之相连。本发明保证桥梁在横桥向与竖向的桥梁位移受到较大程度的限制，并消耗部分横桥向的地震的能量，确保不会对桥墩造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁抗震技术领域，尤其涉及一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构。
技术背景
桥梁的建造与维护，随着交通体系的进一步扩大，为了应对更加恶劣的地形，节省土地资源，保护环境，提高空间的利用率，桥梁的使用更加普遍，至今全国公路桥梁达73.53万座、总长度为3977.80万米，仅2019年一年全国就增加2.19万座桥梁，到如今的2020年桥梁的数量会继续增加，桥梁的大量使用也导致相应的抗震技术需要进行发展创新，首先我国位于环太平洋火山地震带和欧亚地震带上，有部分几率发生中大型地震，而地震对桥梁的破坏作用尤其明显，如果处于交通枢纽的桥梁受到损坏而无法使用，则会导致主干道的交通堵塞，且桥梁受损后修复工程复杂且难以继续，会阻碍抗震救灾的进行，从而使国家受到更大损失，于是桥梁的抗震结构研究便显得十分重要。经过对桥梁的数据查证发现桥梁受震损伤情况主要为以下几种，桥梁受力过大导致活动支座发生损坏，桥梁产生较大的位移引起桥梁发生顺桥向或者横桥向的落梁损坏。对于存在伸缩缝的桥梁导致的伸缩缝两端的梁体发生直接碰撞导致的桥梁主体的损坏且由于碰撞将碰撞力的效应传到桥墩底部，引起桥梁底部的损坏。桥梁与两次的桥梁抗震挡块产生较大的刚性碰撞，从而将能量传导至桥墩底部使其受到破坏。地震波会引发桥梁的较大的竖向位移，会导致上部梁体脱离支座，不仅会导致桥梁翘曲损坏，还会导致支座与梁体发生剧烈的竖向碰撞。以上几种桥梁受损方式皆难以修复。
鉴于目前桥梁主流采用横桥向设置混凝土抗震挡块，无法有效的控制刚性碰撞所产生的力传导至桥墩对桥墩底部所造成的损坏，且在竖向，顺桥向桥梁发生过大的位移导致发生落梁对支座产生损害。由于地震对桥梁产生位移与力是复杂多变的，仅仅考虑一种情况是没有办法保证桥梁主体在地震中能够保持相对完整性，且地震导致的桥梁损坏大部分位于桥梁的横桥向和竖向。因此，需要开发一种装置，能够在横桥向与竖向同时起到限制的作用，并且将导致桥梁损坏的刚性碰撞转化为能够损耗部分能量的弹塑性碰撞，以此来解决桥梁与活动支座产生较大的相对位移导致的支座损坏，桥梁主体与挡块发生刚性碰撞而导致的桥梁桥墩产生无法修复的破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现存的技术不足，提供一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构。通过横桥向和竖向的嵌式圆台复合柱来消耗地震传导至桥梁的竖向，横桥向的能量，从而保证桥梁的主体结构在横桥向与竖向的损坏在可接受范围内，通过碳素钢弹簧，合金钢弹簧，高性能缓冲板和底部滑动式结构来消耗横桥向地震对桥梁作用的能量，从而保证桥梁在横桥向不会产生落梁损坏，将桥梁主体与混凝土挡块的刚性碰撞转化为弹塑性碰撞，从而减小桥墩底部损坏，且由于本装置的多级缓冲效果，分散了桥梁所受损坏，保证桥梁重要结构不会受损至无法使用。
为了实现本发明的预定目标，本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种横桥向与竖向双向缓冲限位装置，包括设置于桥梁主体两侧的矩形混凝土挡块、嵌式圆台复合柱、碳素钢弹簧、中部钢挡块、悬肋和合金钢弹簧，所述矩形混凝土挡块内壁与中部钢挡块外壁之间通过碳素钢弹簧和嵌式圆台复合柱相连；所述中部钢性挡块内壁上设有正方形挖孔，所述桥梁主体的外壁下方通过主梁预埋钢板固定有悬肋，所述悬肋的另一端插入所述正方形挖孔内；所述中部钢挡块与桥梁主体之间通过合金钢弹簧与之相连。
所述嵌式圆台复合柱由里层圆台式弹性柱、中层圆台式中空柱和外层圆台式中空柱构成，所述里层圆台式弹性柱两端分别连接在设置于所述矩形混凝土挡块内壁上的混凝土挡块预埋钢板与中部钢性挡块的外壁上，其中层圆台式中空柱套装于所述里层圆台式弹性柱外部，且其一端连接于中部钢性挡块外壁上，外层圆台式中空柱的一端套装于所述中层圆台式中空柱的外部，另一端连接于混凝土挡块预埋钢板上，所述里层圆台式弹性柱、中层圆台式中空柱皆采用塑型碳素钢制成。
所述中层圆台式中空柱的最左端直径大于外层圆台式中空柱的最右段直径，且中层圆台式中空柱的最左端处于外层圆台式中空柱的内部，所述外层圆台式中空柱的最右端处于中层圆台式中空柱中部且直径大于此处中层圆台式中空柱的直径，外层圆台式中空柱中部的直径大于中层圆台式中空柱的最左端直径。
所述中部钢挡块底部设有两个半圆形滑轮，且半圆形滑轮的直径小于中部钢挡块的宽度，且两个半圆形滑轮呈对称性分布。
所述半圆形滑轮位于左、右两块三角倾块中间所预留的空间中，左右两块三角倾块所预留的空间长度大于中部钢挡块的长度。
所述中部钢挡块内壁上的正方形挖孔的内壁与所述悬肋的一端之间设有五片高性能缓冲板。
所述碳素钢弹簧与合金钢弹簧处于同一水平线上，四个所述悬肋均匀分布在中部钢挡块的内侧。
本发明的有益效果在于；
1：本装置能够高效的限制地震时桥梁在横桥向与竖向发生较大的位移，防止桥梁发生落梁损坏，减小桥梁在伸缩缝处碰撞的可能性，有效保护桥梁的桥面与桥墩底部。
2：本装置的主体结构能够进行多个配置，相对于桥梁整体，此装置的位置在桥梁主体处可以多方位布置，从而有效的减轻桥梁每一个方向上在地震时的受力状况，保证桥梁损坏在合理范围内的同时保证了装置的耐久度。
3：本装置含有嵌式圆台复合柱，碳素钢弹簧，合金钢弹簧，高性能缓冲板与三角倾块，在地震发生时，能够有效的将地震作用于桥梁的能量转化为弹性势能，热能，从而保证桥梁的损坏在合理范围。
4：本装置所存在的结构嵌式圆台复合柱，碳素钢弹簧与合金钢弹簧皆拥有一定的自我复原能力，能够保证在发生中小地震时对桥梁产生的小位移进行复位作用，且能够加快在大地震中桥梁损坏后的修复进程。
5：本装置的主体结构皆为简单构件材料，其价格适合，施工方便，能够适用于绝大多数桥梁，容易进行检修与换置部件的优点。
附图说明
图1为本发明的全视图；
图2为本发明的主体图；
图3为本发明的嵌式圆台复合柱；
图4为本发明的嵌式圆台复合柱的分解结构示意图；
图5为本发明中主体结构的示意图；
在图中：1、矩形混凝土挡块，2、桥梁主体，3、嵌式圆台复合柱，4、碳素钢弹簧，5、中部钢挡块，6、悬肋，7、合金钢弹簧，8、高性能缓冲板 9、半圆形滑轮，10、三角倾块，11挡块预埋钢板，12、主梁预埋钢板，13、正方形挖孔，31、里层圆台式弹性柱，32、中层圆台式中空柱，33、外层圆台式中空柱。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明：
请参阅图1-5，
本发明公开了一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，包括矩形混凝土挡块1，桥梁主体2，嵌式圆台复合柱3，碳素钢弹簧4，中部钢挡块5，悬肋6，合金钢弹簧7，高性能缓冲板8，半圆形滑轮9，三角倾块10，挡块预埋钢板11，主梁预埋钢板12，正方形挖孔13，里层圆台式弹性柱31，中层圆台式中空柱32，外层圆台式中空柱33，所述矩形混凝土挡块1与中部钢挡块5之间有碳素钢弹簧4和嵌式圆台复合柱3与之相连。所述的中部钢性挡块5的右侧含有适宜深度的正方形挖孔13，所述的正方形挖孔13中含有五片复合型高性能缓冲板8，且五片高性能缓冲板相互紧贴无多余空间。所述矩形混凝土挡块的左部通过主梁预埋钢板12固定四根有一定距离的悬肋6，且悬肋6的最前段处于中部钢挡块5的正方形挖孔中。所述中部钢挡块5与桥梁主体2之间通过合金钢弹簧7与之相连，且所述中部钢挡块下部与半圆形滑轮相连接。
所述嵌式圆台复合柱3由里层圆台式弹性柱31，中层圆台式中空柱32，外层圆台式中空柱33构成，其中里层圆台式弹性柱31两端分别连接在混凝土挡块预埋钢板11与中部钢性挡块5上，其中层圆台式中空柱32连接于中部钢性挡块5左侧，外层圆台式中空柱33连接于混凝土挡块预埋钢板11，且里层圆台式弹性柱31，中层圆台式中空柱32皆采用塑型碳素钢制成。且述的嵌式圆台复合柱的中层圆台式中空柱32的最左端直径应大于外层圆台式中空柱33的最右段直径，且中层圆台式中空柱32的最左端应处于外层圆台式中空柱33的中部，则外层圆台式中空柱33的最右端应处于中层圆台式中空柱32中部且直径大于此处中层圆台式中空柱32的直径，外层圆台式中空柱33中部的直径应大于中层圆台式中空柱32的最左端直径。
所述嵌式圆台复合柱3的安装方式如下：所述中层圆台式中空柱32由两部分组成，其第一部分为从最左段到与外层圆台式中空柱33最右侧相同位置处，第二部分为外层圆台式中空柱33最右侧相同位置处至最右端，且第二部分分成半剖切分为两片制造。所述外层圆台式中空柱33也制造为半剖切的两部分。安装部分如下：所述中层圆台式中空柱32，外层圆台式中空柱33皆采用焊接方法，所述的里层圆台式弹性柱31先进行连接于中部钢挡块5和矩形混凝土挡块，并进行中层圆台式中空柱32第二部分进行焊接且安装至中部钢挡块5上，最后进行中层圆台式中空柱32第一部分与外层圆台式中空柱33的焊接，并将中层圆台式中空柱32第一部分与第二部分进行连接。
所述中部钢挡块5下部与两个半圆形滑轮9进行焊接，且半圆形滑轮9的直径略小于中部钢挡块5的宽度，且两个半圆形滑轮9呈对称性分布。所述半圆形滑轮9位于左右两块三角倾块10中间所预留的空间中，左右两块三角倾块10所预留的空间长度略大于中部钢挡块5的长度。所述左右两块三角倾块为最开始进行安装的部分。中部钢挡块5右侧所预建的四个正方形挖孔13，四个正方形挖孔13呈中心对称分布，正方形挖孔13的边长在安放五片高性能缓冲板8后仍有适合的空间预留给悬肋6。
所述的悬肋6连接于主梁预埋钢板12，且悬肋6的左端体积应略小于安装五片高性能缓冲板8的正方形挖孔13所余体积，悬肋6的最左侧处于正方形挖孔中，悬肋的三向尺寸皆小于安装五片高性能缓冲板的正方形挖孔，且预留部分空间以此保证缓冲效果。所述碳素钢弹簧4，合金钢弹簧7皆为上述部分安装完成后进行，所述碳素钢弹簧4连接于挡块预埋钢板11与主梁预埋钢板12的形心部位，所述合金钢弹簧7连接于主梁预埋钢板12与中部钢挡块5，且所述碳素钢弹簧4与合金钢弹簧7处于同一水平线上以此确保装置的稳定性。
工作过程：正常状态下，本装置的嵌式圆台复合柱3中的里层圆台式弹性柱31，中层圆台式中空柱32，外层圆台式中空柱33之间皆有部分空间，里层圆台式弹性柱31处于不受力状态。所述装置的碳素钢弹簧4与合金钢弹簧7皆处于无伸缩状态，且悬肋6与正方形挖孔13中的五块高性能缓8冲板皆有一定距离。当本装置处于地震状态时，首先，桥梁主体发生位移，对一侧与桥梁主体2相连的合金钢弹簧7产生压缩且使悬肋6与正方形挖孔进一步靠近，并让中部钢挡块5对碳素钢弹簧4产生压迫，嵌式圆台复合柱中的里层圆台式弹性柱31也受到压缩产生抵抗，随着位移的增大，中部钢挡块5和相连接的半圆形滑轮9进一步位移从而处于三角倾块10上，利用自身的重力与摩擦力进一步抵消地震的能量，悬肋6与正方形挖孔13中的五块高性能缓冲板8进行接触，并且碳素钢弹簧与合金钢弹簧进一步被压缩，当位移进行一定程度，中层圆台式中空柱32在外层圆台式中空柱33的最小半径处与其卡住，整个嵌式圆台复合柱3形成一个可产生塑性与弹性形变的整体，从而保证结构的稳定性，当处于大型地震情况下，产生的位移过于巨大且整个嵌式圆台复合柱3的固定处产生巨大变形且无法保证时，中层圆台式中空柱32会与混凝土挡块1产生接触，外层圆台式中空柱3将会与中部钢挡块5接触，从而形成三重接触的缓冲装置以装置损坏为代价保证桥梁主体2与混凝土挡块1不会产生刚性碰撞导致桥梁损坏。。当中小型地震结束后，本装置的嵌式圆台复合柱3中的里层圆台式弹性柱31，三角倾块10与半圆形滑轮9，碳素钢弹簧4，合金钢弹簧7，高性能缓冲板8皆能提供一定的复原能力，从而使装置在维修或拆卸替换时能够简单迅速的进行，保证桥梁能够在地震后保留一定的功能。
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。
Claims (7)
1.一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：包括设置于桥梁主体（2）两侧的矩形混凝土挡块（1）、嵌式圆台复合柱（3）、碳素钢弹簧（4）、中部钢挡块（5）、悬肋（6）和合金钢弹簧（7），所述矩形混凝土挡块（1）内壁与中部钢挡块（5）外壁之间通过碳素钢弹簧（4）和嵌式圆台复合柱（3）相连；所述中部钢性挡块（5）内壁上设有正方形挖孔（13），所述桥梁主体（2）的外壁下方通过主梁预埋钢板（12）固定有悬肋（6），所述悬肋（6）的另一端插入所述正方形挖孔（13）内；所述中部钢挡块（5）与桥梁主体（2）之间通过合金钢弹簧（7）与之相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：所述嵌式圆台复合柱（3）由里层圆台式弹性柱（31）、中层圆台式中空柱（32）和外层圆台式中空柱（33）构成，所述里层圆台式弹性柱（31）两端分别连接在设置于所述矩形混凝土挡块（1）内壁上的混凝土挡块预埋钢板（11）与中部钢性挡块（5）的外壁上，其中层圆台式中空柱（32）套装于所述里层圆台式弹性柱（31）外部，且其一端连接于中部钢性挡块（5）外壁上，外层圆台式中空柱（33）的一端套装于所述中层圆台式中空柱（32）的外部，另一端连接于混凝土挡块预埋钢板（11）上，所述里层圆台式弹性柱（31）、中层圆台式中空柱（32）皆采用塑型碳素钢制成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：所述中层圆台式中空柱（32）的最左端直径大于外层圆台式中空柱（33）的最小直径，且中层圆台式中空柱（32）的最左端处于外层圆台式中空柱（33）的内部，所述外层圆台式中空柱（33）的最右端处于中层圆台式中空柱（32）中部且直径大于此处中层圆台式中空柱（32）的直径，外层圆台式中空柱（33）的最小直径大于中层圆台复合柱（32）的最小直径，外层圆台式中空柱（33）中部的直径大于中层圆台式中空柱（32）的最左端直径。
4.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：所述中部钢挡块（5）底部设有两个半圆形滑轮（9），且半圆形滑轮（9）的直径小于中部钢挡块（5）的宽度，且两个半圆形滑轮（9）呈对称性分布。
5.根据权利要求4所述的一种横桥向与竖向双向限位挡块结构，其特征在于：所述半圆形滑轮（9）位于左、右两块三角倾块（10）中间所预留的空间中，左右两块三角倾块（10）所预留的空间长度大于中部钢挡块（5）的长度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：所述中部钢挡块（5）内壁上的正方形挖孔（13）的内壁与所述悬肋（6）的一端之间设有五片高性能缓冲板（8）。
7.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁的横桥向与竖向双向抗震挡块结构，其特征在于：所述碳素钢弹簧（4）与合金钢弹簧（7）处于同一水平线上，四个所述悬肋（6）均匀分布在中部钢挡块（5）的内侧。
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|---|
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