CN112921835A - 一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，属于结构工程技术领域。包括三个质量块和与之对应的直线滑道，以及一个滚动装置和与之对应的弧形的滚动滑道。用钢绞线将质量块与滚动装连接为一个整体。在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，箱梁倾斜，滚动装置的滑道向着箱梁倾斜的方向变形，此时滚动装置向箱梁下沉的一面滚动，进而使质量块向反向运动，质量块提供一个相反弯矩，提升了独柱墩桥梁的抗倾覆能力。当极端竖向超载车辆偏心作用过后，滚动装置会因为其重力作用向箱梁截面中心线运动，进而通过钢绞线使质量块运动回原来的位置，直到滚动装置回到两限位块中间，整个装置恢复到初始状态。

Description

一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置
技术领域
本发明涉及一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，属于结构工程技术领域。
背景技术
随着我国城市经济的快速发展，对城市桥梁的要求越来越高，而独柱墩桥梁因为其节约占地，外形美观，视觉通透，线条流畅等优点在城市中的应用越来越多，成为城市重要的生命枢纽工程。但独柱墩桥梁可能会遭遇极端竖向超载车辆偏心作用，从而造成独柱墩桥梁的倾覆倒塌，给城市带来巨大的经济损失和人员伤亡。
目前在城市独柱墩桥梁抗倾覆的控制方面主要是对桥梁下部结构进行加固。包括一是增大截面法。在原有墩柱基础上增大混凝土截面的同时增加配筋，加以提高构件的刚度，强度和稳定性；二是外包钢加固法。通过环氧砂浆，乳胶砂浆等连接将钢板或钢筋粘结到桥墩表面，使之成为一个整体；三是拓宽支撑加固法，在独柱墩上做盖梁，再用抱箍把盖梁抱在独柱墩上，进而增大支撑面；四是独柱墩变三柱墩加固法，在独柱墩桥梁适当的位置浇筑两个对称的墩柱。但目前以上的加固方法有压缩桥下空间，在加固过程中影响交通等缺陷，这对城市桥梁来说影响很大。
发明内容
本发明旨在克服城市在役独柱墩桥梁加固过程中会压缩桥下空间，在施工中影响城市交通的缺陷，提出一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置。本装置安装在箱梁内部，既不会占用桥下空间，在施工过程中又不会影响城市交通。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，包括独柱墩及其顶部设置的箱梁，箱梁内顶部设置有混凝土箱以及混凝土箱底部连接设置的弧形的滚动滑道，沿所述箱梁截面中心线还对称分布有三个质量块以及设置在滚动滑道上的滚动装置；所述滚动装置和每个质量块上均设置有预留孔道，用以穿过钢绞线，并用锚头把钢绞线锚固在所述质量块和滚动装置上，使之成为一个受力整体；所述的滚动装置能够在滚动滑道上运动，其包括两个滚轮和一个轴承，所述轴承用以连接两个滚轮并支撑滚轮旋转，同时在滚轮旋转过程中避免钢绞线的缠绕；每个质量块均为工字型横截面，包括上面用于滑行的上部分长方体混凝土块，用于提供大部分弯矩的下部分长方体混凝土块以及二者之间的中间混凝土块；所述混凝土箱下底板中间设置有一长条型的质量块滑道孔，所述质量块的上部分长方体混凝土块设置在所述混凝土箱的底板上，中间混凝土块伸出所述质量块滑道孔并连接下部分长方体混凝土块，从而将下部分长方体混凝土块悬挂在所述混凝土箱下方。
进一步的，所述混凝土箱下底板上铺设有一层聚四氟乙烯；在质量块的上部分长方体混凝土块底部与聚四氟乙烯的接触处设置有一层不锈钢板，从而构成滑动摩擦面，用于减小质量块与混凝土箱下底板的摩擦力。
进一步的，在聚四氟乙烯的两侧尽头设置两个竖直挡板，用于起到限制质量块最大水平位移的作用。
进一步的，在两个竖直挡板外侧、靠近箱梁两侧腹板的位置各有一个钢绞线转向轮，用以在箱梁倾斜过程中将滚动装置沿着滚动滑道的位移通过钢绞线进而转化成质量块的反向水平位移，使质量块提供给独柱墩桥梁一个对墩柱的弯矩，达到独柱墩桥梁抗倾覆的目的。
进一步的，所述滚动滑道的两端分别与混凝土箱两端底部连接，在两个滚轮两边各有一个有限位块，只有在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，才可使滚动装置滚动。
进一步的，所述混凝土箱被锚固螺栓锚固在箱梁的顶板和两侧腹板上，三面的锚固会使混凝土箱牢牢固定在箱梁上，保障整个装置不会掉落。
进一步的，所述锚固螺栓为高强螺栓，具有良好的受力，保障整个装置不会掉落下来；所述竖直挡板上设置有预留孔道，能够让钢绞线自由穿过。
进一步的，所述轴承上设置有轴承预留孔道，所述质量块的上部分长方体混凝土块上设置有质量块预留孔道，用于穿过所述钢绞线。
进一步的，所述滚动滑道为可变形的滚动滑道，且滚动滑道两侧设置有防止滚动装置掉落的混凝土板，使滚动装置只能沿着滚动滑道滚动；所述滚动滑道由薄钢带制成。
进一步的，所述提升装置为在箱梁内前后对称设置的多组。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，箱梁倾斜，滚动装置的滑道向着箱梁倾斜的方向变形，此时滚动装置摆脱限位块的限制，克服质量块与聚四氟乙烯的摩擦力，向箱梁下沉的一面进行滚动，进而使质量块向着极端竖向超载车辆偏心作用反向运动，这个过程中质量块提供一个与极端竖向超载车辆偏心作用相反的抵抗扭矩，当质量块和滚动装置运动到足以克服极端荷载超出桥梁承受能力的弯矩的位置，质量块和滚动装置就会停止运动，这时质量块提供一个与极端竖向超载车辆偏心作用相反的弯矩，提升了独柱墩桥梁的抗倾覆能力。当极端竖向超载车辆偏心作用过后，滚动装置会因为其重力作用向箱梁截面中心线运动，进而通过钢绞线使质量块运动回原来的位置，直到滚动装置回到两限位块中间，整个装置恢复到初始状态。若是极端竖向超载车辆偏心作用没有达到这个等级，整个装置不会触发，桥梁可以自身抵抗弯矩，这样此装置在很大程度上保证了桥梁在极端荷载作用下能正常工作。
附图说明
图1是本发明的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置的结构正视图；
图2是本发明的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置的结构侧视图；
图3是本发明中质量块及混凝土箱的剖视图；
图4是本发明中滚动装置及其滚动滑道侧视图。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1-4所示，本发明的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，包括独柱墩及其顶部设置的箱梁4，箱梁4内顶部设置有混凝土箱7以及混凝土箱7底部连接设置的弧形的滚动滑道11，沿箱梁4截面中心线还对称分布有三个质量块12以及设置在滚动滑道11上的滚动装置20。混凝土箱7被锚固螺栓16锚固在箱梁4的顶板6和两侧腹板10上，三面的锚固会使混凝土箱7牢牢固定在箱梁4上，保障整个装置不会掉落。锚固螺栓16为高强螺栓，具有良好的受力，保障整个装置不会掉落下来。滚动装置20和每个质量块12上均设置有预留孔道，用以穿过钢绞线3，并用锚头2把钢绞线3锚固在质量块12和滚动装置20上，使之成为一个受力整体。具体的，轴承15上设置有轴承预留孔道17，质量块12的上部分长方体混凝土块上设置有质量块预留孔道18，用于穿过钢绞线3。如图2和图4所示，滚动装置20能够在滚动滑道11上运动，其包括两个滚轮14和一个轴承15，轴承15用以连接两个滚轮14并支撑滚轮14旋转，同时在滚轮14旋转过程中避免钢绞线3的缠绕。
如图3所示，每个质量块12均为工字型横截面，包括上面用于滑行的上部分长方体混凝土块，用于提供大部分弯矩的下部分长方体混凝土块以及二者之间的中间混凝土块。混凝土箱7下底板中间设置有一长条型的质量块滑道孔，质量块12的上部分长方体混凝土块设置在混凝土箱7的底板上，中间混凝土块伸出质量块滑道孔并连接下部分长方体混凝土块，从而将下部分长方体混凝土块悬挂在混凝土箱7下方。混凝土箱7下底板上铺设有一层聚四氟乙烯9。在质量块12的上部分长方体混凝土块底部与聚四氟乙烯9的接触处设置有一层不锈钢板5，从而构成滑动摩擦面，用于减小质量块12与混凝土箱7下底板的摩擦力。
如图1所示，在聚四氟乙烯9的两侧尽头设置两个竖直挡板1，用于起到限制质量块12最大水平位移的作用，竖直挡板1上设置有预留孔道，能够让钢绞线3自由穿过。在两个竖直挡板1外侧、靠近箱梁4两侧腹板10的位置各有一个钢绞线转向轮8，用以在箱梁4倾斜过程中将滚动装置20沿着滚动滑道11的位移通过钢绞线3进而转化成质量块12的反向水平位移，使质量块12提供给独柱墩桥梁一个对墩柱的弯矩，达到独柱墩桥梁抗倾覆的目的。
此外，如图1和4所示，滚动滑道11的两端分别与混凝土箱7两端底部连接，在两个滚轮14两边各有一个有限位块13，只有在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，才可使滚动装置20滚动。滚动滑道11为可变形的滚动滑道11，且滚动滑道11两侧设置有防止滚动装置20掉落的混凝土板19，使滚动装置20只能沿着滚动滑道11滚动。滚动滑道11由薄钢带制成。如图2所示，提升装置为在箱梁4内前后对称设置的2组。
具体来说，本发明的工作原理如下：在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，箱梁4倾斜一定的程度，滚动装置20的滚动滑道11向着箱梁4倾斜的方向变形，此时滚动装置20摆脱限位块13的限制，克服质量块12与聚四氟乙烯9的摩擦力，向箱梁4下沉的一面进行滚动，进而使质量块12向着极端竖向超载车辆偏心作用和反向运动，这个过程中质量块12提供一个与极端竖向超载车辆偏心作用相反的弯矩，当质量块12和滚动装置20运动到足以克服极端荷载超出桥梁承受能力的弯矩的位置，质量块12和滚动装置20就会停止运动，这时质量块12提供一个与极端竖向超载车辆偏心作用相反的弯矩，提升了独柱墩桥梁的抗倾覆能力。当极端竖向超载车辆偏心作用过后，滚动装置20会因为其重力作用向箱梁4截面中心线位置运动，进而通过钢绞线3拉着质量块12运动回原来的位置，直到滚动装置20回到两限位块13中间，整个装置恢复到初始状态。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。

Claims (10)

1.一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，包括独柱墩及其顶部设置的箱梁(4)，其特征在于：箱梁(4)内顶部设置有混凝土箱(7)以及混凝土箱(7)底部连接设置的弧形的滚动滑道(11)，沿所述箱梁(4)截面中心线还对称分布有三个质量块(12)以及设置在滚动滑道(11)上的滚动装置(20)；
所述滚动装置(20)和每个质量块(12)上均设置有预留孔道，用以穿过钢绞线(3)，并用锚头(2)把钢绞线(3)锚固在所述质量块(12)和滚动装置(20)上，使之成为一个受力整体；
所述的滚动装置(20)能够在滚动滑道(11)上运动，其包括两个滚轮(14)和一个轴承(15)，所述轴承(15)用以连接两个滚轮(14)并支撑滚轮(14)旋转，同时在滚轮(14)旋转过程中避免钢绞线(3)的缠绕；
每个质量块(12)均为工字型横截面，包括上面用于滑行的上部分长方体混凝土块，用于提供大部分弯矩的下部分长方体混凝土块以及二者之间的中间混凝土块；
所述混凝土箱(7)下底板中间设置有一长条型的质量块滑道孔，所述质量块(12)的上部分长方体混凝土块设置在所述混凝土箱(7)的底板上，中间混凝土块伸出所述质量块滑道孔并连接下部分长方体混凝土块，从而将下部分长方体混凝土块悬挂在所述混凝土箱(7)下方。
2.根据权利要求1所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述混凝土箱(7)下底板上铺设有一层聚四氟乙烯(9)；在质量块(12)的上部分长方体混凝土块底部与聚四氟乙烯(9)的接触处设置有一层不锈钢板(5)，从而构成滑动摩擦面，用于减小质量块(12)与混凝土箱(7)下底板的摩擦力。
3.根据权利要求2所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：在聚四氟乙烯(9)的两侧尽头设置两个竖直挡板(1)，用于起到限制质量块(12)最大水平位移的作用。
4.根据权利要求3所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：在两个竖直挡板(1)外侧、靠近箱梁(4)两侧腹板(10)的位置各有一个钢绞线转向轮(8)，用以在箱梁(4)倾斜过程中将滚动装置(20)沿着滚动滑道(11)的位移通过钢绞线(3)进而转化成质量块(12)的反向水平位移，使质量块(12)提供给独柱墩桥梁一个对墩柱的弯矩，达到独柱墩桥梁抗倾覆的目的。
5.根据权利要求4所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述滚动滑道(11)的两端分别与混凝土箱(7)两端底部连接，在两个滚轮(14)两边各有一个有限位块(13)，只有在极端竖向超载车辆偏心作用达到一定等级时，才可使滚动装置(20)滚动。
6.根据权利要求5所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述混凝土箱(7)被锚固螺栓(16)锚固在箱梁(4)的顶板(6)和两侧腹板(10)上，三面的锚固会使混凝土箱(7)牢牢固定在箱梁(4)上，保障整个装置不会掉落。
7.根据权利要求6所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述锚固螺栓(16)为高强螺栓，具有良好的受力，保障整个装置不会掉落下来；所述竖直挡板(1)上设置有预留孔道，能够让钢绞线(3)自由穿过。
8.根据权利要求1所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述轴承(15)上设置有轴承预留孔道(17)，所述质量块(12)的上部分长方体混凝土块上设置有质量块预留孔道(18)，用于穿过所述钢绞线(3)。
9.根据权利要求1所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述滚动滑道(11)为可变形的滚动滑道(11)，且滚动滑道(11)两侧设置有防止滚动装置(20)掉落的混凝土板(19)，使滚动装置(20)只能沿着滚动滑道(11)滚动；所述滚动滑道(11)由薄钢带制成。
10.根据权利要求1-9所述的一种极端荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆能力提升装置，其特征在于：所述提升装置为在箱梁(4)内前后对称设置的多组。
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