CN113756184B - 一种适应脉冲大位移耗能减震装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种适应脉冲大位移耗能减震装置，包括下连接钢构件、螺栓孔、滑槽、三角软钢板、钢挡板、锚固板、形状记忆合金棒及上连接钢构件。下连接钢构件通过螺栓孔与盖梁预埋钢构件锚固；上连接钢构件通过螺栓孔与主梁锚固；滑槽中下滑槽沿着下连接钢构件导轨进行滑动，上滑槽沿着上连接钢构件导轨进行滑动；三角软钢板底部焊接于下滑槽两侧，顶部与两端圆头短杆焊接，并卡在相邻钢挡板间；形状记忆合金棒两端锚固于锚固板上。本发明的装置能够在墩梁相对位移与墩柱内力间取得平衡，避免强脉冲作用下发生落梁及固定墩柱损坏，从而更好保护整个桥梁结构体系安全，且制造成本低、施工方便、震后易修复、易更换。

Description

一种适应脉冲大位移耗能减震装置
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种适应脉冲大位移耗能减震装置。
背景技术
我国处在环太平洋地震带与喜马拉雅地震带交界上，近几十年来发生了多次破坏性极大的地震，造成断层附近桥梁结构损伤严重，典型桥梁震害为落梁、墩柱倒塌等。目前常采用的减隔震装置主要应对地震位移需求小的远场地震动，通过往复滞回实现耗能。但近断层地震动通常具有显著的速度脉冲效应，从而导致过大的墩梁相对位移，使得现有的常规减隔震装置难以发挥作用。
软钢板和形状记忆合金(SMA)均可应用于减震装置。单独的软钢板由于屈后刚度过小难以对脉冲位移进行有效限制，从而导致过大的墩梁位移；单独使用SMA虽然具有很好的耗能限位作用，但往往费用过高难以在工程实际中应用。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出采用水平放置的三角软钢板与轴向受拉的形状记忆合金(SMA)棒，实现近断层地震作用下桥梁上、下部结构力与位移平衡。三角软钢板水平放置减小了对竖向空间要求，能够在主梁与盖梁竖向空间受限的情况下，通过增加水平放置软钢板长度实现水平大变位；SMA具有形状记忆及超弹特性，并且具有较大的伸长率。综合软钢板与SMA优势，使得软钢板在强震屈服后，通过SMA超弹性提供较大的抵抗刚度，从而在耗能的过程中有效限制墩梁位移，实现强脉冲作用下上、下部结构相对位移与墩柱内力的合理平衡。采用钢板-形状记忆合金组合减震耗能装置，使得桥梁结构能够有效应对近断层强脉冲地震动，并且具有良好的经济性。此外，该减震耗能体系通过SMA的记忆特性震后可实现自复位，同时构造简单，震后易更换、易修复。
本发明的目的在于提供一种能够实现近断层强脉冲作用下桥梁结构力与位移平衡的减震耗能装置，即适应脉冲大位移耗能减震装置。
本发明采用的技术方案：
该适应脉冲大位移耗能减震装置，设置于由主梁、盖梁、墩柱及支座构成的桥结构中，其特征在于，该装置包括下连接钢构件、上连接钢构件、滑槽、若干三角软钢板、钢挡板、锚固板、若干形状记忆合金棒；
下连接钢构件设置有螺栓孔，通过螺栓孔与盖梁锚固，螺栓孔的个数及直径可根据传递的剪力值进行设计；下连接钢构件设有导轨；所述导轨底部设有空腔；
上连接钢构件设置有螺栓孔，通过螺栓孔与主梁锚固；上连接钢构件设有凸块；
滑槽设有上滑槽、下滑槽，用于形成相互垂直状态的滑动系；其中下滑槽与所述导轨配合，沿着下连接钢构件的导轨进行滑动；上滑槽与所述凸块配合，沿着上连接钢构件的凸块进行滑动；
三角软钢板底部焊接于滑槽两侧，与下滑槽方向垂直，其顶部与两端圆头短杆焊接，并卡在相邻钢挡板间；
所述形状记忆合金棒贯穿于导轨底部空腔的长度方向内，形状记忆合金棒两端锚固于锚固板上，锚固板因形状记忆合金棒的张力而限位于下连接钢构件的导轨两端。
所述形状记忆合金棒的数量根据屈后刚度需求进行设置。
所述三角软钢板尺寸及个数根据实际工程需求进行设计。
进一步地，所述的三角软钢板可替换为X型软钢板或者弧形软钢板。
进一步地，所述的三角软钢板底部与下滑槽侧面连接，可以采用焊接、栓接及开槽嵌固。
进一步地，所述钢板屈服后限位刚度的提供，可以采用形状记忆合金丝材、棒材及弹簧。
本发明与现有技术相比有益效果是：
1.在近断层脉冲地震动作用下，钢板-形状记忆合金组合减震耗能装置能够在主梁与盖梁间相对位移与墩柱内力间取得平衡，避免强脉冲作用下发生落梁及固定支座墩柱损坏，从而更好保护整个桥梁结构体系安全；
2.本发明结合了软钢板与形状记忆合金二者优点，从而使得制造成本低、施工方便、震后易修复、易更换，同时SMA超弹性使得震后结构能够自复位；
3.本发明应用前景广阔。本发明装置体现的减震耗能体系通过水平放置软钢板，大大减小了对竖向空间的要求，使其不但能够应用于大跨度缆索桥梁中，而且能够应用于竖向位移受限的中小跨度梁桥中。
附图说明
图1为本发明三维结构图示。
图2为本发明双向滑槽及三角软钢板系统图示。
图3为本发明形状记忆合金系统图示。
图4为本发明下连接钢板图示。
图中标号：
1为下连接钢构件；1-1为导轨；1-2为空腔；
8为上连接钢构件；8-1为凸块；
2为螺栓孔；
3为滑槽；3-1为上滑槽、3-2为下滑槽
4为三角软钢板；5为钢挡板；
6为锚固板；7为形状记忆合金棒；9为主梁；10为盖梁；
11为墩柱；12为支座；
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，下面以实施例的方式结合附图作详细说明。
实施例1：
具体见图1、图2、图3及图4。
图中该适应脉冲大位移耗能减震装置，设置于由主梁、盖梁、墩柱及支座构成的桥结构中，其特征在于，该装置包括下连接钢构件1、上连接钢构件8、滑槽3、若干三角软钢板4、钢挡板5、锚固板6、若干形状记忆合金棒7；下连接钢构件1设置有螺栓孔2，通过螺栓孔2与盖梁10锚固，螺栓孔的个数及直径可根据传递的剪力值进行设计；下连接钢构件1设有导轨1-1；所述导轨1-1底部设有空腔1-2；上连接钢构件8设置有螺栓孔2，通过螺栓孔与主梁9锚固；上连接钢构件8设有凸块8-1；滑槽3设有上滑槽3-1、下滑槽3-2，用于形成相互垂直状态的滑动系；其中下滑槽3-2与所述导轨1-1配合，沿着下连接钢构件1的导轨1-1进行滑动；上滑槽3-1与所述凸块8-1配合，沿着上连接钢构件8的凸块8-1进行滑动；三角软钢板4底部焊接于滑槽3两侧，与下滑槽3-2方向垂直，其顶部与两端圆头短杆焊接，并卡在相邻钢挡板5间；所述形状记忆合金棒7贯穿于导轨1-1底部空腔1-2的长度方向内，形状记忆合金棒7两端锚固于锚固板6上，锚固板6因形状记忆合金棒7的张力而限位于下连接钢构件1的导轨1-1两端。
当强震作用下主梁9与盖梁10间发生相对位移时耗能装置工作原理：上连接钢构件8推动滑槽3沿着下连接钢构件1导轨运动，带动滑槽3两侧三角软钢板4发生弯曲变形，从而开始耗散地震能量。当主梁9与盖梁10间相对位移达到下滑槽与锚固板6初始自由程后，下滑槽开始推动锚固板6一起运动，形状记忆合金棒7开始受拉发挥作用，此时三角软钢板4与形状记忆合金棒7共同发挥耗能限位作用。
进一步地，所述的三角软钢板可替换为X型软钢板或者弧形软钢板。
进一步地，所述的三角软钢板底部与下滑槽侧面连接，可以采用焊接、栓接及开槽嵌固。
进一步地，所述钢板屈服后限位刚度的提供，可以采用形状记忆合金丝材、棒材及弹簧。
上述的对实施例的描述均不是对本发明的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明所做出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适应脉冲大位移耗能减震装置，设置于由主梁、盖梁、墩柱及支座构成的桥结构中，其特征在于，该装置包括下连接钢构件(1)、上连接钢构件(8)、滑槽(3)、若干三角软钢板(4)、钢挡板(5)、锚固板(6)、若干形状记忆合金棒(7)；
下连接钢构件(1)设置有螺栓孔(2)，通过螺栓孔(2)与盖梁(10)锚固，螺栓孔的个数及直径可根据传递的剪力值进行设计；下连接钢构件(1)设有导轨(1-1)；所述导轨(1-1)底部设有空腔(1-2)；
上连接钢构件(8)设置有螺栓孔(2)，通过螺栓孔与主梁(9)锚固；上连接钢构件(8)设有凸块(8-1)；
滑槽(3)设有上滑槽(3-1)、下滑槽(3-2)，用于形成相互垂直状态的滑动系；其中下滑槽(3-2)与所述导轨(1-1)配合，沿着下连接钢构件(1)的导轨(1-1)进行滑动；上滑槽(3-1)与所述凸块(8-1)配合，沿着上连接钢构件(8)的凸块(8-1)进行滑动；
三角软钢板(4)底部焊接于滑槽(3)两侧，与下滑槽(3-2)方向垂直，其顶部与两端圆头短杆焊接，并卡在相邻钢挡板(5)间；
所述形状记忆合金棒(7)贯穿于导轨(1-1)底部空腔(1-2)的长度方向内，形状记忆合金棒(7)两端锚固于锚固板(6)上，锚固板(6)因形状记忆合金棒(7)的张力而限位于下连接钢构件(1)的导轨(1-1)两端。
2.根据权利要求1所述的适应脉冲大位移耗能减震装置，其特征在于，三角软钢板形状替换为X型软钢板或者弧形软钢板。
3.根据权利要求1所述的适应脉冲大位移耗能减震装置，其特征在于，三角软钢板底部与下滑槽侧面连接，采用栓接或者开槽嵌固。
4.根据权利要求1所述的适应脉冲大位移耗能减震装置，其特征在于，钢板屈服后限位刚度的提供，采用形状记忆合金丝材或弹簧。
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