CN113846549A - 一种高架桥缓冲保险结构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高架桥缓冲保险结构及其工作方法，该高架桥缓冲保险结构，其安装于城市高架桥上，高架桥包括高架桥台和T形桥墩，高架桥台安装在T形桥墩上高架上安装有保险缆绳；保险缆绳通过固定器固定在高架桥台底面、T形桥墩侧面以及硬化地面内。采用巧妙的设计结构可以在高架桥不可避免的发生倾覆时有效的降低高架倾覆带来的人员伤亡和财产损失；其结构简单，部件相对较少，安装简便，可以在已经投入使用的城市高架上进行加装，材料成本和安装成本都比较低；采用独特的安装结构可以长期免于维护和更换，有效的降低了采用该缓冲保险结构的高架设施的维护成本。

Description

一种高架桥缓冲保险结构及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种用于高架桥墩的倾覆保险装置，特别是用于T形桥墩的高架桥台的倾覆保险结构及其工作方法。

背景技术

随着国内城市化水平的提高，城市人口的急剧增加使车辆日益增多，平面立交的道口造成车辆堵塞和拥挤，需要通过修建立交桥和高架道路形成多层立体的布局，以提高车速和通行能力，城市环线和高速公路网的联结也必须通过大型互通式立交进行分流和引导，保证交通的畅通，城市立交桥已成为现代化城市的重要标志，为保证交通互不干扰，而在道路、铁路交叉处建造的桥梁，广泛应用于高速公路和城市道路中的交通繁忙地段。T形桥墩既能减轻墩身重量，节约工程材料，减少占地面积，又较美观，是城市高架桥最常用的桥墩形式，这样的桥墩可谓桥下交通提供最大的空间，特别适用于高架桥和地面道路相交的情况。

虽然T形桥墩的使用有很大的优势，但是同时也存在着一些难以克服的缺点，其设计更偏重于防止桥面的纵向受力，对桥台受到的横向偏转载荷后失稳倾覆的防范比较薄弱，正如附图1所示的二零一九年十月十日在江苏无锡发生的高架倾覆事故，正是由于货车超载造成横向偏转载荷过大而导致桥面侧翻。现有技术中针对这种桥梁的倾覆问题一般采用的桥墩和桥梁之间安装斜拉装置增加采用T形桥墩高架的抗倾覆能力，例如公开号为：CN205688347U和CN207376443U的专利文献均采用的是这种方式。但是在现实中的高架桥倾覆往往是横向偏转载荷远大于桥梁设计的最大承载力，例如无锡的这起事故，引发倾覆的货车超载五倍重量达二百多吨，因此按照正常指标设计的斜拉装置并不能完全杜绝极端状态下高架侧翻情况的发生，同时采用这种斜拉装置在安装后会一直受到高架上运动载荷的持续冲击，极易造成其中的连接架和斜拉件产生疲劳，因此这些斜拉装置需要定期的检测更换和维护保养，极大的增大了高架设施的维护成本。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明提出了一种高架桥缓冲保险结构及其工作方法，其用于在高架发生倾覆时的保险和保护。具体的，该高架桥缓冲保险结构，其安装于城市高架桥上，高架桥包括高架桥台和T形桥墩，所述高架桥台安装在所述T形桥墩上，所述T形桥墩通过钢筋混凝土浇筑而成与地面连为一体，所述T形桥墩底部周边为硬化地面；其特征在于：所述高架桥台一侧底面沿其长度方向延伸设置有保险缆绳，所述保险缆绳从所述高架桥台底面延伸到相应的所述T形桥墩一侧侧面，并沿所述T形桥墩的侧壁在所述T形桥墩的长度方向继续延伸至其底部，所述保险缆绳在所述T形桥墩底部深入所述硬化地面，在所述硬化地面内继续向远离所述T形桥墩底部并与所述T形桥墩底部侧面垂直的方向向外延伸；所述保险缆绳通过固定器固定在所述高架桥台底面、所述T形桥墩侧面以及所述硬化地面内。

进一步的，所述固定器包括连接套筒、固定脚和固定螺栓，所述连接套筒固定套设在所述保险缆绳上；所述固定脚位于所述连接套筒两侧，所述固定脚上设置有安装孔，所述固定螺栓通过安装孔将所述固定脚固定在对应的安装面上，从而将所述保险缆绳紧贴安装在所述高架桥台底面上、所述T形桥墩侧面上以及所述硬化地面内。

进一步的，安装在所述高架桥台底面上、所述T形桥墩侧面上以及所述硬化地面内的所述固定器均多于三个，高架桥两侧均通过所述固定器安装有所述保险缆绳。

进一步的，在所述高架桥台一侧底面从内到外依次安装的所述固定器中的所述固定螺栓的固定长度依次增加；在所述T形桥墩侧面从上到下依次安装的所述固定器中的所述固定螺栓 的固定长度依次增加；同样，在所述硬化地面内从靠近所述T形桥墩到远离方向依次安装的所述固定器中的所述固定螺栓的固定长度也依次增加；所有的所述固定器通过所述固定螺栓与安装面的连接强度均小于所述保险缆绳的断裂强度。

进一步的，所述保险缆绳的长度>所述高架桥台一侧底面的长度×2+所述T形桥墩的高度，所述保险缆绳可选择带有防腐外层的绞线钢缆、铁锁链或者有机高分子材料制成的缆绳。

进一步的，所述固定螺栓具体为膨胀螺栓或者化学锚栓。

一种高架桥缓冲保险方法，采用上述高架桥缓冲保险结构，其特征在于：在高架桥正常使用时，安装在高架上缓冲保险结构中的所述保险缆绳处于紧贴在其安装面上的不受力的松弛状态；当所述高架桥台一侧出现了较重载荷超出了设计载荷时，所述高架桥台一侧翘起，安装在该侧缓冲保险结构中的所述保险缆绳被逐段拉开绷紧，如果所述高架桥台侧翻时在钢缆上施加的拉力大于当前固定绷紧段所述保险缆绳的所述固定器的所述固定螺栓连接强度时，该段的所述固定器会脱开，然后进入下一段所述固定器形成的所述保险缆绳的紧绷段，随着所述保险缆绳被逐段的拉开绷紧，其形成的对所述高架桥台翘起一侧的拉力越来越大,同时安装在所述高架桥台底面所述固定器从内到外依次脱开后绷紧段的所述保险缆绳会产生更大的拉力矩，最终当所述保险缆绳的拉力矩等于较重载荷造成的翻转力矩时，所述高架桥台处于倾斜状态，有效的避免了所述高架桥台的侧翻。

进一步的，当所述高架桥台一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷时，所述高架桥台另一侧砸在所述硬化地面上之前的所有绷紧段的所述保险缆绳的所述固定器脱开前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩，所述高架桥台侧翻的情况不可避免的要发生，但是由于逐段拉开绷紧的所述保险缆绳的作用，增加了所述高架桥台侧翻过程的时间，同时降低了所述高架桥台侧翻的冲量。

进一步的，当所述高架桥台一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷，同时桥墩较高时，所述高架桥台另一侧砸在所述硬化地面之前的所有绷紧段的所述保险缆绳的所述固定器脱开前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩，由于逐段拉开绷紧的所述保险缆绳的作用，增加了所述高架桥台侧翻过程的时间，同时降低了所述高架桥台侧翻的冲量，所述高架桥台倾覆反扣的状态转化为所述高架桥台侧翻的状态，可以有效的减少所述高架桥台倾覆反扣带来的大量人员伤亡和财产损失；且所述保险缆绳的长度>所述高架桥台一侧底面的长度×2+所述T形桥墩的高度，使得当所述高架桥台侧翻后，所述保险缆绳被拉开侧所述高架桥台的底面上和所述硬化地面内均有至少一个所述固定器没有脱开，有效的避免了因为最后一个所述固定器脱开后所述保险缆绳因收缩回弹造成的次生伤害。

本发明的有益效果在于：该高架桥缓冲保险结构的巧妙设计可以在高架桥不可避免的发生倾覆时有效的降低高架倾覆带来的人员伤亡和财产损失，将原本会发生高架侧翻的事故控制为桥面倾斜事故，将原本会发生桥面反扣的事故控制为桥面侧翻事故，同时延长了桥面倾覆过程的时间，为处于危险地带的人员和车辆疏散提供了宝贵的机会。该缓冲保险结构的布置结构简单，部件相对较少，安装简便，可以在已经投入使用的城市高架上进行加装，其材料成本和安装成本都比较低。该高架桥缓冲保险结构只在高架桥发生倾覆事故时才开始工作，在高架正常使用时保险缆绳处于紧贴在其安装面上的不受力的松弛状态，因此不存在长期受力造成的构件疲劳问题，可以长期免于维护和更换，有效的降低了采用该缓冲保险结构的高架设施的维护成本。

附图说明

图1为高架倾覆现场图；

图2为高架桥缓冲保险结构安装示意图；

图3为固定器的安装结构的主视图；

图4为固定器的安装结构的侧视剖面图；

图5为固定器在高架桥台底部的部分安装剖面示意图；

图6为固定器在T形桥墩部分安装剖面示意图；

图7为未安装高架桥缓冲保险结构的第一种倾覆状态；

图8为安装了高架桥缓冲保险结构的第一种倾覆状态；

图9为未安装高架桥缓冲保险结构的第二种倾覆状态；

图10为安装了高架桥缓冲保险结构的第二种倾覆状态。

附图标记说明

1、高架桥台；2、T形桥墩；3、保险缆绳；4、固定器；41、连接套筒；42、固定脚；43、固定螺栓；5、硬化地面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做出具体说明。

结合附图2-4所示的高架桥缓冲保险结构，其安装于城市高架桥上，高架桥包括高架桥台1和T形桥墩2，高架桥台1安装在T形桥墩2上，T形桥墩2通过钢筋混凝土浇筑而成与地面连为一体，T形桥墩2底部周边为硬化地面5。高架桥台1一侧底面沿其长度方向延伸设置有保险缆绳3，保险缆绳3从高架桥台1底面延伸到相应的T形桥墩2一侧侧面，并沿T形桥墩2的侧壁在T形桥墩长度方向继续延伸至其底部，保险缆绳3在T形桥墩底部深入硬化地面5，在硬化地面5内继续向远离T形桥墩2底部并与T形桥墩2底部侧面垂直的方向向外延伸，保险缆绳3的长度>高架桥台1一侧底面的长度×2+T形桥墩2的高度。保险缆绳3可选择带有防腐外层的绞线钢缆、铁锁链或者有机高分子材料制成的缆绳。

保险缆绳3通过固定器4固定在高架桥台1底面、T形桥墩2侧面以及硬化地面5内，固定器4包括连接套筒41、固定脚42和固定螺栓43，连接套筒41固定套设在保险缆绳3上，与保险缆绳3紧密连接（连接方式可以为卡接，焊接、铆接和螺接等多种方式），不发生相对运动，固定脚42位于连接套筒41两侧，固定脚42和连接套筒41可以为一体成型件，也可以是分别制作再焊接在一起，固定脚42上设置有安装孔，固定螺栓43通过安装孔将固定脚42固定在对应的安装面上，从而将保险缆绳3紧贴安装在高架桥台1底面上、T形桥墩2侧面上以及硬化地面5内，安装在高架桥台1底面上、T形桥墩2侧面上以及硬化地面5内的固定器4均多于三个，固定螺栓43具体的可选择膨胀螺栓或者化学锚栓。

结合附图2、5-6所示的固定器4安装结构，在高架桥台1一侧底面从内到外依次安装的固定器4中的固定螺栓43的固定长度依次增加，使得固定器4的连接强度也依次加强；在T形桥墩2侧面从上到下依次安装的固定器4中的固定螺栓43的固定长度依次增加，使得固定器4的连接强度也依次加强；同样，在硬化地面5内从靠近T形桥墩2到远离依次安装的固定器4中的固定螺栓43的固定长度依次增加，使得固定器4的连接强度也依次加强。需要注意的是，所有的固定器4通过固定螺栓43与安装面的连接强度均小于保险缆绳3的断裂强度。高架桥的两侧均通过固定器4以上述方式安装保险缆绳3。

结合附图7和9，现有的城市高架桥发生倾覆的情况一般分为两种，图7所示的是第一种情况，当T形桥墩2较低时，发生倾覆的高架桥台1一般是呈现侧翻状态，即当高架桥台1一侧出现了较重载荷超出了设计载荷时高架桥台1一侧翘起，另一侧砸在硬化地面上，造成伤亡和损失。图9为所示的是第二种情况，当T形桥墩2较高时，发生倾覆的高架桥台1则呈现反扣状态，即当高架桥台1一侧出现了较重载荷超出了设计载荷时，高架桥台1发生侧翻，由于T形桥墩2较高，在高架桥台1落到地面上之前会获得更大的转动冲量，导致整个高架桥台1反扣到地面上，造成更大的伤亡和损失。

结合附图5-10，该高架桥缓冲保险结构的工作原理为：在高架桥正常使用时，安装在高架上缓冲保险结构中的保险缆绳3处于紧贴在其安装面上的不受力的松弛状态。

当高架桥台1一侧出现了较重载荷超出了设计载荷时高架桥台1一侧翘起，安装在该侧缓冲保险结构中的保险缆绳3被逐段拉开绷紧，如果高架桥台1侧翻时在钢缆上施加的拉力大于当前固定绷紧段保险缆绳3的固定器4的固定螺栓43连接强度时，该段的固定器4会脱开（固定螺栓43被拉出或者拉断），然后进入下一段固定器4形成的保险缆绳3的紧绷段，随着保险缆绳3被逐段的拉开绷紧，根据附图5- 6所示的固定器4的排列结构，其形成的对高架桥台1翘起一侧的拉力F越来越大,同时由于安装在高架桥台1底面固定器4从内到外依次脱开后绷紧段的保险缆绳3会产生更大的拉力矩（M=F×L），最终保险缆绳3的拉力矩等于较重载荷造成的翻转力矩时，高架桥台1处于倾斜状态，有效的避免了第一种城市高架桥倾覆情况出现。

当高架桥台1一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷时，在高架桥台1另一侧砸在硬化地面上之前的所有绷紧段保险缆绳3的固定器4脱开之前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩时，第一种城市高架桥倾覆情况不可避免的要发生，但是由于逐段拉开绷紧的保险缆绳3的作用，增加了高架桥台1侧翻过程的时间，同时降低了高架桥台1侧翻的冲量，给处于高架桥台1侧翻危险地带的车辆和行人更多的反应时间，可以有效的减少高架桥台1侧翻带来的人员伤亡和财产损失。

当高架桥台1一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷，同时桥墩较高时，在高架桥台1另一侧砸在硬化地面上之前的所有绷紧段保险缆绳3的固定器4脱开之前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩时，由于逐段拉开绷紧的保险缆绳3的作用，增加了高架桥台1侧翻的时间，同时降低了高架桥台1侧翻的冲量，将图9所示的第二种高架桥台1倾覆反扣的状态转化为第一种高架桥台1侧翻的状态，并给处于高架桥台1侧翻危险地带的车辆和行人更多的反应时间，可以有效的减少高架桥台1倾覆反扣带来的大量人员伤亡和财产损失；且由于设计保险缆绳3的长度>高架桥台1一侧底面的长度×2+T形桥墩2的高度，使得当高架桥台1侧翻后，保险缆绳3被拉开侧高架桥台1的底面上和硬化地面5内均有至少一个固定器4没有脱开，有效的避免了因为最后一个固定器4脱开后保险缆绳3因收缩回弹造成的次生伤害。

该高架桥缓冲保险结构的安装方法为，首先根据需要安装该保险结构的高架桥台1和T形桥墩2的尺寸确定保险缆绳3的长度以及固定器4的数量；接着在保险缆绳3上以一定间隔安装固定器4，将固定器4上的连接套筒41固定套设在保险缆绳3上，与保险缆绳3紧密连接，不发生相对移动；然后在硬化地面5上开槽，将保险缆绳3的一部分放入槽内，通过与槽内接触的固定器4上的固定螺栓43将放入槽内的保险缆绳3固定在硬化地面5上，将剩余的带有固定器4的保险缆绳3从T形桥墩2侧面底部沿侧面向上延伸安装，经过T形桥墩2侧面顶部后继续沿高架桥台1一侧面底部长度方向由内向外延伸安装，每延伸到一个固定器4就通过固定器4上的固定螺栓43将保险缆绳3固定安装在与其接触的安装面上；最后在整个保险缆绳3上刷上防腐粘合材料（例如沥青），并将硬化地面5上的槽填平恢复原状。采用上述步骤在高架桥的T形桥墩2均安装保险缆绳3，即可完成高架桥缓冲保险结构的安装。

在另一些附图未示出的高架桥缓冲保险结构的实施例中，同一桥墩侧可采用固定多根保险缆绳3以实现对高架桥出现倾覆时更好的保护，其工作原理和施工方法均与单个保险缆绳3的相同。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。需要注意的是：本文中所说的上、下、前、后、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。本文中为零部件所编序号本身，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。本申请说明书附图仅为结构和功能示意图，其并不代表真实的产品尺寸、比例和具体结构。

Claims (9)

1.一种高架桥缓冲保险结构，其安装于城市高架桥上，高架桥包括高架桥台（1）和T形桥墩（2），所述高架桥台（1）安装在所述T形桥墩（2）上，所述T形桥墩（2）通过钢筋混凝土浇筑而成与地面连为一体，所述T形桥墩（2）底部周边为硬化地面（5）；其特征在于：所述高架桥台（1）一侧底面沿其长度方向延伸设置有保险缆绳（3），所述保险缆绳（3）从所述高架桥台（1）底面延伸到相应的所述T形桥墩（2）一侧侧面，并沿所述T形桥墩（2）的侧壁在所述T形桥墩（2）的长度方向继续延伸至其底部，所述保险缆绳（3）在所述T形桥墩（2）底部深入所述硬化地面（5），在所述硬化地面（5）内继续向远离所述T形桥墩（2）底部并与所述T形桥墩（2）底部侧面垂直的方向向外延伸；所述保险缆绳（3）通过固定器（4）固定在所述高架桥台（1）底面、所述T形桥墩（2）侧面以及所述硬化地面（5）内。

2.根据权利要求1所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：所述固定器（4）包括连接套筒（41）、固定脚（42）和固定螺栓（43），所述连接套筒（41）固定套设在所述保险缆绳（3）上；所述固定脚（42）位于所述连接套筒（41）两侧，所述固定脚（42）上设置有安装孔，所述固定螺栓（43）通过安装孔将所述固定脚（42）固定在对应的安装面上，从而将所述保险缆绳（3）紧贴安装在所述高架桥台（1）底面上、所述T形桥墩（2）侧面上以及所述硬化地面（5）内。

3.根据权利要求2所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：安装在所述高架桥台（1）底面上、所述T形桥墩（2）侧面上以及所述硬化地面（5）内的所述固定器（4）均多于三个，高架桥两侧均通过所述固定器（4）安装有所述保险缆绳（3）。

4.根据权利要求3所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：在所述高架桥台（1）一侧底面从内到外依次安装的所述固定器（4）中的所述固定螺栓（43）的固定长度依次增加；在所述T形桥墩（2）侧面从上到下依次安装的所述固定器（4）中的所述固定螺栓（43） 的固定长度依次增加；同样，在所述硬化地面（5）内从靠近所述T形桥墩（2）到远离方向依次安装的所述固定器（4）中的所述固定螺栓（43）的固定长度也依次增加；所有的所述固定器（4）通过所述固定螺栓（43）与安装面的连接强度均小于所述保险缆绳（3）的断裂强度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：所述保险缆绳（3）的长度>所述高架桥台（1）一侧底面的长度×2+所述T形桥墩（2）的高度，所述保险缆绳（3）可选择带有防腐外层的绞线钢缆、铁锁链或者有机高分子材料制成的缆绳。

6.根据权利要求1-4任一项所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：所述固定螺栓（43）具体为膨胀螺栓或者化学锚栓。

7.一种高架桥缓冲保险方法，采用权利要求1-6任一项所述的高架桥缓冲保险结构，其特征在于：在高架桥正常使用时，安装在高架上缓冲保险结构中的所述保险缆绳（3）处于紧贴在其安装面上的不受力的松弛状态；当所述高架桥台（1）一侧出现了较重载荷超出了设计载荷时，所述高架桥台（1）一侧翘起，安装在该侧缓冲保险结构中的所述保险缆绳（3）被逐段拉开绷紧，如果所述高架桥台（1）侧翻时在钢缆上施加的拉力大于当前固定绷紧段所述保险缆绳（3）的所述固定器（4）的所述固定螺栓（43）连接强度时，该段的所述固定器（4）会脱开，然后进入下一段所述固定器（4）形成的所述保险缆绳（3）的紧绷段，随着所述保险缆绳（3）被逐段的拉开绷紧，其形成的对所述高架桥台（1）翘起一侧的拉力越来越大,同时安装在所述高架桥台（1）底面所述固定器（4）从内到外依次脱开后绷紧段的所述保险缆绳（3）会产生更大的拉力矩，最终当所述保险缆绳（3）的拉力矩等于较重载荷造成的翻转力矩时，所述高架桥台（1）处于倾斜状态，有效的避免了所述高架桥台（1）的侧翻。

8.根据权利要求7所述的高架桥缓冲保险方法，其特征在于：当所述高架桥台（1）一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷时，所述高架桥台（1）另一侧砸在所述硬化地面（5）之前所有绷紧段的所述保险缆绳（3）的所述固定器（4）脱开前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩，所述高架桥台（1）侧翻的情况不可避免的要发生，但是由于逐段拉开绷紧的所述保险缆绳（3）的作用，增加了所述高架桥台（1）侧翻过程的时间，同时降低了所述高架桥台（1）侧翻的冲量。

9.根据权利要求7所述的高架桥缓冲保险方法，其特征在于：当所述高架桥台（1）一侧出现了非常重的载荷，大大超出了高架桥设计载荷，同时桥墩较高时，所述高架桥台（1）另一侧砸在所述硬化地面（5）之前所有绷紧段的所述保险缆绳（3）的所述固定器（4）脱开前产生的拉力矩均小于载荷造成的翻转力矩，由于逐段拉开绷紧的所述保险缆绳（3）的作用，增加了所述高架桥台（1）侧翻过程的时间，同时降低了所述高架桥台（1）侧翻的冲量，所述高架桥台（1）倾覆反扣的状态转化为所述高架桥台（1）侧翻的状态，可以有效的减少所述高架桥台（1）倾覆反扣带来的大量人员伤亡和财产损失；且所述保险缆绳（3）的长度>所述高架桥台（1）一侧底面的长度×2+所述T形桥墩（2）的高度，使得当所述高架桥台（1）侧翻后，所述保险缆绳（3）被拉开侧所述高架桥台（1）的底面上和所述硬化地面（5）内均有至少一个所述固定器（4）没有脱开，有效的避免了因为最后一个所述固定器（4）脱开后所述保险缆绳（3）因收缩回弹造成的次生伤害。

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