CN113957783B - 一种减震拉索限位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减震拉索限位器，属于桥梁工程技术领域，包括第一传力杆和第二传力杆，第一传力杆和第二传力杆之间设置耗能限位机构，耗能限位机构包括限位拉索，限位拉索绕过第一传力杆和第二传力杆设置，限位拉索两侧设置耗能组件，每一耗能组件均包括两相对的形状记忆合金棒，两形状记忆合金棒顶部之间、底部之间均通过连接拉索连接，耗能组件形成闭环结构。在地震作用下，若墩梁相对位移超限时，该限位器发挥先耗能减震、后可靠限位的功能，可有效削弱限位瞬时结构受到的冲击，避免结构由于受到冲击力发生破坏或减小其破坏程度，解决了现有限位器发挥作用时会对结构产生较大冲击力的问题。

Description

一种减震拉索限位器

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是涉及一种减震拉索限位器。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

落梁、梁体碰撞是地震过程中桥梁常见的破坏形式，其本质原因是梁体和桥墩或桥台间产生了过大的水平位移，尤其是中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座，由于板式橡胶支座直接搁置于梁体与桥墩或盖梁之间，但与梁体、桥墩或盖梁间不设连接，仅依靠支座与梁体、桥墩或盖梁间的摩擦来传递水平力，很容易在地震过程中发生梁体与桥墩的相对滑移，从而导致落梁或梁体碰撞等灾害。因此，在梁体与桥墩或盖梁间设置可靠的限位装置是十分必要的，合理的限位可有效避免发生地震落梁等严重破坏。

目前常用的限位装置有钢板限位装置、预应力钢绞线限位装置和缆索限位装置三类。发明人发现，其中，钢板限位器的限位作用过强，容易限制使用状态下由于温度变化引起的墩梁相对位移，增加结构受力，甚至导致发生破坏；预应力钢绞线限位装置和缆索限位装置可通过设计避免限制温度位移，但常见的这两种限位装置往往只能限制墩梁在单一方向的相对滑动，发生相反方向滑动时钢绞线或缆索会处于松弛状态，无法发挥限位作用，只能在结构的另一侧再设置相同的限位装置来达到双向限位的作用。

目前有些拉索限位器，具备双向限位的功能，但该限位器在墩梁相对位移超过自由行程后，拉索会瞬间绷紧在墩梁间产生很大的拉力进行限位，但也是对墩、梁产生很大的瞬时冲击力，可能造成墩、梁发生破坏；还有些拉索减震限位器带有缓冲作用，具备双向限位的功能，同时通过上下连接块处的磁铁片和上下连接部与梁体、桥墩间的阻尼锥进行缓冲和耗能，减小限位冲击的同时耗散部分地震能量，但该限位器构造较为复杂，需要在连接块处紧固磁铁，并在连接块与结构件之间设置阻尼锥，竖向尺寸较高，加工难度较大，造价较高；同时为了保证磁铁和阻尼锥发挥作用，限位器上下连接部必须对齐设置，仅可安装在桥墩/盖梁顶部与梁底之间，而当墩梁间空间高度较小时，施工难度较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种减震拉索限位器，通过在桥墩/盖梁顶部与梁底之间，或在桥墩/盖梁侧面与梁底之间设置限位器，可保证运营过程中不影响桥梁正常使用；地震作用下，若墩梁相对位移超限时，限位器发挥先耗能减震、后可靠限位的功能，通过先耗能减震可有效削弱限位瞬时结构受到的冲击，避免结构由于受到冲击力发生破坏或减小其破坏程度，解决了现有限位器发挥作用时会对结构产生较大冲击力，以及部分缓冲型限位器构造过于复杂、安装条件要求较高的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提出一种减震拉索限位器，包括第一传力杆和第二传力杆，所述第一传力杆和第二传力杆之间设置耗能限位机构，耗能限位机构包括限位拉索，限位拉索绕过第一传力杆和第二传力杆设置，限位拉索两侧设置耗能组件，每一耗能组件均包括两相对的形状记忆合金棒，两形状记忆合金棒顶部之间、底部之间均通过连接拉索连接，耗能组件形成闭环结构。

作为进一步的技术方案，每一耗能组件的两形状记忆合金棒位于第一传力杆和第二传力杆之间，上部的连接拉索绕过第一传力杆，下部的连接拉索绕过第二传力杆。

作为进一步的技术方案，所述形状记忆合金棒两端均设置环形孔，连接拉索端部穿过环形孔设置。

作为进一步的技术方案，所述耗能组件设有多组，且耗能组件等数量的设置在限位拉索的两侧。

作为进一步的技术方案，所述第一传力杆两端均套设第一环形弹簧，第一环形弹簧一端与第一环形钢板固接，第一环形弹簧另一端与第一传力杆端部的第一耳板固接。

作为进一步的技术方案，所述第一环形钢板套设于第一传力杆，两第一环形钢板设置于两耗能组件外侧。

作为进一步的技术方案，所述第二传力杆两端均套设第二环形弹簧，第二环形弹簧一端与第二环形钢板固接，第二环形弹簧另一端与第二传力杆端部的第二耳板固接。

作为进一步的技术方案，所述第二环形钢板套设于第二传力杆，两第二环形钢板设置于两耗能组件外侧。

作为进一步的技术方案，所述限位拉索缠绕多圈，限位拉索设置于第一传力杆和第二传力杆中部，且限位拉索端头使用索夹夹紧。

作为进一步的技术方案，所述第一传力杆和第二传力杆上下相对且间隔设置。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明的限位器，在地震作用下，限位器可先通过耗能组件发挥耗能作用，进一步若墩梁相对位移达到位移限值时，限位器则发挥限位作用，防止发生落梁，且由于记忆形状合金的非线性变形产生了耗能，可有效减缓拉索绷紧瞬间产生的冲击力，有效避免了因冲击力造成的墩、梁破坏。

(2)本发明在桥墩和桥梁上分别设置了传力杆，并在两个传力杆之间设置形状记忆合金棒和限位拉索，并分别在两个传力杆的两端套入环形弹簧，使得限位器在传力杆轴线方向以及与其正交的水平方向上，均可在正负方向发挥缓冲、限位的作用，有效避免了桥梁梁体掉落的发生。

(3)本发明，相比挡块等限位装置，拉索装置、形状记忆合金棒、环形弹簧等部件本构关系清晰，传力途径明确，形状记忆合金性能稳定，耗能效果优良，连接方便，可通过计算确定限位器力学性能和耗能限位效果，实现力与位移的平衡，地震作用下保护梁体不会掉落桥墩，同时桥墩不发生损伤或损伤可控。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的减震拉索限位器的正视示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的减震拉索限位器的侧视示意图；

图3是图1所示结构的A-A剖面示意图；

图4是图1所示结构的B-B剖面示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、第一传力杆；2、第二传力杆；3、第一预埋钢板；4、第二预埋钢板；5、第一座板；6、第二座板；7、连接拉索；8、形状记忆合金棒；9、第一耳板；10、第二耳板；11、环形钢板；12、环形弹簧；13、限位拉索。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有限位器存在着发挥作用时会对结构产生较大冲击力，以及部分缓冲型限位器构造过于复杂、安装条件要求较高的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种减震拉索限位器及方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出一种减震拉索限位器，包括，第一传力杆1、第二传力杆2以及耗能限位机构。

其中，第一传力杆1设置在梁体上，即主梁梁体的底部，第二传力杆2设置在桥墩的墩顶/盖梁的梁顶或是桥墩的侧部/盖梁的侧部上。

本实施例以安装位置在主梁梁体底部、桥墩侧部/盖梁侧部为例进行详细描述。

具体的，主梁梁体的底部安装有第一预埋钢板3，采用螺栓锚固的方式进行固定，用于第一传力杆1的安装。

在进行第一传力杆1的安装时，需先在第一预埋钢板3上焊接一个第一座板5，然后在第一座板5的两端分别焊接一个第一耳板9，两个第一耳板9之间焊接有第一传力杆1。

可以理解的是，本实施例中第一座板5与第一预埋板3、第一耳板9的连接以及第一耳板9与第一传力杆1的连接均是采用的焊接方式，在其他实施例中也可采用高强度螺栓锚固的方式进行固定，这里不做过多的限制。

桥墩侧部/盖梁侧部上安装有第二预埋钢板4，采用螺栓锚固的方式进行固定，用于第二传力杆2的安装。

在进行第二传力杆2的安装时，需先在第二预埋钢板4上焊接一个第二座板6，然后在第二座板6的两端分别焊接一个第二耳板10，两个第二耳板10之间焊接有第二传力杆2。

同理，本实施例中第二座板6与第二预埋钢板4、第二耳板10的连接以及第二耳板10与第二传力杆2的连接均是采用的焊接方式，在其他实施例中也可采用高强度螺栓锚固的方式进行固定，这里不做过多的限制。

第一传力杆1与第二传力杆2通过耗能限位机构进行连接，从而使得限位器具有耗能限位的作用。

具体的，耗能限位机构由形状记忆合金棒8、环形弹簧12以及限位拉索13构成，其中，限位拉索13设置在第一传力杆1和第二传力杆2的中间位置，即限位拉索13分别绕过第一传力杆1和第二传力杆2的中间位置并缠绕，限位拉索端头使用索夹夹紧，限位拉索13的主要作用是限制主梁梁体的位置，避免其发生移位坠落。

可以理解的是，限位拉索13的缠绕圈数根据不同规格桥梁的位移限值、限位刚度以及限位器的自由程进行设计，以满足不同结构形式和地震动参数下的限位要求。

在限位拉索13的两侧还设有耗能组件，耗能组件的数量根据耗能需求设置，且耗能组件等数量的设置在限位拉索13的两侧；具体的，耗能组件包括形状记忆合金棒8、连接拉索7，每一耗能组件的形状记忆合金棒8相对且间隔设置两个，两形状记忆合金棒8顶部之间、两形状记忆合金棒8底部之间均通过连接拉索7连接，两形状记忆合金棒8位于第一传力杆1和第二传力杆2之间，上部的连接拉索7绕过第一传力杆1，下部的连接拉索7绕过第二传力杆2。

为了便于形状记忆合金棒8与连接拉索7的连接，本实施例在形状记忆合金棒8的两端设有环形孔，连接拉索7绕过第一传力杆/第二传力杆后，其端部穿过形状记忆合金棒对应的环形孔后绕回并使用索夹夹紧，使得耗能组件整体形成绕过第一传力杆和第二传力杆的闭环结构。

形状记忆合金棒8主要用于耗能，形状记忆合金棒8变形及耗能作用不受方向的限制，当墩、梁相对位移超过自由程时形状记忆合金棒8两端的连接拉索绷紧，形状记忆合金棒8受拉变形并耗能，直至墩、梁位移达到限制，限位拉索13绷紧发挥限位作用，通过先耗能减震、后可靠限位的方式，有效削弱了限位瞬时结构受到的冲击，避免结构由于受到冲击力发生破坏或减小其破坏程度。

可以理解的是，形状记忆合金棒8的数量以及耗能参数根据不同规格的桥梁参数以及耗能性能进行设计，只要能够满足不同结构形式的耗能需求即可，这里不做过多限制。

形状记忆合金棒8仅是起到传力杆径向上的耗能，传力杆轴向上的耗能主要通过环形弹簧12实现，其中，第一传力杆1和第二传力杆2上均设有环形弹簧12。

具体的，第一传力杆1和第二传力杆2的两端分别套入环形弹簧12，环形弹簧12的一端与环形钢板11焊接，环形弹簧12的另一端分别与邻近的第一耳板9或第二耳板10焊接连接，同一传力杆上的两环形钢板之间距离大于两耗能组件之间距离，使得两环形钢板位于两耗能组件外侧。本实施例中，两耗能组件之间的位置为两耗能组件内侧，反之则为两耗能组件外侧。

环形钢板11套设在传力杆上，能够在传力杆上沿传力杆的轴向往复运动，环形钢板11位于形状记忆合金棒8的两侧，即同一个传力杆上的两个环形钢板11之间设有形状记忆合金棒8和限位拉索13。

环形钢板11主要用于压缩环形弹簧12，当墩、梁延传力杆轴线方向发生的相对位移达到该方向的自由程时，连接拉索7绷紧后压住环形钢板11并同步压缩与其连接的环形弹簧12，环形弹簧12发生压缩变形，起到缓冲作用的同时提供回复力，直到弹簧被完全压缩，限位拉索13绷紧发挥限位作用。

可以理解的是，环形弹簧12的参数根据不同规格的桥梁参数以及耗能性能进行设计，只要能够满足不同结构形式的耗能需求即可，这里不做过多限制。

本实施例通过设置自由程，可保证桥梁正常使用过程中限位器不发挥作用，桥梁可正常运营；同时，地震作用下，当墩梁位移达到自由程时限位器可发挥耗能作用，进一步若墩梁相对位移达到位移限值时，限位器则发挥限位作用，防止发生落梁，且由于形状记忆合金棒8以及环形弹簧12的变形产生了耗能，可有效减缓拉索绷紧瞬间产生的冲击力，该耗能能力沿传力杆轴线方向及与其正交的水平方向上，均可在正负方向发挥作用。

可以理解的是，为了满足不同结构形式和地震动参数下的限位要求，可通过设置形状记忆合金8参数、限位拉索13规格、长度、传力杆尺寸、环形弹簧12参数等参数，灵活设计限位器自由程、位移限值、耗能性能及限位刚度等，以实现力与位移的平衡，可保证桥梁正常使用过程中限位器不发挥作用，桥梁可正常运营；在地震作用下保护梁体不会掉落桥墩，同时桥墩不发生损伤或损伤可控。通过对上述参数的设计，可以满足不同结构形式和地震动参数下的限位要求，使得该限位器适用于各种中、小跨径连续梁桥。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供如实施例1所述的一种减震拉索限位器的工作方法，具体过程如下：

首先根据实际桥梁规格设置自由程保证限位器不会约束梁体在正常使用中的位移和变形；

正常使用时，墩梁相对位移较小，限位器均在自由程范围内工作，限位拉索13和形状记忆合金棒8均处于松弛状态；

在地震作用中，若墩梁相对位移较小，未超过自由程，则限位器同样不发挥作用；

在地震作用中，若墩梁相对位移超过自由程但墩梁相对位移未移位到设计限值时，则首先由设置在限位器中的形状记忆合金棒8和环形弹簧12发生变形进行耗能减震；

在地震作用中，若墩梁相对位移超过自由程且墩梁相对位移继续增大至位移设计限值时，则限位拉索13绷紧，提供限制力，约束墩梁相对位移继续增大，发挥限位作用，防止发生落梁。

本实施例通过在桥梁中合理设置限位器，可保证运营过程中不影响桥梁正常使用；在地震作用下，通过先耗能减震、后可靠限位的方式,有效削弱了限位瞬时结构受到的冲击，避免了结构由于受到冲击力发生破坏或减小其破坏程度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种减震拉索限位器，其特征是，包括第一传力杆和第二传力杆，所述第一传力杆和第二传力杆之间设置耗能限位机构，耗能限位机构包括限位拉索，限位拉索绕过第一传力杆和第二传力杆设置，限位拉索两侧设置耗能组件，每一耗能组件均包括两相对的形状记忆合金棒，两形状记忆合金棒顶部之间、底部之间均通过连接拉索连接，耗能组件形成闭环结构；

所述第一传力杆两端均套设第一环形弹簧，第一环形弹簧一端与第一环形钢板固接，第一环形弹簧另一端与第一传力杆端部的第一耳板固接；所述第一环形钢板套设于第一传力杆，两第一环形钢板设置于两耗能组件外侧；

所述第二传力杆两端均套设第二环形弹簧，第二环形弹簧一端与第二环形钢板固接，第二环形弹簧另一端与第二传力杆端部的第二耳板固接；所述第二环形钢板套设于第二传力杆，两第二环形钢板设置于两耗能组件外侧；

环形钢板能够在传力杆上沿传力杆的轴向往复运动，环形钢板位于形状记忆合金棒的两侧，即同一个传力杆上的两个环形钢板之间设有形状记忆合金棒和限位拉索。

2.如权利要求1所述的减震拉索限位器，其特征是，每一耗能组件的两形状记忆合金棒位于第一传力杆和第二传力杆之间，上部的连接拉索绕过第一传力杆，下部的连接拉索绕过第二传力杆。

3.如权利要求2所述的减震拉索限位器，其特征是，所述形状记忆合金棒两端均设置环形孔，连接拉索端部穿过环形孔设置。

4.如权利要求1所述的减震拉索限位器，其特征是，所述耗能组件设有多组，且耗能组件等数量的设置在限位拉索的两侧。

5.如权利要求1所述的减震拉索限位器，其特征是，所述限位拉索缠绕多圈，限位拉索设置于第一传力杆和第二传力杆中部，且限位拉索端头使用索夹夹紧。

6.如权利要求1所述的减震拉索限位器，其特征是，所述第一传力杆和第二传力杆上下相对且间隔设置。