CN114351569A - 一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，复位器设置在墩底与承台之间，复位器包括下座板、位于下座板上方的上座板以及球冠座板，上座板的底部中心设置有固定凹槽，下座板中部为平面凸台，在下座板的平面凸台的中心设置有摇摆凸起，摇摆凸起与固定凹槽对应设置且间隙配合；在平面凸台的端面均匀分布有若干个转动球槽，球冠座板镶嵌在转动球槽内，且镶嵌后的球冠座板上表面高于平面凸台的端面，使得上座板的下底面落在若干个球冠座板的上表面；在上座板与下座板之间设置有震后可更换的防转机构，当地震发生但墩顶所受水平力低于设防值时，防转机构阻止桥墩竖向转动，当地震发生且水平荷载超过设防值时，防转机构被破坏，复位器摇摆约束被解除。
Description
技术领域
本发明属于桥梁结构建筑技术领域，具体涉及一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器。
背景技术
自复位的桥梁摇摆桥墩具有良好的抗震能力和震后恢复能力特点，且极适用于预制拼装技术，其主要目的是使结构具备震后快速恢复使用功能的能力，从而减轻由于结构震后功能中断带来的影响，因此具有较好的应用前景。但目前还未形成装配式桥梁面向震后自恢复功能的产品。
目前的摇摆墩体系通常包括混凝土墩柱、无黏结预应力钢绞线和阻尼器三部分，在摇摆桥墩与上部结构和承台之间设置干接缝，通过无黏结预应力束将上部结构、桥墩和承台连成整体。通过桥墩与上部结构和承台的连接部分在地震作用下不断“打开”和“闭合”，来耗散地震能量。
对于低震区桥梁，设防地震下的摇摆墩开始摇摆时的水平荷载较小，难以克服桥墩及上部自重和无黏结预应力束预应力对摇摆支点的转动弯矩，摇摆墩可以起到硬抗作用。对于高震区桥梁，在未达到设防地震下，仍希望摇摆墩水平固定起到硬抗作用，但此刻水平荷载较大，对墩底摇摆支点的弯矩也较大，极易克服桥墩及上部自重和无黏结预应力束预应力对摇摆支点的转动弯矩，因此需要加大硬抗作用下的墩底抵抗弯矩。另外，摇摆墩在往复摇摆过程中也存在受力不均，应力集中明显，无定心和限制滑动等不利条件，一定程度上增加了摇摆减隔震的不稳定性因素。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，位于桥墩底部和承台之间，在正常工况下支承桥梁及桥墩荷载，水平向固定桥墩和限制摇摆功能；在未达到设防地震前，复位器仍起到硬抗作用；达到设防地震后，复位器中抵抗墩底弯矩的防转板构件将解除摇摆约束，桥墩可在平面内任意方向，通过复位器的可“定心”控制的往复摇摆和阻尼装置耗能实现桥梁减隔震作用，降低结构地震响应和保护桥墩的连接界面；震后，预应力束的张拉力和复位器上部结构自重二者综合提供自复位力，实现桥墩自复位功能；同时复位器桥墩和承台安装连接方便，易于更换；且墩底和承台与复位器始终是面接触，受力较为均匀，可有效的保护了墩底和承台面。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，所述复位器设置在墩底与承台之间，所述复位器包括下座板、位于下座板上方的上座板以及球冠座板，所述上座板的底部中心设置有固定凹槽，所述下座板中部为平面凸台， 在下座板的平面凸台的中心设置有摇摆凸起，所述摇摆凸起与固定凹槽对应设置且间隙配合；
在平面凸台的端面均匀分布有若干个转动球槽，所述球冠座板镶嵌在转动球槽内，且镶嵌后的球冠座板上表面高于平面凸台的端面，使得上座板的下底面落在若干个球冠座板的上表面；
在上座板与下座板之间设置有震后可更换的防转机构，当地震发生但墩顶所受水平力低于设防值时，防转机构阻止桥墩竖向转动，当地震发生且水平荷载超过设防值时，防转机构被破坏，复位器摇摆约束被解除。
优选的，所述防转机构包括防转板，在上座板的底部四个边角处对称设有竖直设置的翘板，所述翘板为L型，在下座板的四周设置有中心对称的防转板基座，所述防转板的一端水平设置在防转板基座内，所述防转板的另一端位于翘板水平端的上方且与上翘板间隙设置，当地震发生且水平荷载超过设防值时，上翘板可破坏防转板。
优选的，所述复位器还包括若干个预应力束，所述预应力束设置在预应力束阶梯孔内，所述预应力束阶梯孔竖直贯穿设置在下座板的平面凸台上，在固定凹槽外部的上座板设置有中心对称的预应力束孔，所述预应力束的另一端向上穿过下座板、上座板、桥墩的预应力束孔，其张拉端固定在桥墩墩顶处。
优选的，所述复位器还包括阻尼装置。
优选的，所述阻尼装置为耗能器，在下座板的四周还设置有中心对称的耗能器衬板，所述耗能器与上座板和耗能器衬板相连接。
优选的，所述固定凹槽与摇摆凸起均呈圆台型。
优选的，所述转动球槽的个数为4个，且对称设置于平面凸台的四个边角处。
优选的，所述上座板与下座板还设置有连接墩底与承台的锚栓孔，使上座板与下座板通过锚固螺栓与墩底和承台连接。
优选的，若干个预应力束阶梯孔呈十字交叉对称设置。
优选的，在防转板基座内还设有防转板通槽。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的复位器位于装配式桥墩墩底与承台之间，在正常工况下，竖向荷载通过墩底、上座板、球冠座板、下座板至承台，水平荷载通过上、下座板间的摇摆凸起传递至承台；
2、本发明当地震发生但墩顶所受水平力低于设防值时，预应力束、上部结构自重以及防转板共同抵抗墩底弯矩，阻止桥墩竖向转动；当地震发生且水平荷载超过设防值时，防转板被翘板破坏，桥墩的摇摆约束解除，可在纵桥向或横桥向桥墩以两个球冠座板连接线为轴线，两个球冠座板为摇摆面（在其他任意方向则至少是以一个球冠座板为摇摆面），且上座板固定凹槽始终包络下座板摇摆凸起，即可“定心”控制的不断“提离”和“闭合”实现桥墩往复摇摆，降低桥墩抗侧刚度，延长桥梁结构自振周期从而起到隔震作用；耗能器在桥墩摇摆过程中往复变形耗能，起到减震作用；震后，预应力束的张拉力和复位器上部结构自重提供结构的自复位能力使桥梁复位；
3、本发明复位器通过锚固螺栓与墩底和承台连接，便于安装和更换；桥墩摇摆发生在复位器内，可有效保护桥墩主体避免界面发生损坏；耗能器即使震后发生破坏易于更换；震后防转板破坏后，防转机构可无需拆卸整体复位器下实现更换，先从下座板防转板基座通槽中将残件去除，再更换新的防转板即可，简单方便；
综上所述，本发明提供的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，可实现正常工况下的竖向承载、水平限位和竖向防转，地震下实现摇摆减隔震保护桥梁结构，震后实现自复位功能；同时安装连接方便，易于更换。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是本发明图1的B-B剖视图；
图3是本发明图1的C-C剖视图；
附图标记1、下座板，101、摇摆凸起，102、转动球槽，103、预应力束阶梯孔，104、耗能器衬板，105、防转板基座，106、防转板通槽，2、球冠座板，3、上座板，301、固定凹槽，302、预应力束孔，303、翘板，4、预应力束，5、耗能器、6、防转板。
具体实施方式
下面根据附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图所示，一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，所述复位器设置在墩底与承台之间，所述复位器包括下座板1、位于下座板1上方的上座板3以及球冠座板2，在上座板3与下座板1还设置有连接墩底与承台的锚栓孔，使得复位器通过锚固螺栓与墩底和承台连接，便于安装和更换；桥墩摇摆发生在复位器内，可有效保护桥墩主体避免界面发生损坏；
所述下座板1中部为平面凸台，所述上座板3的底部中心设置有固定凹槽301，在下座板1的平面凸台的中心设置有摇摆凸起101，所述固定凹槽301与摇摆凸起101均呈圆台型，所述摇摆凸起101与固定凹槽301对应设置，但需一定的摇摆间隙配合，使其不影响复位器的摇摆往复运动；
在平面凸台的四个边角处均分布有转动球槽102，所述球冠座板2镶嵌在转动球槽102内，且镶嵌后的球冠座板2上表面高于平面凸台的端面，使得上座板3的下底面落在若干个球冠座板2的上表面；
在固定凹槽301外部的上座板设置有中心对称的预应力束孔302，在下座板1的平面凸台上还竖直贯穿设置有4个预应力束阶梯孔103，在预应力束阶梯孔103内设置有预应力束4，所述预应力束4的另一端向上穿过下座板1、上座板3、桥墩的预应力束孔，其张拉端固定在桥墩墩顶处，预应力束阶梯孔103呈十字交叉对称设置；
在上座板与下座板之间设置有震后可更换的防转机构，所述防转机构包括防转板6，在上座板3的底部四个边角处对称设有竖直设置的翘板303，所述翘板303为L型，在下座板1的四周设置有中心对称的防转板基座105，所述防转板6的一端水平设置在防转板基座105内，所述防转板6的另一端位于翘板303水平端的上方且与上翘板303间隙设置，当地震发生但墩顶所受水平力低于设防值时，预应力束4、上部结构自重以及防转板6共同抵抗墩底弯矩，阻止桥墩竖向转动；当地震发生且水平荷载超过设防值时，上翘板303可破坏防转板6，桥墩的摇摆约束解除，可在纵桥向或横桥向桥墩以两个球冠座板2连接线为轴线，两个球冠座板2为摇摆面（在其他任意方向则至少是以一个球冠座板2为摇摆面），且上座板3固定凹槽始终301包络下座板摇摆凸起101，即可“定心”控制的不断“提离”和“闭合”实现桥墩往复摇摆，降低桥墩抗侧刚度，延长桥梁结构自振周期从而起到隔震作用；震后防转板6破坏后，防转机构可无需拆卸整体复位器下实现更换，先从下座板防转板通槽106中将残件去除，再更换新的防转板6即可。
所述复位器还包括阻尼装置，所述阻尼装置为耗能器5，所述耗能器5为环形耗能器，在下座板1的四周还设置有中心对称的耗能器衬板104，所述耗能器5与上座板3和耗能器衬板104相连接，耗能器在桥墩摇摆过程中往复变形耗能，起到减震作用。
综上所述，本发明提供的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，可实现正常工况下的竖向承载、水平限位和竖向防转，地震下实现摇摆减隔震保护桥梁结构，震后实现自复位功能；同时安装连接方便，易于更换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述复位器设置在墩底与承台之间，所述复位器包括下座板（1）、位于下座板（1）上方的上座板（3）以及球冠座板（2），所述上座板（3）的底部中心设置有固定凹槽（301），所述下座板（1）中部为平面凸台，在下座板（1）的平面凸台的中心设置有摇摆凸起（101），所述摇摆凸起（101）与固定凹槽（301）对应设置且间隙配合；
在平面凸台的端面均匀分布有若干个转动球槽（102），所述球冠座板（2）镶嵌在转动球槽（102）内，且镶嵌后的球冠座板（2）上表面高于平面凸台的端面，使得上座板（3）的下底面落在若干个球冠座板（2）的上表面；
在上座板（3）与下座板（1）之间设置有震后可更换的防转机构，当地震发生但墩顶所受水平力低于设防值时，防转机构阻止桥墩竖向转动，当地震发生且水平荷载超过设防值时，防转机构被破坏，复位器摇摆约束被解除。
2.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述防转机构包括防转板（6），在上座板（3）的底部四个边角处对称设有竖直设置的翘板（303），所述翘板（303）为L型，在下座板（1）的四周设置有中心对称的防转板基座（105），所述防转板（6）的一端水平设置在防转板基座（105）内，所述防转板（6）的另一端位于翘板（303）水平端的上方且与上翘板（303）间隙设置，当地震发生且水平荷载超过设防值时，上翘板（303）可破坏防转板（6）。
3.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述复位器还包括若干个预应力束（4），所述预应力束（4）设置在预应力束阶梯孔（103）内，所述预应力束阶梯孔（103）竖直贯穿设置在下座板（1）的平面凸台上，在固定凹槽（301）外部的上座板设置有中心对称的预应力束孔（302），所述预应力束（4）的另一端向上穿过下座板（1）、上座板（3）、桥墩的预应力束孔，其张拉端固定在桥墩墩顶处。
4.根据权利要求3所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：若干个预应力束阶梯孔（103）呈十字交叉对称设置。
5.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述复位器还包括阻尼装置。
6.根据权利要求5所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述阻尼装置为耗能器（5），在下座板（1）的四周还设置有中心对称的耗能器衬板（104），所述耗能器（5）与上座板（3）和耗能器衬板（104）相连接。
7.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述固定凹槽（301）与摇摆凸起（101）均呈圆台型。
8.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述转动球槽（102）的个数为4个，且对称设置于平面凸台的四个边角处。
9.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：所述上座板（3）与下座板（1）还设置有连接墩底与承台的锚栓孔，使上座板（3）与下座板（1）通过锚固螺栓与墩底和承台连接。
10.根据权利要求1所述的一种高震区桥梁摇摆减隔震复位器，其特征在于：在防转板基座（105）内还设有防转板通槽（106）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.88, Binhe North Road, hi tech Zone, Luoyang City, Henan Province Applicant after: CSSC Shuangrui (Luoyang) special equipment Co.,Ltd. Applicant after: Tongji University Address before: No.88, Binhe North Road, hi tech Zone, Luoyang City, Henan Province Applicant before: LUOYANG SUNRUI SPECIAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Applicant before: Tongji University |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |