CN114508039A - 一种兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种兼顾耗能和限位的摩擦型阻尼减震装置，其包括底板、固定耗能板、活动耗能板、水平滑块、弹性元件、销轴和若干紧固件。底板用于固定在桥墩上，固定耗能板固定在底板上，两个耗能板和水平滑块通过弹性元件和销轴固定压紧在一起；固定耗能板与水平滑块相接触的面上设置第一摩擦槽，同样地，活动耗能板上对应设置第二摩擦槽；第一摩擦槽的底面为由第一斜面、圆弧面、第二斜面组成的楔形表面，且第一斜面和第二斜面均与圆弧面相切；第二摩擦槽与第一摩擦槽结构相同；水平滑块设置有与第一摩擦槽和第二摩擦槽配合的楔形突起。本发明可实现较好的地震耗能效果，并使主梁在震后快速恢复到初始位置，同时限位器也可有效防止掉梁现象产生。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，适用于 强地震下中小桥梁的减震设计。
背景技术
人们对交通运输的快捷性、舒适性和高效性不断增加，交通路网的推进常常用“以桥 代路”方式进行，在该区域进行桥梁建设面临高烈度强地震的考验。金属阻尼器、粘滞阻尼器、摩擦耗能等履历型减震装置在公路、铁路桥梁桥中均有广泛应用，其中钢制阻尼器具有价格低廉、力学性能稳定、耐久性好、维护简单、更换方便等优点，目前广泛应用于 我国中小型跨径桥梁的减隔震设计。这些钢制阻尼器多是利用屈服强度低的钢材弹塑性变形吸收能量，减轻地震作用。但是，强地震的速度脉冲效应会使减隔震桥梁产生较大的地震位移，容易发生落梁危险，研发兼顾耗能和限位的减震装置具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明将碟式弹簧和楔形摩擦槽的组合形式融入到钢制阻尼器 的设计中，提出一种可兼顾耗能与限位的摩擦型减震装置，以解决桥梁在强地震区域建设 时面临的减震设计问题。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，该装置包括底板、固定耗能板、活动耗能板、 水平滑块、防尘板、弹性元件、销轴和若干紧固件；
所述底板用于固定在桥墩顶面，底板上开设有两条平行的滑槽，所述固定耗能板固定 在所述底板上，所述活动耗能板可沿所述滑槽滑动，从而实现横桥向的位移；所述水平滑 块位于所述固定耗能板和活动耗能板之间，且所述固定耗能板、活动耗能板和水平滑块通 过所述弹性元件和销轴固定压紧在一起；所述固定耗能板与水平滑块相接触的面上设置有 第一摩擦槽，所述活动耗能板与所述水平滑块相接触的面上设置有第二摩擦槽；
所述第一摩擦槽以一定的深度嵌于所述固定耗能板的内部，所述第一摩擦槽的底面为 由第一斜面、圆弧面、第二斜面组成的楔形表面，且所述第一斜面和第二斜面均与所述圆 弧面相切；
所述第二摩擦槽以一定的深度嵌于所述活动耗能板的内部，且所述第二摩擦槽的底面 与所述第一摩擦槽完全相同；
所述水平滑块上设置有与所述第一摩擦槽和第二摩擦槽配合的楔形突起，且所述楔形 突起的表面与所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的底面相吻合；所述水平滑块的两端还设置有 用于与主梁连接的连接钢臂。
进一步地，所述第一摩擦槽的两端与所述固定耗能板表面的高度差构成限位器，所述 第二摩擦槽的两端与所述活动耗能板表面的高度差构成限位器，两个限位器均用于对所述 水平滑块在摩擦槽的运动起到限位作用。
进一步地，所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的表面均采用耐磨材料-改性超高分子量聚乙 烯和和SF-1三层复合板的组合形式；所述水平滑块的楔形突起的摩擦面也涂覆不锈钢耐磨 材料层。
进一步地，所述SF-1三层复合板由基层基铜板、中间层烧结青铜粉、20％铅和80％聚 四氟乙烯组成的面层烧结而成。
进一步地，该减震装置还包括固定在所述水平滑块上的防尘板，用于遮盖水平滑块和 固定耗能板、活动耗能板的接触面，防止灰尘落入摩擦槽。
进一步地，所述水平滑块在对应销轴的地方设置有贯通孔，且所述贯通孔的直径均大 于销轴的直径，从而在保证销轴连接的同时满足水平滑块在顺桥向的移动。
进一步地，所述弹性元件为碟式弹簧。
进一步地，所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的水平长度大于所述水平滑块的楔形突起的 摩擦面长度，多余的部分为主梁设计滑移量。
本发明的有益效果为：
本发明提出的能够兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，能够实现小震下的耗能效果和 抵御强地震下桥梁大地震位移的能力。本发明的装置通过楔形构造耗能板与碟式弹簧这种 互补的设计形式，使得主梁受减震装置的水平恢复力以及耗能板与水平滑块之间的弹性压 力与桥梁所受地震位移大小成正比，配合设置在摩擦槽两端的限位器，能够达到兼顾耗能 与限位的效果。同时该装置可根据桥梁抗震需求的不同灵活地在耗能与限位之间转变，设 计自由度大，施工安装便捷，可用于强地震下中小桥梁的减震设计。
附图说明
图1为本发明的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置构造三维示意图。
图2为本发明的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置的拆解构造三维示意图。
图3为本发明所述兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置的横剖面图。
图4为本发明所述摩擦型减震装置的耗能板在底板上的安装三维示意图
图5为本发明所述摩擦型减震装置在一座连续梁桥上的安装示意图。
图6为本发明所述摩擦型减震装置的滞回性能示意图。
附图中编号释义：底板1，固定耗能板2，活动耗能板3，水平滑块4，防尘板5，碟式弹簧6，销轴7，紧固螺栓8，滑槽101，第一摩擦槽201，限位器202，第二摩擦槽301， 第一斜面2011，圆弧面2012，第二斜面2013，楔形凸起401，贯通孔402，连接钢臂403， 主梁9，盖梁10，桥墩11，主梁预设刚臂901，支座12。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白， 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～3所示，一种兼顾耗能和限位的减震装置，包括底板1、固定耗能板2、活动耗 能板3、水平滑块4、防尘板5、碟式弹簧6、销轴7和若干紧固螺栓8。底板1通过紧固螺 栓8穿过预设的固结孔固定在桥墩11顶面，底板1上开设有两条平行的滑槽101。固定耗 能板2固定在底板1上，水平滑块4位于固定耗能板2和活动耗能板3之间，且活动耗能 板3可沿着底板1上的滑槽101滑动，从而实现横桥向的位移，如图4所示。固定耗能板2、 活动耗能板3和水平滑块4通过碟式弹簧6和销轴7以一定的初始压力压在一起。其中， 固定耗能板2与水平滑块4相接触的面上设置有第一摩擦槽201，活动耗能板3与水平滑块 4相接触的面上设置有第二摩擦槽301，水平滑块4可沿第一摩擦槽201和第二摩擦槽301 实现顺桥向的滑动。主梁9可牵引水平滑块4在顺桥向移动，依靠第一摩擦槽201和第二 摩擦槽301走向的诱导从而挤压(释放)碟式弹簧，并进一步改变摩擦槽之间的宽度和活 动耗能板3与水平滑块4之间的弹性压力。
第一摩擦槽201和第二摩擦槽301的结构完全相同，以第一摩擦槽201为例来介绍其 结构。第一摩擦槽201以一定的深度嵌于固定耗能板2的内部，第一摩擦槽201两端与固定耗能板2表面的高度差构成限位器，对水平滑块4在第一摩擦槽201的运动起到较好的 限位效果。第一摩擦槽201的底面为第一斜面2011、圆弧面2012、第二斜面2013组成的 楔形表面，第一斜面2011和第二斜面2013均与圆弧面2012相切，以实现水平滑块4在第 一摩擦槽201中的平顺滑动。第一摩擦槽201和第二摩擦槽301的表面采用耐磨材料-改性 超高分子量聚乙烯(XLIDE)和SF-1三层复合板的组合形式，其中XLIDE厚度为7mm， SF-1三层复合板由基层基铜板(2mm)、中间层烧结青铜粉(0.25mm)、20％铅和80％聚四 氟乙烯组成的面层(0.01mm)烧结而成。
水平滑块4的中部有楔形突起401，楔形突起401的表面形状与第一摩擦槽201和第二 摩擦槽301底部的楔形表面相吻合。且楔形突起401的表面涂覆为不锈钢耐磨材料。水平滑块4在对应销轴7的地方设置有贯通孔402，且贯通孔402的直径均大于销轴7的直径， 从而在保证销轴7连接的同时可以满足水平滑块4在顺桥向的移动。水平滑块4的两端通 过连接刚臂403与主梁9的主梁预设刚臂901连接，地震时主梁9与桥墩11之间的相对位 移转变为水平滑块4与固定耗能板2和活动耗能板3之间的相对位移。
防尘板5设置在水平滑块4上部，并通过紧固螺栓固定在水平滑块4上，遮盖水平滑块4和固定耗能板2、活动耗能板3接触面，防止灰尘落入摩擦槽从而影响耗能效率。
如图5所示，本发明提供的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置的中小跨径桥梁减震设 计方步骤如下：
步骤一：参数设计。根据设计桥梁所在地区烈度等级，计算并预估桥梁可能产生的地 震位移；通过可能地震位移确定所用减震装置的碟式弹簧数量、摩擦槽形状、弹簧预压量 以及设计滑移量。
步骤二：工厂组装。根据步骤一确定好的设计参数，提前预制底板1、固定耗能板2、活动耗能板3、水平滑块4、防尘板5、碟式弹簧6及其对应的销轴7和紧固螺栓8并完成 组装，空留出底板1与桥墩11顶面、水平滑块4与主梁预设刚臂901的连接孔位。此时的 主梁9已经通过支座12支撑在盖梁10上。将上述组装好的耗能装置和紧固螺栓运送至施 工现场。
步骤三：墩顶找平。根据步骤二组装完成耗能装置的各项尺寸和主梁底面至桥墩顶面 高度差，在墩顶做凿毛处理并平整表面；同时在墩顶设置合适高度的垫块，以方便减震装 置与主梁9的连接；在墩顶绑扎连接钢筋，布置预埋件，浇筑混凝土并预设连接孔位，方 便减震装置与墩顶固结。
步骤四：安装施工。减震装置与墩顶预定孔位固结，减震装置与主梁预设刚臂901连 接。
上述步骤二和步骤四中所有预制钢构件以及减震装置与桥梁的连接均采用螺栓连接。
本发明提供的兼顾耗能和限位的中小跨径桥梁减震装置可以将主梁9与桥墩11之间的 相对位移转换为活动耗能板3和固定耗能板2与水平滑块4间的相对位移，受楔形设计摩 擦槽的引导，水平滑块4的运动会使得活动耗能板3产生横桥向的位移，进而导致碟式弹簧6的拉伸(压缩)，改变活动耗能板3与水平滑块4间的压力和摩擦力，其大小和水平滑 块4与活动耗能板3间的相对位移大小成正比，起到很好的耗能效果。另一方面，由于摩 擦槽的楔形设计，摩擦槽对水平滑块支持力的合力总是指向水平滑块4的初始位置(即： 圆弧段处)，并且这个水平恢复力的大小与墩梁之间的相对位移大小成正比(如图6所示)， 主梁与桥墩的相对位移越大，主梁受减震装置的水平制约能力就强，具有较好的震后恢复 能力。主梁在地震作用下这种“越拉越紧”的效果配合设置在摩擦槽两端的限位器，有较 好的限位效果，可以有效防止桥梁大地震位移下的落梁事故。不同于传统的摩擦摆支座， 本发明的减震装置只承担某一方向的耗能限位效果，不承担对主梁的竖向支撑力(主梁的 竖向支撑由普通桥梁支座承担)，采用本发明的减震装置的桥梁不需顶升或卸载操作就可以 实现加护和维护；安装和更换更便捷高效。最后，本发明针对中小跨径桥梁的减震设计方 法可以自由改变摩擦槽形状和碟式弹簧数量，在面对不同减震需要时可在耗能与限位之间 做灵活取舍。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发 明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在 发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，该装置包括底板、固定耗能板、活动耗能板、水平滑块、防尘板、弹性元件、销轴和若干紧固件；
所述底板用于固定在桥墩顶面，底板上开设有两条平行的滑槽，所述固定耗能板固定在所述底板上，所述活动耗能板可沿所述滑槽滑动，从而实现横桥向的位移；所述水平滑块位于所述固定耗能板和活动耗能板之间，且所述固定耗能板、活动耗能板和水平滑块通过所述弹性元件和销轴固定压紧在一起；所述固定耗能板与水平滑块相接触的面上设置有第一摩擦槽，所述活动耗能板与所述水平滑块相接触的面上设置有第二摩擦槽；
所述第一摩擦槽以一定的深度嵌于所述固定耗能板的内部，所述第一摩擦槽的底面为由第一斜面、圆弧面、第二斜面组成的楔形表面，且所述第一斜面和第二斜面均与所述圆弧面相切；
所述第二摩擦槽以一定的深度嵌于所述活动耗能板的内部，且所述第二摩擦槽的底面与所述第一摩擦槽完全相同；
所述水平滑块上设置有与所述第一摩擦槽和第二摩擦槽配合的楔形突起，且所述楔形突起的表面与所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的底面相吻合；所述水平滑块的两端还设置有用于与主梁连接的连接钢臂。
2.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述第一摩擦槽的两端与所述固定耗能板表面的高度差构成限位器，所述第二摩擦槽的两端与所述活动耗能板表面的高度差构成限位器，两个限位器均用于对所述水平滑块在摩擦槽的运动起到限位作用。
3.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的表面均采用耐磨材料-改性超高分子量聚乙烯和和SF-1三层复合板的组合形式；所述水平滑块的楔形突起的摩擦面也涂覆不锈钢耐磨材料层。
4.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述SF-1三层复合板由基层基铜板、中间层烧结青铜粉、20％铅和80％聚四氟乙烯组成的面层烧结而成。
5.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，该减震装置还包括固定在所述水平滑块上的防尘板，用于遮盖水平滑块和固定耗能板、活动耗能板的接触面，防止灰尘落入摩擦槽。
6.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述水平滑块在对应销轴的地方设置有贯通孔，且所述贯通孔的直径均大于销轴的直径，从而在保证销轴连接的同时满足水平滑块在顺桥向的移动。
7.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述弹性元件为碟式弹簧。
8.根据权利要求1所述的兼顾耗能和限位的摩擦型减震装置，其特征在于，所述第一摩擦槽和第二摩擦槽的水平长度大于所述水平滑块的楔形突起的摩擦面长度，多余的部分为主梁设计滑移量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220517 |