CN114703739B - 一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其包括桥塔，桥塔的四周由外到里依次围绕有隔震墙和两层剪力墙，相邻剪力墙之间、及剪力墙与隔震墙之间均设置有若干缓冲工字钢梁柱；桥塔、隔震墙和两层剪力墙均设置在隔震装置上；剪力墙包括边框体和设置在边框体内的两块内嵌钢板，两块内嵌钢板上均设置有端板，两块端板连接，边框体顶部和底部均设置有鱼尾板，两块内嵌钢板远离端板的一端分别设置在两块鱼尾板上；内嵌钢板与边框体的侧边之间均设置有加劲肋。

Description

一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置

技术领域

本发明涉及桥塔隔震防护技术领域，具体涉及一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置。

背景技术

大跨度缆索承重桥梁的桥塔是核心支撑构件，地震对其产生的非线性损伤将会极大影响全桥的抗震性能，在跨断层地震动作用下，断层形成的相对位移是导致桥梁发生如支座失效、塔柱及墩柱损毁、落梁的主要原因，且与一般地震中以弯曲破坏的桥墩不同，由于断层错动产生的永久地面位移，使桥墩、桥塔剪力和扭矩显著增大，让位于跨断层区域的桥塔被剪切破坏或倾覆倒塌。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其目的是解决在地震时，位于跨断层区域的桥塔被剪切破坏或倾覆倒塌的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其包括桥塔，桥塔的四周由外到里依次围绕有隔震墙和两层剪力墙，相邻剪力墙之间、及剪力墙与隔震墙之间均设置有若干缓冲工字钢梁柱；桥塔、隔震墙和两层剪力墙均设置在隔震装置上；

剪力墙包括边框体和设置在边框体内的两块内嵌钢板，两块内嵌钢板上均设置有端板，两块端板连接，边框体顶部和底部均设置有鱼尾板，两块内嵌钢板远离端板的一端分别设置在两块鱼尾板上；内嵌钢板与边框体的侧边之间均设置有加劲肋。

本发明的有益效果为：在本方案中，隔震装置可以有效的吸收地震在水平方向和竖向产生能量。在发生跨断层地震动破坏时，双层剪力墙不仅可以耗能，还可以在一定程度上改变断层发展的趋势，避免桥塔的进一步破坏。在发生地震时，隔震墙与剪力墙、相邻剪力墙之间设置的缓冲工字钢梁柱可以起到缓冲的作用，可以减少地震对桥塔在水平方向的破坏力。综上所述，当桥塔周围发生跨断层地震动时，断层在不断地发展而产生位移，当断层发展的路径经过桥塔时，隔震墙和两层剪力墙一定程度的改变了断层的发展路径，避免桥塔发生破坏。

边框体内设置的内嵌钢板在屈曲后，剪力墙仍有较高的承载力，能够消耗地震所产生的能量，削弱或避免地震作用对桥塔结构的破坏。隔震装置可以有效的吸收地震产生的横向力。

进一步，隔震装置包括上垫层，上垫层和下垫层之间设置有第一弹簧和橡胶层；下垫层与承台之间设置有若干隔震支座，相邻隔震支座之间的对角点与记忆合金杆的一端连接，所有记忆合金杆的另一端设置在滑动套筒装置上。

上述技术方案的有益效果为：在地震时，隔震支座可以隔震和吸收地震产生的竖向能量，还可以释放和削弱地震产生的竖向荷载。相邻隔震支座之间设置的记忆合金杆和滑动套筒装置，能够减弱由地震导致隔震支座产生的水平剪切应力和侧向输入能量。记忆合金杆和滑动套筒装置形成的整体，可以防隔震支座发生过大的水平位移并吸收地震在水平方向产生的能量。利用记忆合金材质的性能和滑动套筒装置的特性，使记忆合金杆具有自复位特性，在耗能后使剪力墙、隔震墙和缓冲装置复位。隔震支座、上垫层、下垫层、橡胶层和第一弹簧形成的整体，可以吸收竖向能量。

进一步，滑动套筒装置包括球体，球体内设置有十字滑道，十字滑道内设置有十字弹簧，十字弹簧的四端分别与四根记忆合金杆的端部连接，每个十字滑道处的球体上同轴设置有套筒。

上述技术方案的有益效果为：发生地震时，由于隔震支座往复水平位移，带动记忆合金杆件在滑动套筒中滑动，导致十字弹簧压缩吸收能量或恢复释放能量，从而减小了隔震支座的水平位移。设置的滑动套筒装置不但避免记忆合金杆和十字弹簧从十字滑动中出来，还将相邻隔震支座联系起来形成整体工作，加强了隔震支座的整体工作稳定性和整体耗能的作用。

进一步，隔震支座通过螺栓固定在承台和下垫层上。

进一步，缓冲工字钢梁柱包括两块安装块，两块安装块的相对面上分别与两根横梁的一端连接，两根横梁的另一端均与缓冲装置连接，横梁上套设有第二弹簧。

上述技术方案的有益效果为：缓冲装置能够消耗和减弱地震带来的水平能量，还可以抵抗较大的剪切变形；当桥塔受到水平推力时，缓冲装置可以减少由剪切变形而产生的水平位移，从而减少了破坏和地震对桥塔在水平方向的破坏力。

进一步，缓冲装置包括矩形壳体，矩形壳体内设置有两块滑板，矩形壳体的两侧面上设置有通孔，两块滑板之间、及滑板与穿过通孔延伸至矩形壳体内的横梁另一端之间均设置有缓冲弹簧。

上述技术方案的有益效果为：由于地震动使剪力墙和隔震墙会发生水平位移或变形，从而使第二弹簧受到压缩削弱了地震动能量，同时还带动横梁在矩形壳体内滑动，使横梁与滑板之间、及两滑板之间的缓冲弹簧均受压吸收能量，消耗和减弱地震在水平方向的破坏力。横梁和缓冲装置形成的缓冲工字钢梁柱，能够减小地震在水平方向对剪力墙和隔震墙的破坏，最终避免桥塔在地震动作用下发生大的位移和损坏。

进一步，内嵌钢板与鱼尾板之间通过螺栓连接，两块鱼尾板分别焊接在边框体的顶部和底部上。

进一步，隔震墙和两层剪力墙均通过角钢设置在隔震装置上。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置的主视图。

图2为本发明中一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置的俯视图。

图3为隔震墙的剖面图。

图4为缓冲工字钢梁柱的结构示意图。

图5为缓冲装置的结构示意图。

图6为滑动套筒装置的结构示意图。

其中：1、内嵌钢板；2、边框体；3、安装块；4、端板；5、加劲肋；6、鱼尾板；7、横梁；8、缓冲装置；801、矩形壳体；802、滑板；803、缓冲弹簧；9、第二弹簧；10、隔震墙，11、剪力墙，12、上垫层；13、第一弹簧；14、承台；15、隔震支座；16、记忆合金杆；17、滑动套筒装置；18、桥塔；19、橡胶层；20、钢圈；21、十字滑道；22、套筒；23、十字弹簧；24、下垫层；25、缓冲工字钢梁柱；26、球体。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参考图1-图6，本发明提供一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其包括桥塔18，桥塔18的四周由外到里依次围绕有隔震墙10和两层剪力墙11，相邻剪力墙11之间、及剪力墙11与隔震墙10之间均设置有若干缓冲工字钢梁柱25；桥塔18、隔震墙10和两层剪力墙11均设置在隔震装置上；

具体的，相邻剪力墙11之间、及剪力墙11与隔震墙10之间均设置的缓冲工字钢梁柱25分上下两层布置。桥塔18通过钢圈20固定在上垫层12上。

剪力墙11包括边框体2和设置在边框体2内中部的两块内嵌钢板1，两块内嵌钢板1上均设置有端板4，两块端板连接，边框体2的顶部和底部均设置有鱼尾板6，两块内嵌钢板1远离端板4的一端分别设置在两块鱼尾板6上；内嵌钢板1与边框体2的侧边之间均设置有加劲肋5。边框体2内设置的内嵌钢板1在屈曲后，剪力墙11仍有较高的承载力，能够消耗地震所产生的能量，削弱或避免地震作用对桥塔18结构的破坏。

在本方案中，隔震装置可以有效的吸收地震在水平方向和竖向的能量。在发生跨断层地震动破坏时，双层剪力墙11不仅可以耗能还可以在一定程度上改变断层发展的趋势，避免桥塔18的进一步破坏。在发生地震时，隔震墙10与剪力墙11、相邻剪力墙11之间设置的缓冲工字钢梁柱25可以起到缓冲的作用，可以减少地震对桥塔18的水平破坏力。综上所述，当桥塔18周围发生跨断层地震动时，断层在不断地发展而产生位移，当断层发展的路径经过桥塔18时，隔震墙10和两层剪力墙11一定程度的改变了断层的发展路径，避免桥塔18发生破坏。

隔震装置包括上垫层12，上垫层12和下垫层24之间设置有第一弹簧13和橡胶层19；下垫层24与承台14之间设置有若干隔震支座15，相邻隔震支座15之间的每个对角点分别与记忆合金杆16的一端连接，所有记忆合金杆16的另一端设置在滑动套筒装置17上。

具体的，上垫层12和下垫层24均为素混凝土板，橡胶层19和第一弹簧13的两端分别预埋在上垫层12和下垫层24中。

在地震时，隔震支座15可以隔震和吸收地震在竖向产生的能力，还可以释放和削弱地震产生的竖向荷载。相邻隔震支座15之间设置的记忆合金杆16和滑动套筒装置17，能够减弱由地震导致隔震支座15产生的水平剪切应力和侧向输入能量。记忆合金杆16和滑动套筒装置17形成的整体，可以防隔震支座15发生过大的水平位移并吸收地震在水平方向产生的能量。利用记忆合金材质的性能和滑动套筒装置17的特性，使记忆合金杆16具有自复位特性，在耗能后使剪力墙11、隔震墙10和缓冲装置8复位。隔震支座15、上垫层12、下垫层24、橡胶层19和第一弹簧13形成的整体，可以吸收竖向能量。

进一步，滑动套筒装置17包括球体26，球体26内设置有十字滑道21，十字滑道21内设置有十字弹簧23，十字弹簧23的四端分别与四根记忆合金杆16的端部连接，每个十字滑道21处的球体26上同轴设置有套筒22。

具体的，记忆合金杆16的一端可以焊接在隔震支座15上，另一端可以与十字弹簧23焊接，套筒22可以焊接在球体26上。

发生地震时，由于隔震支座15往复水平位移，带动记忆合金杆16在十字滑动中滑动，导致十字弹簧23压缩吸收能量或恢复释放能量，从而减小了隔震支座15的水平位移。设置的套筒不但避免记忆合金杆和十字弹簧从十字滑动中出来，还将相邻隔震支座15联系起来形成整体工作，加强了隔震支座的整体工作稳定性和整体耗能的作用。

缓冲工字钢梁柱25包括两块安装块3，两块安装块3的相对面上分别与两根横梁7的一端连接，两根横梁7的另一端均与缓冲装置8连接，横梁7上套设有第二弹簧9。

缓冲装置8能够消耗和减弱地震在水平方向产生的能量，还可以抵抗较大的剪切变形；当桥塔18受到水平推力时，缓冲装置8可以减少由剪切变形而产生的水平位移，从而减少了破坏和地震对桥塔18的水平破坏力。

缓冲装置8包括矩形壳体801，矩形壳体801内设置有两块滑板802，矩形壳体801的两侧面上设置有通孔，两块滑板802之间、及滑板802与穿过通孔延伸至矩形壳体801内的横梁7另一端之间均设置有缓冲弹簧803。

由于地震动使剪力墙和隔震墙会发生水平位移或变形，从而使第二弹簧9受到压缩削弱了地震动能量，同时还带动横梁7在矩形壳体801内滑动，使横梁7与滑板802之间、及两滑板802之间的缓冲弹簧803均受压吸收能量，消耗和减弱地震在水平方向产生的破坏力。横梁7和缓冲装置8形成的缓冲工字钢梁柱25能够减小地震在水平方向对剪力墙和隔震墙的破坏，最终避免桥塔18在地震动作用下发生大的位移和损坏。

内嵌钢板1与鱼尾板6之间通过螺栓连接，两块鱼尾板6分别焊接在边框体2的顶部和底部上。隔震墙10和两层剪力墙11均通过角钢并通过螺栓连接在隔震装置上。隔震支座15通过螺栓固定在承台14和下垫层24上。

在本方案中通过螺栓连接，使连接者之间具有良好的承载能力、延性和初始刚度，还有更好的整体耗能能力，并且螺栓连接形式可以满足建筑工业化、标准化的生产，现场安装方便、快速，施工方便成本较低。

其中内嵌钢板1、端板、鱼尾板6均防腐处理，例如喷涂防腐漆。

当地震发生时，桥塔18周围的剪力墙11和隔震墙10发生水平位移时，由于缓冲工字钢梁柱25的结构特性，使缓冲工字钢梁柱25可以产生水平位移、吸收地震在水平方向产生的能量和恢复耗散地震在水平方向的能量，从而缓冲工字钢梁柱25限制了隔震墙10和剪力墙11发生的较大的位移；由于地震在水平方向的破坏力使隔震支座15产生水平位移，在记忆合金杆16和滑动套筒装置17的作用下，记忆合金杆16和滑动套筒装置17将减小隔震支座15的水平位移，在地震减小或结束后，依赖记忆合金杆16和滑动套筒装置17的耗能和弹性特点，记忆合金杆16和滑动套筒装置17在往复受拉或受压的过程中能够耗散部分地震能量而且不产生大残余变形，从而能够保证隔震支座15起到稳定耗能的作用；综上可得，缓冲工字钢梁柱25、记忆合金杆16、滑动套筒装置17、剪力墙11和隔震墙10能够吸收地震产生的水平能量，保护了桥塔18。

当地震发生时，桥塔18周围的剪力墙11和隔震墙10发生竖向位移时，隔震支座15和第一弹簧13可以进一步耗散地震能量，从而减小地震在竖向对桥塔18的破坏和位移，同时还抵抗了地震产生的竖向剪切破坏，橡胶层19可以起到缓冲竖向位移少的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，包括桥塔(18)，所述桥塔(18)的四周由外到里依次围绕有隔震墙(10)和两层剪力墙(11)，相邻所述剪力墙(11)之间、及剪力墙(11)与隔震墙(10)之间均设置有若干缓冲工字钢梁柱(25)；所述桥塔(18)、隔震墙(10)和两层剪力墙(11)均设置在隔震装置上；

所述剪力墙(11)包括边框体(2)和设置在边框体(2)内的两块内嵌钢板(1)，两块所述内嵌钢板(1)上均设置有端板(4)，两块所述端板连接，所述边框体(2)的顶部和底部均设置有鱼尾板(6)，两块所述内嵌钢板(1)远离端板(4)的一端分别设置在两块鱼尾板(6)上；所述内嵌钢板(1)与边框体(2)的侧边之间均设置有加劲肋(5)；

所述隔震装置包括上垫层(12)，所述上垫层(12)和下垫层(24)之间设置有第一弹簧(13)和橡胶层(19)；所述下垫层(24)与承台(14)之间设置有若干隔震支座(15)，相邻隔震支座(15)之间的对角点与记忆合金杆(16)的一端连接，所有记忆合金杆(16)的另一端设置在滑动套筒装置(17)上；

所述滑动套筒装置(17)包括球体(26)，所述球体(26)内设置有十字滑道(21)，所述十字滑道(21)内设置有十字弹簧(23)，所述十字弹簧(23)的四端分别与四根记忆合金杆(16)的端部连接，每个所述十字滑道(21)处的球体(26)上同轴设置有套筒(22)。

2.根据权利要求1所述的阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，所述隔震支座(15)通过螺栓固定在承台(14)和下垫层(24)上。

3.根据权利要求1所述的阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，所述缓冲工字钢梁柱(25)包括两块安装块(3)，两块所述安装块(3)的相对面上分别与两根横梁(7)的一端连接，两根所述横梁(7)的另一端均与缓冲装置(8)连接，所述横梁(7)上套设有第二弹簧(9)。

4.根据权利要求3所述的阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，所述缓冲装置(8)包括矩形壳体(801)，所述矩形壳体(801)内设置有两块滑板(802)，所述矩形壳体(801)的两侧面上设置有通孔，两块滑板(802)之间、及滑板(802)与穿过通孔延伸至矩形壳体(801)内的横梁(7)另一端之间均设置有缓冲弹簧(803)。

5.根据权利要求1所述的阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，所述内嵌钢板(1)与鱼尾板(6)之间通过螺栓连接，两块所述鱼尾板(6)分别焊接在边框体(2)的顶部和底部上。

6.根据权利要求1所述的阻碍断层破坏桥塔的隔震装置，其特征在于，所述隔震墙(10)和两层剪力墙(11)均通过角钢设置在隔震装置上。

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