CN114875725A - 一种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路轨道‑桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，设置于台后锚固机构的底座板和大端刺之间，主要包括上支座板构件、下支座板构件和滑块组件；上支座板构件和下支座板构件之间通过剪力销钉连接，上支座板构件的顶面与底座板锚固，下支座板构件的底面与大端刺锚固；滑块组件嵌装于上支座板构件和下支座板构件的纵向中心，滑块组件的两端分别与上支座板构件、下支座板构件通过球面贴合，纵向中心嵌装有组合蝶形弹簧。耗能装置内部设置剪力销钉，小震时可将底座板内部纵向力传递至路基上，大震时剪力销钉被剪断，底座板与大端刺断开连接，提高了路基段轨道结构和台后锚固机构的安全性，可在大震时保护路基段轨道结构和台后锚固机构。

Description

一种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置
技术领域
本发明属于桥梁工程抗震领域，具体为一种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置。
背景技术
CRTSII型板式无砟轨道结构有别于其他类型的无砟轨道，其显著特征是轨道板和底座板在路基和桥梁上均为纵向连续结构，因此由于温度作用以及列车制动力作用等，底座板将承受巨大的纵向力。桥台后的端刺和摩擦板可以有效而迅速的将桥上底座板纵向力传递到路基中，减小路基上底座板的纵向力。由此可以看出端刺和摩擦板是CRTSII型板式无砟轨道的重要组成部分。
台后锚固机构由摩擦板、连接板、过渡板、小端刺及大端刺等结构组合而成，摩擦板与底座板之间铺垫有土工膜，以此减小摩擦板下面小端刺受到的纵向力。而距离桥台较远的大端刺则与底座板固结起来，这样使大端刺承受较大的纵向力。地震作用下，由于两端受到端刺的约束，纵连底座板需承受较大的纵向力，主端刺处轨道板和底座板纵向力有峰值出现，可能会发生断裂。底座板断裂后，将收缩并释放其内部的纵向力，从而对轨道结构、桥跨结构及台后锚固机构产生影响。
目前桥梁抗震设计中没有考虑地震下端刺附近底座板的断裂风险，而底座板一旦发生断裂，会导致CRTSII型板式无砟轨道不再是稳定的纵连体系，整个轨道系统刚度将会受到较大削弱，并且震后对断裂底座板以及后台锚固机构的修复工作也会极其困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在遭遇较大地震时，减少大端刺附近底座板的断裂风险和后台锚固机构的损伤范围，降低上部轨道结构的地震响应，并在震后可以通过更换装置实现桥梁快速修复的端刺耗能装置。
本发明提供的这种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，设置于台后锚固机构的底座板和大端刺之间，主要包括上支座板构件、下支座板构件和滑块组件；上支座板构件和下支座板构件之间通过剪力销钉连接，上支座板构件的顶面与底座板锚固，下支座板构件的底面与大端刺锚固；滑块组件嵌装于上支座板构件和下支座板构件的纵向中心，滑块组件的两端分别与上支座板构件、下支座板构件通过球面贴合，纵向中心嵌装有组合蝶形弹簧。
上述装置的一种实施方式中，所述上支座板构件的底面中心位置为上凹球面，底面外沿为圆环面，顶面为矩形，顶面和圆环面之间有环形凹槽。
上述装置的一种实施方式中，所述下支座板构件的顶面中心位置为下凹球面，顶面外沿为圆环面，底面为矩形面。
上述装置的一种实施方式中，所述上凹球面和下凹球面的曲率不同，它们的表面分别附有一层耐磨胶板。
上述装置的一种实施方式中，所述上支座板构件与下支座板构件的圆环面对拼后通过所述剪力销钉连接，上支座板构件的顶面和下支座板构件的底面分别设置有锚固件安装孔。
上述装置的一种实施方式中，所述滑块组件包括下滑动板、导向圆筒、组合蝶形弹簧、传力压块和上滑动板，导向圆筒的下端固定于下滑动板上，组合蝶形弹簧限位于导向圆筒中，传力压块的底面压于组合蝶形弹簧顶面，上滑动板嵌于导向圆筒的顶面中心，传力压块的上端与上滑动板的底面通过凸块和凹槽定位后贴合装配。
上述装置的一种实施方式中，所述下滑动板的底面为下凸球面，顶面为平面，用于匹配所述下支座板构件上的下凹球面。
上述装置的一种实施方式中，所述组合蝶形弹簧包括多块蝶形弹簧，它们均分为两组后每组以凸面叠合，两组以凹面对合。
上述装置的一种实施方式中，所述传力压块的底面为平面，顶面中心有所述凸块，凸块的两侧为对称的斜面。
上述装置的一种实施方式中，所述上滑动板的底面有与所述凸块匹配的凹槽、与所述斜面相应的斜面，顶面为上凸球面，用于匹配所述上支座板构件的上凹球面。
本发明具有以下有益效果：
可在大震时保护路基段轨道结构和台后锚固机构，通过在大端刺和底座板之间安装耗能装置，装置内部设置剪力销钉，小震时可以将底座板内部纵向力传递至路基上，大震时剪力销钉被剪断，底座板与大端刺断开连接，提高了路基段轨道结构和台后锚固机构的安全性；
在大震时可降低桥梁结构地震响应，剪力销钉在大震时被剪断后，滑块组件可在上、下支座板构件的球面之间滑动，通过滑动面的摩擦阻尼消耗地震能量，降低上部轨道结构的地震响应。滑块组件内部的组合碟形弹簧可以通过竖向变形来减小上部轨道结构的抬升，保证轨道结构的平顺性。
具有竖向减隔震功能，在竖向地震下，滑块组件内部的组合碟形弹簧通过较小的竖向变形吸收地震能量，以此来实现竖向减隔震的目的。
具有一定的自复位性，在地震结束后，耗能装置可以在结构的自重作用下实现复位。自复位功能降低了地震作用下路基段桥梁结构的破坏程度，有利于在震后实现迅速更换修复，缩短了震后恢复通车的时间
具有易于修复的特点，耗能装置破坏后只需要对装置内部被破坏的构件进行更换即可，修复技术难度小、修复成本低且能够在短时间内完成修复，可以减小震后损失。
附图说明
图1为本发明一个实施例使用状态示意图。
图2为图1中的A部放大示意图。
图3为图2中耗能装置的纵剖放大示意图。
图4为图2中耗能装置的轴测结构纵剖示意图。
图5为图4中滑块组件的放大结构示意图。
图中序号：
1-梁体；2-桥台；3-轨道板；4-钢轨；5-小端刺；6-摩擦板；7-底座板；
8-耗能装置；9-大端刺；
81-上支座板构件、82-下支座板构件、83-下滑动板、84-导向圆筒、85-组合蝶形弹簧、86-传力压块、87-上滑动板、88-剪力销钉。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例公开的这种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，锚固于台后锚固机构的底座板7和大端刺9之间。
如图3所示，本耗能装置8包括上支座板构件81、下支座板构件82、下滑动板83、导向圆筒84、组合蝶形弹簧85、传力压块86、上滑动板87和剪力销钉88。
结合图2、图3可以看出：
上支座板构件81的底面中心位置为上凹球面，底面外沿为圆环面，顶面为矩形，设置有锚固螺栓的安装孔，顶面和圆环面之间有环形凹槽。
下支座板构件82的顶面中心位置为下凹球面，顶面外沿为圆环面，底面为矩形面，设置有锚固螺栓的安装孔。
上凹球面和下凹球面的曲率不同，它们的表面分别固定一层聚四氟乙烯板作为耐磨板(图中未示出)。
上支座板构件81和下支座板构件82的圆环面对应设置一圈圆孔，用于安装剪力销钉88。
下滑动板83的底面为下凸球面，顶面为平面，用于匹配下支座板构件上的下凹球面。
导向圆筒84的下端为开口端，上端有限位环板。
组合蝶形弹簧85包括四片蝶形弹簧,它们均分为两组后每组以凸面叠合，两组以凹面对合，以减小整个组合碟形弹簧的变形量。
在组合碟形弹簧85的上、下侧分别放置表面经过处理的垫板，以保证组合碟形弹簧的自由变形。
传力压块86的底面为平面，顶面中心有凸块861，凸块的两侧为对称的斜面；上滑动板87的底面有与凸块匹配的凹槽、与斜面相应的斜面，顶面为上凸球面，用于匹配上支座板构件81的上凹球面。
下滑动板83、导向圆筒84、组合蝶形弹簧85、传力压块86和上滑动板87组成嵌于上支座板构件81和下支座板构件82上凹球面和下凹球面之间的碟簧式滑块组件。
碟簧式滑块组件装配时，导向圆筒84的下端焊接于下支座板构件82的上表面，组合蝶形弹簧85置于导向圆筒84的内腔中，传力压块86的底面压于组合蝶形弹簧85的顶面，上滑动板87嵌于导向圆筒的上端，底面的凹槽与传力压块的凸块插接定位。
组合碟形弹簧85置于导向圆筒84的内腔中，导向圆筒的下端和下滑动板83固定连接，并在导向圆筒的上端设置限位环板，可防止下滑动板83与组合碟形弹簧85的脱离。传力压块86可以随上滑动板87在竖向移动，竖向荷载依次通过上滑动板87至传力压块86至组合碟形弹簧85至下滑动板83的路径传递。
耗能装置装配时，滑块组件的下滑动板83对中置于下支座板构件82的下凹球面中，上滑动板87对中置于上支座板构件81的上凹球面中，上支座板构件81和下支座板构件82的圆环面对拼，通过剪力销钉88连接固定。
从耗能装置的上述结构可以看出，它为碟簧式摩擦摆装置。
耗能装置8在台后锚固机构的底座板7和大端刺9之间安装时，下支座板构件82与大端刺9之间通过螺栓锚固，上支座板构件81与底座板7通过螺栓锚固。正常使用状态下，耗能装置8可以将上部轨道结构水平方向的力传递至主端刺9。
本耗能装置的工作原理如下：
正常使用状态下及小震时，上支座板构件和下支座板构件之间连接的剪力销钉可以承受各种产生的水平力而不被破坏，大震时，剪力销钉被剪断，上部结构能在初始位置的两侧自由摆动。
上支座板构件和下支座板构件与滑块组件的接触面为曲率不同的凸球面，凸球面上附有一层耐磨板，碟簧式滑块组件能通过上、下滑动板在上、下球面之间滑动。
在竖向地震作用下，组合碟形弹簧通过较小的变形可以吸收一定的地震能量，起到减隔震的作用。
上支座板构件和下支座板构件之间的剪力销钉可以保证装置内部在小震时不产生相对位移，大震作用下，剪力销钉被剪断后，上部轨道结构开始发生摆动，碟簧式滑块组件在摆动过程中与上、下支座板构件产生相对运动，碟簧式滑块组件两端的滑动板与上支座板和下支座板表面的耐磨板产生滑动摩擦，消耗地震能量。在摆动过程中，碟簧式滑块组件内部预压的组合碟形弹簧可以增大接触面的摩擦阻力，提高装置的减隔震作用。同时，当上支座板构件和下支座板构件产生相对位移时，组合碟形弹簧受到竖向压力后会产生压缩变形，可以减少上支座板构件的竖向位移，避免上部轨道结构的抬升。
地震结束后，耗能装置可以利用自身重力作用和圆弧滑动面实现自动复位，同时在碟簧式滑块组件两端沿着上、下支座板构件的球面滑动时，组合碟形弹簧随之产生竖向转动的同时弹簧对上支座板构件和下支座板构件的反作用力有助于装置的自复位。
总结来说，本装置具有以下优势：
可以在大震时保护路基段轨道结构和台后锚固机构，通过在大端刺和底座板之间安装本耗能装置(碟簧式摩擦摆装置)，装置内部设置剪力销钉，小震时可以将底座板内部纵向力传递至路基上，大震时剪力销钉被剪断，底座板与主端刺断开连接，提高了路基段轨道结构和台后锚固机构的安全性。
在大震时可以降低桥梁结构地震响应，剪力销钉在大震时被剪断后，滑块组件在上下支座板构件球面表面的耐磨板之间滑动，可以通过滑动面的摩擦阻尼消耗地震能量，降低上部轨道结构的地震响应。滑块组件内部的组合碟形弹簧可以通过竖向变形来减小上部轨道结构的抬升，保证上部轨道结构的平顺性。
具有竖向减隔震功能，在竖向地震下，滑块组件内部的组合碟形弹簧通过较小的竖向变形吸收地震能量，以此来实现竖向减隔震的目的。
具有一定的自复位性，在地震结束后，装置可以在结构的自重作用下实现复位。自复位功能降低了地震作用下路基段桥梁结构的破坏程度，有利于在震后实现迅速更换修复，缩短了震后恢复通车的时间。
具有易于修复的特点，耗能装置破坏后只需要对装置内部被破坏的构件进行更换即可，修复技术难度小、修复成本低且能够在短时间内完成修复，可以减小震后损失。

Claims (10)

1.一种铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：
该耗能装置设置于台后锚固机构的底座板和大端刺之间，主要包括上支座板构件、下支座板构件和滑块组件；
上支座板构件和下支座板构件之间通过剪力销钉连接，上支座板构件的顶面与底座板锚固，下支座板构件的底面与大端刺锚固；
滑块组件嵌装于上支座板构件和下支座板构件的纵向中心，滑块组件的两端分别与上支座板构件、下支座板构件通过球面贴合，纵向中心嵌装有组合蝶形弹簧。
2.如权利要求1所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述上支座板构件的底面中心位置为上凹球面，底面外沿为圆环面，顶面为矩形，顶面和圆环面之间有环形凹槽。
3.如权利要求2所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述下支座板构件的顶面中心位置为下凹球面，顶面外沿为圆环面，底面为矩形面。
4.如权利要求3所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述上凹球面和下凹球面的曲率不同，它们的表面分别附有一层耐磨胶板。
5.如权利要求3所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述上支座板构件与下支座板构件的圆环面对拼后通过所述剪力销钉连接，上支座板构件的顶面和下支座板构件的底面分别设置有锚固件安装孔。
6.如权利要求3所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述滑块组件包括下滑动板、导向圆筒、组合蝶形弹簧、传力压块和上滑动板，导向圆筒的下端固定于下滑动板上，组合蝶形弹簧限位于导向圆筒中，传力压块的底面压于组合蝶形弹簧顶面，上滑动板嵌于导向圆筒的顶面中心，传力压块的上端与上滑动板的底面通过凸块和凹槽定位后贴合装配。
7.如权利要求6所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述下滑动板的底面为下凸球面，顶面为平面，用于匹配所述下支座板构件上的下凹球面。
8.如权利要求6所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述组合蝶形弹簧包括多块蝶形弹簧，它们均分为两组后每组以凸面叠合，两组以凹面对合。
9.如权利要求6所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述传力压块的底面为平面，顶面中心有所述凸块，凸块的两侧为对称的斜面。
10.如权利要求6所述的铁路轨道-桥梁系统地震风险转移的端刺耗能装置，其特征在于：所述上滑动板的底面有与所述凸块匹配的凹槽、与所述斜面相应的斜面，顶面为上凸球面，用于匹配所述上支座板构件的上凹球面。
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