CN114990995A - 一种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其减震单元包括外壳组件和芯杆组件，芯杆组件与外壳组件的内腔以曲面嵌合装配，外壳组件的曲面厚度远大于新杆组件的曲面厚度，芯杆组件的芯杆内封装有多组可挤压变形的耗能构件，外壳组件和芯杆组件的外端分别通过安装座固定于桥墩顶部侧面和主梁底面之间，安装后的减震单元呈水平状态。安装后可消耗较多的地震能量，而且分阶段耗能作用明显，耗能构件失效后杆主体变形耗能，空腔中可嵌入不同数量/规格的耗能构件，从内往外设置耗能梯度，使整个芯杆组件能很好的分阶段耗能。不出现设计的最大地震级别时，芯杆组件不至于完全失效，最大限度保证桥梁的安全。

Description

一种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置

技术领域

本发明涉及一种桥梁减震装置，具体为一种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置。

背景技术

减震技术是在结构某些部位(如支撑、剪力墙、连接缝或连接构件)设置耗能(阻尼)装置(或元件)。在主体进入非弹性状态前装置(或元件)率先进入耗能工作状态，通过该装置产生摩擦、弯曲(或剪切、扭转)弹塑性(或粘弹性)滞回变形来耗散能量或吸收地震输入结构的能量，以减少主体结构的地震反应。

隔震技术是在建筑上部结构与地基(下部结构)间采用柔性连接(隔震垫)，通过其吸收地震力，以减少地震能量向上部结构传输，从而有效地降低地震对建筑物的作用。

减隔震装置是减隔震技术的充分体现，除了实现减隔震的目的，减隔震装置还必须不能影响结构的其他能力。如满足结构正常使用阶段、耐久性、施工等方面的要求。其包括且不限于承受设计的恒载活载，方便安装，不影响施工等等。

目前减隔震装置的减震单元在震后一般需要更换的部件较多，甚至整个减震单元都需要更换，使得更换操作繁琐，震后修复速度慢且修复成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分阶段耗能效果好、耗能量大、更换操作简单、更换成本低的桥梁装配式减隔震装置。

本发明提供的这种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其技术方案为：装置的减震单元包括外壳组件和芯杆组件，芯杆组件与外壳组件的内腔以曲面嵌合装配，外壳组件的曲面厚度远大于新杆组件的曲面厚度，芯杆组件的芯杆内封装有多组可挤压变形的耗能构件，外壳组件和芯杆组件的外端分别通过安装座固定于桥墩顶部侧面和主梁底面之间，安装后的减震单元呈水平状态。

上述技术方案的一种实施方式中，所述外壳组件包括对称结构的前半壳体和后半壳体，两者对拼连接固定后形成长方体形的外壳，外壳的内腔顶面和底面为对称曲面，外壳的一端有连接封板。

上述技术方案的一种实施方式中，所述前半壳体和后半壳体包括上下两块对称布置的曲面钢块，两曲面钢块的相背面一端固定对拼钢板，对拼钢板上均布紧固件安装孔，两曲面钢块的另一端分别固定竖向侧板，连接封板为平面尺寸大于所述外壳横截面尺寸的矩形钢板，均分为前后两半分别固定于前半壳体和后半壳体的一端。

上述技术方案的一种实施方式中，所述曲面钢块的长度为外壳长度，其嵌合曲面为锯齿面，且锯齿的深度从近连接封板端往外依次增大。

上述技术方案的一种实施方式中，所述芯杆组件包括曲面钢板、隔板、连接板、盖板和所述耗能构件，两块曲面钢板上下对称布置，其曲面为锯齿面，各锯齿的左右侧之间分别固定隔板，使曲面钢板和隔板围成多边形内腔，耗能构件嵌入各多边形内腔中后通过盖板封装，曲面钢板和盖板连接围成芯杆主体，芯杆主体的外端段为直杆段，连接板固定于直杆段的外端。

上述技术方案的一种实施方式中，所述耗能构件为若干正多边形钢管，它们在所述曲面钢板和隔板围成的各多边形空腔内相互接触排布成蜂窝状。

上述技术方案的一种实施方式中，所述芯杆组件与外壳组件装配时，两曲面钢板的锯齿面段与两曲面钢块嵌合，直杆段伸出于外壳外。

上述技术方案的一种实施方式中，所述铰接座和安装座中的一个为双耳板座，另一个为单耳板座，两者的耳板插接后通过高强销轴铰接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述高强销轴采用配置弹性开口销或者限位螺母的T形销轴。

本发明减震单元的各结构件工厂批量预制后组装成整体，运输至现场安装时，只需将减震单元两端的安装座分别通过高强螺栓与桥墩和主梁上预埋的内螺纹套筒连接，现场施工工作量小，安装方便。减震单元的外壳组件与芯杆组件装配时采用曲面嵌合，其芯杆组件有多个空腔嵌装可挤压变形的耗能构件，所以可消耗较多的地震能量，而且分阶段耗能作用明显，在芯杆构件内的耗能构件失效后再出现芯杆构件的杆主体变形耗能，而且空腔中可嵌入不同数量或者不同规格的耗能构件，从内往外设置耗能梯度，使整个芯杆组件能很好的分阶段耗能，而且在不出现设计的最大地震级别时，芯杆组件不至于完全失效，最大限度的保证桥梁的安全。外壳组件的曲面厚度远大于芯杆组件的曲面厚度，使整个减震单元只有芯杆组件被破坏，而外壳单元不会被破坏，所以震后修复时只需将减震单元相应的紧固件拆卸后更换新的芯杆组件，更换操作快、成本低。

附图说明

图1为本发明一个实施例的使用状态结构示意图。

图2为图1中减震单元的俯视放大示意图(未示出铰接座和安装座)。

图3为图1中减震单元去掉前半壳体后的结构示意图。

图4为图3去掉芯杆组件前侧盖板后的结构示意图。

图5为图4中芯杆组件的放大结构示意图。

具体实施方式

从图1可以看出，本实施例公开的这种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其减震单元包括外壳组件1、芯杆组件2、铰接座3和安装座4，芯杆组件2与外壳组件1以曲面嵌合装配，两者的外端分别通过紧固件连接铰接座3，铰接座3分别通过销轴铰接安装座4。减震单元水平布置，两端分别通过铰接座4及紧固件与桥墩5顶部侧壁和主梁6底面固定。

结合图1、图2可以看出：

外壳组件1包括前后对拼的前半壳体和后半壳体，前半壳体和后半壳体的结构相同，均包括曲面钢块11、竖向侧板12和连接封板13，两曲面钢块11上下相对布置，相对面为曲面，相背面为平面，两曲面钢块11的相背面焊接等长的对拼钢板14，两曲面钢块11的宽度侧外端焊接封板12，连接板13为矩形钢板，分别焊接于前半壳体和后半壳体的左端，用于连接铰接座3。

从图3可以看出，曲面钢块11的曲面为锯齿面，且从左往右的齿深依次增大。

结合图3、图4可以看出：

芯杆组件2包括曲面钢板21、隔板22、耗能构件23、盖板24和连接板25。

两块曲面钢板21上下对称布置，曲面形状与曲面钢块11的曲面匹配。

隔板22连接于曲面钢板21各锯齿的两端，使两曲面钢板21之间形成多个多边形空腔，耗能构件23采用正六边形钢管，每个多边形空腔中分别嵌入多根正六边形钢管，它们相互排布形成整体蜂窝状充满整个空腔。

两块盖板24分别焊接于两块曲面钢板21的前后两端，所以盖板24的边缘形状与曲面钢板21的曲面形状一致。

曲面钢板21和盖板24的外端段为平直段，它们的末端对中焊接连接板25。

铰接座3和安装座4中的一个为双耳板座，另一个为单耳板座，两者的耳板插接后通过高强销轴铰接。为了放置高强销轴脱落，本实施例中采用T形销轴，且配置弹性开口销或者限位螺母。

减震单元的装配过程如下：

将芯杆组件2的锯齿面段置于后半壳体的内腔中，两者的上下锯齿面嵌合，芯杆组件的右端位于后半壳体外。

将前半壳体扣于芯杆组件外与后半壳体对拼，将前半壳体和后半壳体的对拼钢板14通过高强螺栓连接后，通过高强螺母锁紧。

分别在外壳组件1的左端和芯杆组件2的右端安装铰接座3和安装座4。

桥墩5和主梁6预制时，在减震单元安装位置处预埋带内螺纹套筒的矩形钢板。

减震单元现场安装时，只需将其两端的安装座4分别通过高强螺栓与预埋的内螺纹套筒连接。每个桥墩与主梁之间安装的减震单元数量根据桥墩的横桥向尺寸确定。减震单元安装后，不影响桥梁的正常使用。

减震单元的分阶段耗能过程如下：

小震作用时，芯杆组件在外壳组件的上下曲面钢块之间滑移不耗能，通过桥墩上端与主梁之间的橡胶支座耗能。

中等地震及较大地震时，芯杆组件内拉伸挤压，首先是其曲面钢板与外壳组件的曲面钢块的嵌合曲面贴合压紧，随着芯杆组件的继续被拉伸，曲面钢板挤压嵌装的多边形钢管，多边形钢管变形耗能，由于多边形钢管排布成蜂窝状，数量多，且钢管为多边形变形量较大，所以能消耗较多的地震能量，多边形钢管变形失去耗能作用后，曲面钢板被继续往外拉伸，直至曲面变直，此时曲面钢板失去耗能作用，芯杆单元被破坏。但耗能钢块由于其厚度大，所以不会被破坏。另外，由于曲面钢板的齿深从内往外依次增大，所以首先是最内端空腔中的多边形钢管变形及最内端的曲面变形耗能，然后依次为后续空腔中的多边形钢管及相应的曲面变形耗能。

曲面钢板的曲面形状及厚度、曲面钢板之间多边形空腔的数量及各空腔中嵌装的多边形钢管参数等均可根据应用地区可能产生的最大地震级别产生的能量进行计算后确定，曲面钢块的参数同理可在设计时确定，且其厚度远大于曲面钢板的厚度，以保证发生地震时，最多破坏芯杆组件，以使震后修复成本低、修复速度快。

地震结束后检查被破坏的减震单元时，由于被破坏减震单元的芯杆组件外端会有明显的变化：铰接座处于偏转状态。所以能很直观的发现被破坏的减震大单元。

修复被破坏的减震单元时，只需将前半壳体和后半壳体之间的连接螺栓卸下，将前半壳体与铰接座之间的连接螺栓卸下，打开前半壳体，将芯杆组件与铰接座之间的连接螺栓卸下，将破坏的芯杆组件卸下更换新的芯杆组件后重新将前半壳体安装固定即可，更换操作快且成本低。

减震单元的各结构件工厂批量预制后组装成整体，运输至现场安装时，只需将减震单元两端的安装座分别通过高强螺栓与桥墩和主梁上预埋的内螺纹套筒连接，现场施工工作量小。

减震单元采用曲面钢板配合多边形钢管耗能，多边形钢管数量多变形量较大，可消耗较多的能量，曲面钢板的刚度大于多边形钢管的刚度，在多边形钢管耗能失效后再变形耗能，而且两曲面钢板之间的多边形空腔中嵌入不同数量或者不同规格的多边形钢管，从内往外设置耗能梯度，使整个芯杆组件能很好的分阶段耗能，而且在不出现设计的最大地震级别时，芯杆组件布置于完全失效，最大限度的保证桥梁的安全。整个减震单元只有芯杆组件被破坏，所以震后修复时更换操作快、成本低。

Claims (9)

1.一种可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：该装置的减震单元包括外壳组件和芯杆组件，芯杆组件与外壳组件的内腔以曲面嵌合装配，外壳组件的曲面厚度远大于芯杆组件的曲面厚度，芯杆组件的芯杆内封装有多组可挤压变形的耗能构件，外壳组件和芯杆组件的外端分别通过安装座固定于桥墩顶部侧面和主梁底面之间，安装后的减震单元呈水平状态。

2.如权利要求1所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述外壳组件包括对称结构的前半壳体和后半壳体，两者对拼连接固定后形成长方体形的外壳，外壳的内腔顶面和底面为对称曲面，外壳的一端有连接封板。

3.如权利要求2所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述前半壳体和后半壳体包括上下两块对称布置的曲面钢块，两曲面钢块的相背面一端固定对拼钢板，对拼钢板上均布紧固件安装孔，两曲面钢块的另一端分别固定竖向侧板，连接封板为平面尺寸大于所述外壳横截面尺寸的矩形钢板，均分为前后两半分别固定于前半壳体和后半壳体的一端。

4.如权利要求3所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述曲面钢块的长度为外壳长度，其嵌合曲面为锯齿面，且锯齿的深度从近连接封板端往外依次增大。

5.如权利要求4所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述芯杆组件包括曲面钢板、隔板、连接板、盖板和所述耗能构件，两块曲面钢板上下对称布置，其曲面为锯齿面，各锯齿的左右侧之间分别固定隔板，使曲面钢板和隔板围成多边形内腔，耗能构件嵌入各多边形内腔中后通过盖板封装，曲面钢板和盖板连接围成芯杆主体，芯杆主体的外端段为直杆段，连接板固定于直杆段的外端。

6.如权利要求5所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述耗能构件为若干正多边形钢管，它们在所述曲面钢板和隔板围成的各多边形空腔内相互接触排布成蜂窝状。

7.如权利要求6所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述芯杆组件与外壳组件装配时，两曲面钢板的锯齿面段与两曲面钢块嵌合，直杆段伸出于外壳外。

8.如权利要求1所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述铰接座和安装座中的一个为双耳板座，另一个为单耳板座，两者的耳板插接后通过高强销轴铰接。

9.如权利要求8所述的可伸缩挤压变形分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述高强销轴采用配置弹性开口销或者限位螺母的T形销轴。

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