CN116497689A - 柔性防止落梁装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性防止落梁装置，涉及一种桥梁用抗震装置，包括连接索、锚固件；锚固件分别锚固连接在连接索的两端，且分别与桥墩侧面、箱梁底部相连接所述的连接索采用高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索；所述的锚固件包括锚固筒、叉耳、万向铰托座；锚固筒分别锚固连接在连接索的两端；叉耳的一端与锚固筒固定连接，另一端与万向铰托座转动连接；万向铰托座分别安装在桥墩的侧面和箱梁的底部；在桥墩或箱梁任意一端的叉耳和锚固筒之间还安装有缓冲器。本发明能同时实现多方向的防落梁限位，能满足瞬间冲击试验要求，其耗能结构整体结构简洁，受力明确，易于实现，且施工安装方便高效，特别适用于简支体系梁桥的抗震措施。

Description

柔性防止落梁装置

技术领域

本发明涉及一种桥梁用抗震装置，特别是一种柔性防止落梁装置。

背景技术

为减轻结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，《公路桥梁搞震设计规范》和《城市桥梁抗震设计规范》均要求桥梁应采取一定的抗震措施。授权公告号为CN215104596U的发明专利公开了一种“拉索式分级吸能型防落梁装置”，该装置具有安装在箱梁与箱梁之间用于实现横向限位功能的横向防落梁装置和安装在箱梁与桥墩之间用于实现竖向限位功能的竖向防落梁装置，同时还提供了一种可分级吸收大地震瞬间冲击能量的吸能控制组件，能有效避免地震瞬间冲击破坏桥梁结构。但是，该装置的横向限位功能和纵向限位功能仍需要分别通过两套防落梁装置来实现，其结构复杂，而且吸能控制组件的结构也同样复杂、体积较大，只适合安装在箱梁与箱梁之间的横向防落梁装置中，并不适合安装在箱梁与桥墩之间的竖向防落梁装置上。

另外，授权公告号为CN209760004U的发明专利公开了一种“桥梁多向防落梁限位装置”，该装置虽然可以同时实现横向和纵向防落梁限位功能，但仍存在以下不足：（1）横向与纵向的偏转由水平销轴和竖向销轴实现，在施工安装阶段，拉索没有实际受力时，两个方向的销轴可以分别实现偏转，但在拉索受力后的阶段，当出现横向位移时，竖向销轴受水平向拉力无法实现转动，导致锚固件与拉索连接处出现折角，不利于连接索受力。（2）橡胶缓冲器若要能承受拉索受力时的压力和冲击力，其承压面积设计时必须远大于螺母受压面积，而且位移弹簧需要设计为锥形，由此导致梁底安装结构庞大，托座挡板受力悬臂长，托座与梁底连接处受较大弯矩，不利于落梁装置结构受力。

此外，由于地震产生的纵向或横向力是一个瞬间的冲击力，因此防落梁装置的瞬间冲击性能应该能够满足在最大冲击速度为1m/s的情况下，试验装置的组件不被破坏。因此防落梁装置除了要满足极限荷载试验、周期荷载试验和疲劳试验的要求，还要满足瞬间冲击试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种柔性防止落梁装置，以解决现有技术存在的不能同时实现横向和纵向防落梁限位功能、结构复杂、吸能缓冲组件体积较大、不利于结构受力的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种柔性防止落梁装置，包括锚固件、连接索，所述的连接索两端分别通过锚固件锚固连接在桥墩与箱梁之间；所述的连接索采用高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索；所述的锚固件包括锚固筒、叉耳、万向铰托座；锚固筒分别锚固连接在连接索的两端；叉耳的一端与锚固筒固定连接，另一端与万向铰托座转动连接；万向铰托座分别安装在桥墩的侧面和箱梁的底部；在任意一端的叉耳和锚固筒之间还安装有缓冲器；该缓冲器包括控制管、减震装置、缓冲拉杆；所述的控制管一端与锚固筒的端部紧固连接，另一端内孔安装有所述的减震装置和缓冲拉杆；缓冲拉杆的头部端面与锚固筒端面之间具有L=5mm～500mm的距离，缓冲拉杆的尾部穿过减震装置伸出控制管外与叉耳紧固连接。

本发明的进一步技术方案是：所述控制管的内孔由螺纹孔、大光孔和小光孔依次连接组成；所述的螺纹孔与锚固筒的端部通过螺纹连接；所述缓冲拉杆的头部为T形杆头，该T形杆头安装在控制管的大光孔内，且T形杆头的一端端面与安装在螺纹孔的锚固筒端面之间留有所述的距离L，T形杆头的另一端端面与大光孔孔底之间安装有所述的减震装置；缓冲拉杆的尾部穿过减震装置伸出控制管外与叉耳通过螺纹紧固连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的减震装置包括依次套装在缓冲拉杆上的蝶形垫环、缓冲挡板、发泡材料板、齿状减震板；所述的齿状减震板安装在靠近T形杆头一端，该齿状减震板在靠近发泡材料板一侧设有凸齿。

本发明的再进一步技术方案是：所述的发泡材料板为聚氨酯类材料板或橡胶材料板。

本发明的再进一步技术方案是：所述的齿状减震板上的凸齿为环状凸齿或尖锐凸齿；该凸齿的硬度大于缓冲挡板的硬度。

本发明的进一步技术方案是：所述的万向铰托座包括托座和球关节，所述的托座分别固定安装在桥墩侧面、箱梁底部；所述的球关节包括球关节轴承、销轴，球关节轴承安装在托座上，销轴穿过叉耳、球关节轴承将叉耳铰接在托座上，销轴与球形关节轴承之间实现任意方向15°以内的偏转。

本发明的再进一步技术方案是：所述的托座包括固定板和连接板，固定板分别预埋在桥墩侧面、箱梁底部，且固定板底部植入有用于承受拉力和剪力的预埋钢筋；所述的连接板垂直安装在固定板上，且连接板上设有用于安装所述球关节轴承的安装通孔。

由于采用上述结构，本发明之柔性防止落梁装置与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 能同时实现多方向的防落梁限位功能

本发明包括锚固件、连接索，所述的连接索两端分别通过锚固件锚固连接在桥墩与箱梁之间；所述的锚固件包括锚固筒、叉耳、万向铰托座；锚固筒分别锚固连接在连接索的两端；叉耳的一端与锚固筒固定连接，另一端与万向铰托座转动连接；万向铰托座分别安装在桥墩的侧面和箱梁的底部；在任意一端的叉耳和锚固筒之间还安装有缓冲器。由于本发明的连接索采用柔性较好的高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索，可以较好的适应桥梁结构各方向的变化需要；而且锚固件的叉耳在与桥墩侧面、箱梁底部连接时，也采用柔性结构的万向铰托座进行连接，可实现任意方向的15°以内的偏转，从而能实现横向、纵向或其他任意方向的位移变化需要。在地震条件下，桥梁结构受到冲击发生位移时，本发明处于受力拉紧状态，其中叉耳两端的万向铰接方式能能在受力状态下转向，使用拉索受力过程中不会出现偏折，受力筋也不易发生剪切破坏，有效限制桥梁位移；因此，本发明能同时实现多方向的防落梁限位功能。

2.结构受力合理

本发明在地震条件下，桥梁结构受到冲击发生位移时，本装置处于受力拉紧状态，其中叉耳两端的万向铰接方式能在受力状态下转向，使用拉索受力过程中不会出现偏折，受力筋也不易发生剪切破坏，其结构受力合理，能有效限制桥梁位移。

另外，本发明的缓冲器包括控制管、分别安装在控制管中的减震装置、缓冲拉杆；整体结构简单，体积小巧，可适合安装在箱梁与桥墩之间任意一端或两端的锚固件上，解决了现有技术存在的梁底安装结构庞大、托座挡板受力悬臂长、托座与梁底连接处受较大弯矩的不足之处，防落梁装置的整体结构受力合理。

3.结构简单、缓冲器体积小巧

由于本发明的连接索采用柔性较好的高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索，可以较好的适应桥梁结构各方向的变化需要；而且锚固件的叉耳在与桥墩侧面、箱梁底部连接时，也采用柔性结构的万向铰托座进行连接，可实现任意方向的15°以内的偏转，从而能实现横向、纵向或其他任意方向的位移变化需要。因此，本发明只需要一套防落梁装置即可实现对横向、纵向或其他任意方向的防落梁限位功能，其结构简单，有效降低了生产成本。

另外，本发明的缓冲器包括控制管、分别安装在控制管中的减震装置、缓冲拉杆；整体结构简单，体积小巧，可适合安装在箱梁与桥墩之间任意一端或两端的锚固件上。

4. 缓冲器整体结构简洁，受力明确，易于实现

本发明的缓冲器整体结构简洁，其控制管一端与锚固筒的端部连接，另一端内孔中安装有减震装置、缓冲拉杆；缓冲拉杆的头部端面与锚固筒端面之间具有L=5mm～500mm的距离，缓冲拉杆的尾部穿过减震装置伸出控制管外与叉耳连接。在受到地震力作用时，不会出现卡壳现象，而且也没有多级台阶，而且本发明缓冲器的减震装置利用材料强度差异，在受到轴向冲击力时直接吸能，其受力明确，设计计算方便。

5. 能满足瞬间冲击试验要求

本发明的缓冲器包括控制管、减震装置、缓冲拉杆；其中，减震装置包括依次安装在一起的蝶形垫环、缓冲挡板、发泡材料板、齿状减震板；齿状减震板在靠近发泡材料板一侧设有凸齿。由于齿状减震板与缓冲挡板之间为柔软的发泡材料板，柔软的发泡材料主要是聚氨酯类材料，也可以采用橡胶材料。齿状减震板的凸齿，可以是环状，也可以是尖锐突起分布，凸齿硬度比缓冲挡板硬度高。正常使用状态下，齿状减震板与缓冲档板间不发生作用，发泡材料只起填充空间作用，当有瞬间冲击力出现时，硬度高的凸齿瞬间压入硬度低的缓冲挡板内，起到吸收冲击力的作用，减少冲击力对其他结构件的影响，而发泡材料被压缩时也不影响冲击空间，缓冲结构能满足瞬间冲击试验的要求。

6.连接索易于加工，满足桥梁结构用索的疲劳要求

在现有技术中，常用于连接索的高强度链条其最大线径仅为φ42mm，节距152mm，极限应力1000MPa，破断力2770kN，相当于10根钢绞线受力；圆环链条的疲劳试验上限为40%极限应力，但只要求其脉动循环次数不低于30000次，与桥梁要求的疲劳试验上限为40%极限应力，满足循环次数2×106相距甚远。而本发明采用的连接索是高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索，其中，直径φ15.2mm单根钢绞线，抗拉强度钢丝绳的抗拉强度最低1470MPa，最高达2160MPa，集束成为钢绞线拉索，应用于防止落梁装置拉索，可以使用1根钢绞线到19根钢绞线组合，即破断力在260kN～4940kN均可使用。因此，本发明采用的连接索不仅易于加工，而且可以根据设计要求增加或减少钢绞线或钢丝绳股数满足桥梁结构用索的疲劳要求。

7. 施工安装方便高效

本发明施工安装方便高效，特别适用于简支体系梁桥的抗震措施。

下面，结合附图和实施例对本发明之柔性防止落梁装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本发明之柔性防止落梁装置的结构示意图，

图2：实施例一所述叉耳的结构示意图，

图3：实施例一所述缓冲器的结构示意图，

图4：实施例一所述控制管的结构示意图，

图5：实施例一所述齿状减震板的主视图，

图6：图5的左视图，

图7：本发明安装在箱梁底部与桥墩侧面之间的结构示意图；

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-桥墩，

2-锚固件，21-锚固筒，22-叉耳， 221-侧板，2211-通孔，

23-万向铰托座，231-托座，2311-固定板，2312-连接板，2313-预埋钢筋，

232-球关节，2321-球关节轴承，2322-销轴，

3-连接索，

4-箱梁，

5-缓冲器，

51-控制管，512-大光孔，513-小光孔，

52-减震装置，521-蝶形垫环，522-缓冲挡板，523-发泡材料板，

524-齿状减震板， 5241-环状凸齿，

53-缓冲拉杆， 531-T形杆头，532-外螺纹。

C-本发明在正常使用状态下的连接索中心线,

Z-本发明在地震状态下的连接索中心线。

实施方式

实施例一

一种柔性防止落梁装置，包括锚固件2、连接索3，所述的连接索3两端分别通过锚固件2锚固连接在桥墩1与箱梁4之间；其中：

所述的连接索3采用高强钢绞线拉索，由呈正六边形排布的N根钢绞线以及PE外护管组成，1≤N≤19，其钢绞线的抗拉强度为1670 MPa、1770 MPa、1860 MPa等级别，钢绞线的弹性模量不小于1.6×105 MPa。

所述的锚固件2包括锚固筒21、叉耳22、万向铰托座23；锚固筒21分别锚固连接在连接索3的两端，该锚固筒21采用常规技术，通过外力挤压或冷铸灌浆料，将高强钢绞线拉索进行锚固；锚固筒21还设有与叉耳22连接的外螺纹；所述的叉耳22一端设有螺纹孔，另一端设有两块平行相对的侧板221，两块侧板221上设有通孔2211。两套锚固件2中，位于箱梁端的叉耳22的一端（螺纹孔端）直接与锚固筒21的外螺纹紧固连接，叉耳22的另一端（侧板端）与箱梁4底部的万向铰托座23转动连接；位于桥墩端的叉耳22一端（螺纹孔端）通过缓冲器5与锚固筒21固定连接，另一端（侧板端）与桥墩1侧面的万向铰托座23转动连接。

所述的万向铰托座23包括托座231和球关节232，所述的托座231包括固定板2311和连接板2312，固定板2311分别预埋在桥墩1侧面、箱梁4底部，且固定板2311底部植入有用于承受拉力和剪力的预埋钢筋2313；所述的连接板2312垂直焊接在固定板2311上，且连接板2312上设有用于安装球关节232的安装通孔。所述的球关节232包括球关节轴承2321、销轴2322，球关节轴承2321安装在连接板2312的安装通孔上，销轴2322穿过叉耳22侧板的通孔、球关节轴承2321，通过挡板及螺栓将叉耳22卡紧定位，从而将叉耳22铰接在托座231上，销轴2322与球形关节轴承2321之间实现任意方向的15°以内的偏转。

所述的缓冲器5包括控制管51、减震装置52、缓冲拉杆53；控制管51的内孔由螺纹孔511、大光孔512和小光孔513依次连接组成；其中螺纹孔511与锚固筒21的端部通过螺纹连接；所述缓冲拉杆53的头部为T形杆头531，该T形杆头531安装在控制管51的大光孔512内，且T形杆头531的一端端面与安装在螺纹孔511的锚固筒21端面之间留有L=5mm～500mm的距离，即T形杆头531的一端端面与螺纹孔511的底端端面之间留有所述L的距离，该距离即为减震位移量，T形杆头531的另一端端面与大光孔512孔底之间安装有所述的减震装置52；缓冲拉杆53的尾部穿过减震装置52伸出控制管51外与叉耳22通过螺纹紧固连接。

所述的减震装置52包括依次套装在缓冲拉杆53上的蝶形垫环521、缓冲挡板522、发泡材料板523、齿状减震板524；所述的齿状减震板524安装在靠近T形杆头531一端，该齿状减震板524在靠近发泡材料板523一侧设有凸齿5241，该凸齿5241为环状凸齿或尖锐凸齿，凸齿5241的硬度大于缓冲挡板522的硬度；所述的发泡材料板523为聚氨酯类材料板或橡胶材料板。

作为本实施例一的一种变换，所述的连接索3还可以采用高强钢丝绳索。

作为本实施例一的又一种变换，所述的缓冲器还可以采用阻尼橡胶结构或液压阻尼结构。

实施例一本发明之柔性防止落梁装置的安装施工过程如下：

A、在工厂加工好托座、锚固筒、缓冲器以及高强钢绞线拉索；

B、在高强钢绞线拉索两端连接锚固筒，其中一端锚固筒与一叉耳连接；

C、在缓冲器内顺序放置碟形弹簧、缓冲挡板、发泡材料板、齿状减震板、缓冲拉杆，一端锚固筒旋入控制管内，缓冲拉杆T形杆头与锚固筒之间的距离即为设计需求正常使用状态下的允许位移量L；

D、缓冲拉杆外螺纹与另一叉耳连接，形成两端带叉耳的连接索；

E、预先将托座的固定板以及预埋钢筋预埋在桥墩侧面、箱梁底部；此时球关节承轴出厂前已安装在托座上；

F、将连接索两端的叉耳分别与箱梁底部和桥墩处的托座连接，由销轴穿入叉耳通孔和球关节轴承孔中，用挡板及螺钉固定，防止叉耳滑脱。通常先安装上端结构件。

本发明的工作原理如下：

正常使用状态下连接索如图7所示，呈松驰状态，缓冲器内有设计允许的纵桥向位移移动空间，以满足桥梁正常运营过程中出现的位移，包括温度的影响。而叉耳两端的球关节轴承，则可以满足箱梁在横桥的左右方向或前后方向等任意方向出现较小移动量时，仍然起到纵向及横向的限位作用，而不是不允许箱梁发生横向移动，完全不允许横向移动会对限制隔震支座的横向位移。

当地震冲击发生时，连接索将处于张紧状态，对于初期较小冲击荷载，首先由两个相对的碟形弹簧削除冲击力，当冲击荷载超出碟形弹簧弹力时，缓冲拉杆T形杆头531冲击齿状减震板524，减震板的齿形部分硬度比缓冲挡板522高，在冲击力作用下嵌入缓冲挡板，吸收冲击能量，减少冲击力对防落梁装置其他构件的冲击影响。

Claims (7)

1.一种柔性防止落梁装置，包括锚固件（2）、连接索（3），所述的连接索（3）两端分别通过锚固件（2）锚固连接在桥墩（1）与箱梁（4）之间；其特征在于：所述的连接索（3）采用高强钢绞线拉索或高强钢丝绳索；所述的锚固件（2）包括锚固筒（21）、叉耳（22）、万向铰托座（23）；锚固筒（21）分别锚固连接在连接索（3）的两端；叉耳（22）的一端与锚固筒（21）固定连接，另一端与万向铰托座（23）转动连接；万向铰托座（23）分别安装在桥墩（1）的侧面和箱梁（4）的底部；在任意一端的叉耳（22）和锚固筒（21）之间还安装有缓冲器（5）；该缓冲器（5）包括控制管（51）、减震装置（52）、缓冲拉杆（53）；所述的控制管（51）一端与锚固筒（21）的端部紧固连接，另一端内孔安装有所述的减震装置（52）和缓冲拉杆（53）；缓冲拉杆（53）的头部端面与锚固筒（21）端面之间具有L=5mm～500mm的距离，缓冲拉杆（53）的尾部穿过减震装置（52）伸出控制管（51）外与叉耳（22）紧固连接。

2.根据权利要求1所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述控制管（51）的内孔由螺纹孔（511）、大光孔（512）和小光孔（513）依次连接组成；所述的螺纹孔（511）与锚固筒（21）的端部通过螺纹连接；所述缓冲拉杆（53）的头部为T形杆头（531），该T形杆头（531）安装在控制管（51）的大光孔（512）内，且T形杆头（531）的一端端面与安装在螺纹孔（511）的锚固筒（21）端面之间留有所述的距离L，T形杆头（531）的另一端端面与大光孔（512）孔底之间安装有所述的减震装置（52）；缓冲拉杆（53）的尾部穿过减震装置（52）伸出控制管（51）外与叉耳（22）通过螺纹紧固连接。

3.根据权利要求2所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述的减震装置（52）包括依次套装在缓冲拉杆（53）上的蝶形垫环（521）、缓冲挡板（522）、发泡材料板（523）、齿状减震板（524）；所述的齿状减震板（524）安装在靠近T形杆头（531）一端，该齿状减震板（524）在靠近发泡材料板（523）一侧设有凸齿（5241）。

4.根据权利要求3所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述的发泡材料板（523）为聚氨酯类材料板或橡胶材料板。

5.根据权利要求3所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述的齿状减震板（524）上的凸齿（5241）为环状凸齿或尖锐凸齿；该凸齿（5241）的硬度大于缓冲挡板（522）的硬度。

6.根据权利要求1所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述的万向铰托座（23）包括托座（231）和球关节（232），所述的托座（231）分别固定安装在桥墩（1）侧面、箱梁（4）底部；所述的球关节（232）包括球关节轴承（2321）、销轴（2322），球关节轴承（2321）安装在托座（231）上，销轴（2322）穿过叉耳（22）、球关节轴承（2321）将叉耳（22）铰接在托座（231）上，销轴（2322）与球形关节轴承（2321）之间实现任意方向15°以内的偏转。

7.根据权利要求6所述的柔性防止落梁装置，其特征在于：所述的托座（231）包括固定板（2311）和连接板（2312），固定板（2311）分别预埋在桥墩（1）侧面、箱梁（4）底部，且固定板（2311）底部植入有用于承受拉力和剪力的预埋钢筋（2313）；所述的连接板（2312）垂直安装在固定板（2311）上，且连接板（2312）上设有用于安装所述球关节轴承（2321）的安装通孔。