CN116537039B - 一种抗震防落梁预制装置及制作施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁抗震技术领域，提供一种抗震防落梁预制装置及制作施工方法,包括上部梁单元，上部梁单元的顶部设置有阻拦部；下部桥墩单元，下部桥墩单元设置在地面上，下部桥墩单元与地面之间设置有下沉预警部；强震耗散预警单元，强震耗散预警单元设置在上部梁单元和下部桥墩单元之间，用于在强震过程中控制上部梁单元的相对位移并进行预警；弱震消耗单元，弱震消耗单元设置在强震耗散预警单元和上部梁单元之间，用于承载上部梁单元并消耗上部梁单元的较小位移。本发明在提高桥梁减震抗震性能的同时，可以进行损伤的快速识别、支持工作人员进行快速修复和破坏前的及时处理。

Description

一种抗震防落梁预制装置及制作施工方法

技术领域

本发明属于桥梁抗震技术领域，尤其涉及一种抗震防落梁预制装置及制作施工方法。

背景技术

如今桥梁抗震问题主要是在振动控制、损伤控制、损伤快速识别与修复、旧桥抗震加固等方面。目前隔震技术将桥梁上部结构与下部结构分成两个模块，降低了整体频率以避开地震能量集中频率，但在近断层和液化场地等特殊条件下，容易造成上部结构过大的位移以至于出现落梁，支座脱空，梁台(梁间)碰撞等问题，特别是对钢结构主梁，其造成的修复问题是一大难题。

目前有很多关于抗震防落梁的装置设计，但大都缺乏前期预防、应急措施以及损伤的修复并不是很方便，有些虽然在抗震防落梁方面起到了一定的作用但却给结构带来了较大的损伤。现有的装置主要是进行一定的限位、减震措施，没有涉及到损伤的快速识别、快速修复和破坏前的及时处理措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗震防落梁预制装置及制作施工方法，以解决上述问题，达到在提高桥梁减震抗震性能的同时，可以进行损伤的快速识别、支持工作人员进行快速修复和破坏前及时处理的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种抗震防落梁预制装置，包括：

上部梁单元，所述上部梁单元的顶部设置有阻拦部；

下部桥墩单元，所述下部桥墩单元设置在地面上，所述下部桥墩单元与地面之间设置有下沉预警部；

强震耗散预警单元，所述强震耗散预警单元设置在所述上部梁单元和所述下部桥墩单元之间，用于在强震过程中控制上部梁单元的相对位移并进行预警；

弱震消耗单元，所述弱震消耗单元设置在所述强震耗散预警单元和所述上部梁单元之间，用于承载所述上部梁单元并消耗上部梁单元的较小位移。

优选的，所述上部梁单元包括上部结构梁体，所述上部结构梁体的底部固定连接有上连接构件，所述上连接构件与所述强震耗散预警单元固定连接。

优选的，所述强震耗散预警单元包括承压板、若干橡胶垫和连接钢板，所述承压板固定连接在所述上连接构件的底部，所述连接钢板固定连接在所述下部桥墩单元的顶部，若干所述橡胶垫抵接在所述连接钢板和所述承压板之间，所述连接钢板与所述承压板之间竖向固定连接有若干拉索，若干所述拉索的顶端与所述承压板之间分别设置有感应器。

优选的，所述弱震消耗单元包括开设在若干所述橡胶垫顶部的弧形凹槽和开设在所述上连接构件底部的若干孔槽，若干所述孔槽内分别设置有万向轮连接构件，若干所述万向轮连接构件的底部分别贯穿所述承压板且固定连接有万向轮，所述万向轮连接构件用于抬升或下放所述万向轮，若干所述万向轮分别和若干所述弧形凹槽的底部对应设置，所述上连接构件上设置有控制器，所述控制器分别和若干所述万向轮连接构件电性连接。

优选的，所述下部桥墩单元包括桥墩，所述桥墩的顶部固定连接有下连接构件，所述连接钢板固定连接在所述下连接构件的顶部。

优选的，所述阻拦部包括竖向开设在所述上部结构梁体顶面端部的凹槽，所述凹槽内滑动连接有挡板，所述挡板与所述凹槽之间设置有驱动组件，若干所述感应器分别与所述驱动组件电性连接。

优选的，所述下沉预警部包括固定连接在所述桥墩周向侧壁底部的若干限位感应器，若干所述限位感应器位于同一水平高度且与地面对应设置。

一种抗震防落梁预制装置的制作施工方法，操作步骤包括：

S1、工厂预制所述上部梁单元、下部桥墩单元、强震耗散预警单元和所述弱震消耗单元；

S2、施工现场将所述强震耗散预警单元固定连接在所述下部桥墩单元上，并将所述下部桥墩单元竖向固定在预先测定的位置；

S3、施工现场将所述上部梁单元固定放置在所述强震耗散预警单元顶部的相应位置后，通过操作所述弱震消耗单元最终完成所述上部梁单元与所述强震耗散预警单元之间的连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：阻拦部的主要作用是通过对桥梁路面进行封堵，防止车辆继续通行；弱震消耗单元的主要作用是在遇到小地震、小振动时能够很好的消耗地震的破坏能量并保证结构的完整性；强震耗散预警单元的主要作用是为损伤修复提供便利，同时在遇到较大地震、较大振动，上部梁单元与强震耗散预警单元之间发生分离及相对位移，出现落梁现象时，强震耗散预警单元进行能量的耗散，控制上部梁单元的相对位移，并且，当强震耗散预警单元被激活第一感应状态时，工作人员在远程可接收到相应的状态反馈，可及时进行现场情况的了解，勘测检测，及时进行相关技术处理，当强震耗散预警单元被激活第二感应状态时，此时已存在落梁的风险，通过激活阻拦部，及时进行现场的封堵；下沉预警部的主要作用是检测下部桥墩单元的下沉情况，当处于临界状态时及时对工作人员进行反馈。整体上，本发明具有良好的减震抗震性能，同时，可以进行损伤的快速识别，支持工作人员对本装置进行快速的修复以及在出现破坏前进行及时的处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明预制装置的主视图；

图2为本发明预制装置的侧视图；

图3为本发明承压板的仰视图；

图4为本发明橡胶垫的俯视图；

图5为本发明连接钢板的俯视图；

图6为本发明连接钢板与下连接构件的连接状态图；

图7为本发明万向轮未放下时弱震消耗单元的主视图；

图8为本发明万向轮放下时弱震消耗单元的主视图；

图9为本发明挡板未触发时阻拦部的主视图；

图10为本发明挡板触发时阻拦部的主视图；

图11为本发明拉索的连接状态图；

图12为本发明桥墩底部的主视图；

其中，1、上部结构梁体；2、桥墩；3、上连接构件；4、承压板；5、橡胶垫；6、连接钢板；7、下连接构件；8、拉索；9、控制器；10、弧形凹槽；11、孔槽；12、螺栓孔；13、高强螺栓；14、感应器；15、万向轮连接构件；16、万向轮；17、挡板；18、凹槽；19、限位感应器。

具体实施方式

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

参照图1-12所示，本发明提供了一种抗震防落梁预制装置，包括：

上部梁单元，上部梁单元的顶部设置有阻拦部；

下部桥墩单元，下部桥墩单元设置在地面上，下部桥墩单元与地面之间设置有下沉预警部；

强震耗散预警单元，强震耗散预警单元设置在上部梁单元和下部桥墩单元之间，用于在强震过程中控制上部梁单元的相对位移并进行预警；

弱震消耗单元，弱震消耗单元设置在强震耗散预警单元和上部梁单元之间，用于承载上部梁单元并消耗上部梁单元的较小位移。

阻拦部的主要作用是通过对桥梁路面进行封堵，防止车辆继续通行；弱震消耗单元的主要作用是在遇到小地震、小振动时能够很好的消耗地震的破坏能量并保证结构的完整性；强震耗散预警单元的主要作用是为损伤修复提供便利，同时在遇到较大地震、较大振动，上部梁单元与强震耗散预警单元之间发生分离及相对位移，出现落梁现象时，强震耗散预警单元进行能量的耗散，控制上部梁单元的相对位移，并且，当强震耗散预警单元被激活第一感应状态时，工作人员在远程可接收到相应的状态反馈，可及时进行现场情况的了解，勘测检测，及时进行相关技术处理，当强震耗散预警单元被激活第二感应状态时，此时已存在落梁的风险，通过激活阻拦部，及时进行现场的封堵；下沉预警部的主要作用是检测下部桥墩单元的下沉情况，当处于临界状态时及时对工作人员进行反馈。整体上，本发明具有良好的减震抗震性能，同时，可以进行损伤的快速识别，支持工作人员对本装置进行快速的修复以及在出现破坏前进行及时的处理。

进一步优化方案，上部梁单元包括上部结构梁体1，上部结构梁体1的底部固定连接有上连接构件3，上连接构件3与强震耗散预警单元固定连接。

进一步优化方案，强震耗散预警单元包括承压板4、若干橡胶垫5和连接钢板6，承压板4固定连接在上连接构件3的底部，连接钢板6固定连接在下部桥墩单元的顶部，若干橡胶垫5抵接在连接钢板6和承压板4之间，连接钢板6与承压板4之间竖向固定连接有若干拉索8，若干拉索8的顶端与承压板4之间分别设置有感应器14。

当遇到较大地震、较大振动，承压板4与若干橡胶垫5之间发生了分离及较大的相对位移，出现落梁现象时，固定在承压板4和连接钢板6之间的若干拉索8由于承压板4的移动而被拉扯，通过若干拉索8进行能量的耗散，从而通过限制承压板4的继续位移来控制上部结构梁体1的相对位移。当拉索8承受到一定的拉力时会触发感应器14处于第一感应状态，感应器14会将信号传递至远程监控的工作人员处，从而使工作人员可及时进行现场情况的了解，勘测检测，及时进行相关技术处理；当拉索8承受到突发的较大的拉力时会触发感应器14处于第二感应状态，此时已存在落梁的风险，感应器14控制阻拦部动作，及时进行现场的封堵，防止车辆继续上桥通行。

进一步优化方案，弱震消耗单元包括开设在若干橡胶垫5顶部的弧形凹槽10和开设在上连接构件3底部的若干孔槽11，若干孔槽11内分别设置有万向轮连接构件15，若干万向轮连接构件15的底部分别贯穿承压板4且固定连接有万向轮16，万向轮连接构件15用于抬升或下放万向轮16，若干万向轮16分别和若干弧形凹槽10的底部对应设置，上连接构件3上设置有控制器9，控制器9分别和若干万向轮连接构件15电性连接。

进一步优化方案，万向轮连接构件15包括竖向设置的液压缸（图中未示出），液压缸的顶部与孔槽11的顶部固定连接，万向轮16固定连接在第一液压缸的底部，控制器9与液压缸电性连接。

施工现场将上部结构梁体1吊装到相应位置后，使上连接构件3和承压板4之间固定连接，再控制控制器9，使原本位于若干孔槽11内的液压缸运行，将万向轮16从上连接构件3和承压板4内伸出，进入弧形凹槽10中并使万向轮16抵接在弧形凹槽10的底部，从而最终完成上部结构梁体1的位置固定。当遇到小地震、小振动时，上部结构梁体1通过带动上连接构件3与橡胶垫5之间发生相对位移，万向轮16在弧形凹槽10内进行相对滚动，产生位移进行能量的消耗，从而减少结构的损伤。

进一步优化方案，下部桥墩单元包括桥墩2，桥墩2的顶部固定连接有下连接构件7，连接钢板6固定连接在下连接构件7的顶部。

进一步优化方案，阻拦部包括竖向开设在上部结构梁体1顶面端部的凹槽18，凹槽18内滑动连接有挡板17，挡板17与凹槽18之间设置有驱动组件，若干感应器14分别与驱动组件电性连接。

进一步优化方案，驱动组件包括竖向设置的伺服电缸（图中未示出），伺服电缸的底部与凹槽18的底部固定连接，挡板17固定连接在伺服电缸的顶部，感应器14与伺服电缸电性连接。

当拉索8受到突发的较大的拉力时，使感应器14处于第二感应状态，此时感应器14控制伺服电缸进行运转，驱动挡板17从凹槽18中伸出，使挡板17直立于上部结构梁体1的桥面上，将桥梁进行封堵，防止车辆继续上桥。

进一步优化方案，下沉预警部包括固定连接在桥墩2周向侧壁底部的若干限位感应器19，若干限位感应器19位于同一水平高度且与地面对应设置。

当基础下沉使桥墩2下沉时，桥墩2的若干限位感应器19会一同下沉，任一限位感应器19在接触到地面后，均会向工作人员发送相应的信号，工作人员在远程接收到状态反馈后可及时进行现场情况的了解，勘测检测，及时进行相关技术处理。

进一步优化方案，下连接构件7的顶面边部分别开设有若干螺纹孔，连接钢板6上分别开设有若干螺栓孔12，若干螺栓孔12分别与若干螺纹孔对应设置，若干高强螺栓13贯穿若干螺栓孔12与若干螺纹孔螺纹连接。

一种抗震防落梁预制装置的制作施工方法，操作步骤包括：

S1、工厂预制上部梁单元、下部桥墩单元、强震耗散预警单元和弱震消耗单元；

在制作拉索8时，当配置第一层垂直筋时，应使其有不同的长度，以保证同一断面钢筋接头数量符合规范规定。系梁的钢筋绑扎前，在底模上进行钢筋绑扎，并设置足够的钢筋保护层垫块。在底部及顶部等关键部位的箍筋强度、密度进行相应的提升，以提高桥墩延性性能，防止脆性破坏。用相应的机器进行流水线的钢筋的绑扎，以加大工作效率；

上部结构梁体1和桥墩2的浇筑模板采用组合钢模板进行拼装。对于肋板式桥台、圆端形实体墩及系梁，用夹具将工字钢立柱和模板片竖向连接，横向销钉和槽钢横肋，将整个模板连成整体，用圆钢拉杆外套塑料管并加设锥形垫，外加垫块螺帽，内加横内撑，将二面模板横向连成整体，校正定位。端头模板要和墙面模板牢固连接，防止跑模、漏浆。对于圆形墩柱，采用两片半圆形钢模板进行组装安装就位，模板底脚处用钻入承台内的短钢筋固定。用统一的机器进行流水线的模版加工制作，以加大工作效率；模板制作好后即可进行砼浇注。

S2、施工现场将强震耗散预警单元固定连接在下部桥墩单元上，并将下部桥墩单元竖向固定在预先测定的位置；

施工现场浇筑桥墩基础，并在桥墩基础上制作出预留孔位置。使用吊装设备将连接钢板6的桥墩2插入预留孔内后，通过在预制墩柱与基础之间的空隙中填充混凝土或高强低收缩材料进行固定连接。

S3、施工现场将上部梁单元固定放置在强震耗散预警单元顶部的相应位置后，通过操作弱震消耗单元最终完成上部梁单元与强震耗散预警单元之间的连接。

通过螺栓将上连接构件3和承压板4通过高强螺栓进行连接后，通过操作控制器9，使万向轮连接构件15运行，将万向轮16下方直至万向轮16与弧形凹槽10的底部紧密抵接，完成上部结构梁体1的连接。

实施例二

本实施例与实施例一的区别仅在于，拉索8进行了湿度感应及光感应处理。

湿度感应及光感应处理具体为通过运用高分子聚苯乙烯制造而成的薄膜电容粘至拉索8表面，通过电容电常数的变化从而得知外部环境的湿度，达到一定限值后进行状态反馈；光感应是将光强度的变化转化为电信号的变化，通过吸收光子，并导致自由电子现象，因而产生电信号并进行转换，当其达到一定限值进行状态反馈。

将制作拉索8的钢筋进行湿度感应及光感应处理。工作人员在远程可接收到相应的状态反馈，可及时进行现场情况的了解，勘测检测，及时进行相关技术处理。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种抗震防落梁预制装置，其特征在于，包括：

上部梁单元，所述上部梁单元的顶部设置有阻拦部；

所述上部梁单元包括上部结构梁体（1），所述上部结构梁体（1）的底部固定连接有上连接构件（3）；

下部桥墩单元，所述下部桥墩单元设置在地面上，所述下部桥墩单元与地面之间设置有下沉预警部；

强震耗散预警单元，所述强震耗散预警单元设置在所述上部梁单元和所述下部桥墩单元之间，所述强震耗散预警单元包括承压板（4）、若干橡胶垫（5）和连接钢板（6），所述承压板（4）固定连接在所述上连接构件（3）的底部，所述连接钢板（6）固定连接在所述下部桥墩单元的顶部，若干所述橡胶垫（5）抵接在所述连接钢板（6）和所述承压板（4）之间，所述连接钢板（6）与所述承压板（4）之间竖向固定连接有若干拉索（8），若干所述拉索（8）的顶端与所述承压板（4）之间分别设置有感应器（14）,所述强震耗散预警单元用于在强震过程中控制上部梁单元的相对位移并进行预警；

弱震消耗单元，所述弱震消耗单元包括开设在若干所述橡胶垫（5）顶部的弧形凹槽（10）和开设在所述上连接构件（3）底部的若干孔槽（11），若干所述孔槽（11）内分别设置有万向轮连接构件（15），若干所述万向轮连接构件（15）的底部分别贯穿所述承压板（4）且固定连接有万向轮（16），所述万向轮连接构件（15）用于抬升或下放所述万向轮（16），若干所述万向轮（16）分别和若干所述弧形凹槽（10）的底部对应设置，所述上连接构件（3）上设置有控制器（9），所述控制器（9）分别和若干所述万向轮连接构件（15）电性连接，所述弱震消耗单元用于承载所述上部梁单元并消耗上部梁单元的较小位移。

2.根据权利要求1所述的一种抗震防落梁预制装置，其特征在于：所述下部桥墩单元包括桥墩（2），所述桥墩（2）的顶部固定连接有下连接构件（7），所述连接钢板（6）固定连接在所述下连接构件（7）的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种抗震防落梁预制装置，其特征在于：所述阻拦部包括竖向开设在所述上部结构梁体（1）顶面端部的凹槽（18），所述凹槽（18）内滑动连接有挡板（17），所述挡板（17）与所述凹槽（18）之间设置有驱动组件，若干所述感应器（14）分别与所述驱动组件电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种抗震防落梁预制装置，其特征在于：所述下沉预警部包括固定连接在所述桥墩（2）周向侧壁底部的若干限位感应器（19），若干所述限位感应器（19）位于同一水平高度且与地面对应设置。

5.一种抗震防落梁预制装置的制作施工方法，根据权利要求1所述的一种抗震防落梁预制装置，其特征在于，操作步骤包括：

S1、工厂预制所述上部梁单元、下部桥墩单元、强震耗散预警单元和所述弱震消耗单元；

S2、施工现场将所述强震耗散预警单元固定连接在所述下部桥墩单元上，并将所述下部桥墩单元竖向固定在预先测定的位置；

S3、施工现场将所述上部梁单元固定放置在所述强震耗散预警单元顶部的相应位置后，通过操作所述弱震消耗单元最终完成所述上部梁单元与所述强震耗散预警单元之间的连接。