CN204000587U - 新型城市高架桥横向抗震体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土木工程、地震工程技术领域。一种新型城市高架桥横向抗震体系，由上部主梁、桥墩、板式橡胶支座和金属阻尼器组成；梁与桥墩之间通过放置板式橡胶支座，使其传递竖向力和在桥梁正常作用下满足横向固定约束的作用；同时，金属阻尼器也放置在主梁与桥墩之间或者主梁横向外侧；金属阻尼器通过预埋于主梁和桥墩墩顶中的预埋钢板采用焊接或者锚栓连接。通过将金属阻尼器与板式橡胶支座配合使用，使得本实用新型在不影响桥梁正常使用的情况下，能改善传统高架桥横向抗震体系采用混凝土挡块作为限位装置造成的抗震构造先天不足，以及挡块碰撞引起的下部结构地震响应增大、梁体损伤和落梁风险的问题。

Description

新型城市高架桥横向抗震体系

技术领域

本实用新型属于土木工程、地震工程技术领域，具体为一种金属阻尼器和板式橡胶支座组合的城市高架桥横向抗震体系。

背景技术

目前城市高架桥的横向抗震体系主要有两种：一种是高架桥使用板式橡胶支座，并在横向设置混凝土挡块，如图1所示，支座和混凝土挡块之间无间隙，在地震作用下，不允许板式橡胶支座发生横向位移，板式橡胶支座和混凝土挡块共同承受横向地震力作用，这种状态下高架桥横向会传递给下部结构较大的惯性力，但是没有横向位移；而另一种是在高架桥横向板式橡胶支座与混凝土挡块之间留有一段距离（图中未示意），在地震作用下，允许板式橡胶支座发生一定的横向位移进行屈服耗能，并以此来减少在地震作用下传递给下部结构的惯性力，在板式橡胶支座位移能力范围内设置混凝土挡块作为最后一级防护，并起到限制横向位移的作用。

但是这两种横向抗震体系存在着以下问题：一，目前的抗震规范中并未明确给出高架桥在地震作用下使用混凝土挡块构造设计细则和具体的验算方法，这就导致桥梁设计人员在进行挡块设计时性能目标不明确，也不进行相关抗震验算，往往是凭借个人经验来进行高架桥横向挡块的设计；二，由于钢筋混凝土自身材料力学性能不稳定等特点，在对高架桥进行横向地震反应分析时也很难具体模拟混凝土挡块的本构模型，致使高架桥横向地震响应也仅仅只能采用简化横向边界条件给出保守值。

除此之外，国外学者研究表明，高架桥横向抗震设计时，忽略挡块的碰撞效应，会低估挡块和下部结构的地震需求，在抗震设计中造成不安全的结果。目前国内仅把挡块作为一种构造措施，忽略了挡块对高架桥主体结构的地震反应有较大影响。而且在汶川地震震害调查表明：横桥向梁体移位极易带来挡块破坏，汶川地震中挡块破坏非常普遍，考虑水平地震力时，挡块是受力构件，仅对其进行构造设计是不恰当的。而且挡块过大的撞击力不仅引发梁体破坏，更会造成落梁震害。这暴露出采用挡块作为横向限位措施的不足。但是，目前国内学者对高架桥横向抗震体系的挡块研究很少，现行桥梁抗震规范中对于混凝土挡块的具体设计和构造缺乏明确规定，难以指导实际桥梁的构造设计，操作性不强，亟待补充完善。

汶川地震震害调查启示我们：要进行正确的桥梁抗震设计，避免采用先天不良的桥梁抗震构造，重视桥梁抗震构造和细节设计。因此，需要结合新的桥梁震害，对城市高架桥横向抗震体系进行进一步研究，克服现有板式橡胶支座与混凝土挡块组成的横向抗震体系的缺点。

发明内容

本实用新型给出一种金属阻尼器和板式橡胶支座组合的城市高架桥横向抗震体系，其目的是解决原有的高架桥横向抗震体系中采用力学性能不明确的混凝土挡块作为横向限位措施时引起的挡块设计缺乏规范指导和不能精确计算的不足，提供一种受力性能明确，便于进行抗震设计和验算的新型城市高架桥横向抗震体系。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型城市高架桥横向抗震体系，其特征在于，由金属阻尼器和板式橡胶支座组合的的城市高架桥横向抗震体系，由上部主梁、桥墩、板式橡胶支座和金属阻尼器组成。主梁与桥墩之间通过放置板式橡胶支座，使其传递竖向力和在桥梁正常作用下满足横向固定约束的作用。同时，金属阻尼器也放置在主梁与桥墩之间或者主梁横向外侧。金属阻尼器通过预埋于主梁和桥墩墩顶中的预埋钢板采用焊接或者锚栓连接。

不同桥墩形式的金属阻尼器安装方式可见本实用新型具体实施例。

在正常使用情况下，板式橡胶支座提供高架桥所需竖向刚度和横向约束，金属阻尼器不发挥作用。地震发生时，板式橡胶支座与金属阻尼器在横向共同发生变形，并同时在横向位移作用下产生屈服耗能，惯性力由板式橡胶支座与金属阻尼器共同承担，并且传递给下部结构力仅为板式橡胶支座的剪切力和金属阻尼器的屈服力。金属阻尼器的位移能力应大于板式橡胶支座的最大剪切位移。

本实用新型提供的技术方案的优点：

1）与传统的高架桥横向抗震体系中混凝土挡块相比，金属阻尼器的研究和制作技术成熟，而且采用材料本构关系明确的高强钢材作为主要受力构件，力学性能十分明确。金属阻尼器抗震性能与自身钢构件数目和几何参数有关这样几何参数可根据不同桥型和地震动参数灵活设计，而且在地震反应分析时，金属阻尼器的力学模型简单明确，可以针对抗震设防目标建立有限元模型进行高架桥横向地震反应分析，确定桥梁结构各构件的地震响应，从而提高了抗震体系的设计科学性。

2）金属阻尼器可以在地震作用下通过位移的滞回变化进行屈服耗能，这样可以减少输入到桥梁结构中的能量，并且金属阻尼器具有良好的限位功能，能够控制墩梁之间的横向位移，使结构的力和位移在地震作用下达到合理平衡。目前在桥梁中常使用的金属阻尼器有以三角形为基本构件的桥梁新型横向金属阻尼器（已属于现有技术）和以X形为基本构件的金属阻尼器。其中桥梁新型横向金属阻尼器具有适应纵向变形、在复杂条件下具有很好的传力性能等优点，可放置在纵向固定墩和活动墩处，其位置不受纵桥向约束的影响；X形金属阻尼器只能放置在纵向固定支座处或者主梁横向外侧做金属挡块使用。其在大位移时容易出现扭转破坏，需特殊设计。

3）安装方便，震后便于更换。地震发生时板式橡胶支座发生剪切变形且金属阻尼器发生屈服耗能，减少输入到桥梁结构中的能量，保障高架桥的抗震安全；地震发生后，可及时检查并更换受损的金属阻尼器和板式橡胶支座。金属阻尼器和板式橡胶支座使用到一定年限时，可将其拆卸，重新更换。

综上所述，本实用新型适用于城市高架桥的横向抗震设计。通过将金属阻尼器与板式橡胶支座配合使用，使得本实用新型在不影响桥梁正常使用的情况下，能改善传统高架桥横向抗震体系采用混凝土挡块作为限位装置造成的抗震构造先天不足，包括混凝土挡块力学性能不明确，抗震规范缺乏挡块具体设计方法，无法进行挡块验算，挡块碰撞引起的下部结构地震响应增大、梁体损伤和落梁风险的问题。且金属阻尼器技术成熟、力学性能明确，具有良好的限位能力，可以在地震下发生塑性变形耗能，与板式橡胶支座一起降低桥梁地震反应，使桥梁下部结构的力和位移达到合理平衡。此外，本实用新型安装更换方便，便于工程推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明

图1目前城市高架桥的横向抗震体系示意图。

图2 采用单柱墩的高架桥新型横向抗震体系a

图3 采用单柱墩的高架桥新型横向抗震体系b

图4 采用系梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系a

图5 采用系梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系b

图6 采用盖梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系a

图7 采用盖梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系b

图8 采用盖梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系c

图9 采用盖梁双柱墩的高架桥新型横向抗震体系d

图10 桥梁新型横向金属阻尼器示意图

图11 X形金属阻尼器示意图

图中数字标记： 1高架桥主梁，2高架桥单柱墩，3板式橡胶支座，4桥梁新型横向抗震阻尼器，5预埋钢板，6支座垫石，7 X形金属阻尼器，8系梁，9双柱墩，10盖梁，11阻尼器上顶板,12阻尼器金属挡板，13球形传力键，14三角形钢板，15阻尼器下底板，16 X形钢板。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图说明详细叙述本实用新型的最佳实施例。

如图2至图11所示，由金属阻尼器7和板式橡胶支座3组合的的城市高架桥横向抗震体系，由上部主梁1、桥墩、板式橡胶支座3和金属阻尼器7组成。主梁1与桥墩之间通过放置板式橡胶支座3，使其传递竖向力和在桥梁正常作用下满足横向固定约束的作用。同时，金属阻尼器7也放置在主梁1与桥墩之间或者主梁横向外侧。金属阻尼器7通过预埋于主梁和桥墩墩顶中的预埋钢板5采用焊接或者锚栓连接。

在正常使用情况下，板式橡胶支座3提供高架桥所需竖向刚度和桥梁横向正常使用的固定约束作用。地震发生时，金属阻尼器7具有良好的横向限位能力，板式橡胶支座和金属阻尼器发生变形耗能，并共同承担地震作用，从而减少输入到桥梁结构中的能量，降低结构地震响应，使桥梁结构的力和位移达到合理平衡。

实施例中桥梁新型横向金属阻尼器4可来自于适用于桥梁结构的横向金属阻尼器（申请公布号：CN102953327A）专利说明书所公开的产品，X形金属阻尼器7可来自于等强度弹塑性减震挡块（申请公布号：CN102286946A）专利说明书所公开的产品；板式橡胶支座3可通过直接市售获得，或者通过《公路桥梁板式橡胶支座(JT/T4-2004)》安装来获得标准装置。

具体实施时，先安装板式橡胶支座3，再安装金属阻尼器7。

板式橡胶支座安装说明：

当高架桥桥墩为单柱墩或双柱墩并设有系梁8时，桥墩顶部设置支座垫石6；当高架桥桥墩为双柱墩并设有盖梁10时，盖梁10上设置支座垫石6。

支座垫石6上表面预埋有钢板6，在支承垫石上按设计图标出支座位置中心线，同时在板式橡胶支座3上也标上十字交叉中心线。将板式橡胶支座3安放在支座垫石6上，使支座的中心线同墩台上设计位置中心相重合，支座就位准确并焊接固定。将梁底预埋有钢板5的高架桥主梁安装就位，主梁纵轴线与支座中心线平行，支座顶部与梁底预埋钢板5焊接固定。

金属阻尼器装置安装说明：

以下金属阻尼器安装以桥梁新型横向抗震金属阻尼器为例（是一种以三角形为基本构件的桥梁新型横向金属阻尼器，已属于现有技术），其他金属阻尼器（如X形金属阻尼器）安装方式与之类似。

1）横向金属阻尼器装置出厂前应按照设计要求组装成一个整体并用临时锁定装置进行锁定，以便整体起吊、运输和安装，同时确保在整个安装过程中不得松动，待上部结构合拢后才拆除临时锁定装置。

2）横向金属阻尼器装置与上下部结构均采用焊接连接。具体安装方式如下：

a 高架桥采用单柱墩时，在桥墩顶面设置一块预埋钢板（对于双柱墩高架桥并设有系梁/横梁时，预埋钢板设在系梁/盖梁顶中），在浇筑桥墩时将预埋钢板浇筑在桥墩顶面上（双柱墩时钢板浇筑在系梁/盖梁顶中）；

b 将横向金属阻尼器装置整体吊装在步骤2-a中预埋钢板上，找正纵横向中心线，将横向金属阻尼器装置焊接在预埋钢板上；

c 安装上部结构，待主梁节点调整到位后，将横向金属阻尼器装置与主梁底预埋钢板焊接连接；

d 待上部结构合拢后拆除临时锁定装置，横向金属阻尼器装置进入正常工作状态。

以上组合体系的抗震设计是在满足设防地震作用下的设计，为防止超出设防地震作用时发生落梁震害，可在主梁横向两侧金属阻尼器位移能力范围外设置一定强度的混凝土挡块或者限位装置，以防止主梁落梁。

本实用新型通过金属阻尼器和板式橡胶支座组合的城市高架桥横向抗震体系，充分利用了金属阻尼器技术成熟、力学性能明确，几何参数设计灵活，便于抗震设计和抗震验算，滞回变化耗能能力强和良好的限位能力的优点，克服了传统高架桥横向抗震体系存在的混凝土挡块设计时性能目标不明确、缺乏挡块抗震设计方法和无法进行高架桥横向地震反应分析以及挡块碰撞引起的下部结构响应变大、梁体损坏和落梁风险的缺点，使结构的力和位移在地震作用下达到合理平衡，从而实现城市高架桥更好的抗震目标。

以上组合体系中金属阻尼器的选用可根据工程设计灵活选用，并不限于本说明书中给出的较佳实施例中的两种金属阻尼器。采用其它诸如E形、C形等金属阻尼器与板式橡胶支座组合的高架桥横向抗震体系未脱离本实用新型技术方案的内容，均仍属于本实用新型技术方案范围内。

Claims (1)

1.一种新型城市高架桥横向抗震体系，其特征在于，是由金属阻尼器和板式橡胶支座组合的的城市高架桥横向抗震体系，由上部主梁、桥墩、板式橡胶支座和金属阻尼器组成；梁与桥墩之间通过放置板式橡胶支座，使其传递竖向力和在桥梁正常作用下满足横向固定约束的作用；同时，金属阻尼器也放置在主梁与桥墩之间或者主梁横向外侧；金属阻尼器通过预埋于主梁和桥墩墩顶中的预埋钢板采用焊接或者锚栓连接。