CN205369002U - 一种惯性力激活的连续梁桥减震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁减隔震领域，具体涉及一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其包括激活装置、锁定装置、水平锁杆和牛腿，水平锁杆通过牛腿与梁体相连，激活装置和锁定装置分别固定于活动墩上，所述水平锁杆置于所述锁定装置的内部空间中；正常状态下，锁定装置内部净空大于水平锁杆外径，水平锁杆可在锁定装置内自由水平运动，满足正常状态下梁墩变位需求；地震发生时，激活装置在惯性力作用下摆动，带动激活装置的连杆机构摆动，使激活锁定装置内部空间收缩与所述水平锁杆相互嵌固，从而限制梁体和活动墩的相对位移。该装置原理简单、经济可靠，可用于新建连续梁抗震设计及既有连续梁桥抗震加固，便与推广应用。

Description

一种惯性力激活的连续梁桥减震装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁减隔震领域，具体涉及一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固，地震突发时，通过原理简单、经济可靠的减震装置，达到结构协同受力的目的，提高结构整体抗震性能。

背景技术

为满足温度荷载引起的变位需要，一跨连续梁往往仅设置一个固定墩，这不仅使固定墩的抗震能力难以满足地震需求，而且也使得连续梁桥纵向地震位移响应较大，极易引起伸缩缝和支座的破坏，甚至导致落梁等严重震害的发生。为降低连续梁桥的震害，开发研制了粘滞阻尼器、双曲面球型减隔震支座和拉索减震支座等装置，尽管可以取得一定的减震效果，但没有改变连续梁桥固定墩单独承受纵向地震荷载，而其它活动墩的既有抗震潜能未能充分发挥利用的状态。Lock-up装置以梁墩相对运动速度为指标判定锁死时机，理论上可以实现各墩协同受力，但其成本高昂、后期维护复杂，致使其应用较少。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种惯性力激活的、原理可靠、构造简单、经济耐用、便于检查与维护的新型大吨位连续梁桥减震装置，利用本实用新型，可地震突发时实现固定墩和各活动墩协同受力，达到解决常规设计的连续梁桥在纵向地震作用下固定墩单独受力、桥梁上部结构纵向位移过大等震害问题。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其关键技术在于：其包括激活装置、锁定装置、水平锁杆和牛腿，水平锁杆通过牛腿与连续梁桥梁体固定连接，激活装置和锁定装置分别固定于连续梁桥活动墩上，所述锁定装置围成内部空间，所述水平锁杆置于所述锁定装置的内部空间中，所述激活装置通过连杆机构控制所述锁定装置的内部空间。正常状态下，锁定装置内部净空大于水平锁杆外径，水平锁杆可在锁定装置内自由水平运动，满足正常状态下梁墩变位需求。地震突发时，激活装置的摆锤在惯性力作用下绕中心杆转动，带动与激活装置套环固定连接的摆杆相应摆动，从而激活锁定装置内部的锁套，锁套绕销轴转动致使其内部空间变小，与水平锁杆呈相互嵌固状态，从而限制梁体和活动墩的相对位移，达到活动墩协同固定墩承受水平地震荷载的目的，从而提高连续梁桥的抗震性能。

作为优选，所述激活装置包括固定于活动墩上的支柱，支柱上端安装有中心杆，套环可绕中心杆转动，摆锤通过连杆固结于套环下方，连杆机构的摆杆固结于套环上方，摆锤、连杆和摆杆通过套环形成整体，当地震发生导致支柱随活动墩水平运动时，摆锤在惯性力作用下带动摆杆绕中心杆转动。实际应用时，通过调整摆锤重量及其转动半径，可以根据需要设置激活装置的激活阈值。

作为优选，所述锁定装置包括固定板、锁套和滑块，其中，滑块为圆环状，位于固定板和锁套之间，以便于锁套与固定板荷载传递及减小锁套绕销轴转动时的摩擦力，锁套整体呈半圆柱壳体，其内部为呈齿牙状，锁定装置需两个锁套配合使用，固定板、锁套和滑块通过销轴连为一体，固定板固结于活动墩上，锁套可绕销轴转动，两个锁套下方通过连杆机构的两根撑杆连接，两撑杆之间及撑杆与锁套的连接均为铰接，当两根撑杆夹角大于设计值时，锁套内部空间大于水平锁杆外径，撑杆夹角所需设计值可根据激活装置的激活阈值设定。

作为优选，所述水平锁杆为圆柱体，外表面呈环状凸台，其凸台所能承受的荷载根据活动墩最大承载力确定，环状凸台沿水平锁杆长度方向上的设置范围根据需要设定。

作为优选，所述锁套内部单个齿牙所能承受的荷载需大于水平锁杆单个环状凸台的极限承载力，其齿牙数量可根据需要设定。

作为优选，所述连杆机构包括两撑杆和一摆杆，两撑杆一端与相应的锁套铰连，另一端与摆杆铰连，摆杆与激活装置的套环固定连接。地震发生时，摆锤在惯性力作用下绕中心杆的转动将引发连杆机构动作，即摆杆随激活装置套环摆动，导致锁定装置两撑杆之间夹角变化，继而引发锁套绕销轴转动，当地震导致的活动墩运动达到激活装置的激活阈值时，两撑杆之间夹角将小于设计值，此时锁套内部空间小于水平锁杆外径，继而限制梁体和活动墩的相对运动，达到活动墩与固定墩协同受力，提高连续梁桥整体抗震性能的目的。

所述装置的工作原理是：

正常运营状态，激活装置的摆锤和连杆机构的摆杆处于竖直状态，与摆杆铰接的连杆机构的撑杆呈水平状态，锁定装置内部净空大于水平锁杆外径，水平锁杆可以在锁定装置内自由水平运动，继而满足正常运营状态下梁墩相对变位需求。

地震突发状态，地震突发将导致活动墩的水平运动，摆锤和摆杆在惯性力作用绕中心杆摆动，摆杆的转动将导致连杆机构的撑杆夹角变小，引导锁定装置的锁套绕销轴转动，当地震导致的活动墩运动达到激活装置的激活阈值时，锁套内部齿牙将于水平锁杆凸台相互嵌固，限制梁体和活动墩的相对位移，将上部结构纵向水平地震传递至活动墩，实现连续梁桥各墩协同受力的目的。

活动墩保护状态，该装置的核心思想是利用活动墩的抗震潜能，故水平锁杆凸台的极限承载力a需根据活动墩的最大承载能力b确定，可取a=2b/3,当地震过大，导致梁体所传递至活动墩的地震荷载达到a值，水平凸台屈服，梁墩间在维持荷载约为a值的状态下产生相对位移，这样，即可最大限度的发挥活动墩的抗震潜能，又能避免活动墩受力过大发生破坏。

有益效果

本实用新型的积极效果是：研发一种惯性力激活的、原理可靠、构造简单、经济耐用、便于检查与维护的新型大吨位连续梁桥减震装置，利用咬合传力原理，达到连续梁桥各墩在地震荷载作用下协同受力的目的，适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固，地震突发时，通过原理简单、经济可靠的减震装置，达到结构协同受力的目的，提高结构整体抗震性能。

本实用新型具有梁体和活动墩适时连接及活动墩能力保护功能，既可以在地震突发时最大限度的发挥活动墩的抗震潜能，又能有效避免活动墩受力过大而引发的结构破坏。

本实用新型具有自复位功能，当地震停止后，摆锤在重力作用下呈竖直状态，摆杆随摆锤摆动可带动连杆机构的撑杆恢复至初始水平状态，继而将锁定装置的锁套向外张开，实现减震装置的自复位，不影响震后桥梁正常运营。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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它的附图。

图1是本实用新型的主视结构示意图。

图2是本实用新型激活装置的主视结构示意图。

图3是本实用新型激活装置的侧视结构示意图。

图4是本实用新型锁定装置的主视结构示意图。

图5是本实用新型锁定装置的剖视结构示意图。

图6是本实用新型正常运营状态下的主视结构示意图。

图7是图6的A-A剖视结构示意图。

图8是本实用新型地震突发状态下的主视结构示意图。

图9是本实用新型地震突发状态下的侧视结构示意图。

图10是本实用新型活动墩保护状态下结构示意图。

图11是图10中A部的局部放大结构示意图。

其中：1激活装置、1-1摆锤、1-2连杆、1-3中心杆、1-4套环、1-5摆杆、1-6支柱、2锁定装置、2-1固定板、2-2锁套、2-3滑块、2-4销轴、2-5撑杆、3水平锁杆、4牛腿、5梁体、6活动墩。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-11和具体实施例对实用新型进行清楚、完整的描述。

本实施例的结构如图1-5所示，一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其包括激活装置1、锁定装置2、水平锁杆3和牛腿4，水平锁杆3通过牛腿4与连续梁桥梁体5固定连接，激活装置1和锁定装置2分别固定于连续梁桥的活动墩6上，所述锁定装置2围成内部空间，所述水平锁杆3置于所述锁定装置2的内部空间中，所述激活装置1通过连杆机构控制所述锁定装置2的内部空间。

如图2和3所示，所述激活装置1包括固定于活动墩6上的两个支柱1-6，两所述支柱1-6上端安装有中心杆1-3，中心杆1-3横设于两支柱1-6之间，所述中心杆1-3上设置有套环1-4，套环1-4可绕中心杆1-3转动，摆锤1-1通过连杆1-2固结于套环1-4下方，连杆机构的摆杆1-5固结于套环1-4上方，摆锤1-1、连杆1-2和摆杆1-5通过套环1-4形成整体，当地震发生导致支柱1-6随活动墩6水平运动时，摆锤1-1在惯性力作用下带动摆杆1-5绕中心杆1-3转动。实际应用时，通过调整摆锤1-1重量及其转动半径，可以根据需要设置激活装置1的激活阈值。

如图4和5所示，所述锁定装置2包括固定板2-1、锁套2-2和滑块2-3，其中，滑块2-3为圆环状，位于固定板2-1和锁套2-2之间，锁套2-2整体呈半圆柱壳体，其内部为呈齿牙状，锁定装置2需两个锁套2-2配合使用，固定板2-1、锁套2-2和滑块2-3通过销轴2-4连为一体，固定板2-1固结于活动墩6上，锁套2-2可绕销轴2-4转动，两个锁套2-2下方通过连杆机构的两根撑杆2-5连接，两个撑杆2-5分别与对应侧的锁套2-2铰连，两个撑杆2-5的另一端均与所述连杆机构的摆杆1-5上端铰连，当两根撑杆2-5的夹角大于设计值时，锁套2-2内部空间大于水平锁杆3的外径，撑杆2-5夹角大于设计值可根据激活装置的激活阈值设定。

所述两撑杆2-5和一摆杆1-5共同构成控制所述锁定装置2的内部空间的连杆机构，两所述撑杆2-5一端与相应的锁套2-2铰连，另一端与所述摆杆1-5铰连，所述摆杆1-5与所述套环1-4固定连接，摆杆1-5的摆动带动所述撑杆2-5联动，从而使锁套2-2绕销轴2-4转动。

所述水平锁杆3为圆柱体，其外表面呈环状凸台，其凸台所能承受的荷载根据活动墩6的最大承载力确定，环状凸台沿水平锁杆3长度方向上的设置范围根据需要设定。锁套2-2内部单个齿牙所能承受的荷载需大于水平锁杆3单个环状凸台的极限承载力，其齿牙数量可根据需要设定。

正常状态下，锁定装置2内部净空大于水平锁杆3的外径，水平锁杆3可在锁定装置2内自由水平运动，满足正常状态下梁墩变位需求。

地震突发时，激活装置1的摆锤1-1在惯性力作用下绕中心杆1-3转动，带动与激活装置1的套环1-4固定连接的摆杆1-5相应摆动，从而激活锁定装置2内部的锁套2-2，锁套2-2绕销轴2-4转动致使其内部空间变小，与水平锁杆3呈相互嵌固状态，从而限制梁体5和活动墩6的相对位移，达到活动墩协同固定墩承受水平地震荷载的目的，从而提高连续梁桥的抗震性能。

如图6-9所示，所述激活装置1的摆杆1-5与锁定装置2的撑杆2-5之间为铰接，当地震发生导致摆锤1-1在惯性力作用下带动摆杆1-5绕中心杆1-3转动时，摆杆1-5的运动将导致锁定装置2的两撑杆2-5之间夹角变化，继而引发锁套2-2绕销轴2-4转动，当地震导致的活动墩6运动达到激活装置1的激活阈值时，两撑杆2-5之间夹角将小于设计值，此时锁套2-2内部空间小于水平锁杆3的外径，继而限制梁体5和活动墩6的相对运动，达到活动墩6与固定墩协同受力，提高连续梁桥整体抗震性能的目的。

如图1和5所示，正常运营状态，激活装置1的摆锤1-1和连杆机构的摆杆1-5处于竖直状态，与摆杆1-5铰接的两个连杆机构撑杆2-5呈水平状态，锁定装置2内部净空大于水平锁杆3外径，水平锁杆3可以在锁定装置2内自由水平运动，继而满足正常运营状态下梁墩相对变位需求。

如图6和7所示，正常运营状态下梁墩相对变位过程中，摆锤1-1在惯性力作用下带动摆杆1-5绕中心杆1-3转动时，摆杆1-5的运动将导致锁定装置2的两撑杆2-5之间夹角变化，继而引发锁套2-2绕销轴2-4转动，但是正常的梁墩相位变化中活动墩6运动达不到激活装置1的激活阈值，两撑杆2-5之间夹角虽然缩小，但是仍然大于设计值，此时锁套2-2内部空间仍然大于水平锁杆3的外径，不会限制梁体5和活动墩6的相对运动。

如图8和9所示，地震突发状态，地震突发将导致活动墩6的水平运动，摆锤1-1和摆杆1-5在惯性力作用绕中心杆1-3摆动，摆杆1-5的转动将导致锁定装置2的撑杆2-5夹角变小，引导锁套2-2绕销轴2-4转动，当地震导致的活动墩6运动达到激活装置的激活阈值时，锁套2-2内部齿牙将于水平锁杆3凸台相互嵌固，限制梁体5和活动墩6的相对位移，将上部结构纵向水平地震传递至活动墩6，实现连续梁桥各墩协同受力的目的。

如图10和11所示，活动墩6保护状态，该装置的核心思想是利用活动墩6的抗震潜能，故水平锁杆凸台的极限承载力a需根据活动墩的最大承载能力b确定，可取a=2b/3,当地震过大，导致梁体5所传递至活动墩6的地震荷载达到a值，水平凸台屈服，梁墩间在维持荷载约为a值的状态下产生相对位移，这样，即可最大限度的发挥活动墩的抗震潜能，又能避免活动墩受力过大发生破坏。

作为另一种实施方式，可在水平锁杆3和牛腿4之间安装连接阻尼耗能装置或将锁定装置中的滑块部分增设阻尼耗能装置惯性力作用下，当上述减震装置将梁墩锁定后，上部结构地震荷载传递至活动墩的过程中还可以通过阻尼耗能，进一步提高连续梁桥抗震性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：其包括激活装置（1）、锁定装置（2）、水平锁杆（3）和牛腿（4），水平锁杆（3）通过牛腿（4）与梁体（5）相连，激活装置（1）和锁定装置（2）分别固定于活动墩（6）上，所述锁定装置（2）围成内部空间，所述水平锁杆（3）置于所述锁定装置（2）的内部空间中，所述激活装置（1）通过连杆机构控制所述锁定装置（2）的内部空间；

正常状态下，所述锁定装置（2）内部净空大于所述水平锁杆（3）外径，水平锁杆（3）可在锁定装置（2）内自由水平运动，满足正常状态下梁墩变位需求；

地震发生时，所述激活装置（1）在惯性力作用下摆动，继而带动激活装置（1）和锁定装置（2）之间的连杆机构摆动，致使锁定装置（2）内部空间收缩，并与所述水平锁杆（3）相互嵌固，从而限制梁体（5）和活动墩（6）的相对位移。

2.根据权利要求1所述的一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：所述激活装置（1）包括固定于活动墩（6）上的两支柱（1-6）、固定设置两所述支柱（1-6）之间的中心杆（1-3）、设置在所述中心杆（1-3）上的套环（1-4）和摆锤（1-1），所述套环（1-4）可绕中心杆（1-3）转动，所述摆锤（1-1）通过连杆（1-2）固结于套环（1-4）下方，所述套环（1-4）与所述连杆机构固定连接，当地震发生导致支柱（1-6）随活动墩（6）水平运动时，摆锤（1-1）在惯性力作用下带动套环（1-4）绕中心杆（1-3）转动，套环（1-4）带动所述连杆机构动作。

3.根据权利要求2所述的一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：所述锁定装置（2）包括两固定板（2-1）、两锁套（2-2）和两滑块（2-3），其中，两所述固定板（2-1）固定于活动墩（6）上，所述锁套（2-2）整体呈半圆柱壳体，两所述锁套（2-2）顶部通过固定在两所述固定板（2-1）之间的销轴（2-4）铰连，两所述滑块（2-3）为圆环状且位于固定板（2-1）和锁套（2-2）之间，以便于锁套（2-2）与固定板（2-1）荷载传递及减小锁套（2-2）绕销轴（2-4）转动时的摩擦力，利于两所述锁套（2-2）绕销轴（2-4）转动，两个锁套（2-2）下方通过所述连杆机构与所述激活装置（1）的套环（1-4）连接。

4.根据权利要求3所述的一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：所述连杆机构包括两撑杆（2-5）和一摆杆（1-5），两所述撑杆（2-5）一端与相应的锁套（2-2）铰连，另一端与所述摆杆（1-5）铰连，所述摆杆（1-5）与所述套环（1-4）固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：所述摆杆（1-5）与撑杆（2-5）之间铰接，当两根撑杆（2-5）夹角大于设计值时，锁套（2-2）内部空间大于水平锁杆（3）外径，当地震发生导致摆锤（1-1）在惯性力作用下带动摆杆（1-5）绕中心杆（1-3）转动时，所述摆杆（1-5）的运动将导致锁套（2-2）绕销轴（2-4）转动，当地震导致的活动墩（6）运动达到激活装置（1）的激活阈值时，两所述撑杆（2-5）之间夹角将小于设计值，致使锁套（2-2）内部空间小于水平锁杆（3）外径，继而限制梁体（5）和活动墩（6）的相对运动。

6.根据权利要求3-5任一项所述的一种惯性力激活的连续梁桥减震装置，其特征在于：所述水平锁杆（3）为圆柱体，其外表面呈环状凸台，所述环状凸台所能承受的荷载根据活动墩最大承载力确定，两所述锁套（2-2）内部呈齿牙状，其内部齿牙所能承受的荷载大于所述水平锁杆（3）的承载力。