CN212103646U - 兼具限位、抗风、抗震功能的桥梁侧向支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种兼具限位、抗风、抗震功能的桥梁侧向支座，沿水平横向设置于桥塔和桥主梁之间，桥梁侧向支座包括座体和弹性体。座体能够固定设置于桥塔(或桥主梁)。弹性体的一端沿水平横向设置于座体远离桥塔(或桥主梁)的一侧，弹性体远离座体的另一端能够与桥主梁(或桥塔)抵接，弹性体远离座体的另一端能够相对于桥主梁(或桥塔)在竖直面内滑动，弹性体的材质包括柔弹性材质。上述桥梁侧向支座，在约束桥主梁相对于桥塔的水平横向移动的同时，弹性体以自身的柔弹性消耗桥主梁横向的动能，大大减小了传递至桥塔的地震力，进而允许减小桥塔的尺寸及基础规模。

Description

兼具限位、抗风、抗震功能的桥梁侧向支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，特别是涉及一种兼具限位、抗风、抗震功能的桥梁侧向支座。

背景技术

大跨径缆索承重桥梁(斜拉桥或悬索桥)中塔、梁、索和基础共同受力的结构体系是保证桥梁总体安全、性能合理的关键，大跨径缆索承重桥的抗震性能与其支撑体系(纵向支撑体系和横向支撑体系)直接相关。传统的斜拉桥或悬索桥设计中，一般在主梁与主塔间设置横向的刚性支座来约束塔、梁间的相对运动。将主梁受到的风荷载、温度载荷、地震力等横向荷载直接传递给主塔，使得墩、塔底成为抗震薄弱部位，从而增大了塔墩的尺寸和基础规模，导致桥梁的总体造价大幅增加。

实用新型内容

基于此，有必要针对目前桥梁因抗震需求造成的塔墩尺寸较大、成本高的问题，提供一种兼顾桥梁横向限位和抗震性能的桥梁侧向支座。

一种桥梁侧向支座，沿水平横向设置于桥塔和桥主梁之间，所述桥梁侧向支座包括：

座体，能够固定设置于桥塔(或桥主梁)；

弹性体，所述弹性体的一端沿水平横向设置于所述座体远离桥塔(或桥主梁)的一侧，所述弹性体远离所述座体的另一端能够与桥主梁(或桥塔)抵接，所述弹性体远离所述座体的另一端能够相对于桥主梁(或桥塔)在竖直面内滑动，所述弹性体的材质包括柔弹性材质。

在其中一个实施例中，所述弹性体的剪切弹性模量介于0.5MPa-0.8MPa之间。

在其中一个实施例中，所述弹性体沿水平横向的刚度小于等于10e6 kN/m。

在其中一个实施例中，所述弹性体包括多层橡胶和多层钢板，多层所述橡胶和多层所述钢板沿水平横向层叠交替布置。

在其中一个实施例中，所述座体包括封层钢板，所述封层钢板包括固定侧和安装侧，所述固定侧和所述安装侧沿水平横向间隔相对，所述封层钢板的所述固定侧能够固定于桥塔(或桥主梁)，所述弹性体的一端固定设置于所述安装侧，所述弹性体远离所述封层钢板的另一端能够与桥主梁(或桥塔)抵接。

在其中一个实施例中，所述座体还包括钢盆，所述钢盆固定设置于所述封层钢板的安装侧，所述钢盆的周缘与所述弹性体的外缘适配，所述弹性体设置在所述钢盆内，所述弹性体沿水平横向凸出所述钢盆。

在其中一个实施例中，所述座体还包括多个加强筋，多个所述加强筋沿所述钢盆的回转方向分别设置于所述钢盆外壁与所述封层钢板之间。

在其中一个实施例中，所述座体还包括钢垫板和加劲肋，所述钢垫板的一侧能够固定设置于桥塔(或桥主梁)，所述封层钢板的所述固定侧固定设置于所述钢垫板，所述加劲肋固定设置于所述钢垫板与桥塔(或桥主梁)之间。

在其中一个实施例中，所述座体还包括多个锚固螺栓，所述封层钢板和所述钢垫板通过多个所述锚固螺栓固定设置于桥塔(或桥主梁)，多个所述锚固螺栓沿所述封层钢板的回转方向间隔分布。

在其中一个实施例中，所述桥梁侧向支座还包括滑动钢板，所述滑动钢板的一侧固定设置于桥主梁(或桥塔)，所述滑动钢板的另一侧与所述弹性体远离所述座体的另一端抵接。

一种桥梁，包括桥塔、桥主梁和上述方案任一项所述的桥梁侧向支座，所述桥梁侧向支座沿水平横向设置于桥塔和桥主梁之间。

在其中一个实施例中，所述桥梁包括多个所述桥塔和多个所述桥梁侧向支座，多个所述桥梁侧向支座分别沿水平横向设置于所述桥主梁和多个所述桥塔之间。

一种桥梁侧向支撑方法，使用多个上述方案任一项所述的桥梁侧向支座，多个所述桥梁侧向支座中的所述弹性体的弹性模量、刚度相同或相异；将多个所述桥梁侧向支座分别沿水平横向设置于桥主梁和多个桥塔之间，根据桥塔的水平刚度适配对应刚度的所述桥梁侧向支座。

上述桥梁侧向支座、桥梁及桥梁侧向支撑方法，弹性体与桥主梁或者桥塔抵接且能够相对于桥主梁或者桥塔滑动，进而允许桥主梁在地震时相对于桥塔沿顺桥向或者竖向自由平动。在约束桥主梁相对于桥塔的水平横向移动的同时，弹性体以自身的柔弹性消耗桥主梁横向的动能，大大减小了传递至桥塔的地震力，进而允许减小桥塔的尺寸及基础规模，最终降低桥梁的整体造价。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一实施例提供的桥梁侧向支座主视结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的桥梁侧向支座侧视结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的桥梁结构示意图；

图4为图3中A-A截面结构示意图；

图5为图3中B-B截面结构示意图；

图6为本实用新型一实施例提供的半漂浮体系桥梁结构示意图；

图7为本实用新型一实施例提供的全漂浮体系桥梁结构示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的全漂浮体系桥梁结构示意图。

其中：10-桥塔、20-桥主梁、30-桥梁侧向支座、31-弹性体、32-封层钢板、33-钢盆、34-加强筋、35-钢垫板、36-加劲肋、37-锚固螺栓、38-滑动钢板、40-下横梁、50-竖向支座。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下面对具体实施方式的描述仅仅是示范性的，应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本实用新型，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，一般情况下桥梁支座位于桥主梁和墩、台的竖向之间，它能将桥梁上部结构承受的荷载可靠地传递给桥梁下部结构，能有效地释放温度应力和不利弯矩，具有抗震、减振甚至隔震的功能，是桥梁的重要传力装置。不仅在竖直方向上，在水平方向上桥主梁与桥塔之间也会因风载荷、温度载荷以及地震等外力的作用而产生力传递。本实用新型提供一种能够兼顾风载荷传递、温度载荷传递以及地震载荷传递的桥梁侧向支座，桥梁以及对应的桥梁侧向支撑方法，能够在实现桥主梁横向支撑的同时，降低桥塔的制造成本。

如图1-3所示，本实用新型一实施例提供一种桥梁侧向支座30，沿水平横向设置于桥塔10和桥主梁20之间，桥主梁20通过桥梁侧向支座30将载荷传递至桥塔10，桥塔10通过桥梁侧向支座30限制桥主梁20的横向位移，进而保证桥梁的整体稳固。桥梁侧向支座30包括座体和弹性体31。座体能够固定设置于桥塔10(或桥主梁20)。弹性体31的一端沿水平横向设置于座体远离桥塔10(或桥主梁20)的一侧，弹性体31远离座体的另一端能够与桥主梁20(或桥塔10)抵接，弹性体31远离座体的另一端能够相对于桥主梁20(或桥塔10)在竖直面内滑动，弹性体31的材质包括柔弹性材质。上述桥梁侧向支座30，弹性体31与桥主梁20或者桥塔10抵接且能够相对于桥主梁20或者桥塔10滑动，进而允许桥主梁20在地震时相对于桥塔10沿顺桥向或者竖向自由平动。在约束桥主梁20相对于桥塔10的水平横向移动的同时，弹性体31以自身的柔弹性消耗桥主梁20横向的动能，大大减小了传递至桥塔10的地震力，进而允许减小桥塔10的尺寸及基础规模，最终降低桥梁的整体造价。

可以理解的，当桥梁侧向支座30的座体固定在桥塔10上时，弹性体31是与桥主梁20抵接，当桥梁侧向支座30的座体固定在桥主梁20上时，弹性体31是与桥塔10抵接。桥塔10的作用是限制桥主梁20的横向位移，只要是用于限制桥主梁20横向位移的结构，都可归类于本实施例中的桥塔10范围内。同时桥主梁20指的是形成路面的桥板，任何形式的桥板都可归类到本实施例中的桥主梁20范围内。

在本实用新型中，弹性体31的物理性能直接决定了桥梁侧向支座30在桥主梁20与桥塔10之间传递载荷的性能。在本实用新型一实施例中，弹性体31的剪切弹性模量介于0.5MPa-0.8MPa之间，弹性体31的阻尼比较高，一般大于0.5.在一些工况中，弹性体31的阻尼比还可大于1。在桥梁正常运营(非地震状况下)的使用过程中，风荷载或温度荷载等引起的桥主梁20侧向位移主要由桥梁侧向支座30限制，桥梁侧向支座30通过微小变形直接将桥主梁20受到的横桥向风荷载等传递到桥主梁20的桥塔10处，与桥主梁20其他墩位处采用的支座一起限制桥主梁20风荷载作用下的横向位移。在地震情况下，桥主梁20所受到的横向地震力也会通过桥梁侧向支座30传递给桥塔10，低弹性模量和超高阻尼比的弹性体31能够消耗大量桥主梁20的振动能量，进而有效降低桥塔10处承受的载荷。同时该桥梁侧向支座30不限制桥主梁20的顺桥向及竖向位移，符合全漂浮或半漂浮体系的约束要求。在本实用新型一具体的实施例中，弹性体31的剪切弹性模量为0.6MPa，弹性体31的阻尼比为1.2。

进一步，弹性体31沿水平横向的刚度小于等于10e6 kN/m。弹性体31的刚度与弹性体31自身的物理性能以及弹性体31的外形尺寸直接相关，通过设计弹性体31所使用材质的物理性能以及弹性体31的外形尺寸，能够获得较小刚度的桥梁侧向支座30。在地震情况下，桥塔10以及桥梁侧向支座30允许桥主梁20沿桥横向产生一定范围内的位移，进而桥塔10能够以较小的支撑力限制桥主梁20的横向位移。例如传统的500mm×500mm平面尺寸板式橡胶支座在极限承载能力为2401kN的情况下，支撑方向的刚度达到了约1039kN/mm，而本实施例设计的桥梁侧向支座30平面尺寸为1050mm×1050mm，如果采用4个传统的500mm×500mm平面尺寸板式橡胶支座并联方式，支座刚度将达到9604kN/mm。本次设计的桥梁侧向支座30在极限承载能力达到36000kN的基础上，横向刚度仅为350kN/mm。支撑方向的刚度仅为传统板式橡胶支座的约1/27。

这样不但可以减小桥主梁20传给桥塔10的横桥向地震力，还可以根据桥梁各桥塔10(桥墩)之间横向刚度的不同，调整桥梁侧向支座30的刚度，使各桥塔10(桥墩)与桥梁侧向支座30的刚度协调，主动控制桥梁中各桥墩及桥塔10之间横向水平力的分配比例，起到“四两拨千斤”的作用，从而有效优化桥塔10及桥墩的受力，经济合理。可以理解的，制作具有上述性能弹性体31的方法有多种。作为一种可实现的方式，弹性体31包括多层橡胶和多层钢板，多层橡胶和多层钢板沿水平横向层叠交替布置，多层橡胶和多层钢板的弹性体31性能稳定且加工技术成熟、制造成本低。将桥梁侧向支座30设计为低弹性模量，超高阻尼比的橡胶支座，这样可以在有效限制桥主梁20横向地震位移的同时，尽可能减少桥主梁20传递给桥塔10的横向地震力。通过较小的空间实现传统桥梁桥梁侧向支座30和横桥向阻尼器的双重作用。

上述各实施例中的桥梁侧向支座30能够应用在半漂浮体系或者全漂浮体系的桥梁中。如图6-8所示，其中半漂浮体系指桥塔10有下横梁40或牛腿，下横梁40或牛腿上设置竖向支座50支撑桥主梁20。全漂浮体系指桥塔10无下横梁40，无法设置竖向支座50或者桥塔10有下横梁40但是未设置竖向支座50。桥梁侧向支座30可以保证在横向大风作用下桥主梁20不会有过大的横向位移，且在地震时横桥向地震力可以通过桥梁侧向支座30直接传递到桥塔10或桥墩上。

座体的作用是保持弹性体31在桥塔10和桥主梁20之间，理论上任何能够实现固定弹性体31的结构都可以。如图1所示，在本实用新型一实施例中，座体包括封层钢板32，封层钢板32包括固定侧和安装侧，固定侧和安装侧沿水平横向间隔相对，封层钢板32的固定侧能够固定于桥塔10(或桥主梁20)，弹性体31的一端固定设置于安装侧，弹性体31远离封层钢板32的另一端能够与桥主梁20(或桥塔10)抵接。封层钢板32能够有效实现弹性体31的固定安装。进一步，如图1-2所示，座体还包括钢盆33，钢盆33固定设置于封层钢板32的安装侧，钢盆33的周缘与弹性体31的外缘适配，弹性体31设置在钢盆33内，弹性体31沿水平横向凸出钢盆33。当弹性体31呈长方体状时，钢盆33具有长方体状的凹槽用以容纳弹性体31。在地震力作用下，弹性体31承受较大的载荷而可能发生较大的变形，但弹性体31自身的弹性模量及刚度较低，弹性体31较大的自身变形可能会导致弹性体31的物理性损坏，进而减小弹性体31的使用寿命。钢盆33能够在竖直方向及顺桥向限制弹性体31的变形，进而使弹性体31处于三向受压状态，增强弹性体31的承压能力。

进一步，如图1-2所示，座体还包括多个加强筋34，多个加强筋34沿钢盆33的回转方向分别设置于钢盆33外壁与封层钢板32之间。多个加强筋34能够有效增强钢盆33的结构强度。作为一种可实现的方式，钢盆33的外缘呈长方体状，钢盆33的每个侧面分别至少设置两个加强筋34。在本实用新型一实施例中，如图1-3所示，座体还包括钢垫板35和加劲肋36，钢垫板35的一侧能够固定设置于桥塔10(或桥主梁20)，封层钢板32的固定侧固定设置于钢垫板35，加劲肋36固定设置于钢垫板35与桥塔10(或桥主梁20)之间。加劲肋36能够有效增强桥梁侧向支座30承受静载荷或动载荷的能力。

在本实用新型一实施例中，如图1-3所示，座体还包括多个锚固螺栓37，封层钢板32和钢垫板35通过多个锚固螺栓37固定设置于桥塔10(或桥主梁20)，多个锚固螺栓37沿封层钢板32的回转方向间隔分布。多个锚固螺栓37能够实现座体与桥塔10(或桥主梁20)之间的稳固连接，且能够实现可拆卸，便于桥梁侧向支座30的更换或者维护。在本实用新型其他的实施例中，座体中的封层钢板32焊接在钢垫板35上，钢垫板35焊接在桥塔10或桥主梁20上。

在本实用新型一实施例中，如图3所示，桥梁侧向支座30还包括滑动钢板38，滑动钢板38的一侧固定设置于桥主梁20(或桥塔10)，滑动钢板38的另一侧与弹性体31远离座体的另一端抵接。滑动钢板38的表面较为光滑，能够有效降低桥梁侧向支座30中弹性体31与桥主梁20(或桥塔10)之间的滑动摩擦，保证了桥梁侧向支座30相对于桥主梁20(或桥塔10)沿顺桥向或竖直方向顺畅滑动，进而桥梁侧向支座30与桥主梁20(或桥塔10)之间只存在横桥向的位移约束。进一步，如图4-5所示，桥塔10、桥主梁20与钢垫板35、滑动钢板38对应处应布置足够强的加劲肋36来抵抗静力或动力荷载。滑动钢板38通过螺栓与桥塔10或者桥主梁20连接，也可以直接与桥塔10或者桥主梁20焊接。

如图6-8所示，本实用新型一实施例提供一种桥梁，包括桥塔10、桥主梁20和上述方案任一项所述的桥梁侧向支座30，桥梁侧向支座30沿水平横向设置于桥塔10和桥主梁20之间。上述桥梁，弹性体31与桥主梁20或者桥塔10抵接且能够相对于桥主梁20或者桥塔10滑动，进而允许桥主梁20在地震时相对于桥塔10沿顺桥向或者竖向自由平动。在约束桥主梁20相对于桥塔10的水平横向移动的同时，弹性体31以自身的柔弹性消耗桥主梁20横向的动能，大大减小了传递至桥塔10的地震力，进而允许减小桥塔10的尺寸及基础规模，最终降低桥梁的整体造价。进一步，桥梁包括多个桥塔10和多个桥梁侧向支座30，多个桥梁侧向支座30分别沿水平横向设置于桥主梁20和多个桥塔10之间。多个桥梁侧向支座30的刚度与对应的桥塔10刚度相适配，多个桥梁侧向支座30的刚度相同或相异。

本实用新型一实施例还提供一种桥梁侧向支撑方法，使用多个上述方案任一项所述的桥梁侧向支座30，多个桥梁侧向支座30中的弹性体31的弹性模量、刚度以及阻尼比相同或相异；将多个桥梁侧向支座30分别沿水平横向设置于桥主梁20和多个桥塔10之间，根据桥塔10的水平刚度适配对应刚度的桥梁侧向支座30。通过调整桥梁侧向支座30中橡胶层的材质、弹性模量及尺寸，可以获得合适的刚度，不但可以显著减小桥主梁20传递给桥塔10的横桥向地震力，还可以主动控制桥梁中各桥塔10与桥墩之间横向水平力的分配比例的特点。通过采用弹性模量更低的支座橡胶层的材质、增大支座橡胶层的厚度及尺寸，从而获得合适的刚度。下表为不同桥梁侧向支座30刚度k对塔梁间地震作用下荷载及位移的影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种桥梁侧向支座，沿水平横向设置于桥塔和桥主梁之间，其特征在于，所述桥梁侧向支座包括：

座体，能够固定设置于桥塔或桥主梁；

弹性体，所述弹性体的一端沿水平横向设置于所述座体远离桥塔或桥主梁的一侧，所述弹性体远离所述座体的另一端能够与桥主梁或桥塔抵接，所述弹性体远离所述座体的另一端能够相对于桥主梁或桥塔在竖直面内滑动，所述弹性体的材质包括柔弹性材质。

2.根据权利要求1所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述弹性体的剪切弹性模量介于0.5MPa-0.8MPa之间。

3.根据权利要求2所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述弹性体沿水平横向的刚度小于等于10e6 kN/m。

4.根据权利要求3所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述弹性体包括多层橡胶和多层钢板，多层所述橡胶和多层所述钢板沿水平横向层叠交替布置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述座体包括封层钢板，所述封层钢板包括固定侧和安装侧，所述固定侧和所述安装侧沿水平横向间隔相对，所述封层钢板的所述固定侧能够固定于桥塔或桥主梁，所述弹性体的一端固定设置于所述安装侧，所述弹性体远离所述封层钢板的另一端能够与桥主梁或桥塔抵接。

6.根据权利要求5所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述座体还包括钢盆，所述钢盆固定设置于所述封层钢板的安装侧，所述钢盆的周缘与所述弹性体的外缘适配，所述弹性体设置在所述钢盆内，所述弹性体沿水平横向凸出所述钢盆。

7.根据权利要求6所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述座体还包括多个加强筋，多个所述加强筋沿所述钢盆的回转方向分别设置于所述钢盆外壁与所述封层钢板之间。

8.根据权利要求5所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述座体还包括钢垫板和加劲肋，所述钢垫板的一侧能够固定设置于桥塔或桥主梁，所述封层钢板的所述固定侧固定设置于所述钢垫板，所述加劲肋固定设置于所述钢垫板与桥塔或桥主梁之间。

9.根据权利要求8所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述座体还包括多个锚固螺栓，所述封层钢板和所述钢垫板通过多个所述锚固螺栓固定设置于桥塔或桥主梁，多个所述锚固螺栓沿所述封层钢板的回转方向间隔分布。

10.根据权利要求5所述的桥梁侧向支座，其特征在于，所述桥梁侧向支座还包括滑动钢板，所述滑动钢板的一侧固定设置于桥主梁或桥塔，所述滑动钢板的另一侧与所述弹性体远离所述座体的另一端抵接。

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