CN212801184U - 一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁抗震技术领域，尤其涉及一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿、转动机构、钢挡板、碰撞圆筒和钢托，所述钢牛腿通过钢牛腿螺栓固定在桥墩侧壁上方；两个所述钢托固定于所述钢牛腿的顶部，两个所述钢托顶端的顶板相对倾斜设置之间形成用于所述转动机构插入的“V”字型入口，所述转动机构通过第三转动铰支座安装于钢牛腿的顶部；两个所述钢挡板通过钢挡板螺栓固定在主梁的底部，所述钢挡板的内壁与所述转动机构顶部的两个碰撞筒体之间设有间隙。本实用新型能限制梁体和桥墩的顺桥向过大位移，避免发生落梁现象；把梁体和挡块之间的刚性碰撞转化为柔性碰撞，依靠碰撞圆筒和扭转弹簧的变形来消耗一部分地震能量。

Description

一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构

技术领域

本实用新型涉及桥梁抗震技术领域，尤其涉及一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构。

背景技术

我国近年来经济增长迅速，国家对各个有益于社会发展、有益于改善民生的项目投资力度越来越大，基建工作也随之快速发展，道路交通建设对于地区经济发展有着重要作用。而桥梁是交通路线中的枢纽，一旦桥梁发生事故，会带来一系列的经济问题和社会效应，所以桥梁的安全性能和稳定程度都是我们需要重视和关注的。

我国在建和已建桥梁数量已经超过百万，在各种地形、地区都有桥梁的建设，而有些地区由于其处于地震多发带的地理位置，存在着很大的安全隐患。一旦地震来临，桥梁由于其结构特点，是很容易损坏甚至倒塌的，而这不但会带来巨大的经济损失，更是威胁着人们的生命安全，同时形成“孤岛效应”，为地震之后的救援工作带来重重困难。

桥梁结构在地震中主要破坏有上部梁体脱落、支座破坏、桩基墩柱裂开、梁体碰撞破坏等形式。而我国目前大多数桥梁为了抗震所采取的措施是，在桥墩盖梁顶部两侧安装钢筋混凝土挡块，这种办法能一定程度地限制上部梁体的横桥向位移，但是碰撞时易造成局部破坏，且对顺桥向位移无太大约束作用。

所以需要设计和开发一种新型的桥梁抗震挡块结构，既能在地震时有效发挥抗震作用，又能限制桥梁上部梁体的顺桥向位移，同时要减少挡块作用时自身受损程度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，限制梁体和桥墩的顺桥向过大位移，避免发生落梁现象；把梁体和挡块之间的刚性碰撞转化为柔性碰撞，依靠碰撞圆筒的变形和扭转弹簧来消耗一部分地震能量；尽可能地利用转动机构转动时的滑动位移产生的摩擦吸收地震能量；增加挡块结构的数量并分散碰撞位置，从而减小作用在每一挡块结构的碰撞力，减小挡块结构的局部损坏，保护装置本身。

为了实现本实用新型的目的,本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型公开了一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿、转动机构、钢挡板、碰撞圆筒和钢托，所述钢牛腿通过钢牛腿螺栓固定在桥墩侧壁上方；两个所述钢托固定于所述钢牛腿的顶部，两个所述钢托顶端的顶板相对倾斜设置之间形成用于所述转动机构插入的“V”字型入口，所述转动机构通过第三转动铰支座安装于钢牛腿的顶部；两个所述钢挡板通过钢挡板螺栓固定在主梁的底部，所述钢挡板的内壁与所述转动机构顶部的两个碰撞圆筒之间设有间隙。

所述钢牛腿包括钢牛腿顶板、钢牛腿侧板、钢牛腿底板、钢牛腿腹板，所述钢牛腿侧板上设有用于钢牛腿螺栓穿过的螺栓孔；所述钢牛腿顶板与钢牛腿底板水平放置，两者之间竖直焊接两块相互平行的钢牛腿腹板；所述钢牛腿侧板的外壁分别与钢牛腿顶板、钢牛腿底板和所述钢牛腿腹板的一侧相连。

所述转动机构包括转动钢板、第二转动钢板和两组内部缓冲结构，所述转动钢板、第二转动钢板组合成“V”字型结构，两者底端通过转动铰与第三转动铰支座铰接；所述内部缓冲结构包括连杆、转动铰支座、第二转动铰支座、上盖板、波纹摩擦片、下盖板，所述第二转动铰支座固定于所述转动钢板、第二转动钢板的内壁中部，所述下盖板固定于所述转动钢板、第二转动钢板的内壁上部，两个所述连杆的一端与所述第二转动铰支座铰接另一端通过转动铰支座与上盖板铰接，所述上、下盖板的外壁上设有波纹摩擦片，且两个所述波纹摩擦片紧密接触。

所述上盖板的长度小于所述下盖板的长度。

所述第二转动钢板的底端两侧固定有两个销头，所述转动钢板的底端中间固定有一个第二销头，所述销头与所述第二销头之间设有扭转弹簧，所述转动钢板、第二转动钢板的底部分别设有两个用于所述扭转弹簧端部扭转臂插入的开口，所述转动铰依次穿过所述销头侧壁的通孔、第二销头侧壁的通孔和扭转弹簧轴向后与所述第三转动铰支座铰接。

所述碰撞圆筒包括外筒、连接块、内筒，两个所述外筒分别设置于所述转动钢板、第二转动钢板的顶部，在正常状态下，所述内筒设置于所述外筒内部，且两者同轴，所述外筒和内筒之间等角度安装有四个连接块，所述碰撞圆筒整体所用的材料都为低屈服强度钢。

所述钢挡板包括钢挡板顶板、钢挡板侧板、碰撞挡块、钢挡板腹板，所述钢挡板顶板呈水平设置通过钢挡板螺栓固定在所述主梁的底部，其下表面边缘处固定有竖直设置的钢挡板侧板，在所述钢挡板顶板和钢挡板侧板之间固定有两块平行设置的钢挡板腹板, 所述钢挡板腹板纵截面为直角梯形，所述碰撞挡块内侧平面与钢挡板侧板固定连接，其外侧撞击面为弧曲面。

所述钢托包括钢托顶板、钢托立柱、钢托底板，所述钢托底板通过钢托螺栓固定在钢牛腿顶板的上表面；所述钢托顶板为倾斜放置，位置与转动钢板平行，所述钢托顶板在靠近转动钢板的一侧固定有一层橡胶垫，另一侧与钢托底板的上表面之间固定有钢托立柱。所述钢托立柱纵截面的内外两侧边为同圆心的圆弧形。

本实用新型的有益效果在于：

1）碰撞圆筒分内外筒且所用材料为低屈服强度钢的设计，使其碰撞作用为柔性碰撞，产生较大变形，从而消耗地震能量；碰撞挡块最边缘圆弧形设计，能有效满足碰撞挡块与碰撞圆筒之间的碰撞是碰撞位置不确定的非均匀碰撞。

2）上盖板和下盖板相互接触处的各自平面上均设置了波纹摩擦片，当两根连杆互相转动时，会带动上盖板在下盖板上发生相对滑动，通过摩擦吸收一部分地震能量。扭转弹簧的设置一定程度阻碍转动钢板的转动，同时把一部分地震能量转化为弹性势能，且能使结构具有复位功能。

3）两侧钢托限制转动钢板最大转角的设置，使本实用新型能有效限制上方梁体和桥墩之间的顺桥向位移。

4）本实用新型结构简单，施工便捷，抗震效果好。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的顺桥向布置图；

图3为本实用新型的三维构造示意图；

图4为本实用新型的转动机构详图；

图5为本实用新型的转动钢板连接处构造详图；

图6为本实用新型的转动钢板连接方式示意图。

在图中：1钢牛腿，2转动机构，3钢挡板，4碰撞圆筒，5钢托，6转动钢板，7第二转动钢板，8连杆，9转动铰支座，10第二转动铰支座，11上盖板，12波纹摩擦片，13下盖板， 14第三转动铰支座， 15钢托顶板， 16钢托立柱， 17钢托底板，18钢托螺栓，19橡胶垫， 20钢挡板顶板， 21钢挡板侧板，22碰撞挡块，23钢挡板腹板，24钢挡板螺栓，25钢牛腿顶板，26钢牛腿侧板，27钢牛腿底板，28钢牛腿腹板，29钢牛腿螺栓，30外筒，31连接块，32内筒，33销头，34第二销头，35扭转弹簧，36开口，37主梁，38第二主梁，39伸缩缝， 40桥墩，41桥梁活动支座，42桥梁固定支座。

具体实施方式

下面对本实用新型进一步说明：

请参阅图1-6，

本实用新型公开了一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿1、转动机构2、钢挡板3、碰撞圆筒4和钢托5，所述钢牛腿1通过钢牛腿螺栓29固定在桥墩40侧壁上方；两个所述钢托5固定于所述钢牛腿1的顶部，两个所述钢托5顶端的顶板15相对倾斜设置之间形成用于所述转动机构2插入的“V”字型入口，所述转动机构2通过第三转动铰支座14安装于钢牛腿1的顶部；两个所述钢挡板3通过钢挡板螺栓24固定在主梁37的底部，所述钢挡板3的内壁与所述转动机构2顶部的两个碰撞圆筒4之间设有间隙，当该位移超过刚挡块3内壁和碰撞圆筒4之间的间隙时，碰撞挡块22和碰撞圆筒4发生碰撞，在此瞬时由于撞击力作用，使得碰撞圆筒4发生一定变形，消耗一部分地震能量。

所述钢牛腿1包括钢牛腿顶板25、钢牛腿侧板26、钢牛腿底板27、钢牛腿腹板28，所述钢牛腿侧板26上设有用于钢牛腿螺栓29穿过的螺栓孔；所述钢牛腿顶板25与钢牛腿底板27水平放置，两者之间竖直焊接两块相互平行的钢牛腿腹板28；所述钢牛腿侧板26的外壁分别与钢牛腿顶板25、钢牛腿底板27和所述钢牛腿腹板28的一侧相连。

所述转动机构2包括转动钢板6、第二转动钢板7和两组内部缓冲结构，所述转动钢板6、第二转动钢板7组合成“V”字型结构，两者底端通过转动铰与第三转动铰支座14铰接；所述内部缓冲结构包括连杆8、转动铰支座9、第二转动铰支座10、上盖板11、波纹摩擦片12、下盖板13，所述第二转动铰支座10固定于所述转动钢板6、第二转动钢板7的内壁中部，所述下盖板13固定于所述转动钢板6、第二转动钢板7的内壁上部，两个所述连杆8的一端与所述第二转动铰支座10铰接另一端通过转动铰支座9与上盖板11铰接，所述上、下盖板的外壁上设有波纹摩擦片12，且两个所述波纹摩擦片12紧密接触，两组内部缓冲结构在设置时，平面位置对称，但空间位置错开，以便于转动钢板6和第二转动钢板7之间的充分转动。

所述上盖板11的长度小于所述下盖板13的长度，以保证上盖板11在下盖板13上摩擦的距离足够，产生更多的摩擦来消耗地震能量。

所述第二转动钢板7的底端两侧固定有两个销头33，所述转动钢板6的底端中间固定有一个第二销头34，所述销头33与所述第二销头34之间设有扭转弹簧35，所述转动钢板6、第二转动钢板7的底部分别设有两个用于所述扭转弹簧35端部扭转臂插入的开口36，所述转动铰依次穿过所述销头33侧壁的通孔、第二销头34侧壁的通孔和扭转弹簧35轴向后与所述第三转动铰支座14铰接，在转动钢板6转动过程中，扭转弹簧35由于发生扭转变形会对转动钢板6施加反向弹力作用，一定程度阻碍转动钢板6的转动，同时把一部分地震能量转化为弹性势能。

所述碰撞圆筒4包括外筒30、连接块31、内筒32，两个所述外筒30分别设置于所述转动钢板6、第二转动钢板7的顶部，在正常状态下，所述内筒32设置于所述外筒30内部，且两者同轴，所述外筒30和内筒32之间等角度安装有四个连接块31，所述碰撞圆筒4整体所用的材料都为低屈服强度钢，以便碰撞时产生较大的变形，消耗地震能量。

所述钢挡板3包括钢挡板顶板20、钢挡板侧板21、碰撞挡块22、钢挡板腹板23，所述钢挡板顶板20呈水平设置通过钢挡板螺栓24固定在所述主梁37的底部，其下表面边缘处固定有竖直设置的钢挡板侧板21，在所述钢挡板顶板20和钢挡板侧板21之间固定有两块平行设置的钢挡板腹板23, 所述钢挡板腹板23纵截面为直角梯形，所述碰撞挡块22内侧平面与钢挡板侧板21固定连接，其外侧撞击面为弧曲面，以满足桥梁在复杂振动下是碰撞位置不确定的点对面的非均匀碰撞，有利于碰撞圆筒的正常工作。

所述钢托5包括钢托顶板15、钢托立柱16、钢托底板17，所述钢托底板17通过钢托螺栓18固定在钢牛腿顶板25的上表面；所述钢托顶板15为倾斜放置，位置与转动钢板6平行，所述钢托顶板15在靠近转动钢板6的一侧固定有一层橡胶垫19，另一侧与钢托底板17的上表面之间固定有钢托立柱16。所述钢托立柱16纵截面的内外两侧边为同圆心的圆弧形。

工作原理：在地震中，桥梁顺桥向上部主梁37与桥墩40发生向左的相对位移，当该位移超过碰撞挡块22和碰撞圆筒4之间的距离时，碰撞挡块22和碰撞圆筒4发生碰撞，首先，在此瞬时由于撞击力作用，使得碰撞圆筒4发生一定变形，消耗一部分地震能量；当主梁37继续发生相对位移时，碰撞圆筒4带动所连接的转动钢板6开始向第二转动钢板7转动，两根连杆8也开始互相转动，从而带动上盖板11在下盖板13上发生相对滑动，二者相互接触处的各自平面上均设置了波纹摩擦片12，通过波纹摩擦片12之间的摩擦进一步吸收了地震能量；同时在转动钢板6转动过程中，扭转弹簧35由于发生扭转变形会对转动钢板6施加反向弹力作用，一定程度阻碍转动钢板6的转动，同时把一部分地震能量转化为弹性势能；在大地震作用下主梁37和桥墩40之间相对位移很大时，转动钢板6的转动角度会达到极限，此时两个碰撞圆筒4相互碰撞接触，两者挤压变形，吸收大量能量，同时限制主梁37的进一步位移；在此过程中，钢托5一直对第二转动钢板7形成支撑，且限制其转动，从而限制上方主梁37的顺桥向位移，同时为整体结构发生相互转动提供支撑。当上部主梁37开始与桥墩40发生向右的相对位移时，由于扭转弹簧35本身的恢复力作用，能够使得本装置复位，然后再经过作用构件相反的上述碰撞耗能过程，从而达到桥梁抗震的效果。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：包括钢牛腿（1）、转动机构（2）、钢挡板（3）、碰撞圆筒（4）和钢托（5），所述钢牛腿（1）通过钢牛腿螺栓（29）固定在桥墩（40）侧壁上方；两个所述钢托（5）固定于所述钢牛腿（1）的顶部，两个所述钢托（5）顶端的顶板（15）相对倾斜设置之间形成用于所述转动机构（2）插入的“V”字型入口，所述转动机构（2）通过第三转动铰支座（14）安装于钢牛腿（1）的顶部；两个所述钢挡板（3）通过钢挡板螺栓（24）固定在主梁（37）的底部，所述钢挡板（3）的内壁与所述转动机构（2）顶部的两个碰撞圆筒（4）之间设有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述钢牛腿（1）包括钢牛腿顶板（25）、钢牛腿侧板（26）、钢牛腿底板（27）、钢牛腿腹板（28），所述钢牛腿侧板（26）上设有用于钢牛腿螺栓（29）穿过的螺栓孔；所述钢牛腿顶板（25）与钢牛腿底板（27）水平放置，两者之间竖直焊接两块相互平行的钢牛腿腹板（28）；所述钢牛腿侧板（26）的外壁分别与钢牛腿顶板（25）、钢牛腿底板（27）和所述钢牛腿腹板（28）的一侧相连。

3.根据权利要求2所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述转动机构（2）包括转动钢板（6）、第二转动钢板（7）和两组内部缓冲结构，所述转动钢板（6）、第二转动钢板（7）组合成“V”字型结构，两者底端通过转动铰与第三转动铰支座（14）铰接；所述内部缓冲结构包括连杆（8）、转动铰支座（9）、第二转动铰支座（10）、上盖板（11）、波纹摩擦片（12）、下盖板（13），所述第二转动铰支座（10）固定于所述转动钢板（6）、第二转动钢板（7）的内壁中部，所述下盖板（13）固定于所述转动钢板（6）、第二转动钢板（7）的内壁上部，两个所述连杆（8）的一端与所述第二转动铰支座（10）铰接另一端通过转动铰支座（9）与上盖板（11）铰接，所述上、下盖板的外壁上设有波纹摩擦片（12），且两个所述波纹摩擦片（12）紧密接触。

4.根据权利要求3所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述上盖板（11）的长度小于所述下盖板（13）的长度。

5.根据权利要求4所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述第二转动钢板（7）的底端两侧固定有两个销头（33），所述转动钢板（6）的底端中间固定有一个第二销头（34），所述销头（33）与所述第二销头（34）之间设有扭转弹簧（35），所述转动钢板（6）、第二转动钢板（7）的底部分别设有两个用于所述扭转弹簧（35）端部扭转臂插入的开口（36），所述转动铰依次穿过所述销头（33）侧壁的通孔、第二销头（34）侧壁的通孔和扭转弹簧（35）轴向后与所述第三转动铰支座（14）铰接。

6.根据权利要求5所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述碰撞圆筒（4）包括外筒（30）、连接块（31）、内筒（32），两个所述外筒（30）分别设置于所述转动钢板（6）、第二转动钢板（7）的顶部，在正常状态下，所述内筒（32）设置于所述外筒（30）内部，且两者同轴，所述外筒（30）和内筒（32）之间等角度安装有四个连接块（31），所述碰撞圆筒（4）整体所用的材料都为低屈服强度钢。

7.根据权利要求6所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述钢挡板（3）包括钢挡板顶板（20）、钢挡板侧板（21）、碰撞挡块（22）、钢挡板腹板（23），所述钢挡板顶板（20）呈水平设置通过钢挡板螺栓（24）固定在所述主梁（37）的底部，其下表面边缘处固定有竖直设置的钢挡板侧板（21），在所述钢挡板顶板（20）和钢挡板侧板（21）之间固定有两块平行设置的钢挡板腹板（23）, 所述钢挡板腹板（23）纵截面为直角梯形，所述碰撞挡块（22）内侧平面与钢挡板侧板（21）固定连接，其外侧撞击面为弧曲面。

8.根据权利要求7所述的一种碰撞转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述钢托（5）包括钢托顶板（15）、钢托立柱（16）、钢托底板（17），所述钢托底板（17）通过钢托螺栓（18）固定在钢牛腿顶板（25）的上表面；所述钢托顶板（15）为倾斜放置，位置与转动钢板（6）平行，所述钢托顶板（15）在靠近转动钢板（6）的一侧固定有一层橡胶垫（19），另一侧与钢托底板（17）的上表面之间固定有钢托立柱（16）；所述钢托立柱（16）纵截面的内外两侧边为同圆心的圆弧形。

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