CN214301221U - 一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于桥梁抗震技术领域，具体涉及一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿和挡块结构，所述钢牛腿固定在活动支座附近的桥墩顶部的侧面，所述挡块结构固定在钢牛腿顶部，包括钢底板、耗能型低屈服点钢板、限位块、摇摆杆以及固定钢板。本实用新型桥梁抗震挡块结构能有效限制梁体和桥墩之间的较大位移，防止梁体发生顺桥向和横桥向落梁危害以及梁体竖向脱离支座危害，减小活动支座和伸缩缝的损坏，同时该抗震挡块结构布置在每一活动支座附近，碰撞位置分散，数量多，能有效减小作用在每一挡块结构上的地震力。挡块块体包含一块耗能型低屈服点钢板，通过塑性变形消耗部分地震能量。

Description

一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构

技术领域

本实用新型属于桥梁抗震技术领域，具体涉及一种用于桥梁的摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构及布置方法。

背景技术

为了提高公路的运输效率，保护公路沿线的生态环境，节省土地资源，以桥代路的思想将会引领未来的基础设施建设。但是我国位于多个地震带之间，又是一个地震多发的国家，近年的汶川地震、玉树地震都给我国带来了巨大的经济损失。当地震到来时，首先是人们的生命财产安全受到巨大威胁，另一方面是地震对震区的桥梁工程造成了严重的破坏，切断了地震受灾区的对外交通，造成孤岛效应，给震后的救灾工作造成了巨大困难，导致了后续的次生灾害，间接的经济损失更加严重。

因此开展桥梁抗震、减震技术的研究工作，对于提高其抗震能力，特别是抗大震的能力，提高整个国家对地震等大自然灾害的抵御能力具有至关重要的现实意义和理论价值。在过去几十年里发生的大地震中，桥梁的震害形式主要包括：支座损坏；梁式桥的上部梁体位移如果超出了桥墩的支撑面，则会引起落梁震害（含横桥向和顺桥向）；上部梁体发生落梁时如果撞击桥墩，引起下部结构很大的碰撞破坏；伸缩缝处相邻梁体碰撞引起的局部损坏；伸缩缝处相对较大的碰撞力还会把该处的碰撞力效应，传到桥墩底部，引起桥墩底部的损坏；桥梁抗震挡块自身的局部损坏，从而丧失挡块的抗震功能。

在地震中桥梁的倒塌会带来许多危害，而我国仍有许多按原先设计标准设计的，或者已经有一定损伤的桥梁，他们都无法满足当今车辆数量多，运输重量大的社会需求，加固或者改造这些桥梁都需要花费大量的人力物力。

为了限制桥梁上部梁体横桥向发生较大的位移，常在在桥墩盖梁顶部两侧安装钢筋混凝土挡块，但是普通的钢筋混凝土挡块和梁体间的碰撞是刚性碰撞，撞击力很大，容易对梁体和混凝土挡块造成局部破坏，且地震中钢筋混凝土挡块的水平剪力通常不足，挡块容易发生不可修复的破坏，不能很好地限制梁体的位移。同时地震波有三个方向，单方向限制梁体的位移具有较大局限性。

针对上述缺陷，需要设计和开发一种新型的可以多向限位的抗震挡块结构，既能在横桥向、顺桥向和竖桥向限制上部梁体的位移，又能缓冲耗能，在限制梁体大幅度位移的同时减少挡块自身受损。

实用新型内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型设计和开发了一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，在桥梁顺桥向、横桥向限制上部主梁和下方桥墩之间过大的位移，防止梁体在横桥向和顺桥向的落梁震害；将伸缩缝处相邻梁间的碰撞转移到多个桥梁抗震挡块上，减小伸缩缝处的伸缩冲击损伤和相邻梁体之间碰撞区域的局部损伤，达到保护伸缩缝的目的；增加并分散梁体和挡块之间的碰撞位置，大大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；尽可能多地消耗掉地震能量。本实用新型也能防止梁体和支座的竖向碰撞损坏，使支座在与梁体发生竖向碰撞时，其自身的损伤更小。

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：

一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿和挡块结构，所述钢牛腿通过钢牛腿侧板螺栓固定在桥墩的侧壁上方；所述挡块结构包括钢底板、耗能型低屈服点钢板和摇摆杆，所述钢底板固定于所述钢牛腿的顶部，所述摇摆杆由上杆和下杆组成，所述上杆与下杆之间铰接，所述上杆的顶端固定于主梁或第二主梁的底部，所述下杆的底端固定于所述钢底板上；所述耗能型低屈服点钢板设置于所述摇摆杆的两侧用于限制上杆的摆动范围。

所述耗能型低屈服点钢板包括主板、两个侧板和加劲肋，所述加劲肋焊接在两各所述侧板之间，且与钢底板平行；两个侧板的一侧壁与所述主板的内壁两侧固定连接；所述侧板的高度小于所述主板的高度。

所述主板的顶部设有若干组合成齿状的限位块，所述限位块之间形成用于所述上杆插入的缺口；所述限位块为橡胶缓冲块。

所述主板和摇摆杆之间设有间隙。

所述上杆顶部通过固定钢板固定于所述主梁或第二主梁的底部。

所述主梁和第二主梁之间形成伸缩缝，所述第二主梁与所述桥墩之间设有设置于第二支座垫石上的桥梁活动支座，所述摇摆杆的水平摆动距离小于所述桥梁活动支座能够移动的最大距离，所述摇摆杆的水平摆动距离小于所述伸缩缝的宽度。

所述挡块块体中的耗能型低屈服点钢板的屈服强度要低于挡块块体中除了耗能型低屈服点钢板以外的其它钢材的屈服强度，挡块块体中除了耗能型低屈服点钢板以外的其它钢材的屈服强度和构成钢牛腿、钢底板、固定钢板的钢材的屈服强度相同。

所述钢牛腿包括顶板、内侧板、底板、以及腹板，所述内侧板上设有若干个用于将其固定于桥墩侧壁上方的螺栓孔；所述顶板的一端与内侧板的顶部相互垂直连接、所述底板的一端与所述内侧板的底部相互垂直连接，所述腹板的内侧壁与所述内侧板的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板的下表面以及底板的上表面相连。

若干所述挡块结构沿着横桥向布置在桥梁活动支座的一侧，所述挡块结构分散分布。

本实用新型的有益效果在于：

1）本实用新型能够实现多向限位。在三维地震波作用下，桥梁梁体在顺桥向、横桥向和竖向都有振动，在每一活动支座附近安装摇摆式的耗能缓冲型桥梁抗震挡块，利用摇摆杆在顺桥向摆动和限位块可以同时限制上部梁体在三个方向相对较大的位移，保护支座，防止梁体顺桥向、横桥向的落梁损坏和梁体竖向脱离支座发生的翘曲损坏，防止梁体和支座的竖向碰撞损坏。挡块数量多而且安装位置分散，可以有效减小作用在每一挡块结构上的地震力，减小挡块自身的局部损坏和桥墩底部的损坏。

2）本实用新型具有一定的缓冲和消耗地震能量的功能。一方面，地震发生时摇摆杆顺着桥梁顺桥向位移摆动，与耗能型低屈服点钢板产生碰撞。在中小地震作用下，较小的碰撞力使得挡块块体中的耗能型低屈服点钢板处在弹性阶段，该阶段与普通钢筋混凝土挡块相似，属刚性碰撞；但在大地震作用下，较大的碰撞力会使耗能型低屈服点钢板进入塑性阶段，此时碰撞属柔性碰撞，不仅可以有效减小碰撞区的局部损坏和减小传递到桥墩底部的损坏，还可以依靠挡块块体中耗能型低屈服点钢板的塑性变形，消耗一部分地震能量，减小地震对桥梁其他构件的损坏，设立在耗能型低屈服点钢板两侧板的加劲肋使钢板不易发生局部屈曲。另一方面，粘接在主板上的限位块本质上为橡胶缓冲块，可以限制梁体在横桥向较大的位移，同时利用橡胶材料的缓冲特性可以大大减小横桥向摇摆杆施加的碰撞力，依靠橡胶缓冲块的塑性变形消耗掉一部分地震能量。

3）本实用新型具有材料价格低，构造简单，施工方便，容易检测维修等优点。

附图说明

图1为本实用新型的顺桥向布置图；

图2为本实用新型的横桥向布置图；

图3为图1的局部放大图；

图4为本实用新型的三维构造示意图；

图5为本实用新型的侧视结构示意图；

图6本实用新型中耗能型低屈服点钢板的结构示意图；

图7本实用新型中摇摆杆的结构示意图。

在图中：1钢牛腿，2挡块结构，3钢底板，4摇摆杆，5上杆，6下杆，7主板，8侧板，9限位块，10固定钢板，11加劲肋，12顶板，13内侧板，14腹板，15底板，16钢牛腿侧板螺栓，17固定板螺栓，18主梁，19伸缩缝，20第二主梁，21桥梁固定支座，22桥梁支座垫石，23桥梁活动支座，24第二支座垫石，25桥墩。

具体实施方式

下面对本实用新型进一步说明：

请参阅图1-7。

本实用新型公开了一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿1和挡块结构2，所述钢牛腿1通过钢牛腿侧板螺栓16固定在活动支座23附近的桥墩25的侧壁上方，所述挡块结构2通过螺栓固定在钢牛腿1顶部，通过与摇摆杆4相连的固定钢板10固定于主梁18或第二主梁20的底部；所述挡块结构2包括钢底板3、耗能型低屈服点钢板、限位块9、摇摆杆4以及固定钢板10。

所述钢牛腿1设置在桥墩25顶部的侧面，不仅可以增大挡块结构2的安装空间以便安装施工，还可以通过调整钢牛腿1的竖向安装高度以适应不同大小的挡块结构2。钢牛腿1包括顶板12、内侧板13、底板15、以及腹板14，所述内侧板13上设有若干个用于将其固定于桥墩25侧壁上方的螺栓孔；所述顶板的一端与内侧板的顶部相互垂直连接、所述底板的一端与所述内侧板的底部相互垂直连接，所述腹板的内侧壁与所述内侧板的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板12的下表面以及底板15的上表面相连。钢牛腿1所选用的钢材可以为Q235钢、Q345钢、Q390钢或者Q420钢。

所述钢底板3通过螺栓固定在钢牛腿1顶部，在钢牛腿1顶部呈对称分布。所述钢底板3外周焊接有耗能型低屈服点钢板，所述耗能型低屈服点钢板由主板7、两个侧板8以及加劲肋11构成，加劲肋11焊接在两侧板中间，与钢底板3平行，加劲肋11使钢板不易发生局部屈曲，避免整个挡块结构2的局部损坏。耗能型低屈服点钢板可以采用屈服点为160MPa或100MPa的低屈服点钢。耗能型低屈服点钢板的屈服强度要低于钢牛腿1、钢底板3和固定钢板10（除了耗能型低屈服点钢板以外）所用钢材的屈服强度。在大地震中耗能型低屈服点钢26可以依靠自身滞回曲线正常耗能工作。

所述摇摆杆4由上杆5、下杆6组成，两段杆间铰接，所述下杆6为固定杆，与钢底板3直接焊接；所述上杆5为可动杆，能够在顺桥向摆动一定角度。摇摆杆4在钢底板3上呈对称分布，每侧有两根摇摆杆4。所述耗能型低屈服点钢板主板7顶部设置有锯齿限位块9；所述锯齿限位块9本质上为橡胶缓冲块，呈锯齿状粘结在主板7顶部，形成两个缺口，能限制摇摆杆4在顺桥向和横桥向方向较大的位移。另外，橡胶缓冲块还可依靠自身的滞回曲线消耗一部分地震能量，减轻地震对桥梁其他构件的损坏。

所述主板7和摇摆杆4之间的较优间隙为150mm—200mm。

所述主梁18和第二主梁20之间形成伸缩缝19，所述第二主梁20与所述桥墩25之间设有设置于第二支座垫石24上的桥梁活动支座23，所述摇摆杆4的水平摆动距离小于所述桥梁活动支座23能够移动的最大距离，所述摇摆杆4的水平摆动距离小于所述伸缩缝19的宽度。

若干所述挡块结构2横桥向布置在每一桥梁活动支座23的附近，所述挡块结构2布置多而且分散，能够有效减小作用在每一挡块结构2上的地震力，减小对挡块结构2本身的损伤。

工作原理：在无地震发生的情况下，摇摆杆4垂直于钢底板3放置，上杆5和下杆6处于同一条直线上，各钢板和橡胶缓冲块没有明显变形，处于初始状态。在地震作用下，主梁18和桥墩25之间在顺桥向发生相对位移，带动与主梁18相连的上杆5沿顺桥向摆动一定距离，当达到极限距离时（此极限距离指上杆5与主板7的间距），位移一侧的上杆5刚好落入限位块9构成的缺口里，与主板7产生碰撞。在中小地震作用下，较小的碰撞力使得挡块块体中的耗能型低屈服点钢板处在弹性阶段，该阶段与普通钢筋混凝土挡块相似，属刚性碰撞；但在大地震作用下，较大的碰撞力会使耗能型低屈服点钢板进入塑性阶段，此时碰撞属柔性碰撞。

产生碰撞过程中，一方面限制桥的主梁18和桥墩25的顺桥向相对位移，保护活动支座23不会产生较大位移而损坏，保护伸缩缝19不会因为桥的主梁18和桥的另一主梁发生碰撞而损坏；另一方面，利用耗能型低屈服点钢板的塑性变形有效缓冲地震能量，减小桥梁其他构件的破坏。由于摇摆杆4落入到缺口里，因此在横桥向位移受到限制，当碰撞力过大导致摇摆杆4与限位块9相碰时，由于橡胶材料的碰撞刚度小，能较大地缓冲碰撞力，使摇摆杆4不至于脱离缺口。

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)

1.一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：包括钢牛腿（1）和挡块结构（2），所述钢牛腿（1）通过钢牛腿侧板螺栓（16）固定在桥墩（25）的侧壁上方；所述挡块结构（2）包括钢底板（3）、耗能型低屈服点钢板和摇摆杆（4），所述钢底板（3）固定于所述钢牛腿（1）的顶部，所述摇摆杆（4）由上杆（5）和下杆（6）组成，所述上杆（5）与下杆（6）之间铰接，所述上杆（5）的顶端固定于主梁（18）或第二主梁（20）的底部，所述下杆（6）的底端固定于所述钢底板（3）上；所述耗能型低屈服点钢板设置于所述摇摆杆（4）的两侧用于限制上杆（5）的摆动范围。

2.根据权利要求1所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述耗能型低屈服点钢板包括主板（7）、两个侧板（8）和加劲肋（11），所述加劲肋（11）焊接在两各所述侧板（8）之间，且与钢底板（3）平行；两个侧板（8）的一侧壁与所述主板（7）的内壁两侧固定连接；所述侧板（8）的高度小于所述主板（7）的高度。

3.根据权利要求2所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述主板（7）的顶部设有若干组合成齿状的限位块（9），所述限位块（9）之间形成用于所述上杆（5）插入的缺口；所述限位块（9）为橡胶缓冲块。

4.根据权利要求3所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述主板（7）和摇摆杆（4）之间设有间隙。

5.根据权利要求4所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述上杆（5）顶部通过固定钢板（10）固定于所述主梁（18）或第二主梁（20）的底部。

6.根据权利要求5所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述主梁（18）和第二主梁（20）之间形成伸缩缝（19），所述第二主梁（20）与所述桥墩（25）之间设有设置于第二支座垫石（24）上的桥梁活动支座（23），所述摇摆杆（4）的水平摆动距离小于所述桥梁活动支座（23）能够移动的最大距离，所述摇摆杆（4）的水平摆动距离小于所述伸缩缝（19）的宽度。

7.根据权利要求6所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：所述钢牛腿（1）包括顶板（12）、内侧板（13）、底板（15）、以及腹板（14），所述内侧板（13）上设有若干个用于将其固定于桥墩(25)侧壁上方的螺栓孔；所述顶板（12)的一端与内侧板（13）的顶部相互垂直连接、所述底板(15)的一端与所述内侧板(13)的底部相互垂直连接，所述腹板(14)的内侧壁与所述内侧板(13)的外壁相互垂直连接，其顶部与底部分别与所述顶板(12)的下表面以及底板(15)的上表面相连。

8.根据权利要求7所述的一种摇摆式缓冲耗能型桥梁抗震挡块结构，其特征在于：若干所述挡块结构（2）沿着横桥向布置在桥梁活动支座(23)的一侧，所述挡块结构（2）分散分布。

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