CN218345974U - 一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，包括钢抱箍、悬臂和支撑机构，钢抱箍包裹桥墩顶部侧面，沿桥梁横向在钢抱箍的两侧对称设置悬臂，其特征在于，所述支撑机构对称设置在悬臂上，所述支撑机构的上部与主梁的变截面侧面固定，下部通过滑轨能在相应位置的悬臂上沿桥梁横向滑动；所述滑轨沿桥梁横向设置在悬臂上表面，所述悬臂上表面具有水平段和翘曲段，水平段一侧与相应侧的钢抱箍上表面平齐固定在一起，翘曲段连接水平段的另一侧，二者平滑过渡。该加固结构不仅可以避免偏移荷载作用下可能产生的落梁，也对地震产生的水平作用力起到了抵御作用。

Description

一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构

技术领域

本实用新型涉及桥梁抗震加固领域，具体是一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构。

背景技术

近年来，我国地震频发，地震灾害严重威胁了人民生命和财产安全。而作为生命线工程之一的桥梁工程，一旦破坏，将严重影响灾区救援和灾后重建，加重次生灾害程度。

桥梁结构随服役时间的增长性能逐渐退化，出现不同程度的老化现象。此外，很大一部分在役桥梁是按照《公路工程抗震设计规范》(JYJ 004-89)采用单一的设防标准设计建造，不满足现行规范抗震需求，存在不同程度的抗震隐患，危及交通安全。近年来抗震研究相关工作多围绕新桥的设计建造，集中于新兴材料、新式结构、大跨径、柔性桥梁等方面，其研究成果大多无法直接应用于在役的中小跨径梁桥的减震改造，其适用性也有待考证。

国内目前众多公路桥梁采用了独柱墩的形式，因其结构简单、占用空间小的特点应用广泛。然而大多数独柱墩桥梁在横桥向因空间受限，在受到地震较大横向力或者较大偏载作用时，易产生落梁倾覆，进而对周围人员的安全和社会经济的发展带来严重的不良后果。常见独柱墩桥梁的加固方式就是增加结构刚度提高稳定性或者是耗散导致梁桥破坏的能量。例如基于拉压杆的独柱墩抗震加固结构及设计方法，其通过墩柱两侧的拉压杆来提高结构刚度限制位移，从而起到抗震的作用，但该结构属强行阻止结构发生偏移，且在阻止过程中能量没有得到消耗，可能会产生较大的内力，对梁体产生破坏。现有加固结构中常见的能量耗散装置为弹簧和粘滞阻尼器，二者都是通过自身的形变进而消耗危害梁体的能量，然而它们的缺陷也很明显，弹簧在压缩后，其内部会存在较大的内力，该内力无法释放，同样可能对梁体产生破坏。目前粘滞阻尼器大多布置在梁体下表面与桥墩之间，地震产生的内力可以得到释放，但其安装位置和作用方向都是特定的，局限性较大。因此，在役桥梁的减震性能提升的新型技术亟待进一步研究。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，该加固结构通过提高桥梁上部结构的稳定性和耗散能量两方面对桥梁结构进行加固，墩顶支撑数量的增加和独特的支撑位置，不仅可以避免偏移荷载作用下可能产生的落梁，也对地震产生的水平作用力起到了抵御作用。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，包括钢抱箍、悬臂和支撑机构，钢抱箍包裹桥墩顶部侧面，沿桥梁横向在钢抱箍的两侧对称设置悬臂，其特征在于，所述支撑机构对称设置在悬臂上，所述支撑机构的上部与主梁的变截面侧面固定，下部通过滑轨能在相应位置的悬臂上沿桥梁横向滑动；所述滑轨沿桥梁横向设置在悬臂上表面，所述悬臂上表面具有水平段和翘曲段，水平段一侧与相应侧的钢抱箍上表面平齐固定在一起，翘曲段连接水平段的另一侧，二者平滑过渡；

所述翘曲段朝上翘曲，翘曲的最高高度设置应满足以下要求：最高高度不会对桥墩的重心造成偏移，且不会使滑腿滑出。

两个悬臂上的支撑机构对称设置，每个悬臂上支撑机构的数量与滑轨的数量相同，每个支撑机构均包括竖向滑腿、侧向滑腿和滑脚，竖向滑腿和侧向滑腿的上部与主梁的变截面侧面固定，下部相交与同一个滑脚固定在一起，所述滑脚能在悬臂上的相应滑轨上滑动；每个滑腿上均设置有高强弹簧和速度锁定器。

竖向滑腿和侧向滑腿的结构相同，二者根据实际情况尺寸规格不同，侧向滑腿与主梁的固定点位于竖向滑腿与主梁的固定点下方，且两个固定点都位于主梁的变截面侧面上；以竖向滑腿为例介绍其组成，所述竖向滑腿包括上钢板、钢板连接件、上连接件、速度锁定器、高强弹簧、下连接件；所述上钢板通过化学螺栓固定于主梁变截面侧面；所述钢板连接件焊接在所述上钢板表面；上连接件与钢板连接件通过销铰固定在一起；所述速度锁定器优选包括上下分离的两部分，这两部分分别焊接在上连接件、下连接件上，且上下两部分之间具有一定间距，间距的大小为上下两部分总体长度的1/4，该间距在初始状态能使上下分离的两部分之间形成空隙，在桥梁上部结构的自重及其惯性力转移到两侧的支撑机构上时，该空隙的存在能够协助消耗能量并提供支撑；所述高强弹簧压缩后，套置在所述速度锁定器外侧；

竖向滑腿的下连接件和侧向滑腿的下连接件与一个滑脚连接件通过一个销铰固定连接在一起；所述滑脚连接件通过焊接与一个滑脚固定在一起；所述滑脚通过化学粘结剂与聚四氟乙烯板粘贴在一起。

所述钢抱箍由两个半环形抱箍组成，且半环形抱箍与桥墩接触面留有用于安装化学螺栓的螺栓孔，两个半环形抱箍将桥墩侧面包裹，二者之间通过高强螺栓固定连接为一体。

所述悬臂为空心翼型结构，且由多个钢板焊接形成，在悬臂的内部沿桥梁横向方向设置多道横隔板，多道横隔板沿桥梁纵向均匀分布，单侧横隔板的数量大于滑轨的数量，每个滑轨的下方均通过焊接方式固定一道横隔板，对滑轨位置进行支撑。

所述钢抱箍，在预安装阶段先将两个半环形抱箍拧入部分高强螺栓，等上升到预定位置，钢抱箍上升上边缘与桥墩顶面平齐时，再将化学螺栓拧入环形抱箍与桥墩接触面预留的螺栓孔，拧紧后，将连接两个半环形抱箍的高强螺栓全部拧紧。

在悬臂顶面存在的两道凹槽即为两个滑轨；悬臂内部存在三道横隔板，每道滑轨下方设置一道横隔板，另外一道布置在两道滑轨的中间位置；整体式悬臂通过焊接安装在钢抱箍两侧，形成两侧悬臂。加固结构中单侧支撑机构的总数量为两个，单侧支撑机构与主梁变截面侧面的支撑点为4个，两个位于主梁的翼缘与腹板交界处，另外两个位于腹板的侧面。

所述翘曲段具有一定曲率，滑轨在翘曲段形成1/4椭圆轨道，1/4椭圆轨道的水平半径为长轴半径，竖直半径为短轴半径，长轴半径与短轴半径之比为4:3。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1.本实用新型利用了分离协同工作的优点，无论支座处于什么状态，滑腿对主梁两侧一直起支撑作用，滑腿在不影响主梁下表面和桥墩之间的支座承担竖向荷载作用情况下，也可单独支撑桥梁的上部结构；其表现为：桥梁在正常行车荷载作用情况下，本实用新型结构可在主梁两侧与支座共同受力，减轻支座压力，同时可有效抵御在车辆偏载作用下主梁受到的横向偏心力矩。

2.当桥梁受到地震的水平荷载时，上部结构会发生垂直于行车方向的横向位移，而位于主梁变截面处的支撑机构对桥梁上部结构产生横向支撑；若位移较大，原有支座会遭到破坏，桥墩与桥梁上部结构的中心会发生偏移，支座与主梁甚至产生分离，此时桥梁上部结构的自重及其惯性力自然转移到两侧的支撑机构上，带来高强弹簧的压缩和滑脚在滑轨上的滑动，这两种运动均会消耗大量的地震能量，减少结构震害，降低结构损伤程度；且滑脚与滑轨的配合使用能对上部结构起到限位作用，避免落梁的发生。

3.在地震结束后，滑腿大概率不在其原本的位置，在上部结构的较大重力作用下，滑腿中的弹簧将处于压迫状态，其受压的能量迫使滑腿沿滑轨产生位移，到达初始位置(原始支撑状态)，桥梁上部结构通过自重恢复大部分地震时产生的横向位移，可实现自复位的功能。

4.本实用新型加固结构在桥梁减震加固改造施工时，不影响既有桥梁上、下部空间的通行，不降低原桥桥下净空高度，造价低，工程实施易于操作，应用前景广泛。

综上，本申请中的悬臂设置翘曲段具有一定曲率，顶面设置滑轨，内部通过多道横隔板对滑轨进行支撑，通过焊接形式连接的整体式结构，通过支撑机构沿滑轨滑动设置的方式既防止在偏心荷载作用下，桥梁可能会发生的支座脱空，也增强了地震作用下桥梁的稳定性。本申请通过耗散能量和提高结构稳定性两方面对桥梁结构进行加固，其一，通过高强弹簧吸收桥梁受到的能量，使其受到变形，进而滑脚将在具有一定曲率悬臂结构的滑轨上产生滑动，利用滑动产生的重力势能消耗弹簧所吸收的能量；其二，通过主梁两侧的两种方向的滑脚对梁底起到支撑作用。

附图说明

图1为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的横向加固结构示意图。

图2为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的滑腿细部结构示意图。

图3为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的滑腿组合结构示意图。

图4为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的悬臂结构平面示意图。

图5为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的滑轨结构示意图。

图6为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的钢抱箍结构示意图。

图7为本实用新型既有公路桥梁减震加固结构一种实施例的悬臂及钢抱箍结构俯视示意图。(图中：1、支撑机构；1-1、上钢板；1-2、钢板连接件；1-3、上连接件；1-4、速度锁定器；1-5、高强弹簧；1-6、下连接件；1-7、滑脚连接件；1-8、滑脚；1-9、聚四氟乙烯板；1-10、销铰；2、悬臂；2-1、横隔板；2-2、焊接面；3、滑轨；4、钢抱箍；4-1、化学螺栓；4-2、高强螺栓；5、主梁；6、桥墩；7、竖向滑腿；8、侧向滑腿。)

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请的保护范围。

本实用新型提供了一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构(简称结构，参见图1-7)包括钢抱箍4、悬臂2、滑轨3、支撑机构1、高强螺栓4-2、化学螺栓4-1；钢抱箍4通过高强螺栓4-2安装在桥墩6墩顶，仅包裹桥墩6墩顶侧面，墩顶顶面外露，并通过与桥墩6间设置化学螺栓4-1增强整体性；悬臂2焊接安装在钢抱箍4两侧，形成两侧悬臂2；滑轨3安装在两侧悬臂2顶部；支撑机构安装在主梁5梁底两侧腹板处，支撑机构下端滑动安装在滑轨3内，可在滑轨3内自由滑动。

钢抱箍：其主要是固定在桥墩上，从而可让其他结构可以连接在钢抱箍上，进而对桥梁的上部结构产生作用。

悬臂：起到传导力的作用；将支座或其他部件支撑起来，使它们与梁底接触，就可以将它们受到的力传给桥墩(钢抱箍)，然后传到地面。

两个悬臂2顶部沿桥梁横向对称布置两条滑轨3，桥梁横向为垂直于桥梁中轴线的方向(即垂直于行车方向)，桥梁纵向为沿行车方向；所述悬臂上表面具有水平段和翘曲段，水平段一侧与相应侧的钢抱箍上表面平齐固定在一起，翘曲段连接水平段的另一侧，二者平滑过渡；

滑轨3设置在悬臂上表面，因此滑轨也具有翘曲段和水平段，翘曲段为弧形结构，所述翘曲段朝上翘曲，翘曲的最高高度设置应满足以下要求：最高高度不会对桥墩的重心造成偏移，且不会使滑腿滑出。能够让支撑机构在相应滑轨上滑动，通过重力势能耗能，根据桥梁的实际环境确定弧形的曲率，翘曲段和水平段平滑过渡，且翘曲段连续缓慢变化，可以选择设置为1/4椭圆轨道，其水平半径为长轴半径，竖直半径为短轴半径，长轴半径与短轴半径之比为4:3。

所述悬臂2内部为空心，在内部沿桥梁横向方向均匀设置三道横隔板2-1，三道横隔板沿桥梁纵向均分分布，两道横隔板各位于两个滑轨下方，另外一道位于它们的中间。设置横隔板可增加悬臂2的刚度，减小上部结构施加竖向压力时远端的竖向挠度。

所述支撑机构包括竖向滑腿7与侧向滑腿8、滑脚连接件1-7、滑脚1-8、聚四氟乙烯板1-9，竖向滑腿7与侧向滑腿8均包括：上钢板1-1、钢板连接件1-2、上连接件1-3、速度锁定器1-4、高强弹簧1-5、下连接件1-6。竖向滑腿7由一组上钢板1-1、钢板连接件1-2、上连接件1-3、速度锁定器1-4、高强弹簧1-5、下连接件1-6构成，侧向滑腿8由另一组上钢板1-1、钢板连接件1-2、上连接件1-3、速度锁定器1-4、高强弹簧1-5、下连接件1-6构成，竖向滑腿7与侧向滑腿8的下部均通过滑脚连接件1-7和滑脚1-8连接，滑脚1-8的下部固定安装聚四氟乙烯板1-9。

所述主梁5梁底两侧在需要植入化学螺栓4-1的位置钻孔，滑腿的上部上钢板1-1预留孔洞通过插入化学螺栓4-1与主梁5连接，钢板连接件1-2与上钢板1-1焊接连接。

所述速度锁定器1-4外侧套置高强弹簧1-5，安装时通过外力将高强弹簧压缩后，再套置在速度锁定器上，将弹簧压缩至设计承载力所需位移，速度锁定器1-4两端分别与上连接件1-3、下连接件1-6焊接，所述上连接件1-3与钢板连接件1-2的下部通过销铰1-10连接；速度锁定器1-4在高强弹簧1-5压缩速度过快时使支撑机构由具有空隙的弹性构件瞬间转变为无空隙的刚性构件(此时速度锁定器的上下分离的两部分接触在一起)，避免弹簧在压缩时受到损伤，其空隙宽度需结合弹簧性能和所处实际环境确定，可以选择设置为速度锁定器整体长度的1/4；速度锁定器1-4具有限位功能，对支撑机构工作时的角度有一定的限制。

所述滑脚连接件1-7与滑脚1-8焊接，滑脚1-8底部安装聚四氟乙烯板1-9，聚四氟乙烯板1-9的主要作用是减少损耗，避免钢材之间的直接摩擦，且使滑腿易在滑轨上进行滑动。聚四氟乙烯板具有耐高低温、耐腐蚀、耐气候、高绝缘、高润滑、不粘附等特点，它的高稳定性让它在使用过程中，不易溶解，高润滑不粘附使它在滑轨上流畅移动，避免卡顿的出现。聚四氟乙烯板1-9是放在滑轨3上进行进行滑动的，滑脚1-8在滑轨3内可自由滑动。

所述销铰，分别将竖向滑腿7和侧向滑腿8的上连接件1-3与相应的钢板连接件1-2固定在一起；又使竖向滑腿7和侧向滑腿8的下连接件1-6和滑脚连接件1-7固定在一起，两个下连接件1-6和一个滑脚连接件1-7这三个小部件通过一道销铰进行固定。滑脚是滑腿的一部分，竖向滑腿7主要对桥梁主梁两侧起竖向支撑作用，侧向滑腿8主要抵御主梁受到的水平荷载；因为竖向滑腿7和侧向滑腿8固定在梁上的方向均不是垂直或水平方向，故两者对于竖向、水平荷载都有支撑作用，二者协同作用提高上部结构稳定性；而在竖向滑腿7和侧向滑腿8上都有高强弹簧和速度锁定器故使它们具有了较大的支撑下限，在不同的应用需求下可适当调整竖向滑腿7和侧向滑腿8的相对尺寸，如在地震频发的地段(存在水平荷载)，可适当将侧向滑腿的相对尺寸加大；二者的下连接件和滑腿连接件都通过一个销铰连接，相辅相成，共同受力，销铰能够提供较好抗剪作用。

所述钢抱箍4、悬臂2、上钢板1-1、上连接件1-3、下连接件1-6、钢板连接件1-2、滑脚连接件1-7、支撑机构与滑脚1-8材料均采用高强钢材。

本实用新型一种既有公路桥梁减震加固结构的施工方法包括以下步骤：

步骤1：在既有桥墩6墩顶通过高强螺栓4-2沿桥墩侧面周向安装钢抱箍4，在桥墩6上需要植入化学螺栓的位置进行钻孔，再向桥墩6内植入化学螺栓4-1，使钢抱箍4与既有桥墩6连接为整体共同工作；具体钻孔位置根据每座桥梁的尺寸、所承受的荷载、所处的环境、已服役的年限和受损的情况等确定螺栓的打孔位置和数量；

步骤2、在钢抱箍4的两侧指定位置焊接悬臂2，使悬臂2与钢抱箍4连接为整体共同工作；在悬臂2顶部铺设两条滑轨3供滑脚在其内部滑动；

焊接悬臂的位置是悬臂顶面边缘与钢抱箍的上边缘平齐，且悬臂的横向对称线与和桥墩所在横向对称线重合；悬臂和钢抱箍的接触位置二者高度一致；悬臂所设置的翘曲段可采用1/4椭圆形，作用是，可以使滑脚在滑轨上正常滑动，若所设翘曲的高度较高，滑脚不易进行滑动，且会影响到整体桥梁的中心位置，发生偏心；若所设翘曲的高度较低，滑脚在滑动过程中易发生出界问题，滑落出结构范围；对于翘曲段的连续缓冲的形状并不唯一，根据桥梁所处环境的情况对结构进行调整。

步骤3、在主梁5底部两侧指定位置植入化学螺栓4-1，将主梁5与上钢板1-1通过化学螺栓4-1连接，将上钢板1-1与钢板连接件1-2进行焊接；将上连接件1-3与速度锁定器1-4焊接，将高强弹簧1-5套置在速度锁定器1-4外侧，将速度锁定器1-4与下连接件1-6焊接；分别将竖向滑腿7和侧向滑腿8的钢板连接件1-2用销铰1-10与上连接件1-3连接；将滑脚连接件1-7与滑脚1-8焊接，在滑脚1-8底部使用化学粘结剂粘贴聚四氟乙烯板1-9，将安装好的滑脚连接件1-7与竖向滑腿7和侧向滑腿8各自的下连接件1-6这三个部件用销铰1-10连接；安装好支撑机构后，将粘贴有聚四氟乙烯板1-9的滑脚1-8放入滑轨3内供滑动使用。

虽然已经参考优选实例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内所有的技术方案。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，包括钢抱箍、悬臂和支撑机构，钢抱箍包裹桥墩顶部侧面，沿桥梁横向在钢抱箍的两侧对称设置悬臂，其特征在于，所述支撑机构对称设置在悬臂上，所述支撑机构的上部与主梁的变截面侧面固定，下部通过滑轨能在相应位置的悬臂上沿桥梁横向滑动；所述滑轨沿桥梁横向设置在悬臂上表面，所述悬臂上表面具有水平段和翘曲段，水平段一侧与相应侧的钢抱箍上表面平齐固定在一起，翘曲段连接水平段的另一侧，二者平滑过渡。

2.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，两个悬臂上的支撑机构对称设置，每个悬臂上支撑机构的数量与滑轨的数量相同，每个支撑机构均包括竖向滑腿、侧向滑腿和滑脚，竖向滑腿和侧向滑腿的上部与主梁的变截面侧面固定，下部相交与同一个滑脚固定在一起，所述滑脚能在悬臂上的相应滑轨上滑动；每个滑腿上均设置有高强弹簧和速度锁定器。

3.根据权利要求2所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，竖向滑腿和侧向滑腿的结构相同，侧向滑腿与主梁的固定点位于竖向滑腿与主梁的固定点下方，且两个固定点都位于主梁的变截面侧面上；滑腿包括上钢板、钢板连接件、上连接件、速度锁定器、高强弹簧、下连接件；所述上钢板通过化学螺栓固定于主梁变截面侧面；所述钢板连接件焊接在所述上钢板表面；上连接件与钢板连接件通过销铰固定在一起，所述速度锁定器的两端分别焊接在上连接件、下连接件上；所述高强弹簧压缩后，套置在所述速度锁定器外侧；

竖向滑腿的下连接件和侧向滑腿的下连接件与一个滑脚连接件通过一个销铰固定连接在一起；所述滑脚连接件通过焊接与一个滑脚固定在一起；所述滑脚通过化学粘结剂与聚四氟乙烯板粘贴在一起。

4.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，所述钢抱箍由两个半环形抱箍组成，且半环形抱箍与桥墩接触面留有用于安装化学螺栓的螺栓孔，两个半环形抱箍将桥墩侧面包裹，二者之间通过高强螺栓固定连接为一体。

5.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，所述悬臂为空心翼型结构，且由多个钢板焊接形成，在悬臂的内部沿桥梁横向方向设置多道横隔板，多道横隔板沿桥梁纵向均匀分布，单侧横隔板的数量大于单侧滑轨的数量，每个滑轨的下方均通过焊接方式固定一道横隔板，对滑轨位置进行支撑。

6.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，在悬臂顶面存在的两道凹槽即为两个滑轨；悬臂内部存在三道横隔板，每道滑轨下方设置一道横隔板，另外一道布置在两道滑轨的中间位置，加固结构中单侧支撑机构的总数量为两个，单侧支撑机构与主梁变截面侧面的支撑点为4个，两个位于主梁的翼缘与腹板交界处，另外两个位于腹板的侧面。

7.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，所述翘曲段具有曲率，滑轨在翘曲段形成1/4椭圆轨道。

8.根据权利要求7所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，1/4椭圆轨道的水平半径为长轴半径，竖直半径为短轴半径，长轴半径与短轴半径之比为4:3。

9.根据权利要求3所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，所述速度锁定器包括上下分离的两部分，这两部分分别焊接在上连接件、下连接件上，且上下两部分之间具有间距，间距的大小为上下两部分总体长度的1/4，该间距在初始状态能使上下分离的两部分之间形成空隙。

10.根据权利要求1所述的既有公路独柱墩桥梁减震加固结构，其特征在于，所述翘曲段朝上翘曲，翘曲的最高高度设置应满足以下要求：最高高度不会对桥墩的重心造成偏移，且不会使滑腿滑出。

Images