CN111305041B - 一种多级抗冲耗能桥梁限位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级抗冲耗能桥梁限位器，涉及桥梁抗震领域，包括连接杆、复位弹簧和缸体；所述缸体设置在连接槽钢座上，缸体内设置有气体补偿腔和剪切增稠液，其中，气体补偿腔和剪切增稠液分布分别占据缸体内的左右两端；所述复位弹簧穿过气体补偿腔，复位弹簧一端设置在缸体的缸盖上，另一端设置在活塞杆上，所述活塞杆安装在连接杆上，连接杆延伸出缸体；所述活塞杆置于剪切增稠液内。与传统的桥梁限位器相比，本发明克服了传统的桥梁限位器限位方式单一的缺陷，通过在隔震器的两侧设置限位器，其缸体内填充剪切增稠液，在冲击荷载下活塞杆在缸体内运动产生剪切增稠效应，具有抗冲和耗能的功能。

Description

一种多级抗冲耗能桥梁限位器

技术领域

本发明主要涉及桥梁抗震领域，涉及一种基于剪切增稠材料的用于桥梁限位的一种多级出力的抗冲耗能桥梁限位器。

背景技术

近年来，车辆事故和地震的频发已经对人类造成严重的影响，特别是桥梁方面。为了应对车辆事故和地震对桥梁产生的不利影响，如何消耗和分散车辆、地震对桥梁进行冲击的能量这一问题正逐渐被重视起来。在应对保护桥梁的问题中，桥梁限位器发挥着重要的作用。

对于传统的桥梁限位器，限位的原理和方式单一，无法应对一些大型货车撞击桥梁以及高烈度地震，不能很好的保证桥梁的安全。

剪切增稠液(STF)是一种新型抗冲击及耗能的液体，其特性只由剪切的速度来控制，当剪切速度超过材料的临界剪切速度时，就表现出类似固态的特性。因此，结合以上材料的特点，提出一种多级出力的抗冲耗能桥梁限位器。

在目前国内专利中，很少把剪切增稠液用于桥梁限位器中。中国专利申请号201910407248.2公开的“一种双向解耦限位器及安装该限位器的桥梁结构”可以实现桥梁限位的目的，但是不能实现抗冲及耗能。中国专利申请号201510415496.3公开的“一种高墩桥梁墩顶位移弹簧限位器”可以实现桥梁限位，但是不能有效的消耗能量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种多级抗冲耗能桥梁限位器，克服了传统桥梁限位器限位方式单一的缺陷。与常规桥梁限位器相比，本发明的缸体内填充剪切增稠液，具有较强的抗冲效果；弧形挡板与活塞杆采用弹簧与铰接钢片双重连接的方式，随活塞杆位移量的增加，高刚度弹簧与两侧的铰接钢片压缩量也逐渐增加，同时减小转动心轴与缸体之间的间隙，使限位器具有多级出力的功能，能适应不同的冲击荷载。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种多级抗冲耗能桥梁限位器，包括连接杆、复位弹簧和缸体；所述缸体设置在连接槽钢座上，缸体内设置有气体补偿腔和剪切增稠液，其中，气体补偿腔和剪切增稠液分布分别占据缸体内的左右两端；所述复位弹簧穿过气体补偿腔，复位弹簧一端设置在缸体的缸盖上，另一端设置在活塞杆上，所述活塞杆安装在连接杆上，连接杆延伸出缸体；所述活塞杆置于剪切增稠液内。

进一步的，所述连接杆上还安装有弧形挡板，且弧形挡板可沿连接杆滑动；所述弧形挡板和活塞杆之间设置有高刚度弹簧。

进一步的，所述弧形挡板和活塞杆之间还设置有转动心轴，转动心轴通过钢片连接，且转动心轴设置在高刚度弹簧的外圈。

进一步的，所述缸体一侧的缸盖为弧形结构，且弧形结构与弧形挡板的弧形相似。

进一步的，所述转动心轴的两端均垂直设置有浮动活塞，浮动活塞可与缸体内壁贴合。

进一步的，所述连接杆延伸出缸体的一端上设置有梯形挡板。

进一步的，所述缸体的两个缸盖通过拉杆连接。

进一步的，所述连接杆与缸盖之间设置有橡胶圈，连接杆穿过连接钢槽座且两者接触位置设置有密封圈。

进一步的，缸体的周围通过L型挡板固定设置在桥墩上，桥墩正上方设置有主梁，且在桥墩和主梁之间设置有减震器，且减震器与桥墩和主梁均连接。

进一步的，所述主梁下端面通过螺栓设置有三角形钢板，三角形钢板正下方设置有缸体，且缸体与三角形钢板不接触，所述梯形挡板高于缸体，主梁在外力的作用下发生剪切运动时，三角形钢板与梯形挡板相互挤压，从而减缓主梁的进一步变形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明针对常规的桥梁限位器无法抗冲耗能的问题，本发明提出一种多级出力的抗冲耗能桥梁限位器，限位器的缸体内填充剪切增稠液并设置活塞杆。在冲击荷载下，活塞杆在缸体内运动产生剪切增稠效应，提供较大的抗冲力并有较高的耗能能力。

2、本发明针对常规的桥梁限位器无法适应不同冲击荷载的问题，弧形挡板与活塞杆采用高刚度弹簧与铰接钢片双重连接的方式。弧形挡板与缸体接触时，随着连接杆位移量的增加，活塞杆挤压高刚度弹簧与两侧铰接钢片，减小转动心轴与缸体之间的间隙，阻尼力更大，使限位器具有多级出力的功能，能适应不同的冲击荷载。

3、本发明针对常规桥梁限位器受力面积过小的问题，设置弧形缸体增大受压面积，更大范围分散剪力，提高结构的安全性。

附图说明

附图1为本发明涉及到的安装有多级抗冲耗能桥梁限位器的示意图；

附图2为本发明图1在工作状态的示意图；

附图3为本发明涉及到的多级抗冲耗能桥梁限位器的示意图；

附图4为图3的工作状态的示意图；

附图5为图3的内部示意图；

附图6为本发明图3涉及到的连接钢槽座的结构示意图；

附图7为本发明图1或者图2中的L型挡板的结构示意图。

附图标记如下：

1-梯形钢板；2-三角形钢板；3-L型挡板；4-弧形挡板；5-复位弹簧；6-橡胶圈；7-转动心轴；8-高刚度弹簧；9-活塞杆；10-主梁；11-隔震器；12-桥墩；13-螺栓；14-剪切增稠液(STF)；15-气体补偿腔；16-钢片；17-连接钢槽座；18-缸体；19-密封圈；20-连接杆；21-浮动活塞；22-拉杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的

结合附图1-7，为本发明的一种多级抗冲耗能桥梁限位器，包括梯形钢板1、三角形钢板2、L型钢挡片3、弧形挡板4、复位弹簧5、橡胶圈6、转动心轴7、高刚度弹簧8、活塞杆9、主梁10、隔震器11、桥墩12、螺栓13、剪切增稠液STF14、气体补偿腔15、钢片16、连接钢槽座17、缸体18、密封圈19、连接杆20、浮动活塞21和拉杆22；三角形钢板2通过螺栓固定在主梁10上，L型挡板3与连接钢槽座17焊接，并且用螺栓13固定在桥墩12上。梯形钢板1与连接杆20焊接，缸体18固定在连接钢槽17内。冲击荷载下主梁10与桥墩12产生相对位移，三角形钢板2与梯形钢板1产生碰撞，推动连接杆20在缸体18内运动产生剪切增稠效应，具有抗冲和耗能的效果。活塞杆9前部设有高刚度弹簧8及转动心轴7，根据冲击荷载的大小来获得高刚度弹簧8不同的压缩量，进而改变连接钢片16压缩量，进一步的改变缸体18与转动心轴7的间隙宽度，实现限位器的多级出力的功能从而可以适应不同的冲击荷载。

L型挡板3的上部钢板与主梁10通过螺栓13连接，梯形钢板1与连接杆20焊接，前后缸盖通过拉杆22连接，缸体18通过连接钢槽座17固定在桥墩12上。在冲击荷载下主梁10产生大位移时，L型挡板3推动梯形钢板1使连接杆20在缸体18内运动，带动活塞杆9在剪切增稠液14内运动产生剪切增稠效应，具有抵抗冲击、消耗能量的功能。冲击荷载下主梁10与桥墩12产生相对位移较小时，弧形挡板4尚未接触到缸体18的弧形端盖，高刚度弹簧8也还未达到其最大压缩量，推动钢片16压缩的间隙较少，此时转动心轴7与缸体18的间隙基本不变，同时浮动活塞21与缸体18完全贴合以封闭两侧间隙，使转动心轴7与缸体18的上下间隙即为总间隙，最后使转动心轴7缸体18之间产生的阻尼力较小。当位移量继续增加时，高刚度弹簧8被压缩，转动心轴7连接的钢片16被压缩，转动心轴7上与缸体18之间的间隙逐渐减小从而阻尼力逐渐变大，实现了桥梁限位多级出力的功能。

工作原理：地震发生时，主梁10与桥墩12发生相对位移，主梁10下端面连接的三角形钢板2向左或向右位移假定向右位移，两者的位移量逐渐增大，但三角形钢板2未接触与梯形钢板1。当位移量增加至三角形钢板2与梯形钢板1接触时，三角形钢板2推动梯形钢板1向右位移，带动连接杆20、活塞杆9同时向右位移。

位移量较小时，即弧形挡板4尚未与缸体18接触，复位弹簧5拉伸量逐渐增加，高刚度弹簧8的压缩量较小，由活塞杆9位移时产生的剪切增稠效应耗能，此时阻尼力较小。

位移量较大时，即弧形挡板4与缸体18接触，复位弹簧5拉伸量继续增大，活塞杆9挤压高刚度弹簧8使得转动心轴7连接的钢片16被压缩，转动心轴7与缸体18之间的距离逐渐减小，阻尼力逐渐变大，实现现桥梁限位多级出力的功能。

位移量增加至最大时，弧形挡板4与缸体18接触的同时高刚度弹簧8压缩至最小，复位弹簧5拉伸至最大，此时由弧形缸体18分散剪力起到限位作用。地震结束后，复位弹簧5逐渐将活塞杆9复位，以应对下次地震。

工作原理：本发明通过使用连接钢槽将缸体固定在桥墩上，冲击荷载下主梁和桥墩产生的相对位移过大时，会带动活塞杆在缸体内运动，起到抗冲耗能的作用。冲击荷载下主梁与桥墩产生相对位移较小时，弧形挡板尚未接触到缸体，高刚度弹簧也还未达到其最大压缩量，推动钢片压缩的间隙较少，进而转动心轴与缸体的间隙基本不变，产生的阻尼力较小。当位移量继续增加时，高刚度弹簧被压缩，转动心轴连接的钢片被压缩，转动心轴与缸体之间的间隙逐渐减小，阻尼力逐渐变大，实现桥梁限位多级出力的功能，能适应不同的冲击荷载

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种多级抗冲耗能桥梁限位器，其特征在于，包括连接杆（20）、复位弹簧（5）和缸体（18）；所述缸体（18）设置在连接槽钢座（17）上，缸体（18）内设置有气体补偿腔（15）和剪切增稠液（14），其中，气体补偿腔（15）和剪切增稠液（14）分布分别占据缸体（18）内的左右两端；所述复位弹簧（5）穿过气体补偿腔（15），复位弹簧（5）一端设置在缸体（18）的缸盖上，另一端设置在活塞杆（9）上，所述活塞杆（9）安装在连接杆（20）上，连接杆（20）延伸出缸体（18）；所述活塞杆（9）置于剪切增稠液（14）内；

所述连接杆（20）上还安装有弧形挡板（4），且弧形挡板（4）可沿连接杆（20）滑动；所述弧形挡板（4）和活塞杆（9）之间设置有高刚度弹簧（8）；

所述弧形挡板（4）和活塞杆（9）之间还设置有转动心轴（7），且转动心轴（7）设置在高刚度弹簧（8）的外圈；所述转动心轴（7）有6根，以连接杆（20）中心上下两侧均分布有3根，其中，中间的转动心轴（7）与两侧的转动心轴（7）通过钢片（16）连接，受到挤压时，中间的转动心轴（7）向靠近缸壁的方向移动，其两侧的钢片（16）之间的角度减小；所述转动心轴（7）的两端均垂直设置有浮动活塞（21），浮动活塞（21）与缸体（18）内壁贴合；所述连接杆（20）延伸出缸体（18）的一端上设置有梯形挡板（1）；主梁（10）下端面通过螺栓（13）设置三角形钢板（2），三角形钢板（2）正下方设置有缸体（18），且缸体（18）与三角形钢板（2）不接触，所述梯形挡板（1）高于缸体（18），主梁（10）在外力的作用下发生剪切运动时，三角形钢板（2）与梯形挡板（1）相互挤压，从而减缓主梁（10）的进一步变形。

2.根据权利要求1所述的多级抗冲耗能桥梁限位器，其特征在于，所述缸体（18）一侧的缸盖为弧形结构，且弧形结构与弧形挡板（4）的弧形相似。

3.根据权利要求1所述的多级抗冲耗能桥梁限位器，其特征在于，所述缸体（18）的两个缸盖通过拉杆（22）连接。

4.根据权利要求1所述的多级抗冲耗能桥梁限位器，其特征在于，所述连接杆（20）与缸盖之间设置有橡胶圈（6），连接杆（20）穿过连接钢槽座（17）且两者接触位置设置有密封圈（19）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多级抗冲耗能桥梁限位器，其特征在于，所述缸体（18）的周围通过L型挡板（3）固定设置在桥墩（12）上，桥墩（12）正上方设置有主梁（10），且在桥墩（12）和主梁（10）之间设置有减震器（11），且减震器（11）与桥墩（12）和主梁（10）均连接。

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