CN114990994B - 一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置 - Google Patents

一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，包括多个减震单元，分别通过安装座及销轴以倾斜状态排列安装于主梁和墩顶支座的一侧，减震单元包括下部钢板、上部钢板和耗能块；下部钢板和上部钢板正交布置，其中一块钢板的相交段沿长度方向嵌装多个耗能块，另一块钢板的相交段夹持所有的耗能块并通过紧固件与耗能块连接；两者的相交段上端通过拉索连接后通过紧固件锁定。整个装置为锁链式结构，小震时耗能块与嵌装孔孔壁贴合压紧，装置轴向受拉或受压，限制梁***移，拉索受拉伸长。地震结束后，通过拉索复位。较大地震时，耗能块逐个受弯破坏消耗地震能量，耗能块破坏后通过下部钢板和上部钢板的受拉变形继续消耗地震能量。

Description

一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置
技术领域
本发明属于桥梁减震装置，具体为一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置。
背景技术
随着建筑抗震技术的不断发展，目前常用于建筑、桥梁结构的减隔震装置有减隔震支座、阻尼器等。常见的减隔震支座有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座等。常用的阻尼器有钢阻尼器、流体粘滞阻尼器等。
减隔震技术的工作原理主要有二：一是支座在结构中通常上与上部结构(主梁等)下与盖梁桥墩形成串联结构。减隔震装置本身的刚度(屈后刚度)较小。串联结构后的整体刚度在数值上靠近小值，从而使的结构体系变柔，避开地震能量的高频区域，减小结构地震响应；二是减隔震装置通过塑性做功耗能或者粘滞阻尼耗能消散地震输入能量。
在具体实现方式上，较小的刚度通常由橡胶实现。相比于钢材、混凝土，橡胶具有较小的弹模和剪切模量。利用橡胶多层叠合或与钢板进行叠合，实现了装置较小的刚度。耗能的能力通过橡胶或者钢材进入塑性阶段的外力功实现。或者通过一些液体的粘滞阻尼耗能实现。还有部分减隔震装置直接利用摩擦力做功进行耗能。
除了实现减隔震的目的，减隔震装置还必须不能影响结构的其他能力。如满足结构正常使用阶段、耐久性、施工等方面的要求。其包括且不限于承受设计的恒载活载，方便安装，不影响施工等等。
由此可见设计一种减隔震装置能吸收地震能量，减少地震危害是建筑抗震方面的重要发展方向，也是桥梁结构抗震亟需的工程技术产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安装方便、更换方便、能吸收较大地震能量保护桥梁安全的桥梁装配式减隔震装置。
本发明提供的这种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其技术方案为：包括多个减震单元，它们分别通过安装座及销轴以倾斜状态排列安装于主梁和墩顶支座的一侧，每个减震单元包括下部钢板、上部钢板和耗能块；下部钢板和上部钢板正交布置，其中一块钢板的相交段沿长度方向嵌装多个耗能块，另一块钢板的相交段夹持所有的耗能块并通过紧固件与耗能块连接；下部钢板和上部钢板的相交段上端通过拉索连接后通过紧固件锁定。
上述技术方案的一种实施方式中，所述下部钢板和上部钢板以其中一块钢板位于另一块钢板的宽度侧中心面布置，其中下部钢板的相交段设置多个用于嵌装所述耗能块的安装孔，上部钢板的相交段设置用于夹持下部钢板和耗能块的矩形槽，矩形槽两侧的板体对称设置用于连接耗能块的紧固件安装孔。
上述技术方案的一种实施方式中，所述下部钢板和上部钢板的厚度至少为10mm。
上述技术方案的一种实施方式中，所述耗能块设置四个，其中一个的高度大于其它三个的高度，它们均为顶面为下凹圆弧面的矩形块，且下凹圆弧面沿耗能块的厚度方向设置。
上述技术方案的一种实施方式中，嵌装耗能块的安装孔为上侧是上凹圆弧面的矩形孔，上凹圆弧面沿矩形孔的宽度方向设置。
上述技术方案的一种实施方式中，高度较大的耗能块嵌装于最低位置的矩形孔中，各矩形孔的上凹圆弧面与相应耗能块的下凹圆弧面正交布置。
上述技术方案的一种实施方式中，所述上部钢板的宽度方向两侧对应所述矩形槽的近上方对称设置连接块，所述下部钢板的相交段上端两侧对称伸出，伸出段和连接块时间安装所述拉索。
上述技术方案的一种实施方式中，所述拉索采用SMA索。
上述技术方案的一种实施方式中，所述下部钢板的下端设置有贯穿其厚度的圆孔用于安装所述销轴，所述上部钢板的上端设置有位于其宽度方向中心面的安装板，安装板的顶部设置有贯穿其厚度的圆孔用于所述销轴。
上述技术方案的一种实施方式中，所述减震单元设置左右依次排布的三个，分别通过两端的安装座和紧固件与桥墩和主梁固定，相邻减震单元的上部钢板和下部钢板之间分别之间设置联板。
本发明中减震单元的下部钢板嵌装多个耗能块，上部钢板与下部钢板正交布置，相交段夹持下部钢板和耗能块后，通过紧固件连接耗能块，使整个装置形成锁链式结构，下部钢板和上部钢板的相交段上端还连接拉索。小震时，主梁与墩顶支座发生空间滑移时，耗能块的下凹圆环面与下部钢板上矩形孔的上凹圆弧面贴合压紧，装置轴向受拉或受压，限制梁体的位移。另外，在小震发生时，拉索受拉伸长，在地震结束后，拉索可回到原位，同时拉动装置也回到原位，可实现自复位的功能。较大地震发生时，耗能块的顶面与耗能块嵌装孔的孔壁接触压紧，整个减震单元受拉限制梁***移，随着地震的增大，耗能块逐个受弯破坏消耗地震能量，若耗能块破坏后，地震还在发生，则通过下部钢板和上部钢板的受拉变形继续消耗地震能量。由于下部钢板和上部钢板均为厚钢板，在耗能块破坏后，两者之间通过高强度螺栓连接，钢板厚度及螺栓的强度均可通过预设的地震能量进行选择，以保证地震时，最后可通过它们的变形耗能来保证桥墩和主梁的安全，起到减隔震作用。震后修复时，如果只有耗能块的破坏，只需将上部钢板与耗能块之间的高强螺栓卸下，使上部钢板与下部钢板分开，然后将破坏的耗能块取下更换新的，再将上部钢板重新装配固定耗能块即可。若下部钢板和上部钢板也需要更换，则将减震单元两端的销轴卸下，将减震单元的其它结构整体件卸下直接替换新的整体件即可，可快速修复。
附图说明
图1为本发明一个实施例中减震单元的结构示意图。
图2为图1的侧视示意图(未示出铰接座和可转动支承)。
图3为图1中下部钢板的放大结构示意图。
图4为图2中上部钢板与连接块、安装板整体件的放大结构示意图。
图5为本实施例的使用状态示意图。
图6为图5的右视示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其减震单元包括下部钢板1、上部钢板2、较高耗能块3、较矮耗能块4、拉索5、安装板6、销轴7和安装座8。
下部钢板1和上部钢板2的厚度和宽度相同，至少为10mm。本实施例中，设置一个较高耗能块3和三个较矮耗能块4，它们分别设置有贯穿其厚度的圆孔。
下部钢板1和上部钢板2对中正交布置，下部钢板1的相交段设置四个用于嵌装于耗能块的矩形孔11，矩形孔的顶面为上凹圆弧面，且最低处矩形孔的高度大于其它三个矩形孔的高度。上部钢板2的相交段设置用于夹持下部钢板1和所有耗能块的矩形槽21，矩形槽两侧的板体对称设置于四个用于连接耗能块的紧固件的圆孔。本实施例中紧固件采用配置高强度螺母的高强度螺栓。
较高耗能块3和较矮耗能块4均为顶面是下凹圆弧面的矩形块，较高耗能块3的高度大于较矮耗能块4的高度。
上部钢板2对应矩形槽21的近上方两侧对称焊接连接块22。下部钢板1的上端宽度方向两侧有对称的伸出段，连接块22和伸出段的相应位置分别设置相同的圆孔，用于安装拉索5。
下部钢板1的下端端部设置贯穿其厚度的圆孔。上部钢板1的上端垂直于宽度方向焊接安装板6，安装板的顶部设置有贯穿其厚度的圆孔。两圆孔分别用于安装销轴7，圆孔直径大于销轴的外径。
销轴7采用高强度的T形轴，其长度大于下部钢板1和安装板6的厚度，配置起限位作用的高强度螺母。
安装座8为双耳板座，一对耳板用于安装销轴，底板分别通过紧固件与桥墩和主梁安装固定。
本实施例中，减震单元的装配过程如下：
将四个耗能块分别嵌装于下部钢板上的相应矩形孔中；
将上部钢板的矩形槽将下部钢板和所有耗能块对中夹住，再分别通过螺栓穿过下部钢板和各耗能块，各螺栓分别通过螺母锁紧。
各耗能块固定后，其矩形孔的上凹圆弧面与耗能块的下凹圆弧面正交布置。
将下部钢板和上部钢板通过SMA索连接锁定。
在上述装配整体件的两端分别安装销轴和安装座8。
减震单元装配好后，将三个减震单元的下部钢板和上部钢板分别通过联板9焊接固定形成一个减震装置。当然也可以在装配销轴和安装座之前焊接联板。其它实施例可根据实际需要确定减震单元的数量。
减震装置现场安装时，只需根据桥墩和主梁上的指定位置固定各安装座，桥墩和主梁预制时，在指定位置预埋带内螺纹套筒的矩形钢板，安装座通过高强螺栓与内螺纹套筒连接固定。减震装置安装好后，以倾斜状态铰接于桥梁和墩顶支座一侧，如图5、图6所示。
本装置减震单元的下部钢板和上部钢板对中正交布置，两者相交段之间的多个耗能块通过高强螺栓连接形成类似锁链环环相扣的结构，整个装置可认为是一种正交长杆限位器，具有良好的抗拉性能。
本装置的分阶段减震耗能原理如下：
小震发生时，主梁与墩顶支座发生空间滑移时，耗能块的下凹圆环面与下部钢板上矩形孔的上凹圆弧面贴合压紧，装置轴向受拉或受压，限制梁体的位移。另外，在小震发生时，SMA索受拉伸长，在地震结束后，SMA索可回到原位，同时拉动装置也回到原位，可实现自复位的功能。
较大地震发生时，耗能块的下凹圆弧面与嵌装耗能块矩形孔的上凹圆弧面接触压紧，整个减震单元受拉限制梁***移，随着地震的增大，矩形孔内的耗能块逐个受弯破坏消耗地震能量，若耗能块破坏后，地震还在发生，则通过下部钢板和上部钢板的受拉变形继续消耗地震能量。由于下部钢板和上部钢板均为厚钢板，在耗能块破坏后，两者之间通过高强度螺栓连接，钢板厚度及螺栓的强度均可通过预设的地震能量进行选择，以保证地震时，最后可通过它们的变形耗能来保证桥墩和主梁的安全，起到减隔震作用。
震后修复时，如果只有耗能块的破坏，只需将上部钢板与耗能块之间的高强螺栓卸下，使上部钢板与下部钢板分开，然后将破坏的耗能块取下更换新的，再将上部钢板重新装配固定耗能块即可。若下部钢板和上部钢板也需要更换，则将减震单元两端的销轴卸下，将减震单元的其它结构整体件卸下直接替换新的整体件即可，可快速修复。

Claims (6)

1.一种通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：
该装置包括多个减震单元，它们分别通过安装座及销轴以倾斜状态排列安装于主梁和墩顶支座的一侧，每个减震单元包括下部钢板、上部钢板和耗能块；
下部钢板和上部钢板正交布置，其中一块钢板的相交段沿长度方向嵌装多个耗能块，另一块钢板的相交段夹持所有的耗能块并通过紧固件与耗能块连接；
下部钢板和上部钢板的相交段上端通过拉索连接后再通过紧固件锁定；
所述下部钢板和上部钢板以其中一块钢板位于另一块钢板的宽度侧中心面布置，其中下部钢板的相交段设置多个用于嵌装所述耗能块的安装孔，上部钢板的相交段设置用于夹持下部钢板和耗能块的矩形槽，矩形槽两侧的板体对称设置用于连接耗能块的紧固件安装孔；
所述耗能块设置四个，其中一个的高度大于其它三个的高度，它们均为顶面为下凹圆弧面的矩形块，且下凹圆弧面沿耗能块的厚度方向设置；
嵌装耗能块的安装孔为上侧是上凹圆弧面的矩形孔，上凹圆弧面沿矩形孔的宽度方向设置；
高度较大的耗能块嵌装于最低位置的矩形孔中，各矩形孔的上凹圆弧面与相应耗能块的下凹圆弧面正交布置。
2.如权利要求1所述的通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述下部钢板和上部钢板的厚度至少为10mm。
3.如权利要求1所述的通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述上部钢板的宽度方向两侧对应所述矩形槽的近上方对称设置连接块，所述下部钢板的相交段上端两侧对称伸出，伸出段和连接块时间安装所述拉索。
4.如权利要求3所述的通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述拉索采用SMA索。
5.如权利要求1所述的通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述下部钢板的下端设置有贯穿其厚度的圆孔用于安装所述销轴，所述上部钢板的上端设置有位于其宽度方向中心面的安装板，安装板的顶部设置有贯穿其厚度的圆孔用于所述销轴。
6.如权利要求1所述的通过锁扣限位分阶段耗能的桥梁装配式减隔震装置，其特征在于：所述减震单元设置左右依次排布的三个，分别通过两端的安装座和紧固件与桥墩和主梁固定，相邻减震单元的上部钢板和下部钢板之间分别之间设置联板。
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