CN108330820A - 一种连续梁桥自复位摩擦减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续梁桥自复位摩擦减震装置,实施例一包括水平设置的水平螺旋杆、摩擦筒、固定板、复位装置、承台和连接牛腿；实施例二包括摩擦传力装置、承台、复位装置和连接牛腿，上述两种本发明均构造简单、经济耐用、便于检查与维护，利用螺旋坡度传力，达到连续梁桥各墩在地震作用下协同受力的目的，同时，通过机械摩擦，实现消耗地震能量的目的，适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固。

Description

一种连续梁桥自复位摩擦减震装置

技术领域

本发明涉及一种连续梁桥自复位摩擦减震装置,属于桥梁减隔震技术领域，具体为适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固。

背景技术

为满足温度荷载作用下引起的梁墩变位需求，一般一联连续梁桥只设置一个固定墩，连续梁桥固定墩几乎承担了全部水平地震作用，而滑动墩抗震潜能未得到发挥和利用。虽然既有减隔震支座和被动耗能装置通过合理的参数设置能够达到一定的减震耗能效果，但都以牺牲位移为代价，更换减隔震支座、加设阻尼器等减震措施，不仅工程量大、成本高，而且并未改变连续梁桥固定墩单独承受水平地震作用，滑动墩抗震潜能未得到发挥和利用的现状；水平滑动支座存在发挥减震作用后不能复位的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种构造简单、经济耐用、便于检查与维护，使连续梁桥各墩在地震作用下协同受力的连续梁桥自复位摩擦减震装置。

本发明采用如下技术方案：

本发明连续梁桥自复位摩擦减震装置，包括水平设置的水平螺旋杆、摩擦筒、固定板、复位装置、承台和连接牛腿；所述连接牛腿固定安装在梁体底部，所述承台固定安装在滑动墩顶部，所述复位装置设置在承台的空腔内，所述固定板分别固定安装在承台的两侧端顶部，所述摩擦筒嵌置在两个固定板之间且可绕其中心轴转动，所述水平螺旋杆穿过固定板和摩擦筒且其两端分别固定在连接牛腿内侧。

本发明所述摩擦筒包括筒体以及间隔均匀设置在筒体内腔的隔板在所述隔板上设置I形孔；所述水平螺旋杆穿过I形孔，水平螺旋杆螺旋顶壁与I形孔之间内侧壁之间间隙配合；相邻两个隔板之间容纳水平螺旋杆的整数倍个节段。

本发明所述固定板包括方形板、设置在方形板外侧的外圆孔以及设置在方形板内侧的内圆孔，所述外圆孔和内圆孔连通，所述摩擦筒两端嵌置在两个固定板的内圆孔之间且与内圆孔间隙配合；水平螺旋杆穿过外圆孔；外部圆孔直径略大于水平螺旋杆外径。

本发明所述承台包括锥台状的承台体，在承台体内设置中空的空腔。

本发明所述复位装置包括复位弹簧、挡板以及拉索，所述挡板固定安装在空腔上部内,所述复位弹簧顶部固定在挡板底部，拉索一端固定安装在复位弹簧底端, 拉索另一端穿过挡板固定安装在摩擦筒底部。

本发明连续梁桥自复位摩擦减震装置，包括摩擦传力装置、承台、复位装置和连接牛腿，所述连接牛腿固定安装在梁体底部，所述承台固定安装在滑动墩顶部，所述复位装置顶部固定安装在连接牛腿下端内侧，所述摩擦传力装置两端分别对应的安装在复位装置上方, 所述摩擦传力装置穿过承台上部。

本发明所述摩擦传力装置包括水平螺旋杆、固定安装在水平螺旋杆两端的圆形板以及固定安装在圆形板外侧的摩擦层；所述摩擦层外侧与连接牛腿之间间隙设置。

本发明所述承台包括固定安装在滑动墩顶部的底座、设置在底座顶部使水平螺旋杆节段旋转所需的空腔以及I形孔；所述I形孔设置在底座对应的外侧壁及两相邻的空腔之间的隔板上；

本发明所述复位装置包括复位弹簧、固定安装在复位弹簧顶部的安装板以及拉索；所述安装板一端固定安装在连接牛腿下端内侧，所述拉索一端与复位弹簧底部连接，所述拉索另一端穿过安装板与圆形板底部固定。

本发明圆形板为钢板，所述摩擦层为聚四氟乙烯层。

本发明积极效果如下：

本发明包括水平设置的水平螺旋杆、摩擦筒、固定板、复位装置、承台和连接牛腿的结构的积极效果为：本发明摩擦筒两端嵌置在两个固定板的内圆孔之间内，圆孔用于支撑及固定摩擦筒；内圆孔直径与摩擦筒外径相匹配，在充分限制摩擦筒横、竖位移的同时，摩擦筒可绕其中心轴自由转动；水平螺旋杆螺旋顶壁与I形孔之间内侧壁之间间隙配合，其满足连续梁桥正常运营状态下梁墩最大变位需求，地震时水平螺旋杆与I形孔壁摩擦接触，耗散地震能量，使滑动墩与固定墩协同抗震，提高连续梁桥的抗震性能，相邻两个隔板之间容纳水平螺旋杆的整数倍个节段，水平螺旋杆的每节段螺旋的坡度决定了其与I形孔接触后推动摩擦筒转动所需的力的大小，通过调整摩擦筒的直径以及分配在筒壁的质量，可改变摩擦筒发生转动所需的推力，通过调整隔板的数量，在一定墩梁相对位移下，可调整装置摩擦耗能的能力。实际工程应用中，通过水平螺旋杆的每节段扭转角度改变其螺旋坡度，实现本发明发挥作用后梁体与滑动墩之间传力大小的调整。本发明外圆孔直径略大于水平螺旋杆外径，通过拉索给复位弹簧施加一定的预紧力，地震发生时，可实现阻碍摩擦筒转动，实现I形孔与水平螺旋杆始终紧密接触，以达到良好的摩擦耗能的目的，同时，震后由于复位弹簧的恢复力作用，可辅助滑动墩实现装置自复位功能。

本发明工作原理是：正常运营状态下，在复位弹簧的牵拉下，摩擦筒处于稳定状态，水平螺旋杆与I形孔之间存在一定间隙，水平螺旋杆与I形孔不接触，水平螺旋杆可自由水平运动，继而满足正常运营状态下梁墩相对变位需求。

地震突发时，滑动墩与梁体相对位移增大，当相对位移大于水平螺旋杆与I形孔之间的预留间隙时，水平螺旋杆与I形孔壁摩擦接触，实现摩擦耗能，限制梁体与滑动墩的相对运动，将梁体的水平地震荷载传递至滑动墩，实现连续梁桥各墩协同抵抗地震作用的目的。地震过后，复位弹簧处于持续压缩状态，通过拉索带动摩擦筒回转，辅助滑动墩实现装置复位。

本发明包括摩擦传力装置、承台、复位装置和连接牛腿的结构的积极效果为：本发明水平螺旋杆为具有一定厚度的钢板拧成的螺旋杆，由于水平螺旋杆的每节段螺旋的坡度决定了其与I形孔接触后，使其自身及带动圆形板转动所需的力的大小，摩擦层与对应牛腿之间的的摩擦系数及摩擦面积决定了装置耗能能力的大小，摩擦力影响水平螺旋杆与I形孔间的转动能力，进而影响梁体与滑动墩之间传力的大小，通过调整摩擦系数及摩擦面积，辅助水平螺旋杆每节段扭转角度改变，调整梁墩间传力大小。拉索给复位弹簧施加一定的预紧力，可阻碍圆形板转动，进而增大梁墩间传力能力，同时，震后由于复位弹簧的恢复力作用，可辅助滑动墩实现装置自复位。

本发明工作原理如下：正常状态下，圆形板与牛腿间的预留间隙大于温度荷载及车辆制动荷载作用下，梁墩产生的相对位移最大值。

地震突发时，梁体与滑动墩墩顶相对位移增大，圆形板与牛腿接触，推动水平螺旋杆与I形孔发生相对运动，水平螺旋杆带动圆形板转动，使之与牛腿产生转动摩擦，消耗地震能量，限制梁体与滑动墩的相对运动，将上部结构的水平地震荷载传递至滑动墩，实现连续梁桥各墩协同抵抗地震作用的目的。地震过后，复位弹簧处于持续压缩状态，通过拉索带动圆形板回转，辅助滑动墩实现装置复位。有效避免因梁墩相对位移过大引起的支座和伸缩缝损坏，甚至落梁垮塌等严重连续梁桥震害的发生。

上述两种本发明均构造简单、经济耐用、便于检查与维护，利用螺旋坡度传力，达到连续梁桥各墩在地震作用下协同受力的目的，同时，通过机械摩擦，实现消耗地震能量的目的。适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固，地震突发时，通过原理简单、经济可靠的减震装置，达到结构协同受力的目的，提高结构整体抗震性能。

附图说明

附图1为本发明实施例一结构示意图；

附图2为本发明实施例一摩擦筒剖视结构示意图；

附图3为本发明实施例一I形孔结构示意图；

附图4为本发明实施例一右侧的固定板主剖视结构示意图；

附图5为本发明实施例一复位装置结构示意图；

附图6为本发明实施例一承台主剖视结构示意图；

附图7为本发明实施例一承台俯视结构示意图；

附图8为本实施例二结构示意图；

附图9为本发明实施例二摩擦传力装置结构示意图；

附图10为本发明实施例二承台剖视结构示意图；

附图11为本发明实施例二I形孔结构示意图；

附图12为本发明实施例二复位装置结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如附图1-7所示，本发明包括水平设置的水平螺旋杆1、摩擦筒2、固定板3、复位装置4、承台5和连接牛腿6；复位装置4为一个以上；所述连接牛腿6固定安装在梁体7底部，所述承台5固定安装在滑动墩8顶部，所述复位装置4设置在承台5的空腔内，所述固定板3分别固定安装在承台5的两侧端顶部，所述摩擦筒2嵌置在两个固定板3之间且可自由绕其中心轴转动，所述水平螺旋杆1穿过固定板3和摩擦筒2且其两端分别固定在连接牛腿6内侧； 水平螺旋杆1为具有一定厚度的钢板拧制而成。

本发明所述摩擦筒2包括筒体201以及间隔均匀设置在筒体201内腔的隔板202，每两个隔板202之间有空间204；在所述隔板202上设置I形孔203；所述水平螺旋杆1穿过I形孔203，水平螺旋杆1螺旋顶壁与I形孔203之间内侧壁之间间隙配合，其满足连续梁桥正常运营状态下梁墩最大变位需求。相邻两个隔板202之间即空间204内容纳水平螺旋杆1的整数倍个节段。水平螺旋杆1的每节段螺旋的坡度决定了其与I形孔203接触后推动摩擦筒2转动所需的力的大小，实际工程应用中，通过水平螺旋杆1的每节段扭转角度改变其螺旋坡度，实现本发明发挥作用后梁体与滑动墩之间传力大小的调整。

本发明所述固定板3包括方形板301、设置在方形板301外侧的外圆孔302以及设置在方形板301内侧的内圆孔303，方形板301为钢板，所述外圆孔302和内圆孔303连通，所述摩擦筒2两端嵌置在两个固定板3的内圆孔303内，内圆孔303用于支撑及固定摩擦筒2；水平螺旋杆1穿过外圆孔302，外部圆孔302直径略大于水平螺旋杆1外径，所述内圆孔303直径与摩擦筒2外径相匹配，在充分限制摩擦筒2横、竖位移的同时，摩擦筒2可绕其中心轴自由转动。

本发明所述承台5包括锥台状的承台体501，在承台体501内设置中空的空腔502；本发明所述复位装置4包括复位弹簧401、挡板402以及拉索403，所述挡板402固定安装在空腔502上部内,所述复位弹簧401顶部固定在挡板402底部，拉索403一端固定安装在复位弹簧401底端, 拉索403另一端穿过挡板402固定安装在摩擦筒2底部。通过拉索403给复位弹簧401施加一定的预紧力，地震发生时，可实现阻碍摩擦筒2转动，实现I形孔203与水平螺旋杆1始终紧密接触，以达到良好的摩擦耗能的目的，同时，震后由于复位弹簧401的恢复力作用，可辅助滑动墩实现装置自复位功能。

正常运营状态下，在本发明复位弹簧401的牵拉下，摩擦筒2处于稳定状态，水平螺旋杆1与I形孔203之间存在一定间隙，水平螺旋杆1与I形孔203不接触，水平螺旋杆1可自由水平运动，继而满足正常运营状态下梁墩相对变位需求。

地震突发时，滑动墩8与梁体7相对位移增大，当相对位移大于水平螺旋杆1与I形孔203之间的预留间隙时，水平螺旋杆1与I形孔203壁摩擦接触，实现摩擦耗能，限制梁体7与滑动墩8的相对运动，将梁体7的水平地震荷载传递至滑动墩8，实现连续梁桥各墩协同抵抗地震作用的目的。

地震过后，复位弹簧401处于持续压缩状态，通过拉索403带动摩擦筒2回转，辅助滑动墩8实现装置复位。不影响震后桥梁正常运营以及装置再次发挥减震作用。

本发明在梁墩发生较小相对位移的前提下，可通过水平螺旋杆实现传力和耗能，有效避免因梁墩相对位移过大引起的支座和伸缩缝损坏，甚至落梁垮塌等严重连续梁桥震害的发生。

实施例二：

如附图8-12所示，本发明包括摩擦传力装置、承台5、复位装置4和连接牛腿6，所述连接牛腿6固定安装在梁体7底部，所述承台5固定安装在滑动墩8顶部，所述复位装置4顶部固定安装在连接牛腿6下端内侧，所述摩擦传力装置两端分别对应的安装在复位装置4上方, 所述摩擦传力装置穿过承台5上部。

本发明所述摩擦传力装置包括水平螺旋杆1、固定安装在水平螺旋杆1两端的圆形板102以及固定安装在圆形板102外侧的摩擦层103，圆形板102为钢板，所述摩擦层103为聚四氟乙烯层。

所述摩擦层103外侧与连接牛腿6之间间隙设置，圆形板102与连接牛腿6间的预留间隙大于温度荷载及车辆制动荷载作用下，梁墩产生的相对位移最大值。

本发明所述承台5包括固定安装在滑动墩8顶部的底座503、设置在底座503顶部使水平螺旋杆1节段旋转所需的空腔504以及I形孔505；所述I形孔505设置在底座503对应的外侧壁及两相邻的空腔504之间的隔板上；本发明水平螺旋杆1为具有一定厚度的钢板拧成的螺旋杆，由于水平螺旋杆1的每节段螺旋的坡度决定了其与I形孔505接触后，使其自身及带动圆形板102转动所需的力的大小，实际工程应用中，通过水平螺旋杆1的每节段扭转角度改变其螺旋坡度，实现本发明发挥作用后梁体与滑动墩之间传力大小的调整。所述圆形板102与对应的连接牛腿6之间的摩擦层103的摩擦系数及摩擦面积决定了装置耗能能力的大小，同时由于摩擦力的存在，将影响水平螺旋杆1与I形孔505间的转动能力，进而影响梁体7与滑动墩8之间传力的大小，可通过调整摩擦系数及摩擦面积，辅助水平螺旋杆1每节段扭转角度改变，调整梁墩间传力大小。

本发明所述复位装置4包括复位弹簧401、固定安装在复位弹簧401顶部的安装板404以及拉索403；所述安装板404一端固定安装在连接牛腿6下端内侧，所述拉索403一端与复位弹簧401底部连接，所述拉索403另一端穿过安装板404与圆形板102底部固定。

正常状态下，圆形板505与连接牛腿6间的预留间隙大于温度荷载及车辆制动荷载作用下，梁墩产生的相对位移最大值。

地震突发时，梁体7与滑动墩8墩顶相对位移增大，圆形板102与连接牛腿6腿接触，推动水平螺旋杆1与I形孔505发生相对运动，水平螺旋杆1带动圆形板102转动，使摩擦层103与连接牛腿6产生转动摩擦，消耗地震能量，限制梁体7与滑动墩8的相对运动，将上部结构的水平地震荷载传递至滑动墩8，实现连续梁桥各墩协同抵抗地震作用的目的。

地震过后，复位弹簧401处于持续压缩状态，通过拉索403带动圆形板102回转，辅助滑动墩6实现装置复位。有效避免因梁墩相对位移过大引起的支座和伸缩缝损坏，甚至落梁垮塌等严重连续梁桥震害的发生。

本发明实施例一和实施例二的连续梁桥自复位摩擦减震装置均构造简单、经济耐用、便于检查与维护的新型大吨位连续梁桥减震装置，利用螺旋坡度传力，达到连续梁桥各墩在地震作用下协同受力，同时，通过机械摩擦，实现消耗地震能量的目的。适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固。

最后说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于其包括水平设置的水平螺旋杆（1）、摩擦筒（2）、固定板（3）、复位装置（4）、承台（5）和连接牛腿（6）；

所述连接牛腿（6）固定安装在梁体（7）底部，所述承台（5）固定安装在滑动墩（8）顶部，所述复位装置（4）设置在承台（5）的空腔内，所述固定板（3）分别固定安装在承台（5）的两侧端顶部，所述摩擦筒（2）嵌置在两个固定板（3）之间且可绕其中心轴转动，所述水平螺旋杆（1）穿过固定板（3）和摩擦筒（2）且其两端分别固定在连接牛腿（6）内侧。

2.根据权利要求1所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述摩擦筒（2）包括筒体（201）以及间隔均匀设置在筒体（201）内腔的隔板（202），相邻两个隔板(202)之间设有空间(204)；在所述隔板（202）上设置I形孔（203）；所述水平螺旋杆（1）穿过I形孔（203），水平螺旋杆（1）螺旋顶壁与I形孔（203）之间内侧壁之间间隙配合；

相邻两个隔板（202）之间容纳水平螺旋杆（1）的整数倍个节段。

3.根据权利要求1所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述固定板（3）包括方形板（301）、设置在方形板（301）外侧的外圆孔（302）以及设置在方形板（301）内侧的内圆孔（303），所述外圆孔（302）和内圆孔（303）连通，所述摩擦筒（2）两端嵌置在两个固定板（3）的内圆孔（303）内且与内圆孔（303）间隙配合；水平螺旋杆（1）穿过外圆孔（302）；

外部圆孔（302）直径略大于水平螺旋杆（1）外径。

4.根据权利要求1所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述承台（5）包括锥台状的承台体（501），在承台体（501）内设置空腔（502）。

5.根据权利要求4所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述复位装置（4）包括复位弹簧（401）、挡板（402）以及拉索（403），所述挡板（402）固定安装在空腔（502）内的上部，所述复位弹簧（401）顶部固定在挡板（402）底部，拉索（403）一端固定安装在复位弹簧（401）底端, 拉索（403）另一端穿过挡板（402）固定安装在摩擦筒（2）底部。

6.一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于其包括摩擦传力装置、承台（5）、复位装置（4）和连接牛腿（6），所述连接牛腿（6）固定安装在梁体（7）底部，所述承台（5）固定安装在滑动墩（8）顶部，所述复位装置（4）顶部固定安装在连接牛腿（6）下端内侧，所述摩擦传力装置两端分别对应的安装在复位装置（4）上方, 所述摩擦传力装置穿过承台（5）上部。

7.根据权利要求6所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述摩擦传力装置包括水平螺旋杆（1）、固定安装在水平螺旋杆（1）两端的圆形板（102）以及固定安装在圆形板（102）外侧的摩擦层（103）；

所述摩擦层（103）外侧与连接牛腿（6）之间间隙设置。

8.根据权利要求6所述的一种连续梁桥自复位摩擦减震装置，其特征在于所述承台（5）包括固定安装在滑动墩（8）顶部的底座（503）、设置在底座（503）顶部使水平螺旋杆（1）节段旋转所需的空腔（504）以及I形孔（505）；所述I形孔（505）设置在底座（503）对应的外侧壁及两相邻的空腔（504）之间的隔板上。

9.根据权利要求7所述的一种连续梁桥自复位转动摩擦减震装置，其特征在于所述复位装置（4）包括复位弹簧（401）、固定安装在复位弹簧（401）顶部的安装板（404）以及拉索（403）；所述安装板（404）一端固定安装在连接牛腿（6）下端内侧，所述拉索（403）一端与复位弹簧（401）底部连接，所述拉索（403）另一端穿过安装板（404）与圆形板（102）底部固定。

10.根据权利要求7所述的一种连续梁桥自复位转动摩擦减震装置，其特征在于圆形板（102）为钢板，所述摩擦层（103）为聚四氟乙烯层。