多向限位及抗扭系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)強震及正常運營偶然作用下橋梁墩梁各個方位位移要求不同的方法，在墩梁連接部位安裝的多向限位及抗扭系統(tǒng)。該裝置由上錨板、下錨板、彈簧、滑塊、拉索及相應(yīng)的錨固螺栓構(gòu)成，通過拉索的初始松弛量來實現(xiàn)橫向自由移動，通過上錨板的自由程實現(xiàn)縱向移動。當(dāng)墩梁相對位移超過相應(yīng)方向的初始松弛量后，拉索被拉緊而開始發(fā)揮作用，從而限制墩梁的進一步相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發(fā)生，同時采用彈簧可實現(xiàn)緩沖及震后結(jié)構(gòu)的自復(fù)位。此多向限位及抗扭系統(tǒng)可安裝在直線橋中，也可適用于彎斜橋中；該裝置不但在強震作用下可發(fā)揮作用，避免落梁、碰撞等震害的發(fā)生，而且在正常運營偶然作用（偏載）下通過抗拔力來限制梁體的側(cè)傾，避免梁體側(cè)傾引發(fā)的結(jié)構(gòu)坍塌事故。
【專利說明】
多向限位及抗扭系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于土木工程、地震工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于橋梁(尤其是彎斜橋)在正常運營及地震作用下實現(xiàn)多向限位及抗扭系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球地震的頻繁發(fā)生，作為交通系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點的橋梁往往在強震中發(fā)生落梁、碰撞等震害，這給震后救援車輛的及時通行帶來很大的困難。同時，橋梁在運營過程中由于超載、設(shè)計等原因，梁體翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體垮塌的事故報道屢見不鮮:2012年哈爾濱機場高速陽明灘大橋引橋由于四輛重載貨車偏載導(dǎo)致梁體翻轉(zhuǎn)，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)的坍塌，造成3人死亡5人受傷;2015年粵贛高速廣東河源城南出口的匝道引橋由于多車超載導(dǎo)致梁體側(cè)向傾覆，造成I死4傷的悲劇。對于地震及日常運營中出現(xiàn)的偶然狀況，在橋梁設(shè)計中并不能完全考慮到，同時按最不利情況設(shè)計也是不經(jīng)濟的。
[0003]針對上述問題，專家及學(xué)者們進行了廣泛的研究，并針對量大面廣的中小跨徑橋梁提出了各種墩梁限位裝置。包括拉索限位器、鋼桿限位器、防碰撞限位塊等。這些限位裝置一定程度上減輕了落梁、碰撞等震害，但大多功能單一，很難做到既防落梁又防碰撞，更不用說實現(xiàn)不同方位的不同限位目的，比如梁體縱向需要較大的自由伸縮量、而橫向則需要較小的自由伸縮量、豎向希望能夠抗拔、橫向的轉(zhuǎn)動能夠釋放、而豎向與縱向的轉(zhuǎn)動能夠限制。
[0004]基于對目前拉索限位裝置的研究，并根據(jù)當(dāng)前橋梁抗震、日常運營對限位裝置的要求，本發(fā)明提出了一種多向限位及抗扭系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種使用范圍廣、性能穩(wěn)定，且可實現(xiàn)橋梁在地震及運營作用下不同方位對限位要求不同的多向限位及抗扭系統(tǒng)。
[0006]為達到以上目的，本發(fā)明采用的解決方案是:一種多向限位及抗扭系統(tǒng)，包括上錨板1、下錨板3、滑塊6、彈簧5及拉索2，其中:下錨板3底部開有凹槽，其底部兩側(cè)通過錨固螺栓與建筑物的預(yù)埋構(gòu)件錨固在一起，上錨板I頂部開有凹槽，凹槽內(nèi)放置有滑塊6，滑塊6能在上錨板I上來回滑動，滑塊6兩側(cè)設(shè)有彈簧5，彈簧5—端連接上錨板I的凹槽內(nèi)壁，另一端連接滑塊6—側(cè);滑塊6、上錨板I與下錨板3凹槽之間纏繞有若干圈拉索2，上錨板I與下錨板3之間存在間隙，使上錨板I與下錨板3之間能產(chǎn)生相對位移，上錨板I兩側(cè)通過錨固螺栓與梁體的預(yù)埋鋼構(gòu)件錨固在一起；當(dāng)上錨板I與下錨板3在相應(yīng)方位的相對位移超過其初始松弛量后，拉索2帶動滑塊6進而開始壓縮彈簧5，此后，當(dāng)彈簧5壓縮量達到最大值后，滑塊6相對上錨板I不再滑動，此時拉索2開始發(fā)揮作用，從而限制墩梁相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發(fā)生，彈簧5用于實現(xiàn)緩沖及震后上部結(jié)構(gòu)的自復(fù)位;在強震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M行限制，因此當(dāng)扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo)致的墩梁縱向(橫向)相對位移超過相應(yīng)的限值后，該系統(tǒng)便可發(fā)揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉(zhuǎn);橋梁在正常運營情況下遭遇偶然的單側(cè)超載往往會導(dǎo)致梁體的翻轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)由于具有抗拔能力，當(dāng)將其對稱布置在梁體兩側(cè)時，可限制梁體的側(cè)向轉(zhuǎn)動，從而避免災(zāi)害的發(fā)生。
[0007]本發(fā)明中，所述滑塊6頂部兩側(cè)設(shè)有凸塊，限制拉索2滑出滑塊6頂部。
[0008]本發(fā)明中，上錨板1、下錨板3和滑塊6為軸對稱結(jié)構(gòu)。
[0009]本系統(tǒng)具體實現(xiàn)的流程為:
1)根據(jù)實際工程需要確定該裝置的縱、橫向初始松弛量(分別通過上錨板的縱向自由程和拉索的初始張緊程度來實現(xiàn))，并假定拉索的初始剛度，將確定的裝置初始本構(gòu)添加到結(jié)構(gòu)的非線性動力計算模型中，計算結(jié)構(gòu)的各個響應(yīng)；
2)若結(jié)構(gòu)的響應(yīng)(墩梁相對位移，支座的縱、橫向位移，墩柱彎矩，剪力等)在可接受范圍內(nèi)，則進行下一步計算，否則返回I)中重新假定初始剛度，并進行計算，直到各個響應(yīng)值都滿足要求為止；
3)根據(jù)2)中確定的拉索剛度，并考慮一定的安全儲備，計算所需拉索的數(shù)量，并對上、下錨板的尺寸及錨固螺栓的個數(shù)及孔徑進行初步的設(shè)計；
4)對3)中初步設(shè)計好的裝置進行各項驗算。主要包括拉索抗拉強度驗算，上、下錨板的抗拉、抗剪及最大主應(yīng)力強度驗算，螺栓的抗拉、抗剪及主應(yīng)力強度驗算。若某一項驗算不通過，則返回3)中修改相應(yīng)構(gòu)件的尺寸，直到所有的驗算都通過，并考慮一定的安全貯備，則得到該裝置的所有細部尺寸。
[0010]當(dāng)強震發(fā)生時，該系統(tǒng)允許梁體縱向在自由程內(nèi)進行滑移，以減小橋梁上部結(jié)構(gòu)地震力的輸入，當(dāng)墩梁縱向相對位移超過自由程后，拉索開始發(fā)揮作用，并能在變形較小的情況下限制梁體的進一步滑動，避免落梁、碰撞震害的發(fā)生，橫向在強震下的行為與縱向類似;對于平面線形不規(guī)則的橋梁(彎斜橋)，在強震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M行限制，因此當(dāng)扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo)致的墩梁縱向(橫向)相對位移超過相應(yīng)的限值后，該系統(tǒng)便可發(fā)揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉(zhuǎn);橋梁在正常運營情況下遭遇偶然的單側(cè)超載往往會導(dǎo)致梁體的翻轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)由于具有抗拔能力，當(dāng)將其對稱布置在梁體兩側(cè)時，可限制梁體的側(cè)向轉(zhuǎn)動，從而避免災(zāi)害的發(fā)生。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果在于:本系統(tǒng)構(gòu)造簡單，受力傳遞路徑明確，成本低廉，效果顯著。不但可以應(yīng)用到常規(guī)的直橋中，而且對于斜彎橋具有獨特的適用性?？傊摱嘞蛳尬患翱古は到y(tǒng)在經(jīng)濟性與效果性上達到了較好的平衡，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明整體俯視示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明在墩梁發(fā)生縱向相對位移時的運動示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明在墩梁發(fā)生橫向相對位移時的運動示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明在墩梁發(fā)生豎向相對扭轉(zhuǎn)時的運動示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明的工作流程。
[0017]圖中標(biāo)號:I上錨板;2拉索；3下錨板;4錨固螺栓孔;5彈簧;6為滑塊;7墩梁縱向相對位移;8橋面板;9該裝置初始位置;10該裝置發(fā)生相對運動后位置；11墩梁橫向相對位移；12墩梁扭轉(zhuǎn)相對位移。
【具體實施方式】
[0018]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)和有益效果，
【申請人】將在下面以實施例的方式結(jié)合附圖作詳細說明。
[0019]實施例1:當(dāng)墩梁發(fā)生縱向相對位移，如圖1、2所示。拉索2與上錨板I的相對滑動位移達到縱向初始松弛量7后，彈簧6被壓縮從而提供一個緩沖剛度，直至彈簧6達到最大壓縮量，拉索2被拉緊而開始提供剛度，由于拉索2的剛度很大，在拉索2拉伸量較小的情況下就可提供很大的恢復(fù)力，從而阻止上錨板I與下錨板3的進一步滑動，從而避免梁體7與相鄰聯(lián)(橋臺)的碰撞及落梁。
[0020]當(dāng)墩梁發(fā)生橫向相對位移，如圖1、3所示。上錨板I與下錨板3的橫向相對位移11達到拉索2的初始松弛量后，拉索2在橫向被拉緊而開始發(fā)揮作用，由于拉索2的剛度很大，在拉索2拉伸量較小的情況下就可以提供強大的橫向恢復(fù)力，從而限制梁體8與墩柱(橋臺)橫向相對位移，起到橫向限位的目的。
[0021]當(dāng)墩梁發(fā)生平面內(nèi)扭轉(zhuǎn)，如圖1/4所示。上錨板I與下錨板3的豎向扭轉(zhuǎn)相對位移12在縱、橫向的投影位移超過相應(yīng)的縱、橫向初始松弛量7、11其中之一后，該裝置開始發(fā)揮抗扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而限制墩梁進一步的扭轉(zhuǎn)位移。其他方向的限位與抗扭(縱向抗拉，橫向、縱向抗扭)不--列舉，與上述實施例中類似。
[0022]作為本發(fā)明實施例的一種變換，拉索可以采用其他類型鋼絲繩，上、下錨固板可以變化型式，也可以采用其他錨固方式。
[0023]作為本發(fā)明實施例的一種變換，該系統(tǒng)可與相應(yīng)的盆式、橡膠、球鋼等支座合二為一使用。
[0024]上述的對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，因此，本發(fā)明的保護范圍不僅僅局限于上述實施例，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實質(zhì)性的各種修改和改進，都應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多向限位及抗扭系統(tǒng)，包括上錨板(I)、下錨板(3)、滑塊(6)、彈簧(5)及拉索(2)，其特征在于:下錨板(3)底部開有凹槽，其底部兩側(cè)通過錨固螺栓與建筑物的預(yù)埋構(gòu)件錨固在一起，上錨板(I)頂部開有凹槽，凹槽內(nèi)放置有滑塊(6)，滑塊(6)能在上錨板(I)上來回滑動，滑塊6兩側(cè)設(shè)有彈簧(5)，彈簧(5) —端連接上錨板(I)的凹槽內(nèi)壁，另一端連接滑塊(6)—側(cè);滑塊(6)、上錨板(I)與下錨板(3)凹槽之間纏繞有若干圈拉索(2)，上錨板(I)與下錨板(3)之間存在間隙，使上錨板(I)與下錨板(3)之間能產(chǎn)生相對位移，上錨板(I)兩側(cè)通過錨固螺栓與梁體的預(yù)埋鋼構(gòu)件錨固在一起;當(dāng)上錨板(I)與下錨板(3)在相應(yīng)方位的相對位移超過其初始松弛量后，拉索(2)帶動滑塊(6)進而開始壓縮彈簧(5)，此后，當(dāng)彈簧(5)壓縮量達到最大值后，滑塊(6)相對上錨板(I)不再滑動，此時拉索(2)開始發(fā)揮作用，從而限制墩梁相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發(fā)生，彈簧(5)用于實現(xiàn)緩沖及震后上部結(jié)構(gòu)的自復(fù)位;在強震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動，往往引起落梁、碰撞震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M行限制，當(dāng)扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo)致的墩梁縱向或橫向相對位移超過相應(yīng)的限值后，該系統(tǒng)便可發(fā)揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述滑塊(6)頂部兩側(cè)設(shè)有凸塊，限制拉索(2)滑出滑塊(6)頂部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于上錨板(I)、下錨板(3)和滑塊(6)為軸對稱結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】E01D19/00GK106087703SQ201610438184
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】袁萬城, 郭軍軍, 黨新志, 劉亞賓, 李涵, 王建國
【申請人】同濟大學(xué)