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(shí)現(xiàn)強(qiáng)震及正常運(yùn)營偶然作用下橋梁墩梁各個(gè)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(shí)現(xiàn)橫向自由移動(dòng)，通過上錨板的自由程實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng)。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(jìn)一步相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發(fā)生，同時(shí)采用彈簧可實(shí)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(qiáng)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(yùn)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(yùn)營及地震作用下實(shí)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(diǎn)的橋梁往往在強(qiáng)震中發(fā)生落梁、碰撞等震害，這給震后救援車輛的及時(shí)通行帶來很大的困難。同時(shí)，橋梁在運(yùn)營過程中由于超載、設(shè)計(jì)等原因，梁體翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體垮塌的事故報(bào)道屢見不鮮:2012年哈爾濱機(jī)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(yùn)營中出現(xiàn)的偶然狀況，在橋梁設(shè)計(jì)中并不能完全考慮到，同時(shí)按最不利情況設(shè)計(jì)也是不經(jīng)濟(jì)的。
[0003]針對上述問題，專家及學(xué)者們進(jìn)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(shí)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(dòng)能夠釋放、而豎向與縱向的轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)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(shí)現(xiàn)橋梁在地震及運(yùn)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(dá)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(dòng)，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(dòng)滑塊6進(jìn)而開始壓縮彈簧5，此后，當(dāng)彈簧5壓縮量達(dá)到最大值后，滑塊6相對上錨板I不再滑動(dòng)，此時(shí)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(shí)現(xiàn)緩沖及震后上部結(jié)構(gòu)的自復(fù)位;在強(qiáng)震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動(dòng)，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個(gè)方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M(jìn)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(jìn)一步扭轉(zhuǎn);橋梁在正常運(yùn)營情況下遭遇偶然的單側(cè)超載往往會(huì)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(shí)，可限制梁體的側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)的流程為:
1)根據(jù)實(shí)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(shí)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(dòng)力計(jì)算模型中，計(jì)算結(jié)構(gòu)的各個(gè)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(jìn)行下一步計(jì)算，否則返回I)中重新假定初始剛度，并進(jìn)行計(jì)算，直到各個(gè)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(jì)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(gè)數(shù)及孔徑進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)；
4)對3)中初步設(shè)計(jì)好的裝置進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算。主要包括拉索抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算，上、下錨板的抗拉、抗剪及最大主應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算，螺栓的抗拉、抗剪及主應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。若某一項(xiàng)驗(yàn)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(yàn)算都通過，并考慮一定的安全貯備，則得到該裝置的所有細(xì)部尺寸。
[0010]當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)允許梁體縱向在自由程內(nèi)進(jìn)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(jìn)一步滑動(dòng)，避免落梁、碰撞震害的發(fā)生，橫向在強(qiáng)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(qiáng)震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動(dòng)，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個(gè)方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M(jìn)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(jìn)一步扭轉(zhuǎn);橋梁在正常運(yùn)營情況下遭遇偶然的單側(cè)超載往往會(huì)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(shí)，可限制梁體的側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dú)特的適用性?？傊?，該多向限位及抗扭系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性與效果性上達(dá)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(shí)的運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明在墩梁發(fā)生橫向相對位移時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(shí)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)質(zhì)和有益效果，
【申請人】將在下面以實(shí)施例的方式結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)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(dòng)位移達(dá)到縱向初始松弛量7后，彈簧6被壓縮從而提供一個(gè)緩沖剛度，直至彈簧6達(dá)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(jìn)一步滑動(dòng)，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(dá)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(qiáng)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(jìn)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(shí)施例中類似。
[0022]作為本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)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(hù)范圍不僅僅局限于上述實(shí)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(shí)質(zhì)性的各種修改和改進(jìn)，都應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(dòng)，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(dòng)滑塊(6)進(jìn)而開始壓縮彈簧(5)，此后，當(dāng)彈簧(5)壓縮量達(dá)到最大值后，滑塊(6)相對上錨板(I)不再滑動(dòng)，此時(shí)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(shí)現(xiàn)緩沖及震后上部結(jié)構(gòu)的自復(fù)位;在強(qiáng)震作用下，梁體往往發(fā)生繞豎向的轉(zhuǎn)動(dòng)，往往引起落梁、碰撞震害，由于該裝置能在縱、橫兩個(gè)方向?qū)Χ樟合鄬ξ灰七M(jìn)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(jìn)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(jì)大學(xué)