一种功能分离式自复位减震桥梁论文和设计-石岩

全文摘要

一种功能分离式自复位减震桥梁，包括桥台、桥墩、主梁及桥台、桥墩处竖向支承主梁的滑动支座和连接主梁的水平自复位耗能减震体系。所述自复位耗能减震体系由自复位耗能阻尼器和加速度相关型锁定装置串联组成，在串联部位设置串联定位装置并固定于主梁底部，通过连接构件将自复位耗能减震体系与桥台、桥墩及主梁铰接；自复位耗能减震体系轴线与主梁轴线呈一定角度布置；加速度相关型锁定装置能够适应桥梁正常运营时的温度变形，地震发生时被瞬间激活，自复位耗能阻尼器开始工作；滑动支座和自复位耗能减震体系实现了竖向和水平向的功能分离。该发明能够有效限制地震作用下墩梁相对位移，减小桥墩地震损伤，确保桥梁结构震后恢复通车。

主设计要求

1.一种功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：桥台（1）、桥墩（2）、主梁（3）以及桥台（1）、桥墩（2）处竖向支承主梁的滑动支座（4）和连接主梁的自复位耗能减震体系（5）；自复位耗能减震体系（5）由自复位耗能阻尼器（7）、加速度相关型锁定装置（8）、串联定位装置（9）构成，串联定位装置（9）为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部的中点位置焊接连接构件（6），利用螺栓将自复位耗能阻尼器（7）与加速度相关型锁定装置（8）串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置（9），形成自复位耗能减震体系（5）；将连接好的自复位耗能减震体系（5）通过连接构件（6）与桥台（1）、桥墩（2）及主梁（3）铰接相连；自复位耗能减震体系（5）在梁底的布置形式按平行主梁（3）轴线沿桥梁纵向布置、垂直主梁（3）轴线沿桥梁横向布置或者与主梁（3）轴线成θ角布置，θ的取值范围为0°~90°。

设计方案

1.一种功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：桥台（1）、桥墩（2）、主梁（3）以及桥台（1）、桥墩（2）处竖向支承主梁的滑动支座（4）和连接主梁的自复位耗能减震体系（5）；自复位耗能减震体系（5）由自复位耗能阻尼器（7）、加速度相关型锁定装置（8）、串联定位装置（9）构成，串联定位装置（9）为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部的中点位置焊接连接构件（6），利用螺栓将自复位耗能阻尼器（7）与加速度相关型锁定装置（8）串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置（9），形成自复位耗能减震体系（5）；将连接好的自复位耗能减震体系（5）通过连接构件（6）与桥台（1）、桥墩（2）及主梁（3）铰接相连；自复位耗能减震体系（5）在梁底的布置形式按平行主梁（3）轴线沿桥梁纵向布置、垂直主梁（3）轴线沿桥梁横向布置或者与主梁（3）轴线成θ<\/i>角布置，θ<\/i>的取值范围为0°~90°。

2.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述自复位耗能减震体系（5）在桥梁纵向地震风险高于横向地震风险的情况下，自复位耗能减震体系（5）与主梁（3）轴线的夹角θ<\/i>取值在0°~45°范围内；所述自复位耗能减震体系（5）在桥梁横向地震风险高于桥梁纵向地震风险的情况下，自复位耗能减震体系（5）与主梁（3）轴线的夹角θ<\/i>取值在45°~90°范围内；所述自复位耗能减震体系（5）在桥梁纵、横向地震风险相当或者纵、横向地震风险不确定的情况下，自复位耗能减震体系（5）轴线与主梁（3）轴线呈45°夹角布置；其中2种比较典型情况θ<\/i>=0°和θ<\/i>=90°;θ<\/i>=0°表示只在桥梁结构的纵向布置自复位耗能减震体系（5），即平行主梁（3）轴线沿桥梁纵向布置自复位耗能减震体系（5）；θ<\/i>=90°表示只在桥梁的横向布置自复位耗能减震体系（5），即垂直主梁（3）轴线沿桥梁横向布置自复位耗能减震体系（5）。

3.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：自复位耗能减震体系（5）中的加速度相关型锁定装置（8）铰接于自复位耗能阻尼器（7）的端部，并在铰接部位设有防止串联体系横向失稳的串联定位装置（9），串联定位装置（9）为一圆柱形不锈钢钢筒，并在钢筒外部焊接连接构件（6），利用螺栓将连接构件（6）与主梁（3）底部相连。

4.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述自复位耗能减震体系（5）中的加速度相关型锁定装置（8）应选用在温度、收缩徐变作用下处于自由伸缩状态、不产生次内力，在地震动、高速活载状况下会被瞬间激活的锁定装置。

5.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述的自复位耗能减震体系（5）中的自复位耗能阻尼器（7）选用具有自复位和耗能特性的自复位摩擦阻尼器、自复位耗能支撑。

6.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述的滑动支座（4）采用板式橡胶支座或者聚四氟乙烯滑板式橡胶支座。

7.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述的桥墩（2）采用重力式钢筋混凝土实体桥墩；所述的桥台（1）采用重力式桥台。

8.根据权利要求1所述的功能分离式自复位减震桥梁，其特征在于：所述自复位耗能减震体系（5）设置在简支梁桥和连续梁的桥台（1）、桥墩（2）与主梁（3）之间；对于连续梁桥桥台处设置的自复位耗能减震体系（5）中的自复位耗能阻尼器（7）更换为耗能性阻尼器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁结构体系，具体涉及自复位耗能阻尼器、加速度相关型锁定装置、串联定位装置和滑动支座配合使用的功能分离式自复位减震桥梁。

背景技术

现有桥梁结构体系其抗震性能的提升，主要是通过设置减隔震支座和弹塑性挡块等减震措施来实现，采用这些减震措施的桥梁其梁体的地震位移响应较大，极易引起支座的破坏以及落梁等震害的发生。另外，这些传统的减震措施在震后主梁存在很大的残余位移，不能使桥梁结构体系恢复到初始的状态，很难满足震后应急运营等要求。为此，借鉴日本及我国台湾省高铁桥梁中采用的“功能分离”抗震设计理念，提出一种功能分离式自复位减震桥梁，自复位减震桥梁主要是通过滑动支座来承担主梁的竖向荷载，通过自复位耗能减震体系控制主梁的水平位移，从而实现竖向和水平向的功能分离。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种功能分离式自复位减震桥梁。

本实用新型是一种功能分离式自复位减震桥梁，桥台1、桥墩2、主梁3以及桥台1、桥墩2处竖向支承主梁的滑动支座4和连接主梁的自复位耗能减震体系5；自复位耗能减震体系5由自复位耗能阻尼器7、加速度相关型锁定装置8、串联定位装置9构成，串联定位装置9为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部的中点位置焊接连接构件6，利用螺栓将自复位耗能阻尼器7与加速度相关型锁定装置8串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置9，形成自复位耗能减震体系5；将连接好的自复位耗能减震体系5通过连接构件6与桥台1、桥墩2及主梁3铰接相连；自复位耗能减震体系5在梁底的布置形式按平行主梁3轴线沿桥梁纵向布置、垂直主梁3轴线沿桥梁横向布置或者与主梁3轴线成一定的夹角θ<\/i>布置，θ<\/i>的取值范围为0°~90°。

本实用新型的有益之处是：1）在温度、收缩、徐变作用下，通过滑动支座满足正常使用的小变形要求。2）车辆、风、地震等活载作用下，加速度相关型锁定装置瞬间被激活，使其力学特性由柔性变为刚性，以确保墩（台）梁间的变形和耗能全有自复位耗能减震体系承担，从而减小桥墩的地震损伤。3）对于连续梁结构体系，各个桥墩协同受力，共同承担地震力。4）通过自复位耗能阻尼器耗散地震输入结构的能量，减小桥梁结构的地震损伤，实现桥梁结构的震后功能可恢复性，以满足震后的应急运营等要求。

附图说明

图1为本实用新型的功能分离式自复位减震桥梁体系的结构示意图，图2为功能分离式自复位减震桥梁中主梁与桥台间布置2根自复位耗能减震体系的结构示意图，图3、图4为功能分离式自复位减震桥梁中主梁与桥墩间多根自复位耗能减震体系布置结构示意图。附图标记及对应名称为：1、桥台，2、桥墩，3、主梁，4、滑动支座，5、自复位耗能减震体系，6、连接构件，7、自复位耗能阻尼器，8、加速度相关型锁定装置，9、串联定位装置。

具体实施方式

如图1~图4所示，本实用新型是一种功能分离式自复位减震桥梁，桥台1、桥墩2、主梁3以及桥台1、桥墩2处竖向支承主梁的滑动支座4和连接主梁的自复位耗能减震体系5；自复位耗能减震体系5由自复位耗能阻尼器7、加速度相关型锁定装置8、串联定位装置9构成，串联定位装置9为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部的中点位置焊接连接构件6，利用螺栓将自复位耗能阻尼器7与加速度相关型锁定装置8串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置9，形成自复位耗能减震体系5；将连接好的自复位耗能减震体系5通过连接构件6与桥台1、桥墩2及主梁3铰接相连；自复位耗能减震体系5在梁底的布置形式按平行主梁3轴线沿桥梁纵向布置、垂直主梁3轴线沿桥梁横向布置或者与主梁3轴线成一定的夹角θ<\/i>布置，θ<\/i>的取值范围为0°~90°。

本实用新型涉及自复位耗能阻尼器、加速度相关型锁定装置、串联定位装置和滑动支座配合使用的功能分离式自复位减震桥梁，不仅能适应梁体在温度、收缩、徐变作用下的自由收缩，而且能够有效限制地震作用下墩梁相对位移，减小桥梁结构损伤。对于连续梁桥结构体系，功能分离式自复位减震桥梁使得连续梁桥的固定墩和活动墩协同受力，避免固定墩单独受力。同时，通过自复位耗能减震体系使得桥梁结构恢复至初始状态，满足桥梁结构震后尽快恢复通车。该实用新型适用于新建桥梁的抗震和减隔震设计措施和既有桥梁的抗震加固。

如图1~图4所示，所述桥梁体系的纵向地震风险高于横向地震风险的情况下，自复位耗能减震体系5与主梁3轴线的夹角θ<\/i>取值在0°~45°范围内；所述桥梁体系的横向地震风险高于桥梁纵向地震风险的情况下，自复位耗能减震体系5与主梁3轴线的夹角θ<\/i>取值在45°~90°范围内；所述桥梁体系的纵、横向地震风险相当或者纵、横向地震风险不确定的情况下，自复位耗能减震体系5轴线5与主梁3轴线呈45°夹角布置；其中几种比较典型情况如下：θ<\/i>=0°表示只在桥梁结构的纵向布置自复位耗能减震体系5，即平行主梁3轴线沿桥梁纵向布置自复位耗能减震体系5；θ<\/i>=90°表示只在桥梁的横向布置自复位耗能减震体系5，即垂直主梁3轴线沿桥梁横向布置自复位耗能减震体系5。

如图1~图4所示，自复位耗能减震体系5中的加速度相关型锁定装置8铰接于自复位耗能阻尼器7的端部，并在铰接部位设有防止串联体系横向失稳的串联定位装置9，串联定位装置9为一圆柱形不锈钢钢筒，并在钢筒外部焊接连接构件6，利用螺栓将连接构件6与主梁3底部相连。

如图1~图4所示，所述自复位耗能减震体系5中的加速度相关型锁定装置8应选用在温度、收缩徐变作用下处于自由伸缩状态、不产生次内力，在地震动、高速活载状况下会被瞬间激活的锁定装置。

如图1~图4所示，所述的自复位耗能减震体系5中的自复位耗能阻尼器7选用具有自复位和耗能特性的自复位摩擦阻尼器、自复位耗能支撑。

如图1~图4所示，所述的滑动支座4采用板式橡胶支座或者聚四氟乙烯滑板式橡胶支座。

如图1~图4所示，所述的桥墩2采用重力式钢筋混凝土实体桥墩；所述的桥台1采用重力式桥台。

如图1~图4所示，所述结构体系为简支梁桥和连续梁桥体系；对于连续梁桥桥台处设置的自复位耗能减震体系5中的自复位耗能阻尼器7可更换为耗能性阻尼器。

本实用新型的功能分离式自复位减震桥梁的安装方法，其步骤为：

（1）自复位耗能减震体系：根据设计要求选取自复位耗能阻尼器7、加速度锁定装置8、串联定位装置9；利用螺栓将自复位耗能阻尼器7与加速度相关型锁定装置8串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置9，形成自复位耗能减震体系5；

（2）连接构件6：根据桥梁结构纵、横向地震风险的差异性，确定自复位耗能减震体系5在主梁3与桥墩2或台上的布置位置，根据设计要求用钢材制作连接构件6，并利用高强螺栓在桥台1、桥墩2、主梁3的布置位置处安装连接构件6；

（3）整体装配：利用螺栓将自复位耗能减震体系5与桥台1、桥墩2、主梁3处的连接构件6相连，利用螺栓将串联定位装置9外焊接的连接构件6与主梁3底部相连。

如图1所示的自复位耗能阻尼器7、加速度相关型锁定装置8、串联定位装置9和滑动支座4配合使用的功能分离式自复位减震桥梁，包括：桥台1、桥墩2、主梁3以及桥台1、桥墩2处竖向支承主梁的滑动支座4和连接主梁的水平自复位耗能减震体系5。自复位耗能减震体系5由自复位耗能阻尼器7、加速度相关型锁定装置8和串联定位装置9构成，串联定位装置9为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部的中点位置焊接连接构件6，利用螺栓将自复位耗能阻尼器7和加速度相关型锁定装置8串联在一起，并在串联部位外套串联定位装置9，形成自复位减震体系5；将连接好的自复位减震体系5通过连接构件6与桥台1、桥墩2、主梁3铰接相连。自复位耗能减震体系5在梁底的布置形式按平行主梁3轴线沿桥梁纵向布置、垂直主梁3轴线沿桥梁横向布置或者与主梁3轴线成一定的夹角θ<\/i>布置，θ<\/i>的取值范围为0°~90°。

采用上述自复位耗能阻尼器7、加速度相关型锁定装置8、串联定位装置9和滑动支座4配合使用的功能分离式自复位减震桥梁，能够有效限制地震作用下墩梁相对位移，减小桥墩2的地震损伤，使桥墩2处于弹性状态。另外，自复位耗能减震体系5可以控制残余位移，实现桥梁结构震后的功能可恢复性。

桥台1、桥墩2和主梁3之间设置用于耗散地震能量和限制主梁3位移的自复位耗能减震体系5。其中自复位耗能阻尼器7用于耗散地震能量减小下部结构传递给上部结构的地震力，限制主梁产生过大的纵、横向位移，且震后能够减小甚至消除主梁3的纵、横向移位，使桥梁结构恢复到初始的状态，有利于桥梁结构震后尽快恢复通车。

在自复位耗能阻尼器7的端部铰接加速度锁定装置8，该装置在温度、收缩徐变作用下处于自由伸缩状态，在地震动、高速活载等加速度下会被瞬间激活，使其力学特性由柔性变为刚性，从而保证主梁3和桥墩2(台)间的变形和耗能全由自复位耗能减震体系5来承担。

自复位耗能阻尼器7与加速度相关型锁定装置8铰接处设置用于定位、防止自复位减震体系横向失稳的串联定位装置9，串联定位装置9为一圆形不锈钢钢筒，钢筒外部中点位置焊接连接构件6。

滑动支座4采用板式橡胶支座或者聚四氟乙烯板式橡胶支座，主要用于承担主梁的竖向荷载，且不产生竖向荷载。

自复位耗能减震体系5在梁底的布置方式：根据桥梁结构纵、横向地震风险的差异性，确定自复位耗能减震体系5与主梁3轴线夹角θ<\/i>的大小；当桥梁纵向地震风险较高时，自复位耗能减震体系5与主梁3轴线的夹角在0°~45°范围内；当桥梁横向地震风险较高时，自复位耗能减震体系5与主梁3轴线的夹角在45°~90°范围内；当纵、横向地震风险基本相当或者纵、横向地震风险不确定时，自复位耗能减震体系5轴线与主梁3轴线呈45°布置。

所述的自复位耗能减震体系5的数量可依据桥梁抗震及减隔震设计计算确定，当自复位耗能减震体系5的数量为2个时，自复位耗能减震体系5在桥台、桥墩与主梁间斜向布置，如图2、图3所示；当自复位耗能减震体系5的数量超过2个时，自复位耗能减震体系在桥梁结构的横向按折线型布置，如图4所示。

自复位耗能减震体系5与桥台1、桥墩2、主梁3的连接方式，因其对象（新建桥梁结构或者既有桥梁结构）不同而不同：

第一、对于新建桥梁，其特征是先在桥台1、桥墩2、主梁3处预埋连接构件6，再通过螺栓将自复位耗能减震体系5与预埋件连接构件6采用铰接的方式连接，保证其在罕遇地震下不发生滑移或拔出等破坏。

第二、对于既有桥梁，其特征是先在既有桥台1、桥墩2、主梁3处安装连接构件6，再通过螺栓将自复位耗能减震体系5与连接构件6相连，保证其在罕遇地震下不发生滑移或拔出等破坏。

采用本实用新型提出的含自复位耗能阻尼器、加速度相关型锁定装置、串联定位装置和滑动支座配合使用的功能分离式自复位减震桥梁，可有效地提高了桥梁结构的双向抗震能力，达到在罕遇地震后桥梁可恢复至初始状态、满足应急运营等要求，即本实用新型可用于新建桥梁抗震设计或既有桥梁的抗震加固。

综上所述，尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图