一种多重缓冲三向限位型桥梁抗震挡块结构
技术领域
本发明涉及桥梁防震技术领域，尤其涉及一种多重缓冲三向限位型桥梁抗震挡块结构。
背景技术
在未来的发展趋势下，我国的公路体系必将不断完善，而为了应对特殊环境和保护公路沿经地的环境，节省部分土地资源，提高空间的利用率，桥梁便成了必要的选择，在未来的公路建造过程中，桥梁的需求也将越发的巨大，对桥梁的要求也愈发的提高，此外，由于我国的建造的部分桥梁位于环太平洋火山地震带和欧亚地震带上，一旦发生地震，导致桥梁的损伤，不仅会造成巨大的经济损失，还会导致道路断裂使交通瘫痪，还会蒙受更大的间接损失。于此，开展桥梁抗震，减震技术及装置的研究是极为必要的，经过调查发现桥梁受震导致的损坏主要有以下几种：桥梁与活动支座产生较大的相对位移导致支座损坏，梁体与桥墩之间产生较大的位移引起桥梁发生顺桥向或者横桥向的落梁损坏，对于存在伸缩缝的桥梁导致的伸缩缝两端的梁体发生直接碰撞导致的桥梁主体的损坏且由于碰撞将碰撞力的效应传到桥墩底部，引起桥梁底部的损坏，同时也会导致伸缩缝的扩张使交通进一步瘫痪，并加大了桥梁的修复难度，由于地震波会引发桥梁的较大的竖向位移，会导致上部梁体脱离支座，不仅会导致桥梁翘曲损坏，还会导致支座与梁体发生剧烈的竖向碰撞，导致两者都发生损坏。
桥梁的损坏大致上有以上几种，但是经过调查发现，目前我国主流的桥梁设计方案为在横桥的方向上设置两个钢筋混凝土挡块，以此来限制桥梁在地震中的横桥向位移，但是此设计忽略了桥梁与活动支座的相对位移导致的支座损坏，桥梁与钢筋混凝土挡块发生刚性碰撞导致碰撞力传导至桥墩引起桥墩损害等损坏，地震对桥梁产生位移与力是复杂多变的，仅仅考虑一种情况是没有办法保证桥梁主体在地震中能够保持相对完整性。因此，需要一种装置，能够在横桥向，顺桥向，竖向，三向同时起到限制位移的作用，且能够通过自身特性将桥梁与钢筋混凝土挡块发生的刚性碰撞转换为能够损耗能量的弹性或者塑性碰撞，以此来解决，桥梁与活动支座产生较大的相对位移导致支座损坏，梁体与桥墩之间产生较大的位移引起桥梁发生顺桥向或者横桥向的落梁损坏，对于存在伸缩缝的桥梁导致的伸缩缝两端的梁体发生直接碰撞导致的桥梁主体的损坏且由于碰撞将碰撞力的效应传到桥墩底部使桥梁底部损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多重缓冲三向限位型桥梁抗震挡块结构，通过顺桥向与竖向的钢弹簧和高塑性碳素钢来消耗地震中顺桥向与竖向的能量，保证桥梁在顺桥向与竖向的损坏处于可接受范围内，通过横桥向的阻尼器与高塑性碳素钢，限制并消耗横桥向的地震的能量，确保不会对桥墩造成伤害，且由于钢弹簧的存在，此装置在震后拥有一定的结构自动复原能力，减小修复的难度。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种多重缓冲三向限位型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿组件、工字型中空钢、S型塑性碳素钢、阻尼器、钢弹簧、中空六棱柱和矩形钢块，所述钢牛腿组件固定于桥墩的侧壁上方，所述工字型中空钢呈“工”字型结构，其顶部固定于主梁的底部，其底部固定于所述钢牛腿组件的顶部，所述工字型中空钢的前壁上形成用于放置所述S型塑形碳素钢的方形孔；所述S型塑形碳素钢呈“S”型结构，其两个孔洞的轴心设有横截面呈正六边形的中空六棱柱，所述中空六棱柱的六个外壁均与钢弹簧的一端相连，所述钢弹簧的另一端与所述S型塑形碳素钢的侧壁或所述工字型中空钢上方形孔的内壁相连；所述工字型中空钢的前方和后方设有分别固定于所述主梁底部和钢牛腿组件顶部的矩形钢块，所述矩形钢块与所述中空六棱柱之间通过阻尼器相连。
所述S型塑形碳素钢的顶部与底部均与所述工字型中空钢上方形孔的顶部和底部顶紧接触；两者的厚度相同。
所述阻尼器包括阻尼器连接钢块、高性能缓冲板、阻尼器矩形挡块、半弓字型钢块、圆环形碳素钢、阻尼器主体，两个所述阻尼器矩形挡块和两个半弓字型钢块的一端焊接于所述阻尼器连接钢块的内壁上围成用于放置所述圆环形碳素钢的空腔，所述高性能缓冲板设置于所述空腔的底部，所述圆环形碳素钢的内圈用于所述阻尼器主体的两端插入。
所述S型塑形碳素钢的孔洞设有沿着其轴心设置的两个或多个中空六棱柱。
所述中空六棱柱的一端端面上形成用于放置阻尼器连接钢块的凹槽，外侧的所述中空六棱柱与所述矩形钢板之间通过阻尼器连接，相邻所述中空六棱柱之间通过连接碳素钢或阻尼器相连。
所述钢牛腿组件包括钢牛腿顶板、钢牛腿腹板、钢牛腿底板以及钢牛腿侧板，所述钢牛腿侧板通过钢牛腿螺栓固定于所述桥墩的侧壁上方，所述钢牛腿顶板和钢牛腿底板平行设置分别固定于所述钢牛腿侧板的顶部与底部，所述钢牛腿腹板固定于所述钢牛腿顶板和钢牛腿底板之间。
所述矩形钢块包括顶部固定于所述主梁底部上矩形钢块和底部固定于所述钢牛腿顶板上的下矩形钢块；所述上矩形钢块与下矩形钢块之间设有间隙。
本发明的有益效果在于：
1：本发明能够有效的限制桥梁在横桥向，顺桥向，竖向发生较大的位移，防止发生落梁损坏，减小桥梁梁体之间发生碰撞的可能性，有效的保护了伸缩缝与桥墩底部；
2：此装置可以在桥墩顶部一个侧面进行多个装置的布置，于整个桥梁而言，装置的位置分散，数量多，可以有效的减少作用在每一个装置上的地震力，减小对本装置的损坏；
3：本装置含有阻尼器，高性能缓冲材料，低屈服的碳素钢，钢弹簧，能够有效的将地震能量转换为弹性势能，热能，极大的保护了桥梁主体结构；
4：同时本装置因为钢弹簧与阻尼器而具有一定的自我复原能力，能够保证在中小地震的情况桥梁不会出现损坏难以修复的现象，能够加快在大地震中桥梁损坏后的修复进程；
5：本装置采用的钢材绝大部分为低屈服的碳素钢，易产生塑性变形，能够在一定程度上用挡块主体的结构破坏来减小地震对桥梁主体结构的损坏，确保桥梁在地震中不会受到较大的损坏；
6：本装置具有材料价格合适，施工方便，适用于绝大多数桥梁，容易进行检修与换置部件等优点。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的右视图；
图3为本发明中阻尼器的结构示意图；
图4为本发明多个中空六棱柱的连接示意图。
在图中：1、钢牛腿组件，2、工字型中空钢，3、S型塑性碳素钢，4、阻尼器，5、钢弹簧，6、中空六棱柱，7、矩形钢块，9、连接碳素钢，10、阻尼器连接钢块，11、高性能缓冲板，12、阻尼器矩形挡块，13、半弓字型钢块，14、圆环形碳素钢，15、阻尼器主体，16、钢牛腿顶板，17、钢牛腿腹板，18、钢牛腿底板，19、钢牛腿侧板，20、主梁，21、桥墩。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明：
请参阅图1-4，
本发明公开了一种多重缓冲三向限位型桥梁抗震挡块结构，包括钢牛腿组件1、工字型中空钢2、S型塑性碳素钢3、阻尼器4、钢弹簧5、中空六棱柱6和矩形钢块7，所述钢牛腿组件1固定于桥墩21的侧壁上方，所述工字型中空钢2呈“工”字型结构，其顶部固定于主梁20的底部，其底部固定于所述钢牛腿组件1的顶部，所述工字型中空钢2的前壁上形成用于放置所述S型塑形碳素钢3的方形孔；所述S型塑形碳素钢3呈“S”型结构，其两个孔洞的轴心设有横截面呈正六边形的中空六棱柱6，所述中空六棱柱6的六个外壁均与钢弹簧5的一端相连，所述钢弹簧5的另一端与所述S型塑形碳素钢3的侧壁或所述工字型中空钢2上方形孔的内壁相连；所述工字型中空钢2的前方和后方设有分别固定于所述主梁20底部和钢牛腿组件1顶部的矩形钢块7，所述矩形钢块7与所述中空六棱柱6之间通过阻尼器4相连。
所述S型塑形碳素钢3的顶部与底部均与所述工字型中空钢2上方形孔的顶部和底部顶紧接触；两者的厚度相同，S型塑性碳素钢3与工字中空钢2具有相同的厚度，多个中空六棱柱6与连接碳素钢9和阻尼器4组成的整体的总厚度应低于S型塑性碳素钢3，需预留出安装在中空六棱柱6与矩形钢块7之间的阻尼器4的空间。
所述阻尼器4包括阻尼器连接钢块10、高性能缓冲板11、阻尼器矩形挡块12、半弓字型钢块13、圆环形碳素钢14、阻尼器主体15，两个所述阻尼器矩形挡块12和两个半弓字型钢块13的一端焊接于所述阻尼器连接钢块10的内壁上围成用于放置所述圆环形碳素钢14的空腔，所述高性能缓冲板11设置于所述空腔的底部，所述圆环形碳素钢14的内圈用于所述阻尼器主体15的两端插入。
所述S型塑形碳素钢3的孔洞设有沿着其轴心设置的两个或多个中空六棱柱6；所述中空六棱柱6的一端端面上形成用于放置阻尼器连接钢块10的凹槽，外侧的所述中空六棱柱6与所述矩形钢板7之间通过阻尼器4连接，相邻所述中空六棱柱6之间通过连接碳素钢9或阻尼器4相连；相邻中空六棱柱6有底面之间通过连接碳素钢9来连接，中空六棱柱6无底面则通过固定于中间凹槽的阻尼器4进行连接，位于最外侧的中空六棱柱6通过凹槽固定与阻尼器4的一端连接，阻尼器4的另一端与矩形钢块7进行焊接。
所述钢牛腿组件1包括钢牛腿顶板16、钢牛腿腹板17、钢牛腿底板18以及钢牛腿侧板19，所述钢牛腿侧板19通过钢牛腿螺栓固定于所述桥墩21的侧壁上方，所述钢牛腿顶板16和钢牛腿底板18平行设置分别固定于所述钢牛腿侧板19的顶部与底部，所述钢牛腿腹板17固定于所述钢牛腿顶板16和钢牛腿底板18之间。
所述矩形钢块7包括顶部固定于所述主梁20底部上矩形钢块和底部固定于所述钢牛腿顶板16上的下矩形钢块；所述上矩形钢块与下矩形钢块之间设有间隙。
钢牛腿组件1通过预埋钢板与螺栓固定在桥梁支座附近的桥墩21侧壁上方，工字型中空钢2下部通过焊接固定在钢牛腿顶板16上，工字型中空钢2上部焊接固定在桥的主梁20的底部，矩形钢块7中线与钢牛腿顶板16长边的中线相对，且矩形钢块7与钢牛腿顶板16的焊接处应与钢牛腿顶板16两侧预留一定的距离，矩形钢块7与工字中空钢2保证无缝安装；工字型中空钢2通过阻尼器4与中空六棱柱6连接从而与挡块块体形成连接，工字型中空钢块2的两侧均有若干的螺栓孔，所述的工字型中空钢块2下部通过螺栓固定于钢牛腿顶板16，工字型中空钢2上部通过螺栓与主梁20底部的预埋钢板进行固定，中空六棱柱6的底部保留部分厚度，且中空六棱钢6的中空部分尺寸满足安装阻尼器钢块10的要求，多个中空六棱柱6有底面之间通过连接碳素钢9来连接，中空六棱柱6无底面则通过固定于中间凹槽的阻尼器4进行连接，位于最外侧的中空六棱柱6通过凹槽固定与4阻尼器一端连接，中空六棱柱6的六个侧面分别与长度特定的钢弹簧5连接，部分钢弹簧5与S型塑性碳素钢3相连接，部分钢弹簧5与工字中空钢2连接，S型塑性碳素钢3尺寸与工字中空钢2的内部中空尺寸相符合，先将S型塑性碳素钢3与钢弹簧5连接完成再把S型塑性碳素钢3放入工字中空钢2内部，放置完成再进行钢弹簧5与工字型中空钢2进行连接，钢弹簧5与工字型中空钢2的内壁连接时需保证钢弹簧处于轻微的拉伸状态，中空六棱柱6应处于 S型塑性碳素钢3的孔洞中心处，最外侧的中空六棱柱6通过凹槽固定阻尼器4的一端，阻尼器4的另一端通过焊接与矩形钢块7进行连接，阻尼器钢块10应与矩形钢块7处于同一个中心，且阻尼器钢块10的尺寸应略小于矩形钢块7，预留出足够的空间。
本发明的阻尼器的结构包括阻尼器钢块10，高性能缓冲板11，阻尼器矩形挡块12，半弓型钢块13，圆环形碳素钢14，阻尼器主体15，其中阻尼器挡块12先焊接在阻尼器钢块10上，再放入设计尺寸的圆环形碳素钢14与高性能缓冲材料11，再将半弓型碳素钢13焊接至阻尼器钢块10形成阻隔结构并确保预留了一定的圆环形碳素钢14的运动空间，再重复以上构建另一端，在安装完阻尼器一端时允许将阻尼器主体15放置预留的圆环形碳素钢14的内圆中，在进行另一部分安装。所述阻尼器在受到横桥向的地震力时环形碳素钢14将会与高性能缓冲板11发生碰撞，将钢材的刚性碰撞转换为弹塑性碰撞，从而消减部分地震能量，且阻尼器主体15采用低屈服的碳素钢，能够在发生碰撞时通过发生塑性变形来损耗地震的能量保证装置主体结构的基本完整，延长阻尼器使用寿命，且本装置中阻尼器多数使用，能够有效的减少作用在每一个阻尼器上的地震力，保证装置的连接性不会受到破坏。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
