一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块
技术领域
本发明属于桥梁抗震技术设计领域，具体涉及一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块。
背景技术
近年来我国桥梁工程技术飞速发展，已逐渐跻身进入世界桥梁工程技术大国。桥梁建设工程对于社会发展的意义是重大的，它是人类赖以运输通行的一个重要交通体系的组成部分。但是我国处于多个地震带之间，是一个地震较多的国家，每一次的地震发生都会对国家和地区的经济产生严重影响。而桥梁作为交通运输和通行的枢纽，它是地震发生之后的生命通道，如果桥梁结构因为地震的作用而造成重大的破坏，像梁体与桥墩分离、支座破坏、落梁现象等，不仅会造成重大的经济损伤，更为重要的是影响了外界的救援速度，对地震中的人们的生命健康安全造成威胁。我国为了避免地震时桥梁容易倒塌的事件发生，通常在桥墩盖梁顶部两侧安装钢筋混凝土挡块，能在一定限度上限制桥梁横桥上的相对位移，但这种挡块受到撞击时容易造成损坏，且对顺桥向方向位移约束作用不大。我们需要从各个方面入手来提高桥梁的防倒塌性能和抗震性能，在地震到来时消耗地震输入的能量。
基于此，我们提出一种新的桥梁抗震挡块，即一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块，在地震发生时能限制顺桥向的过大位移，防止发生落梁现象，并且尽可能消耗地震输入的能量，减小桥梁整体的损伤程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块，这种抗震挡块能够能够限制梁体和桥墩之间顺桥向的过大位移，防止发生落梁现象，依靠缓冲耗能装置的压缩和拉伸形变缓冲并消耗一部分地震输入的能量，通过扭转弹簧的扭转变形和碰撞橡胶的碰撞变形来吸收地震的能量，尽可能减小桥梁的损伤程度，并且地震过后随着缓冲耗能装置和扭转弹簧的恢复作用增强，挡块能复位到原来的形态继续工作。
为实现上述目的，本发明公开了一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块，包括钢牛腿、转动构件、缓冲耗能装置、钢挡板和碰撞橡胶，所述钢牛腿通过钢牛腿螺栓固定在桥墩侧壁上方，所述转动构件通过转动铰支座固定安装在主梁的底部，所述缓冲耗能装置固定连接在转动构件内部的两侧，所述钢挡板通过钢挡板螺栓固定安装在钢牛腿上部，所述钢挡板位于转动构件两侧，所述碰撞橡胶固定连接在转动构件外部的两侧。
所述钢牛腿包括钢牛腿顶板、钢牛腿侧板、钢牛腿腹板和钢牛腿底板。所述钢牛腿侧板通过若干钢牛腿螺栓固定连接在桥墩侧壁，所述钢牛腿顶板和钢牛腿底板水平设于钢牛腿侧板一侧，且在二者之间竖直设置两块平行的钢牛腿腹板，所述钢牛腿腹板连接在钢牛腿侧板一侧。
所述转动构件包括顶板、转动铰支座、第一竖钢板、第二竖钢板、横钢板和扭转弹簧。所述顶板通过顶板螺栓固定安装在主梁的下部，所述转动铰支座焊接在所述顶板下部；所述第一竖钢板和第二竖钢板上端分别固定有三个等间距的上销头，下端分别固定有两个下销头；所述横钢板两端分别固定有两组挖孔铰钢片；所述第一竖钢板和第二竖钢板下端与所述横钢板两端均设有一处开口，所述扭转弹簧的臂端插入开口中；所述第一竖钢板和第二竖钢板通过上销头与转动铰支座铰接相连，所述横钢板与第一竖钢板和第二竖钢板通过挖孔铰钢片与下销头铰接相连；所述横钢板两端与第一竖钢板和第二竖钢板的下端留有一定间隙便于转动。
所述第一竖钢板和第二竖钢板与横钢板之间设置了四组缓冲耗能装置，所述缓冲耗能装置包括钢弹簧、限位杆和橡胶挡块，所述钢弹簧一端连接在横钢板上，另一端与第一竖钢板和第二竖钢板的内壁中部相连，所述限位杆套装于所述钢弹簧（17）的内部，其底端焊接在横钢板上部，所述橡胶挡块设置在限位杆顶端。
所述钢挡板包括钢挡板底板、钢挡板侧板和钢挡板腹板。所述钢挡板底板通过若干钢挡板螺栓固定安装在钢牛腿顶板上，所述钢挡板侧板竖直固定在钢挡板底板上表面边缘处，在所述钢挡板底板和所述钢挡板侧板之间设置有一块钢挡板腹板，且所述钢挡板腹板纵截面为三角形。
所述碰撞橡胶设置在第一竖钢板和第二竖钢板的外侧壁上，所述碰撞橡胶的纵截面为圆弧形状，所述碰撞橡胶所用材料为撞击缓冲性能较好的橡胶材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）缓冲耗能装置由钢弹簧、限位杆和橡胶挡块组成，钢弹簧能够有效缓冲转动构件转动产生的力，限位杆能够限制转动构件的转动距离和钢弹簧的形变距离，并且在限位杆顶端设置一块橡胶挡块能够防止转动构件因与限位杆碰撞造成损坏。
2）转动构件内部设置有扭转弹簧，当转动构件因横桥向的位移而发生转动时，扭转弹簧能够在一定限度上抵抗这种转动，消耗一部分地震输入的能量。
3）碰撞橡胶采用撞击缓冲性能较好的橡胶材料，在与两侧钢挡板进行碰撞过程中具有较好的缓冲作用，能够有效消耗地震的能量，并且限制桥梁顺桥向的过大位移。
4）抗震挡块整体上具有一定的复位功能。
5）本发明结构简单，制作简便，抗震效果良好。
附图说明
图1为本发明的顺桥向结构示意图；
图2为本发明的顺桥向整体布置图；
图3为本发明的整体三维结构示意图；
图4为本发明的转动构件结构示意图；
图5为本发明缓冲耗能装置结构示意图。
图中：1钢牛腿，2转动构件，3缓冲耗能装置，4钢挡板，5碰撞橡胶，6顶板，7转动铰支座，8上销头，9下销头，10第一竖钢板，11第二竖钢板，12横钢板，14顶板螺栓，15挖孔铰钢片，16开口，17钢弹簧，18限位杆，19橡胶挡块，20钢挡板底板，21钢挡板侧板，22钢挡板腹板，23钢挡板螺栓，24钢牛腿顶板，25钢牛腿侧板，26钢牛腿腹板，27钢牛腿底板，28钢牛腿螺栓，29桥墩，30主梁，31伸缩缝，32第二主梁，33桥梁活动支座，34桥梁固定支座。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术手段和功能更易于清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此次所描述的具体实施例仅用于解释本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5所示，一种顺桥向转动缓冲耗能型桥梁抗震挡块，包括钢牛腿1、转动构件2、缓冲耗能装置3、钢挡板4和碰撞橡胶5，所述钢牛腿1通过钢牛腿螺栓28固定在桥墩29侧壁上方，所述转动构件2通过转动铰支座7固定安装在主梁30的底部，所述缓冲耗能装置3固定连接在转动构件2内部的两侧，所述钢挡板4通过钢挡板螺栓23固定安装在钢牛腿1上部，所述钢挡板4位于转动构件2两侧，所述碰撞橡胶5固定连接在转动构件2外部的两侧。
具体的，所述钢牛腿1包括钢牛腿顶板24、钢牛腿侧板25、钢牛腿腹板26和钢牛腿底板27。所述钢牛腿侧板25通过若干钢牛腿螺栓28固定连接在桥墩29侧壁，所述钢牛腿顶板24和钢牛腿底板27水平设于钢牛腿侧板25一侧，且在二者之间竖直设置两块平行的钢牛腿腹板26，所述钢牛腿腹板26连接在钢牛腿侧板25一侧。
所述转动构件2包括顶板6、转动铰支座7、第一竖钢板10、第二竖钢板11、横钢板12和扭转弹簧。所述顶板6通过顶板螺栓14固定安装在主梁30的下部，所述转动铰支座7焊接在所述顶板6下部；所述第一竖钢板10和第二竖钢板11上端分别固定有三个等间距的上销头8，下端分别固定有两个下销头9；所述横钢板12两端分别固定有两组挖孔铰钢片15；所述第一竖钢板10和第二竖钢板11下端与所述横钢板12两端均设有一处开口16，所述扭转弹簧的臂端插入开口16中，地震到来时扭转弹簧发生扭转变形来消耗部分地震的能量；所述第一竖钢板10和第二竖钢板11通过六个上销头8与转动铰支座7铰接相连，以保证主梁与下面转动构件2的连接足够稳定、强度足够大，所述横钢板12与第一竖钢板10和第二竖钢板11通过挖孔铰钢片15与下销头9铰接相连；所述横钢板12两端与第一竖钢板10和第二竖钢板11的下端留有一定间隙，以便于横钢板12与两竖钢板之间的充分转动。
所述第一竖钢板10和第二竖钢板11与横钢板12之间设置了四组缓冲耗能装置3，所述缓冲耗能装置3包括钢弹簧17、限位杆18和橡胶挡块19，所述钢弹簧17一端连接在横钢板12上，另一端与第一竖钢板10和第二竖钢板11相连，依靠弹性形变有效缓存转动构件转动产生的力；所述限位杆18焊接在横钢板12上部，距离两边的竖钢板有一段距离，能起到限制转动距离和钢弹簧的形变距离的作用；所述橡胶挡块19设置在限位杆18顶端，能够防止转动构件因与限位杆碰撞造成损坏。
所述钢挡板4包括钢挡板底板20、钢挡板侧板21和钢挡板腹板22。所述钢挡板底板20通过若干钢挡板螺栓23固定安装在钢牛腿顶板24上，所述钢挡板侧板21竖直固定在钢挡板底板20上表面边缘处，在所述钢挡板底板20和所述钢挡板侧板21之间设置有一块钢挡板腹板22，且所述钢挡板腹板22纵截面为三角形。
所述碰撞橡胶5设置在第一竖钢板10和第二竖钢板11的外部，所述碰撞橡胶5的纵截面为圆弧形状，以满足与钢挡板4各向的非均匀碰撞，所述碰撞橡胶5所用材料为撞击缓冲性能较好的橡胶材料，能够高效缓冲和消耗地震输入的能量。
优选地，所述钢弹簧17和扭转弹簧采用最优质的弹簧钢，弹簧钢具有低频率、阻尼大的优点，能够高效抵抗地震作用的力和消耗地震输入的能量。
工作原理：在地震发生时，地震输入的能量通过桥墩29往上传递到主梁30，使桥梁的主梁30与桥墩29发生顺桥向的相对位移，当该相对位移超过钢挡板4与碰撞橡胶5之间的距离后，钢挡板4与碰撞橡胶5发生碰撞使碰撞橡胶5产生形变，消耗一部分地震输入的能量；当相对位移继续发生时，转动构件2发生转动，两竖钢板与横钢板12发生相对转动，进而带动缓冲耗能装置3发生弹性形变，能够缓冲并消耗一部分地震的能量，同时转动构件2转动过程中，扭转弹簧发生扭转形变，能够有效抵抗这种转动作用，并且把一部分地震能量转化为弹性势能；地震结束后，缓冲耗能装置3、扭转弹簧和碰撞橡胶5具有一定的复位能力，能通过缓慢的恢复使得挡块复位到原来的形态继续工作，较为实用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，基于本实施例，应当指出的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和改进等，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
