一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置的制作方法

本发明涉及一种桥梁防碰撞和落梁装置，尤其是一种基于brb技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，属于桥梁抗震和桥梁减隔震技术领域。

背景技术

近二三十年来，地震以及地震引发的次生灾害是威胁人类生存环境的主要自然灾害之一，给人类的生命财产安全造成严重损失。在一些高烈度地区，桥梁在地震作用下将发生较大的纵向位移，当位移超过允许值后导致上部结构发生碰撞或落梁震害。

目前解决碰撞和落梁的方法主要是通过增大支撑连接部位的支撑面宽度和约束限位装置。虽然上述方法在一定程度上解决主梁碰撞和落梁震害，但取得的效果并不明显，特别在罕遇地震情况下梁体碰撞造成结构损伤很大，并且仍有落梁事故发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于brb(即屈曲约束支撑)技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，其结构简单，使用方便、可靠，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，保证桥梁安全。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于brb技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体和桥台，所述梁体端部底部与桥台之间设置有板式橡胶支座，所述组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构、限位滑动连接组件以及活动铰，所述屈曲约束支撑结构的两端分别连接所述限位滑动连接组件以及活动铰，所述活动铰设置在桥台前墙上部；所述限位滑动连接组件固定于梁体下端，能将梁体和桥台离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构，通过屈曲约束支撑结构吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞。

其中，所述屈曲约束支撑结构由连接部位、支撑内芯、外包钢管、无粘结材料组成，支撑内芯与外包钢管之间填充有砂浆或混凝土，拉索从屈曲约束支撑结构的外包钢管与支撑内芯之间的砂浆或混凝土中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构两端连接部位的锚具和锚垫板上；所述支撑内芯和拉索周围涂有无粘结材料，满足泊松效应下支撑内芯和拉索的横向变形；其中，锚垫板与外包钢管之间的支撑内芯构成节点，为保证节点始终保持弹性，不发生屈曲破坏，节点设置有加强截面。

所述限位滑动连接组件为板式抽拉式结构，包括两块梯形竖肢钢板和连接销轴，两块梯形竖肢钢板均设有水平式长条孔，连接销轴从水平式长条孔以及连接部位的连接孔中穿过，将梯形竖肢钢板与连接部位连接起来。

进一步地，所述屈曲约束支撑结构的支撑内芯为十字型截面，材质为钢材，利用支撑内芯的弹塑性变形满足梁体的变形需求，提高材料的利用率。

进一步地，所述梯形竖肢钢板的上端与梁体底部的预埋钢板焊接；预埋钢板上设置有预埋钢筋，预埋钢筋向上锚固在梁体内部，用以满足限位滑动连接组件与梁体的连接构造要求。

进一步地，所述板式橡胶支座底部设置有支座垫石。

进一步地，拉索采用高强度低松弛钢绞线，其单束公称直径为15.24mm，抗拉强度为1860mpa。

进一步地，所述屈曲约束支撑结构与连接销轴间以及屈曲约束支撑结构和活动铰间均为活动式螺栓连接结构，可满足对屈曲约束支撑结构的更换要求。

进一步地，与连接销轴相连的节点及连接部位的设计承载力应大于屈曲约束支撑结构的极限承载力，使节点和连接部位保持弹性，避免节点和连接部位提前进入屈服，保证屈曲约束支撑结构有效工作。

其中，在初始安装位置，所述连接销轴位于水平式长条孔的中间位置，可在水平式长条孔中滑动，可满足梁体的小变位需求，此时，拉索呈不受拉且不受压的自由状态，其松弛长度为水平式长条孔与连接销轴的间距δ1和屈曲约束支撑结构的极限拉伸变形值δ2之和；正常运营或小震情况下，梁体发生顺桥向位移，限位滑动连接组件的连接销轴在水平式长条孔中可自由移动，满足了温度、风荷载和小震情况下变形需求；在中震作用下，梁体与桥台的相对位移增大，当限位滑动连接组件中水平式长条孔两端中任意一端与连接销轴接触时，激活屈曲约束支撑结构，通过屈曲约束支撑结构塑性变形来耗散地震能量，进而有效防止桥梁发生落梁，降低梁体(2)与桥台(3)的碰撞风险；在大震作用下，当梁体与桥台的相对分离位移增大较大，超过屈曲约束支撑结构的变形能力，即屈曲约束支撑结构失效，此时拉索发挥作用，减小梁体纵向位移，大大降低了梁体落梁风险；而当相对闭合位移继续增大时，屈曲约束支撑结构的压缩变形值持续增大，此时桥台上的橡胶垫发挥作用，减轻了梁体与桥台间的碰撞效应。

或者进一步地，可采用桥墩替代上述桥台，将屈曲约束支撑结构以及拉索设置在梁体与桥墩之间。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

采用本发明的基于brb技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置后，防碰撞与防落梁装置结构简单、可靠，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，保证桥梁的安全。同时，本发明对不同桥型及抗震设防等级桥梁具有较好的适用性，基于“保险丝”理念设计brb结构的核心段长度、数量(截面面积)及刚度参数，根据设计规范要求调整拉索的束数，满足不同工程抗震设计需求。本发明采用类似“保险丝”功能的基于屈曲约束支撑(brb)技术的方案，在地震作用下梁体与墩(台)间发生相对位移时，屈曲约束支撑总会发生屈服，不会发生屈曲，利用其较好的滞回耗能使得本发明防坠落与防碰撞能力显著加强，配合拉索和橡胶垫，结构简单，成本较低，能有效地控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，便于推广和使用。

附图说明

图1是本发明的一种基于brb技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置应用时的结构示意图。

图2是本发明应用时的结构主视图。

图3是本发明应用时的结构a-a剖面图。

图4是本发明应用时的结构b-b剖面图。

图5为屈曲约束支撑(brb)示意图。

图6为屈曲约束支撑(brb)(不含连接部位)组成图。

图中：1、屈曲约束支撑结构；2、梁体；3、桥台；4、限位滑动连接组件；5、活动铰；6、支座垫石；7、板式橡胶支座；8、连接部位钢板、锚具及锚垫板；9、钢板孔道；10、拉索；11、橡胶垫；12、砂浆或混凝土；1a、连接部位；1b、支撑内芯；1c、外包钢管；1d、无粘结材料；1e、节点；4a、预埋钢筋；4b、预埋钢板；4c、梯形竖肢钢板；4d、水平式长条孔；4e、连接销轴；5a、活动铰连接螺杆；5b、活动铰连接钢板；5c、活动铰预埋钢板；5d、活动铰预埋钢筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

如图1-6所示，本发明的一种基于brb技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体2和桥台3，梁体2端部底部与桥台3之间设置有板式橡胶支座7，板式橡胶支座7底部设置有支座垫石6。组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构1、限位滑动连接组件4以及活动铰5，屈曲约束支撑结构1的两端分别连接限位滑动连接组件4以及活动铰5，活动铰5设置在桥台3前墙上部；限位滑动连接组件4固定于梁体2下端，能将梁体2和桥台3离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构1，通过屈曲约束支撑结构1吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞。

其中，屈曲约束支撑结构1由连接部位1a、支撑内芯1b、外包钢管1c、无粘结材料1d组成，支撑内芯1b与外包钢管1c之间填充有砂浆或混凝土12，屈曲约束支撑结构1的支撑内芯1b为十字型截面，材质为钢材，利用支撑内芯1b的弹塑性变形满足梁体的变形需求，提高材料的利用率。拉索10从屈曲约束支撑结构1的外包钢管1c与支撑内芯1b之间的砂浆或混凝土12中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构1两端连接部位1a的锚具和锚垫板8上。拉索10采用高强度低松弛钢绞线，其单束公称直径为15.24mm，其抗拉强度为1860mpa，本实施例为采用高强度低松弛量钢绞线，安装时拉索呈不受拉且不受压的自由状态，其松弛长度为长条孔4d与连接销轴4e的间距δ1和brb结构1的极限拉伸变形值δ2之和。支撑内芯1b和拉索10周围涂有无粘结材料1d，满足泊松效应下支撑内芯1b和拉索10的横向变形；其中，锚垫板8与外包钢管1c之间的支撑内芯1b构成节点1e，为保证节点1e始终保持弹性，不发生屈曲破坏，节点1e设置有加强截面。限位滑动连接组件4为板式抽拉式结构，包括两块梯形竖肢钢板4c和连接销轴4e，两块梯形竖肢钢板4c均设有水平式长条孔4d，连接销轴4e从水平式长条孔4d以及连接部位1a的连接孔中穿过，将梯形竖肢钢板4c与连接部位1a连接起来。梯形竖肢钢板4c的上端与梁体2底部的预埋钢板4b焊接；预埋钢板4b上设置有预埋钢筋4a，预埋钢筋4a向上锚固在梁体2内部，用以满足限位滑动连接组件4与梁体2的连接构造要求。屈曲约束支撑结构1与连接销轴4e间以及屈曲约束支撑结构和活动铰5间均为活动式螺栓连接结构，可满足对屈曲约束支撑结构的更换要求。与连接销轴4e相连的节点1e及连接部位1a的设计承载力应大于屈曲约束支撑结构1的极限承载力，使节点1e和连接部位1a保持弹性，避免节点1e和连接部位1a提前进入屈服，保证屈曲约束支撑结构1有效工作。

正常使用状态下，水平式长条孔4d的空隙和屈曲约束支撑结构1的弹性变形可以满足梁体的小变形(温度或风荷载引起的变形)需求。地震发生时，梁体2与桥台3产生相对位移，与连接销轴4e连接的屈曲约束支撑结构1进入屈服状态，但不会发生屈曲，大量耗散地震能量。梁体2和桥台3发生离合运动时，梁体在纵向从支座掉落的移位值依规范设计取值作为屈曲约束支撑结构1极限变形值δ2的设计标准，配合拉索和橡胶垫，实现耗能限位功能，保证不发生落梁和减小碰撞效应。

实施例2

采用桥墩替代实施例1中的桥台3，将屈曲约束支撑结构1以及拉索10设置在梁体2与桥墩之间，屈曲约束支撑结构1、限位滑动连接组件4、活动铰5及其拉索10的设置和连接方式同实施例1，此处不再重复。

采用上述结构后，使得本发明防坠落与防碰撞能力显著加强，且结构简单，成本低，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，便于推广和使用。

上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。