一种桥梁限位装置的制作方法

本发明涉及桥梁工程领域，特别是涉及一种桥梁限位装置。

背景技术：

桥梁结构是交通枢纽中的节点工程，需要保障在正常使用和极端灾害作用下的安全性。支座是桥梁结构重要的传力构件，其主要作用是把桥梁上部结构的大部分荷载(包括恒载和活载)传递到桥梁墩台上去，同时适应上部结构由于荷载、温度等作用产生的如端部水平变位、转角等各种变形等。以往的桥梁灾害表明，支座是桥梁在服役过程中的薄弱环节，可能出现支座滑移过大、支座脱空现象，从而导致结构的损伤、甚至倒塌。

为防止支座过大的水平滑移，可采用水平向连梁拉索或限位挡块，但上述措施无法防止支座脱空和进行提示预警；为防止支座脱空，可采用抗拉支座，但该措施无法限制支座水平滑移和提示预警。因此，针对桥梁工程在服役环境中面临复杂的多因素长期作用和多动力灾害作用，如何同时限制支座超大滑移、防止支座脱空和实现智能预警，是保障桥梁结构安全性能亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种能够提供水平和竖向约束并具备预警功能的桥梁限位装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种桥梁限位装置，设置在梁体与墩柱之间，包括：上锚固装置，与所述梁体连接；下锚固装置，设于所述上锚固装置下方并固定在所述墩柱上；转向装置，设置在所述上锚固装置与下锚固装置中间；预警装置，通过电线分别与所述上锚固装置和转向装置连接；所述上锚固装置、转向装置与下锚固装置通过拉力索连接，所述上锚固装置与转向装置之间安装有承压弹力件。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述上锚固装置包括上锚固块及多个固定在上锚固块底面的上限位件，所述上限位件绕承压弹力件排列分布。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述转向装置包含板状主体、多个设置在所述板状主体顶面的下限位件，所述板状主体的中心设有通孔供拉力索穿过，所述下限位件的数量与上限位件的数量相同，各所述下限位件的中心线分别与一上限位件的中心线对应重合。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述上限位件、下限位件的制作材料均为金属，各所述上限位件与上锚固块之间、各下限位件与板状主体之间分别设有绝缘材料，所述预警装置通过电线与其中一对中心线相互重合的上限位件和下限位件连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述预警装置为声光报警器。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述通孔的横截面呈圆形，所述通孔的孔径自上而下递增且上开口处的孔径与拉力索的直径相等。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述下锚固装置为下锚固块，所述上锚固块、下锚固块的中部分别设有供拉力索穿接固定的孔洞。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述拉力索为钢丝索或者碳纤维类索，所述拉力索穿过上锚固装置和转向装置的部位作绝缘处理。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述承压弹力件为弹性钢弹簧。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括保护框，所述保护框与梁体相固定，所述上锚固装置与转向装置均设于保护框内，所述转向装置的底部与保护框固定连接。

本发明的有益效果：此桥梁限位装置，包括上锚固装置、转向装置及下锚固装置，在上锚固装置与转向装置之间安装有承压弹力件，且上锚固装置、转向装置与下锚固装置设置拉力索进行连接，在支座允许变形范围内，支座变形通过承压弹力件的受压变形来适应，当超过允许变形范围即上锚固装置与转向装置相接触后，通过拉力索的变形来适应，为约束梁体与墩柱之间的水平和竖向的相对位移提供了双重保障，限制了过大的水平滑移，也防止了梁体与墩柱的脱空；预警装置与上锚固装置和转向装置通过电线连接，当上锚固装置与转向装置接触后即接通形成回路，预警装置接收信号并产生报警信息，实现了实时预警，有效防止了桥梁结构被进一步破坏。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例桥梁限位装置的结构示意图；

图2是本发明实施例在梁体的水平位移作用下的桥梁限位装置的工作状态示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2，本发明的实施例提供了一种桥梁限位装置，其设置在梁体与墩柱之间，包括上锚固装置1、下锚固装置2、转向装置3及预警装置4。

具体地，上锚固装置1与梁体连接；下锚固装置2设于上锚固装置1下方并固定在墩柱上；转向装置3位于上锚固装置1与下锚固装置2中间；预警装置4则通过电线分别与上锚固装置1和转向装置3连接。进一步地，上锚固装置1、转向装置3与下锚固装置2通过拉力索5连接，上锚固装置1与转向装置3之间安装有弹性钢弹簧以充当承压弹力件6。

此桥梁限位装置，包括上锚固装置1、转向装置3及下锚固装置2，在上锚固装置1与转向装置3之间安装有承压弹力件6，且上锚固装置1、转向装置3与下锚固装置2设置拉力索5进行连接，在支座允许变形范围内，支座变形通过承压弹力件6的受压变形来适应，当超过允许变形范围即上锚固装置1与转向装置3相接触后，通过拉力索5的变形来适应，为约束梁体与墩柱之间的水平和竖向的相对位移提供了双重保障，限制了过大的水平滑移，也防止了梁体与墩柱的脱空；预警装置4与上锚固装置1和转向装置3通过电线连接，当上锚固装置1与转向装置3接触后即接通形成回路，预警装置4接收信号并产生报警信息，实现了实时预警，有效防止了桥梁结构被进一步破坏。

具体地，上锚固装置1包括上锚固块及多个固定在上锚固块底面的上限位件11，各上限位件11绕承压弹力件6即弹性钢弹簧的外围分布；下锚固装置则为下锚固块，在上锚固块、下锚固块的中部分别设有供拉力索5穿接固定的孔洞。

本实施例当中，上锚固块的底面设置有四个上限位件11，四个上限位件11位于上锚固块的下表面外周，绕承压弹力件6均匀分布；更具体地，转向装置3包含了板状主体、多个设置在板状主体顶面的下限位件31，在板状主体的中心设有通孔供拉力索5穿过，下限位件31的数量与上限位件11的数量相同，各下限位件31的中心线分别与一上限位件11的中心线对应重合。当该桥梁限位装置变形超过允许变形范围时，上限位件11将随上锚固块下移至与下限位件31相接触，上限位件11与下限位件31的接触阻止了上锚固块的进一步下移，从而阻止弹性钢弹簧的进一步变形，有效避免了弹性钢弹簧被损坏，保护桥梁限位装置整体结构的完整。

再者，由于板状主体的中心设有通孔32供拉力索5穿过，当出现墩柱和梁体之间产生水平方向的相对位移时，拉力索5在转向装置3处产生弯曲以适应相对位移，防止支座的脱空。作为优选地，通孔32的横截面呈圆形，通孔32的孔径自上而下递增且上开口处的孔径与拉力索5的直径相等，其下开口处的孔径大小通过实际情况中拉力索5的弯曲程度进行确定。

更具体地，上限位件11、下限位件31的制作材料均为金属，在各上限位件11与上锚固块之间、各下限位件31与板状主体之间分别设有绝缘材料以作绝缘处理，预警装置4通过电线与其中一对中心线相互重合的上限位件11和下限位件31连接。在本实施例当中，上限位件11、下限位件31的制作材料为钢；更优地，预警装置4采用声光报警器，该声光报警器与一永久电源串联，利用永久电源为其提供电力支持。采用声光报警器作为预警装置4，当上限位件11与下限位件31相接，回路被接通后，声光报警器能发出警示声和闪烁警示灯作为警示信号，为驾驶员提供双重示警，警示桥梁位移已超限，示意驾驶员不要上桥或者马上撤离。

本实施例当中，拉力索5为钢丝索，在其他实施例中，拉力索5可采用碳纤维类索或者功能材料索，其中功能材料索的制作材料可为形状记忆合金，进一步地，由于上述材料均为导电材料，故在拉力索穿过上锚固装置和转向装置的部位作绝缘处理；具体地，本实施例中，在拉力索穿过穿过上锚固装置和转向装置的部位分别包裹绝缘材料。

具体地，本实施例的桥梁限位装置还包括有保护框7，保护框7与梁体相固定，上锚固装置1与转向装置3均设于保护框7内，转向装置3的底部与保护框7固定连接。进一步地，为了保证保护框7的强度和耐腐蚀度，提高使用寿命，本实施例的保护框7的制作材料为刚性不锈钢。当梁体与墩柱出现相对位移时，转向装置3能够将拉力索5轴拉力的水平分力、承压弹力件6和下限位件31所受到的压力传递给保护框7，保护框7再将其受到的传递至梁体，实现力的转移分布。

下面分情况对该桥梁限位装置的工作状况进行说明：

情况一、在梁体的水平位移作用下，该桥梁限位装置发生水平位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力的水平分力提供为梁体提供水平力，轴向拉力的竖向分力压缩承压弹力件6，产生竖向变形，承压弹力件6的竖向变形小于临界变形。

情况二、在梁体的竖向抬升位移作用下，此桥梁限位装置发生竖向位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力为竖向，使得承压弹力件6受压而收缩，产生竖向变形，承压弹力件6的竖向变形小于临界变形。

情况三、在梁体水平和竖向位移的耦合作用下，桥梁限位装置发生水平和竖向位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力的水平分力提供为梁体提供水平力，轴向拉力的竖向分力压缩承压弹力件6，产生竖向变形，承压弹力件6的竖向变形小于临界变形。

在情况一至三当中，桥梁限位装置的刚度均由拉力索5和承压弹力件6串联提供，为kx＝1/(1/ks+1/kt)，式中，kx为桥梁限位装置的刚度，ks为拉力索5刚度，kt为承压弹力件6的刚度。

情况四、在梁体水平位移作用下，桥梁限位装置发生水平位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力的水平分力提供为梁体提供水平力，轴向拉力的竖向分力压缩承压弹力件6，承压弹力件6的变形为临界变形，其余压力由阻挡块承担。

情况五、在梁体竖向位移作用下，桥梁限位装置发生竖向位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力为竖向，压缩承压弹力件6，承压弹力件6的变形为临界变形，其余压力由阻挡块承担。

情况六、在梁体水平和竖向位移作用下，桥梁限位装置发生水平和竖向位移，拉力索5由于变形产生轴向拉力，轴向拉力的水平分力提供为梁体提供水平力，轴向拉力的竖向分力压缩承压弹力件6，承压弹力件6的变形为临界变形，其余压力由阻挡块承担。

上述情况四、五、六当中，桥梁限位装置的刚度为拉力索5的刚度：kx＝ks；此时预警装置4与转向装置3和上锚固装置1串联形成闭合回路，产生预警信号。

情况七，当承压弹力件6的变形超过临界变形后，拉力索5会继续承载，进一步约束梁体的水平或竖向位移，在过大承载情况下产生屈服直至破坏。

需要说明的是，上述梁体的水平位移和竖向位移可来自于梁体的温度变形、收缩徐变、车辆作用、地震作用等，为已产生的作用的总位移。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。