专利名称：一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刚构桥的减震构造，特别是涉及一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造。
背景技术：
地震作为一种不可避免的自然灾害，会造成生命财产的损失。而地震对于桥梁的破坏则会引起更大直接和间接损失，因此对于桥梁建设而言，如何提高桥梁的抗震能力以降低地震对桥梁的破坏，是一个十分重要的课题。
传统的桥梁抗震设计理念主要是依靠桥梁结构、构件自身具有的强度、延性和耗能能力来抗震，可通过增加桥梁结构、构件的强度来实现。其允许较大的地震力和能量从桥梁的上部结构传递到下部结构，因而这种抗震设计要考虑的问题是如何为桥梁结构提供抵抗这种地震力的能力。它可通过在桥梁设计的过程中依据地震力水平进行强度验算，同时对桥梁结构允许出现塑性变形的构件进行延性设计来实现。另外，目前广泛采用的利用减隔震技术来增强桥梁抗震能力的桥梁抗震设计理念则是通过引入减隔震装置来改变桥梁结构在地震中的动力响应特性，以达到减少地震输入的目的。其以外加的减隔震装置为主要的抗震耗能构件，而以桥梁结构构件抗震为辅。该方法的基本目的是减少传递到桥梁结构上的地震力和能量，其抗震能力是通过延长桥梁结构的周期，增加桥梁结构的耗能能力来实现。在桥梁设计时一般是采用全保护隔震设计和部分保护隔震设计两种设计原则。从各国的桥梁减隔震技术的应用情况来看，目前桥梁减隔震设计中采用的主要方法是将分层橡胶支座、铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座等减隔震装置安装在桥梁上部结构与桥墩和桥台之间，以达到减隔震的目的。连续刚构桥的梁部结构的受弯性能基本上与连续梁桥的连续梁相似，其中连续刚构桥是以墩梁固结，中跨梁体受主墩约束而区别于连续梁桥。当连续刚构桥的主墩纵向较柔时，则两者具有相似的结构行为。当连续刚构桥的主墩刚度较大时，连续刚构桥的多跨荷载产生的内力大都会限于本跨内，而对相邻跨的内力影响较小，因此若连续刚构桥的边跨较短时，将不至于在端支座处出现负反力。一般连续刚构桥无论主墩是采用双壁还是单壁墩，由于减小了主梁支墩间的净距离，因此与连续梁桥的连续梁相比消减了梁体内力的峰值，因而可以相应的降低梁高，使桥梁的结构更为轻巧。此外，连续刚构桥省去了主墩大吨位的支座，有利于桥梁的养护和维修。在施工阶段，连续刚构桥可避免设置临时支座，使施工的稳固性较好，并且还可采用不平衡长度的悬臂浇注，以减少或避免边跨梁端灌注的支架。在一般情况下，连续刚构桥的优越性是显而易见的。但是连续刚构桥的桥墩与其连续梁要共同承受内力，并且结构的内力是按桥墩与连续梁的刚度比来分配。桥墩的刚度大则其分得的内力大，此时将不能有效地发挥梁身的抗弯能力，而连续梁在墩顶处的受力很大，也达不到降低墩顶负弯矩的目的，并且其纵桥向允许的变位小，不能够消除附加内力引起的变形。同时由于连续刚构桥的主墩要承受整个上部结构在地震作用下的惯性力，必然会导致其主墩的设计往往较为强大，同时其主墩下部桩基的数量也有较大增大。但是这种刚构桥，当遭遇罕遇的地震作用时，无论其主墩的设计多么强大也很难保证在地震中不发生破坏，因而仅靠目前的桥梁抗震手段还无法保证刚构桥在罕遇地震中的安全使用性能。由此可见，上述现有的刚构桥在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的刚构桥存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，能够改进一般现有的刚构桥，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。·
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的刚构桥存在的缺陷，而提供一种新型结构的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，所要解决的技术问题是使其能够合理的消耗地震能量，从而有效地减少刚构桥主墩所承受的地震作用，进而有效地减小刚构桥下部结构和基础的工程量，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其包括设置于该刚构桥的主梁与主墩固结处的所述主梁的下部的钢筋混凝土结构的球冠，和对应的设置于该刚构桥的所述主墩的顶部的球冠状凹缺，其中设置于所述主梁下部的球冠是位于对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺中并受该球冠状凹缺的支撑。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其中在所述主梁下部的球冠的顶部还设置有一凸起的圆柱体，而在所述主墩顶部的球冠状凹缺的底部则对应的设置有一凹入的圆柱槽，其中设置于所述主梁下部的球冠顶部的该凸起的圆柱体是伸入对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺底部的该凹入的圆柱槽内，并且该凹入的圆柱槽的直径大于对应的该凸起的圆柱体的直径。前述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其中在该刚构桥的所述主梁与对应的所述主墩之间围绕着该球冠与对应的该球冠状凹缺的结合处的外周还预设埋置有连接所述的主梁与对应的所述主墩的抗剪棒。前述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其中在所述主梁下部的球冠与对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺的接触面处的该球冠和该球冠状凹缺的表面上均镶嵌有一层聚四氟乙烯滑板。前述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其中在所述主梁下部的球冠的表面上和所述主墩顶部的球冠状凹缺的表面上均设置有一层镀有致密铬层的不锈钢板，其中所述的聚四氟乙烯滑板是镶嵌于所述主梁下部的球冠与对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺的接触面处的该球冠和该球冠状凹缺表面的该镀有致密铬层的不锈钢板的外表面上。
前述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其中所述主梁下部的球冠的曲率半径与所述主墩顶部的球冠状凹缺的曲率半径相同。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由以上可知，为了达到上述目的，本发明提供了一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，在未发生地震的桥梁正常使用状态下，该减震构造能够将桥梁上部的荷载均匀地传递到桥梁的下部结构。而在地震发生时，该构造通过主梁的球冠和主墩的球冠状凹缺间的摩擦滑动和转动，使其自适应性行为增强，从而起到良好的减震效果，进而减小地震对刚构桥的影响。借由上述技术方案，本发明一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造至少具有下列优点及有益效果本发明在可计算和控制的位移范围内，能够通过主梁下部的球冠在主墩顶部的球冠状凹缺中滑动的自适应行为来自动调整桥梁上部结构传递到下部结构上的惯性力。对于多性能目标或多水准的震动，这种自适性有利于有效的释放桥梁主墩顶部的剪力和弯矩。并且该构造结构简单，竖向承载力大，耐久性能好，减震耗能机理明确，尤其对提高抗震性能要求高的刚构桥的抗震性能作用显著。 综上所述，本发明是有关于一种桥梁工程领域中提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，该构造是设置于刚构桥主梁与主墩固结处的钢筋混凝土结构。其是由置于主梁下部的钢筋混凝土结构的球冠，和对应的设置于主墩顶部的球冠状凹缺组成，其中主梁下部的球冠是位于对应的主墩顶部的球冠状凹缺中并受该球冠状凹缺的支撑。同时在球冠的顶部还设置有一凸起的圆柱体，对应的在凹缺的底部则设置有一凹入的圆柱槽，其中该凸起的圆柱体是伸入该凹入的圆柱槽内。本发明通过上述结构在可计算和控制的位移范围内，能够利用圆球面的自适应行为改变自身的刚度和阻尼特性，以适应多性能目标或多水准地震动的抗震要求，并且其结构简单，竖向承载力大，耐久性好，减震机理明确。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图I是本发明一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造的较佳实施例的示意图。I :球冠2 :球冠状凹缺3:镀致密铬层不锈钢板4:聚四氟乙烯滑板5:凸起的圆柱体6 :凹入的圆柱槽7 :抗剪棒
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。请参阅图I所示，是本发明一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造的较佳实施例的示意图。本发明较佳实施例的一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，是在刚构桥原有梁墩固结的基础上，通过在刚构桥的主梁与主墩固结处的该主梁的下部设置钢筋混凝土结构的球冠1，和在该刚构桥的主墩的顶部对应的设置球冠状凹缺2形成具有自适应性能的摩擦半球滑动面结构而构成。其中设置于主梁下部的球冠I是位于对应的主墩顶部的球冠状凹缺2中并受该球冠状凹缺2的支撑，并且主梁下部的球冠I的 曲率半径与主墩顶部的球冠状凹缺2的曲率半径相同。在主梁下部的球冠I的表面上和主墩顶部的球冠状凹缺2的表面上均设置有一层镀有致密铬层的不锈钢板3，以更加均匀的分散上部结构的荷载，使混凝土结构不会产生较大的应力集中。而在主梁下部的球冠I与对应的主墩顶部的球冠状凹缺2的接触面处的该球冠I和该球冠状凹缺2的表面的镀有致密铬层的不锈钢板3的外表面上还均镶嵌有一层聚四氟乙烯滑板4，并由镶嵌于主梁下部球冠I表面上和主墩顶部球冠状凹缺2表面上的该聚四氟乙烯滑板4构成本发明摩擦滑动减震构造的摩擦滑动面。同时，在该刚构桥的主梁与对应的主墩之间围绕着球冠I与对应的球冠状凹缺2的结合处的外周还预设埋置有连接主梁与对应的主墩的抗剪棒7。在正常使用状态或较小震动时，具有本发明摩擦滑动减震构造的该刚构桥在抗剪棒7及摩擦力的作用下主梁的水平位移较小，由聚四氟乙烯滑板4构成的该摩擦滑动面不发生滑动，起到了刚构桥主梁与主墩固结的作用。当桥梁遭遇罕遇地震发生时，主梁与主墩间的水平力在达到抗剪棒7所规定的承载剪力后，抗剪棒在主梁与主墩接触面处会自动断开。主梁的球冠I将在主墩的球冠状凹缺2内发生摩擦滑动，使主梁的球冠I沿主墩的球冠状凹缺2上升，将水平向的地震动能转化为竖向的势能，从而达到尽可能多的耗散地震能量的目的，同时在主梁自身重力作用下，又形成了使主梁的球冠I沿主墩的球冠状凹缺2向下运动复位的回复力，使得主梁又具有良好的自复位性能。另外，在主梁下部的球冠I的顶部还设置有一凸起的圆柱体5，对应的在主墩顶部的球冠状凹缺2的底部则设置有一凹入的圆柱槽6，其中主梁下部的球冠I顶部的凸起的圆柱体5是伸入对应的主墩顶部的球冠状凹缺2底部的凹入的圆柱槽6内。并且该凹入的圆柱槽6的直径大于对应的该凸起的圆柱体5的直径，从而达到限制主梁水平向位移的目的，使主梁下部的球冠I顶部的凸起的圆柱体5仅在对应的主墩顶部的球冠状凹缺2底部的凹入的圆柱槽6限定的范围内产生位移，而不会发生主梁无法复位的现象。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于其包括设置于该刚构桥的主梁与主墩固结处的所述主梁的下部的钢筋混凝土结构的球冠，和对应的设置于该刚构桥的所述主墩的顶部的球冠状凹缺，其中设置于所述主梁下部的球冠是位于对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺中并受该球冠状凹缺的支撑。
2.根据权利要求I所述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于，在所述主梁下部的球冠的顶部还设置有一凸起的圆柱体，而在所述主墩顶部的球冠状凹缺的底部则对应的设置有一凹入的圆柱槽，其中设置于所述主梁下部的球冠顶部的该凸起的圆柱体是伸入对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺底部的该凹入的圆柱槽内，并且该凹入的圆柱槽的直径大于对应的该凸起的圆柱体的直径。
3.根据权利要求I所述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于，在该刚构桥的所述主梁与对应的所述主墩之间围绕着该球冠与对应的该球冠状凹缺的结合处的外周还预设埋置有连接所述的主梁与对应的所述主墩的抗剪棒。
4.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于，在所述主梁下部的球冠与对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺的接触面处的该球冠和该球冠状凹缺的表面上均镶嵌有一层聚四氟乙烯滑板。
5.根据权利要求4所述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于，在所述主梁下部的球冠的表面上和所述主墩顶部的球冠状凹缺的表面上均设置有一层镀有致密铬层的不锈钢板，其中所述的聚四氟乙烯滑板是镶嵌于所述主梁下部的球冠与对应的所述主墩顶部的球冠状凹缺的接触面处的该球冠和该球冠状凹缺表面的该镀有致密铬层的不锈钢板的外表面上。
6.根据权利要求5所述的提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，其特征在于，所述主梁下部的球冠的曲率半径与所述主墩顶部的球冠状凹缺的曲率半径相同。
全文摘要
本发明是有关于一种桥梁工程领域中提高刚构桥抗震能力的摩擦滑动减震构造，该构造是设置于刚构桥主梁与主墩固结处的钢筋混凝土结构。其是由置于主梁下部的钢筋混凝土结构的球冠，和对应的设置于主墩顶部的球冠状凹缺组成，其中主梁下部的球冠是位于对应的主墩顶部的球冠状凹缺中并受该球冠状凹缺的支撑。同时在球冠的顶部还设置有一凸起的圆柱体，对应的在凹缺的底部则设置有一凹入的圆柱槽，其中该凸起的圆柱体是伸入该凹入的圆柱槽内。本发明通过上述结构在可计算和控制的位移范围内，能够利用圆球面的自适应行为改变自身的刚度和阻尼特性，以适应多性能目标或多水准地震动的抗震要求，并且其结构简单，竖向承载力大，耐久性好，减震机理明确。
文档编号E01D19/04GK102953325SQ20111023595
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者王克海, 周海涛, 张劲泉, 李悦, 李茜, 韦韩 申请人:交通运输部公路科学研究所