一种桥梁减震耗能机构及其安装方法与流程

本发明涉及路桥设计领域，具体涉及一种桥梁减震耗能机构及其安装方法。

背景技术：

桥梁抗震耗能是路桥设计重要的一环，如cn108457169a公开了一种桥梁抗震减震装置，包括一级抗震减震结构和二级抗震减震结构，所述一级抗震减震结构通过凸轮的转动带动挡杆向上移动，所述顶杆与横梁下方两侧的挡块配合来限制横梁的水平位移；所述二级抗震减震结构是由挡杆内顶杆的竖向位移来驱动第一齿轮转动，再由可伸缩的万向联轴器将转动传递给第一锥齿轮，第一锥齿轮连接二级抗震装置实现活塞与压块的斜面自锁，达到二级抗震防护；同时通过横梁下的连杆机构实现对桥梁墩台的保护；该文献很好的限制了桥梁横梁的位移，避免落梁风险，减少结构震害、减轻结构损伤程度，同时通过本发明实现两级地震保护，大大提高了桥梁的自身的抗震能力，在震时还能加强桥墩的缓冲保护能力，抗震效果显著。

然而，对于桥梁的桥面板与盖梁之间的空间极小，现有的阻尼器无法安装此空间中，如何设计一种适用的抗震耗能机构，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种桥梁减震耗能机构，以解决桥梁板与盖梁之间无法提供阻尼器设置的问题。

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种桥梁减震耗能机构的安装方法，以解决上述减震耗能机构如何安装的问题。

一种具有减震耗能的桥梁结构，包括：齿条、齿轮、中心转轴、轴承座、往复摩擦耗能单元；

齿轮与齿条啮合，齿轮安装在中心转轴的表面上；中心转轴设置在轴承座上；

其中，齿条安装在桥面板的下方；轴承座固定在盖梁5-2的上表面；

往复摩擦耗能单元位于在盖梁的外部区域；

往复摩擦耗能单元,包括：第一径向杆、第一驱动杆、第一驱动板、平台板；

第一径向杆垂直于中心转动轴，第一径向杆与第一驱动杆成垂直关系，且第一驱动杆设置在第一径向杆远离中心转轴的端部，第一驱动板设置有条形槽，且第一驱动板沿中心转轴轴向延伸的方向平行设置平台板，第一驱动板与平台板之间通过连接板连接，使得第一驱动板与平台板之间产生间隙；第一驱动杆插入到第一驱动板的条形槽中；

第一驱动板与平台板一体成型；

还包括：两块平行设置的竖向的侧向板、以及与2块竖向的侧向板的端部连接在一起的端部板，侧向板垂直固定在盖梁上，在每块侧向板的相对的一侧的设置有竖向的卡接槽,第一驱动板的两侧均设置有与卡接槽相对应的卡接条；

平台板与端部板相互平行，在平台板朝向端部板的表面垂直设置有第一摩擦板，在端部板朝向平台板的表面垂直设置有第二摩擦板，第一摩擦板与第二摩擦板之间采用高强螺栓拉紧，且在第二摩擦板上设置有与卡接槽方向平行的螺栓孔槽；

第一摩擦板与第二摩擦板相互接触。

进一步，平台板上设置有多个第一摩擦板，端板设置有多个第二摩擦板，第一摩擦板、第二摩擦板相互接触设置。

进一步，第一摩擦板与第二摩擦板采用金属板。

进一步，侧向板、端部板一起构成u型板。

进一步，侧向板与端部板一起构成u型板。

进一步，侧向板为竖向设置，第一驱动板的条形槽设置为水平设置。

进一步，侧向板为水平设置，第一驱动板的条形槽设置为竖直设置。

进一步，第一驱动板与平台板一体成型。

一种具有减震耗能的桥梁结构的安装方法为，安装步骤如下：

第一，安装齿条、中心转轴以及轴承座，其中齿轮、径向杆预先安装在中心转轴上；侧向板与端部板预制成一体；

第二，在盖梁上安装2块相对的侧向板；

第三，将第一驱动板与平台板预先连接在一起，然后将第一驱动板插入到侧向板的卡接槽中，相对应的，第一摩擦板与第二摩擦板相互插接在一起；

然后将驱动杆安装在径向杆的端部，且穿过相对应的条形槽中；

具体而言，径向杆的端部设置有螺纹孔，驱动杆的外表面设置有螺纹，驱动杆的形状为圆形；安装时，将驱动杆穿过径向杆的螺纹孔中，直至穿过驱动板的条形槽。

本发明的优点在于：

（1）本申请利用齿轮-齿条、中心转轴、径向杆、驱动杆、驱动板、平台板、端部板、第一摩擦板与第二摩擦板来使得，实现桥梁的耗能减震，将桥梁上部结构、下部结构的往复运动设计为第一摩擦板与第一摩擦板之间的相互往复运动。

（2）本申请中侧向板采用水平向，其方便驱动板、摩擦板的重量支撑。

（3）本申请提出了中心转轴偏移设计的方案，在偏移的第三段中心转轴上设置驱动板，将桥梁上部结构、下部结构的往复运动设计转化为第一、第二中部平台板的摩擦板与侧向板的摩擦板之间的相互往复运动（对应于实施例三的技术方案）。

（4）本申请提出了中心转轴对称偏移设计（相位差180°）的方案，且将第三摩擦板与第四摩擦板的接触面对应于第五段中心转轴，保证了摩擦接触面的宽度，将桥梁上部结构、下部结构的往复运动设计转化为第三摩擦板与第四摩擦板之间的相互往复运动（对应于实施例四的技术方案）。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是实施例一的齿条与齿轮的横截面图。

图2是实施例一的减震耗能机构的结构设计图。

图3是实施例一的盖梁、侧板、往复摩擦耗能单元俯视图。

图4为中心转轴与第一径向杆、第一驱动杆、第一驱动板的连接示意图。

图5为实施例一的盖梁、侧板、往复摩擦耗能单元俯视图。

图6为实施例二的水平的侧向板的连接图。

图7为实施例三的减震耗能机构的结构立面图。

图8为实施例三的减震耗能机构的结构俯视图。

图9为实施例四的减震耗能机构的结构立面图。

图10为实施例四的减震耗能机构的结构俯视图。

具体实施方式

实施例一，一种具有减震耗能的桥梁结构，包括：齿条1-1、齿轮1-2、中心转轴3、轴承座1-3、往复摩擦耗能单元2；

齿轮1-2与齿条1-1啮合，齿轮1-2安装在中心转轴3的表面上；轴承座1-3的数量为多个，中心转轴设置在轴承座1-3上，通过轴承座1-3来限定中心转轴的轴向位移；

其中，齿条1-1安装在上部结构的下表面，具体而言，安装在桥面板5-1的下方；轴承座1-3固定在下部结构，具体而言，安装在盖梁5-2的上表面；

往复摩擦耗能单元2位于在盖梁的外部区域；

往复摩擦耗能单元2,包括：第一径向杆2-1-1、第一驱动杆2-1-2、第一驱动板2-1-3、平台板2-1-4；

第一径向杆2-1-1垂直于中心转动轴，第一径向杆2-1-1与第一驱动杆2-1-2成垂直关系，且第一驱动杆2-1-2设置在第一径向杆2-1-1远离中心转轴的端部，第一驱动板2-1-3设置有条形槽2-1-3-1，且第一驱动板2-1-3沿中心转轴轴向延伸的方向平行设置平台板2-1-4，第一驱动板2-1-3与平台板2-1-4之间通过连接板连接，使得第一驱动板2-1-3与平台板2-1-4之间产生间隙；第一驱动杆2-1-2插入到第一驱动板2-1-3的条形槽中；

第一驱动板2-1-3与平台板2-1-4一体成型；

还包括：两块平行设置的竖向的侧向板4、以及与2块竖向的侧向板4的端部连接在一起的端部板6，侧向板4垂直固定在盖梁5-2的前侧或者后侧上，在每块侧向板4的相对的一侧的设置有竖向的卡接槽,第一驱动板2-1-3的两侧均设置有与卡接槽相对应的卡接条；

平台板2-1-4与端部板6相互平行，在平台板朝向端部板的表面垂直设置有第一摩擦板7-1，在端部板朝向平台板的表面垂直设置有第二摩擦板7-2，第一摩擦板与第二摩擦板之间采用高强螺栓拉紧，且在第二摩擦板上设置有与卡接槽方向平行的螺栓孔槽。

第一摩擦板与第二摩擦板采用金属板，特别的，采用钢板。

侧向板4、端部板6一起构成u型板。

相配合的，第一驱动板2-1-3的条形槽设置为水平，即与侧向板4所在的面、以及侧向板上的卡接槽的方向相垂直相互垂直。

通过卡接槽-卡接块，第一驱动板2-1-3能够沿着卡接槽的竖向方向做往复运动，进而带动平台板2-1-4做上下往复运动，使得第一摩擦板与第二摩擦板之间摩擦耗能。

实施例一，往复摩擦耗能单元2设置在盖板的前侧和/或后侧，特别适用于桥梁横向方向的抗震耗能。

实施例二，与实施例一的不同之处在于，还包括：两块平行设置的水平的侧向板4，侧向板4固定在盖梁的前侧或者后侧上，在每块侧向板4的相对的一侧的设置有水平的卡接槽,第一驱动板2-1-3以及第二驱动板2-2-3的两侧均设置有与卡接槽相对应的卡接条；

通过卡接槽-卡接块，第一驱动板2-1-3能够沿着卡接槽的水平方向做往复运动，进而带动平台板2-1-4做左右往复运动，与端部板6之间实现摩擦耗能。

相配合的，第一驱动板2-1-3中的条形槽设置为竖向，即与侧向板所在的面、以及侧向板上的卡接槽的方向相垂直。

上述侧向板的方向还可以是其他方向，但是，从安装方式来说，水平向和竖向是两种易于安装的方式，同时，条形槽的方向需与侧向板的方向、以及卡接触的方向相适配（即保持垂直关系）。

然而，侧向板采用水平向的优势在于，水平向的侧向板可以承受驱动板的重量，而竖向的侧向板实质上是依靠驱动杆来承担重量，且安装时还需要临时支撑，或者是在竖向的侧向板下方设置水平支撑；因此，侧向板采用水平的方案比其他方向的优点更大；不过不足之处在于，侧向板采用水平板时，上面的侧向板无法直接与盖梁连接，此时，上面的侧向板、下面的侧向板可采用设置竖向支撑的方式来实现对上侧向板的支撑与固定。

对应的安装方法为，安装步骤如下：

第一，安装齿条、中心转轴以及轴承座，其中齿轮、径向杆预先安装在中心转轴上；侧向板与端部板预制成一体；

第二，在盖梁上安装2块相对的侧向板；

第三，将第一驱动板与平台板预先连接在一起，然后将第一驱动板插入到侧向板的卡接槽中，相对应的，第一摩擦板与第二摩擦板相互插接在一起；

然后将驱动杆安装在径向杆的端部，且穿过相对应的条形槽中；

具体而言，径向杆的端部设置有螺纹孔，驱动杆的外表面设置有螺纹，驱动杆的形状为圆形；安装时，将驱动杆穿过径向杆的螺纹孔中，直至穿过驱动板的条形槽。

实施例三，如图7-8所示，中心转轴从齿轮到端部板方向可分为四段：第一段中心转轴3-1、第三段中心转轴3-3、第二段中心转轴3-2；

所述第一段中心转轴3-1与第二段中心转轴3-2的转动轴处于同一直线；前述的往复单元2设置在第二段中心转轴3-2；

在第一段中心转轴3-1与第二段中心转轴3-2之间设置有第三段中心转轴3-3；

第三段中心转轴3-3与第一段中心转轴3-1平行，且第三段中心转轴3-3与第一段中心转轴3-1之间偏移一段距离，第一段中心转轴端部垂直向外弯折，延伸到第三段中心转轴的端部后再垂直弯折，即第一段中心转轴与第三段中心转轴形成的连接形状为“”；

在第三段中心转轴3-3上设置有第一中部往复摩擦单元，第一中部往复摩擦单元包括：第一中部驱动板8-1、第一中部平台板8-2；

第一中部驱动板8-1设置有条形槽，且第一中部驱动板8-1的两个端部设置均有第一中部平台板8-2，第三段中心转轴3-3插入到第一中部驱动板8-1的条形槽中；

第一中部驱动板8-1、第一中部平台板8-2一体成型，第一中部驱动板8-1的两个端部的第一中部平台板8-2与第一中部驱动板8-1共同构成“工”形；

在每块侧向板4的相对的一侧的设置有竖向的卡接槽,第一中部驱动板8-1的两侧均设置有与卡接槽相对应的卡接条；

第一中部平台板8-2与侧向板平行，且两者相对的一面均设置有垂直于表面的摩擦板；

第一中部平台板8-2的摩擦板与侧向板的摩擦板相接触；进一步，第一中部平台板8-2的摩擦板与侧向板的摩擦板之间采用螺栓连接，在第一中部平台板8-2的摩擦板与侧向板的摩擦板上设置有条形螺栓孔，条形螺栓孔的条状方向与第一中部驱动板的条形槽的方向平行。

实施例一的缺点在于，只能设置一个摩擦板，其原因在于驱动杆在带动驱动板转动时，驱动板要上下移动，因此，中心转轴必须断开。因此，驱动杆实质上只能设置1个，这就限制了其耗能能力。

实施例三的优点在于，破解了上述问题，在中心转轴上可以设置多个第三段中心转轴3-3、以及多个第一中部往复摩擦单元，这是实施例三的应用价值，实施例一有且仅可在端部设置摩擦阻尼器（中心转轴必须断开），而实施例三的设计解决了上述问题，摩擦阻尼器的数量不在受中心转轴断开的限制，可以根据实际条件来选择。

实施例四：在实施例三的基础上，继续进行改进。

中心转轴还包括：第四段中心转轴3-4、第五段中心转轴3-5，第五段中心转轴3-5与第一段中心转轴3-1共线，；

中心转轴从齿轮到端部板方向依次包括：第一段中心转轴3-1、第三段中心转轴3-3、第五段中心转轴3-5、第四段中心转轴3-4、第二段中心转轴3-2；

第四段中心转轴3-4与第五段中心转轴3-5平行，且第四段中心转轴3-4与第五段中心转轴3-5之间偏移一段距离，第四段中心转轴3-4与第三段中心转轴3-3相对于第五段中心转轴3-5旋转180°；

在第四段中心转轴3-4上设置有第二中部往复摩擦单元，第二中部往复摩擦单元包括：第二中部驱动板、第二中部平台板；

第二中部驱动板设置有条形槽，且第二中部驱动板的两个端部设置均有第二中部平台板，第四段中心转轴插入到第二中部驱动板的条形槽中；

第二中部驱动板、第二中部平台板一体成型；

在每块侧向板4的相对的一面的设置有竖向的卡接槽,第二中部驱动板的两侧均设置有与卡接槽相对应的卡接条；

第二中部平台板与侧向板平行，且两者相对的一面均设置有垂直于表面的摩擦板；

第二中部平台板的摩擦板与侧向板的摩擦板相接触；进一步，第二中部平台板的摩擦板与侧向板的摩擦板之间采用螺栓连接，在第二中部平台板的摩擦板与侧向板的摩擦板上设置有条形螺栓孔，条形螺栓孔的条状方向与第二中部驱动板的条形槽的方向平行。

在第一中部平台板、第二中部平台板相对的一面分别设置有第三摩擦板8-3、第四摩擦板8-4；

第三摩擦板8-3、第四摩擦板8-4均垂直于侧向板；

第三摩擦板8-3、第四摩擦板8-4之间通过螺栓连接，且在第三摩擦板8-3或第四摩擦板8-4上设置长条形螺栓孔，条形螺栓孔的条状方向与第二中部驱动板的条形槽的方向平行；

第二中部驱动板的卡接条方向、第一中部驱动板、第一驱动板的卡接条方向平行。

在齿条驱动齿轮转动时，第三段中心转轴3-3与第四段中心转轴3-4带动第一中部驱动板以及第二中部驱动板往复运动，从而带动第三摩擦板8-3与第四摩擦板8-4之间往复运动；具体而言，侧向板4竖向设置时，第一中部驱动板以及第二中部驱动板的卡接条也是竖向设置，第三摩擦板8-3与第四摩擦板8-4上下往复运动（沿着卡接槽的方向往复运动）；

侧向板4水平设置时，第一中部驱动板以及第二中部驱动板的卡接条也是水平设置，第三摩擦板8-3与第四摩擦板8-4左右往复运动。

特别的，第三摩擦板与第四摩擦板的延伸面对应于第五段中心转轴3-5；上述设计是对第一中部平台板、第二中部平台板的长度进行了要求，第五段中心转轴3-5的两侧为空余空间，能够提供给第三摩擦板、第四摩擦板足够的接触面；若第三摩擦板对应于第五段中心转轴，那么其宽度必然受到较大的限制。

对于摩擦阻尼器而言，其摩擦距离是影响耗能的关键因素，相对于实施例一的第一摩擦板-端部板（静止）而言，实施例四的第三摩擦板与第四摩擦板（第三段中心转轴3-3、第四段中心转轴3-4的相位差为180°）产生相对运动；同等条件下，第三段中心转轴3-3、第四段中心转轴3-4距离第一段中心转轴的偏移距离相同时，且与第一驱动杆距离第二段中心转轴的偏移距离相同时，第三摩擦板与第四摩擦板的相对距离，是第一摩擦板-端部板的2倍。由此可知，耗能效果有了显著提升。

对于实施例三、四的方案而言，其安装方法与前述不同，先将各个驱动板套在中心转轴上，然后安装侧向板，在安装侧向板时，根据卡接槽-卡接条来调节驱动板的方向。

本申请的实施例一、实施例三、实施例四的设计方案相对独立。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。