一种双向解耦限位器及安装该限位器的桥梁结构的制作方法

本发明属于桥梁技术领域，具体涉及一种双向解耦限位器及安装该限位器的桥梁结构。

背景技术：

近年来，全球范围内地震频发，给灾区人类造成了极大的生命财产损失，大量桥梁结构在地震中受到严重破坏，造成了严重的次生灾害。其中落梁是较为严重的一类震害，会给人类生命财产造成极大的威胁。

发明人发现目前在桥梁结构中通常会在盖梁两端设置横向混凝土挡块，但在非强震区，往往不会设置纵向挡块，在地震作用下容易在纵向发生落梁的震害。在强震区纵向限位的通常做法是在墩梁间设置缆索，可以在一定程度上降低落梁震害的发生，但基本没有耗能作用，而且由于缆索式限位存在纵向、横向耦合的问题，同时也会受到竖向地震的影响，在计算时存在较大误差，计算结果的准确度难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双向解耦限位器及安装该限位器的桥梁结构，可实现桥梁顺桥向、横桥向的解耦限位，且具备一定的耗能作用，不仅可防止发生落梁，还可在必要时提供耗能，同时也提高了设计计算的准确度和可靠性。

本发明的第一发明目的是提供一种双向解耦限位器，本发明为了实现该目的，采用的技术方案如下：

一种双向解耦限位器，包括相互平行设置的第一连接板、槽型件和第二连接板，所述的槽型件具有相互平行的第一平面和第二平面，在第一平面上设有凹槽，所述第二平面与第一连接板之间还设置有多个阻尼锥；所述凹槽与第二连接板之间设置圆锥形限位棒，所述的限位棒顶部为球形碰撞部，所述的球形碰撞部位于槽型件的凹槽内部，但不与凹槽底部接触。

进一步的，限位棒的靠近槽型件部分的直径小于其靠近第二连接板部分的直径。

进一步的，所述的阻尼锥的靠近第一连接板部分的直径大于其靠近槽型件部分的直径；或阻尼锥的靠近第一连接板部分的直径小于其靠近槽型件部分的直径。

进一步的，所述的阻尼锥由软钢制作，限位棒采用硬钢制作。

进一步的，多个阻尼锥在槽型件的顶部与第一连接板之间均匀分布。

进一步的，所述的凹槽的内缘轮廓可根据限位需要进行设计。

本发明的第二发明目的是提供一种双向解耦限位器，包括相互平行设置的第一连接板、槽型件和第二连接板，所述的槽型件具有相互平行的第一平面和第二平面，所述第二平面与第一连接板连接在一起，在第一平面上设有凹槽，凹槽与第二连接板之间设置圆锥形限位棒，所述的圆锥形限位棒的顶部为球形碰撞部，所述的球形碰撞部位于槽型件的凹槽内部，但不与凹槽底部接触。

进一步的，所述的限位棒由软钢或硬钢制作；当需要限位器发挥一定耗能作用时，限位棒由软钢制作；当限位器主要发挥限制桥墩、梁体间水平相对位移的作用时，限位棒由硬钢制作。

本发明的第三发明目的是提供一种包括前面所述的双向解耦限位器的混凝土桥梁结构，所述限位器的第一连接板和第二连接板的两者之一通过预埋钢筋锚固于梁底；两者中的另外一者通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶。

本发明的第四发明目的是提供一种包括前面所述的双向解耦限位器的钢桥梁结构，所述限位器的第一连接板和第二连接板的两者之一焊接或者通过螺栓连接在钢梁底部；两者中的另外一者通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶。

本发明的限位器分为上、下两部分，上部分为向下布置的槽型件，槽型件第二平面与限位器第一连接板间设置小圆锥形软钢制阻尼锥，限位器第一连接板通过预埋钢筋锚固于梁底；下部分为向上布置的一个钢制圆锥形限位棒，限位棒顶部为一球形碰撞部，限位棒焊接于限位器第二连接板，并通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶；通过该结构实现了桥梁顺桥向与横桥向限位功能的解耦，两个方向的限位功能互不影响。限位器布置完毕时，限位棒顶部球形碰撞部位于槽型件的凹槽内部，且不与凹槽底部接触。

进一步的，限位器的上部分和下部分还可以上下换位后使用。

桥梁正常运营期间，墩梁间相对位移较小，没有落梁风险，限位棒与槽型件各自随所连接的桥梁部件发生运动，但互相不会接触。地震发生时，墩梁间水平相对位移增大，当墩梁水平相对位移达到碰撞限值时，限位棒与槽型件内缘发生碰撞从而限制墩梁相对位移的增大，同时，槽型件与第一连接板间的阻尼锥可在碰撞发生时发生微小的变形进行耗能，既保证墩梁相对位移在安全范围内防止发生落梁，也通过耗能减小地震力向桥墩的传递。

而且墩梁顺桥向与横桥向相对位移的限值可通过修改槽型件内缘轮廓进行独立设计，同时也通过槽型件内缘轮廓实现在水平面内任一方向墩梁相对位移限值的独立设计，任意方向上槽型件内缘轮廓点至限位棒起始位置的距离即为该方向上的相对位移限值。

当耗能要求不高时，也可取消阻尼锥，将限位棒采用软钢制作，发生碰撞时由限位棒发生微小的塑性变形进行耗能。

本发明的有益效果如下：

地震作用下，与传统限位装置相比，本发明提供的限位器体系构造简单、造价低廉，且施工较方便，不仅可在任一水平方向按照设计要求实现限位功能，而且各方向限位功能相对独立，互不影响，从而有利于保证理论计算分析的准确性，同时，该限位器可按设计要求发挥一定的耗能减震作用，吸收一定的地震能量，减小限位器发生碰撞时的撞击力，削弱地震力向桥墩的传递。是常规桥梁抗震手段或桥梁减隔震技术的有效补充，可保证在地震发生时上部梁体位移不会超限，避免发生落梁，保证桥梁结构安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明安装在混凝土桥梁上的整体安装结构图；

图2为图1的a-a视图；

图3为图2的b-b视图；

图4为带有阻尼锥的限位器结构图；

图5为不带阻尼锥的限位器结构图；

图6为本发明在钢主梁上的焊接安装示意图；

图7为本发明在钢主梁上的螺栓连接示意图。

图中：1第二连接板、2限位棒，3槽型件，4阻尼锥，5第一连接板，6预埋钢筋，7预埋钢筋,8混凝土主梁，9钢主梁第二连接板，10桥墩/盖梁顶，11螺栓。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

本发明中所述的“槽型件”是指为凹槽形状的一个构件。

正如背景技术所介绍的，发明人发现目前在桥梁结构中通常会在盖梁两端设置横向混凝土挡块，但在非强震区，往往不会设置纵向挡块，在地震作用下容易在纵向发生落梁的震害。在强震区纵向限位的通常做法是在墩梁间设置缆索，可以在一定程度上降低落梁震害的发生，但基本没有耗能作用，而且由于缆索式限位存在纵向、横向耦合的问题，同时也会受到竖向地震的影响，在计算时存在较大误差，计算结果的准确度难以保证，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种双向解耦限位器及安装该限位器的桥梁结构。

实施例1

本发明提出的典型实施如图4所示，双向解耦限位器其包括从上至下依次设置的第一连接板、槽型件和第二连接板，第一连接板作为顶板，第二连接板作为底板；所述的槽型件的凹槽向下，槽型件的凹槽与第二连接板之间设置限位棒，所述的限位棒顶部为球形碰撞部，所述的球形碰撞部位于槽型件的槽型口内部，但不与槽型件顶部接触；在所述槽型件的顶部与第一连接板之间还设置有多个阻尼锥。所述的阻尼锥的上部直径大于下部直径，为倒锥形结构。

所述的阻尼锥由软钢制作，其直接焊接在槽型件的顶部与第一连接板之间。

进一步的，上述槽型件整体为一个矩形结构，在该矩形结构的底部设有向上凹陷的凹槽，凹槽内缘轮廓可根据限位需要进行设计(通常不带尖角，以圆弧倒角过渡)。

上述的限位器分为上、下两部分，上部分为向下布置的钢制浅槽型件结构；槽型件顶部与限位器第一连接板间设置n个(n为自然数，一般不小于4)小圆锥形软钢制阻尼锥，下部分为向上布置的一个钢制圆锥形限位棒，限位棒顶部为一球形碰撞部。

进一步的，球形碰撞部与限位棒本体一体成型，或者焊接在一起；限位棒的底部焊接于限位器第二连接板上，限位器布置完毕时，限位棒顶部球形碰撞部位于槽型件的凹槽内部，但是不与槽型件的凹槽底部接触。

槽型件的内缘轮廓尺寸、槽壁厚、阻尼锥设计参数、限位棒设计参数均通过抗震计算确定。

上述结构适合应用在耗能要求比较高的桥梁结构中，桥梁正常运营期间，墩梁间相对位移较小，没有落梁风险，限位棒与槽型件各自随桥墩和梁体发生运动，但不接触。地震发生时，墩梁间相对位移增大，当墩梁水平相对位移达到碰撞限值时，限位棒与槽型件内缘发生水平碰撞从而限制墩梁相对位移的增大，同时，槽型件与第一连接板间的阻尼锥可在碰撞发生时发生微小的变形进行耗能，既保证墩梁相对位移在安全范围内防止发生落梁，也通过耗能减小地震力向桥墩的传递。

进一步的，墩梁顺桥向与横桥向相对位移的限值可通过修改槽型件凹槽内缘轮廓进行独立设计，同时也通过槽型件内缘轮廓实现在水平面内任一方向墩梁相对位移限值的独立设计，任意方向上槽型件内缘轮廓点至限位棒起始位置的距离即为该方向上的相对位移限值。

实施例2

本发明还提供了一种限位器，如图5所示，其与实施例1的区别在于取消了阻尼锥，其限位棒采用软钢或硬钢制作，其余的结构与实施例1中的结构相同；这种结构适用于当桥梁耗能要求不高时，可取消阻尼锥，当需要限位器发挥一定耗能作用时，将限位棒采用软钢制作，发生碰撞时由限位棒发生微小的塑性变形进行耗能；当限位器主要发挥限制桥墩、梁体间水平相对位移的作用时，限位棒由硬钢制作。

实施例3

本发明还提供了一种包括实施例1所述的限位器的桥梁结构，具体参见图1、图2、图3；双向解耦限位器其包括从上至下依次设置的第一连接板5、槽型件3和第二连接板1，所述的槽型件3的凹槽向下，槽型件3的凹槽与第二连接板之间设置圆锥形限位棒2，所述的圆锥形限位棒顶部为球形碰撞部，所述的球形碰撞部位于槽型件的槽型口内部，但不与槽型件顶部接触；在所述槽型件的顶部与第一连接板之间还设置有n个阻尼锥4，(n为自然数，一般不小于4)；所述的阻尼锥4的上部直径大于下部直径，为倒锥形结构；所述的阻尼锥由软钢制作。

具体的，在安装时，针对混凝土梁，所述限位器的第一连接板通过预埋钢筋锚固于梁底；所述述限位器的第二连接板通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶；

如图6、图7所示，针对钢桥梁结构，所述限位器的第一连接板直接焊接在钢主梁第二连接板的底部(见图6)或者通过高强螺栓固定在钢主梁第二连接板的底部(见图7)；所述述限位器的第二连接板通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶。槽型件内缘轮廓可根据限位需要进行设计(通常不带尖角，以圆弧倒角过渡)。

槽型件内缘轮廓尺寸、槽壁厚、阻尼锥设计参数、限位棒设计参数均根据不同的桥梁结构以及抗震计算确定。

实施例4

本实施例中还公开了另外一种限位器使用方法，即将图1的限位器完全倒置后使用，第一连接板作为底板，第二连接板作为顶板；整个装置倒置，第二连接板与通过预埋钢筋锚固于梁底；第一连接板通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶；

针对钢桥梁结构，所述限位器的第二连接板直接焊接在钢主梁底板的底部或者通过高强螺栓固定在钢主梁底板的底部；所述述限位器的第一连接板通过预埋钢筋锚固于桥墩墩顶或桥墩盖梁顶。

地震作用下，与限位装置相比，本发明提供的限位器体系构造简单、造价低廉，且施工较方便，不仅可在任一水平方向按照设计要求实现限位功能，而且各方向限位功能相对独立，互不影响，从而有利于保证理论计算分析的准确性，同时，该限位器可按设计要求发挥一定的耗能减震作用，吸收一定的地震能量，减小限位器发生碰撞时的撞击力和地震力向桥墩的传递。是常规桥梁抗震手段或桥梁减隔震技术的有效补充，可保证在地震发生时上部梁体位移不会超限，避免发生落梁，保证桥梁结构安全。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。