一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置的制作方法

本发明涉及一种吊杆与桥面连接装置，特别是一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置。

背景技术：

吊杆体系作为桥梁结构中重要的受拉构件，被广泛应用于多种桥型上，其主要承担桥面恒载及车辆荷载等工作活载作用。吊杆体系在桥梁运营过程中，不仅需要承受恒载带来的静力作用，而且需要承受由车辆荷载引起的长期交变荷载的作用。在车桥耦合作用下，吊杆体系承受竖向拉力及冲击作用的同时，还会受到横向振动及纵向振动产生的弯矩及剪力作用，使得吊杆体系尤其是吊杆与桥面连接处，极易发生应力腐蚀、疲劳破损。为保证吊杆体系的安全性，在现有的吊杆设计中都会有一个较大的安全储备量，一般吊杆设计的安全系数都在2.5以上。但通过大量现有桥梁的检测试验发现，吊杆体系的普遍工作寿命为十几年即需更换，其寿命远远小于桥梁的设计基准期。

通过试验分析及有限元模拟计算研究，吊杆体系工作性能不佳的原因十分复杂。车辆荷载是使吊杆受交变应力的主要原因，而桥面不平度、车速变化等都会造成桥面的竖向振动，使得吊杆受冲击作用明显，易于疲劳。而较其他桥跨结构相比，吊杆的变形较为明显，其振动固有频率较高，尤其是短吊杆处，抗弯刚度较大，更易疲劳损伤。车辆在加减速过程中会产生纵向力，使桥面产生纵向位移并伴随纵向振动，使吊杆于桥面连接的下端产生弯矩和剪力作用。在拉力、弯矩、剪力的复杂冲击作用下，吊杆体系很难维持理想的工作寿命。

为了改善吊杆工作情况，通常多采用以下方法：1)增加吊杆长度或截面积，降低固有频率。但受设计标高及美观等因素限制，操作范围有限。2)吊杆与桥面等的连接方式由固接改完铰接或半铰接，大大降低吊杆受弯矩、剪力影响，但增加了施工难度，且在后期运营过程还会受锈蚀、灰土堵塞等因素影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置。本发明具有吸能减振，且不受设计标高和美观的因素限制，施工简单，后期维护容易的特点。

本发明的技术方案：一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置，包括有吊杆，吊杆的下端穿过桥面后在其端部设有锚固凸缘，锚固凸缘与桥面下侧之间的吊杆上自上而下依次设有弹性曲面垫块和曲面吊杆连接件；其中弹性曲面垫块上侧与桥面下侧以及曲面吊杆连接件下侧与锚固凸缘上侧平面接触，弹性曲面垫块的下侧和曲面吊杆连接件的上侧曲面接触。

前述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，所述弹性曲面垫块的下侧呈向上的内凹球面，曲面吊杆连接件的上侧呈向上的外凸球面。

前述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，所述弹性曲面垫块下侧和曲面吊杆连接件上侧的曲面的曲度为0.02rad。

前述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，所述弹性曲面垫块与桥面下侧之间设有垫片，垫片与桥面和弹性曲面垫块平面接触。

前述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，所述弹性曲面垫块的下侧和曲面吊杆连接件的上侧的接触面处设有润滑剂。

本发明的有益效果

本发明通过弹性曲面垫块自身的弹性，在吊杆与桥面连接处最大限度地消耗和吸收车辆荷载等外部荷载引起的吊杆振动能量，降低吊杆所受冲击作用；并且，主要是改进桥面下吊杆与桥面的连接结构，完全不受设计标高和美观的限制。

本发明还通过曲面吊杆连接件与弹性曲面垫块的曲面相契合，为吊杆端部提供一定的角位移，以降低吊杆端部所受的弯矩及剪力，达到良好的吸能减振效果，大大延长了吊杆的使用寿命。

通过有限元模拟验证，当吊杆处抗弯刚度下降后，其所受冲击系数下降明显，可降低50％左右。通过车流模拟进行疲劳寿命验算，吊杆的疲劳寿命明显提高，尤其以短吊杆最为显著，可达原使用寿命的2倍以上。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明有限元模型吊杆编号；

附图3为有限元模拟吊杆处的局部刚度；

附图4为有限元模拟桥梁自振频率；

附图5为有限元模拟各吊杆的拉应力时程情况；

附图6为有限元模拟各吊杆的平均冲击系数。

附图标记说明：1-吊杆，2-桥面，3-垫片，4-弹性曲面垫块，5-曲面吊杆连接件，6-锚固凸缘。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例

一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置，如附图1所示，包括有吊杆1，吊杆1的下端穿过桥面2后在其端部设有锚固凸缘6，锚固凸缘6与桥面2下侧之间的吊杆1上自上而下依次设有金属的垫片3、橡胶制作的弹性曲面垫块4和曲面吊杆连接件5，弹性曲面垫块4的下侧呈向上的内凹球面，曲面吊杆连接件5的上侧呈向上的外凸球面，上下球面相互契合；其中垫片3与桥面2和弹性曲面垫块4平面接触，防止桥面结构上预留孔与弹性曲面垫块4间因“线接触”产生应力集中限制，弹性曲面垫块4的下侧和曲面吊杆连接件5的上侧曲面接触；为了使弹性曲面垫块4和曲面吊杆连接件5之间更好的产生角位移，所述弹性曲面垫块4的下侧和曲面吊杆连接件5的上侧的接触面处设有润滑剂，且曲面的曲度为0.02rad。

本发明的冲击系数比较

在现有钢管混凝土拱桥有限元模型基础上，采用弹簧单元模拟弹性曲面垫块所提供的弹性，与原吊杆连接方式相比较，吊杆编号如图2所示。由模拟计算可知，与原吊杆连接方式相比，采用这种吸能减振的连接装置后，吊杆处局部刚度明显降低，可通过调整弹性大小，设置理想的吊杆处局部刚度。如图3所示，可将各吊杆处的局部刚度调整到较为接近的情况。但通过模态分析可见(如图4)，振动频率变化较小，对结构的固有频率影响不大。采用多种车速进行车桥耦合计算吊杆冲击系数，得到的各个吊杆的平均冲击系数如图6所示，设置该装置后吊杆冲击系数显著降低，特别是1#短吊杆处，冲击系数降低50％左右。

本发明的疲劳寿命模拟

通过车流模拟计算各个吊杆的疲劳寿命，首先不考虑腐蚀情况，认为吊杆始终是无腐蚀的，通过模拟计算可知，采用吸能减振装置后，吊杆的疲劳寿命明显增加，增幅可达1倍左右。当考虑吊杆的腐蚀情况后，吊杆寿命均显著下降，但采用吸能减振装置的吊杆体系疲劳寿命仍较初始模型高出很多。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：

1.一种吸能减振的吊杆与桥面连接装置，其特征在于：包括有吊杆(1)，吊杆(1)的下端穿过桥面(2)后在其端部设有锚固凸缘(6)，锚固凸缘(6)与桥面(2)下侧之间的吊杆(1)上自上而下依次设有弹性曲面垫块(4)和曲面吊杆连接件(5)；其中弹性曲面垫块(4)上侧与桥面(2)下侧以及曲面吊杆连接件(5)下侧与锚固凸缘(6)上侧平面接触，弹性曲面垫块(4)的下侧和曲面吊杆连接件(5)的上侧曲面接触。

2.根据权利要求1所述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，其特征在于：所述弹性曲面垫块(4)的下侧呈向上的内凹球面，曲面吊杆连接件(5)的上侧呈向上的外凸球面。

3.根据权利要求2所述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，其特征在于：所述弹性曲面垫块(4)下侧和曲面吊杆连接件(5)上侧的曲面的曲度为0.02rad。

4.根据权利要求1所述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，其特征在于：所述弹性曲面垫块(4)与桥面(2)下侧之间设有垫片(3)，垫片(3)与桥面(2)和弹性曲面垫块(4)平面接触。

5.根据权利要求1所述的吸能减振的吊杆与桥面连接装置，其特征在于：所述弹性曲面垫块(4)的下侧和曲面吊杆连接件(5)的上侧的接触面处设有润滑剂。

技术总结
本发明公开了种吸能减振的吊杆与桥面连接装置，包括有吊杆，吊杆的下端穿过桥面后在其端部设有锚固凸缘，锚固凸缘与桥面下侧之间的吊杆上自上而下依次设有弹性曲面垫块和曲面吊杆连接件；其中弹性曲面垫块上侧与桥面下侧以及曲面吊杆连接件下侧与锚固凸缘上侧平面接触，弹性曲面垫块的下侧和曲面吊杆连接件的上侧曲面接触。本发明具有吸能减振，且不受设计标高和美观的因素限制，施工简单，后期维护容易的特点。

技术研发人员：邵元
受保护的技术使用者：贵阳学院
技术研发日：2020.05.14
技术公布日：2020.07.31