一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置的制作方法

本发明涉及桥梁抗震技术领域，具体是一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置。

背景技术：

随着我国经济科技的迅速发展，经济的发展带动了基建事业的迅猛发展，道路桥梁建设越来越多。而桥梁本身跨度大，高度高，我国绝大部分在役桥梁在地震、车船碰撞等各种动力作用下会发生一定的纵横向位移，另外在伸缩缝卡死、温度作用等静力作用下也会产生任意方向的位移，这些发生梁体偏位的桥梁已经严重威胁着道路运营的安全，因此对桥梁采取抗震措施是十分必要的。

目前为了限制上部梁体间相对较大的位移的产生，常见的作法是在桥体梁顶部设置挡块，但可能引起梁体内产生较大的应力，造成梁体底部、墩顶或盖梁顶的损坏，不能很好限制梁体的位移。其次，以挡块变形来消耗地震能量，所消耗的地震能量低，且在变形后不易复原。再者，目前的桥梁抗震限位装置只能实现一个方向的限位，无法实现任意方向限位。

针对上述缺点，需要设计和开发一种新型的桥梁抗震限位装置，能够更好地实现对桥梁梁体任意方向的约束，在多方向上限制梁体的位移，能够释放和耗散约束应力，缓冲冲击力和消耗地震能量。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明设计和开发一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置，该装置可以在多个方向上对桥体位移进行的限制，有效防止桥体受到地震影响而发生脱落；可实现缓冲和复位的效果，防止因碰撞所产生的破坏；进一步的，能够实现借用桥体位移限制桥体位移，达到自锁的效果，有效的限制桥体的位移和消耗地震能量；同时，在实现自锁效果的同时能够将桥体位移动能转化为碰撞，摩擦及弹簧能量的形式予以消耗，更进一步的实现对地震能量的耗散。

为实现上述目的，本发明所用技术方案为：

一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿、摩擦限位顶板、传动限位钢柱、传动滑块、摩擦限位滑块、支架挡块、传动板、第一钢弹簧和第二钢弹簧；所述钢牛腿通过螺栓固定在桥墩侧壁上；所述摩擦限位顶板通过螺栓固定在桥主梁底部，所述传动限位钢柱一端通过球铰支座与摩擦限位顶板底部连接，另一端通过球铰支座连接在传动滑块的第一突出块上；所述支架挡块固定连接在钢牛腿平台上，所述传动滑块通过第一钢弹簧连接在支架挡块底部；所述摩擦限位滑块通过第一钢弹簧连接在支架挡块上部；所述传动板两端固定连接有第二钢弹簧，通过铰支座与支架挡块连接。

所述摩擦限位顶板由方环形限位块和底板组成，所述方环形限位块内部设置有方形凹槽，所述方形凹槽内壁为倾斜平面。

所述摩擦限位滑块由下层方形滑块和上层四棱台滑块组成，所述上层四棱台滑块顶部和4个侧面均设置有摩擦层。

所述支架挡块由上挡板、下挡板和中板组成，所述中板在顺桥向两侧端部分别设置有一块上挡板，在横桥向两侧分别在中部设置有一块上挡板，所述下挡板、上挡板根据中板所在平面呈上、下对称结构；所述中板由方形板和第二突出块组成，所述第二突出块设置在在方形板横桥向两边和顺桥向一边中部，整体呈土字形。

所述传动滑块由方形滑块和第一突出块组成，所述第一突出块位于方形滑块两侧，且第一突出块高度低于方形滑块。

所述传动限位钢柱的材质为低屈服强度钢。

所述传动板设置在横桥向两边和顺桥向自由边中部，通过第二突出块上的铰支座与支架挡块进行连接。

所述第一钢弹簧数量为12个，分别设置在摩擦限位滑块与上挡板、传动滑块与下挡板之间。

本发明的有益效果：

1、本发明能够在地震时实现对桥体多方向位移的有效限制，防止梁体落梁损坏，并对桥体位移冲击进行缓冲。传动限位钢柱与摩擦限位顶板和传动滑块连接，能够实现对桥体竖向位移的限制，传动限位钢柱与摩擦限位顶板和传动滑块之间通过球铰支座连接，能够限制桥体的顺桥向和横桥向的位移。竖向，顺桥向和横桥向限制，实现了对桥体位移的多向限制，且仅通过传动限位钢柱就实现多向限位结构简单，同时第一钢弹簧的设置也使得桥体位移的冲击得到缓解，防止发生碰撞损伤。

2、本发明能够有效降低和消耗地震能量，减少桥梁损伤；所设置的传动限位钢柱在限制桥体多方向位移的同时通过自身的弹塑性形变，达到对地震能量的一重耗散；第一钢弹簧能将地震能量转化为弹性势能，进一步消耗能量，达到对地震能量的二重耗散；摩擦限位滑块顶面和侧面的多摩擦层的设置在限位的同时能够借以桥体位移提供压力，使得摩擦力大大增加，更加有效的将地震能量进行消耗，实现对地震能量的三重耗散；进一步的，在装置工作时，桥体的动能通过传动限位钢柱传递到传动滑块和摩擦限位滑块上进行耗散，各部件之间发生的摩擦，碰撞亦使得地震能量耗散的更为充分，实现对地震能量的四重耗散；

3、本发明能够通过摩擦，碰撞限制桥体位移，并通过传动机构实现桥体的自锁限位，进一步的限制桥体位移，充分耗散地震能量；设置在支架挡块中板下部的传动滑块，中板上部的摩擦限位滑块以及连接三者的传动板共同组成传动自锁限位机构。在地震时，桥体位移引起的传动滑块位移传递到传动板，配合中板突出板处设置的铰支座，使得传动滑块的位移反向传递给摩擦限位滑块，摩擦限位滑块位移抵抗限制摩擦限位顶板的位移，以达到二重限位的效果，实现自锁；摩擦限位滑块与摩擦限位顶板之间发生相对移动，产生摩擦达到进一步消耗能量的作用，同时，第一钢弹簧的设置能实现缓冲及更进一步的耗能效果；

4、本发明能够实现传动滑块和活动板的自复位，并消耗能量；设置在支架挡块中第一钢弹簧能够使传动滑块在地震后恢复至初始状态，使其始终保持在中心处；设置在摩擦限位滑块与支架挡块的上挡板之间的第一钢弹簧能够使摩擦限位滑块恢复至初始状态；第一钢弹簧、第二钢弹簧能将地震能量转化为弹性势能，进一步消耗能量；

5、本发明整体呈左右对称式结构，结构合理简单，便于制作，材料价格低，施工方便，节能环保，多功能。

附图说明

图1为本发明一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置的主体结构剖视图；

图2为本发明去除摩擦限位顶板后的主体结构俯视图；

图3为本发明中板以下部分的结构俯视图；

图4为本发明主体结构的左视图；

图5为本发明所述传动滑块的结构示意图；

图6为本发明所述支架挡块的结构示意图；

图7为本发明所述摩擦限位滑块的结构示意图；

图8为本发明所述摩擦限位顶板的结构示意图；

图9为本发明一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置的整体三维结构示意图。

图中：1、钢牛腿；2、摩擦限位顶板；3、摩擦限位滑块；4、支架挡块；5、传动滑块；6、传动限位钢柱；7、传动板；8、球铰支座；9、铰支座；10、第二钢弹簧；11、第一钢弹簧；12、方形滑块；13、第一突出块；14、下挡板；15、中板；16、上挡板；17、下层方形滑块；18、上层四棱台滑块；19、方环形限位块；20、底板；21、方形凹槽；22、第二突出块；23、摩擦层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例：参见图1-9。

一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置，包括钢牛腿1、摩擦限位顶板2、传动限位钢柱6、传动滑块5、摩擦限位滑块3、支架挡块4、传动板7、第一钢弹簧11和第二钢弹簧10；所述钢牛腿1通过螺栓固定在桥墩侧壁上；所述摩擦限位顶板2通过螺栓固定在桥主梁底部，所述传动限位钢柱6一端通过球铰支座8与摩擦限位顶板2底部连接，另一端通过球铰支座8连接在传动滑块5的第一突出块13上；所述支架挡块4固定连接在钢牛腿1平台上，所述传动滑块5通过第一钢弹簧11连接在支架挡块4底部；所述摩擦限位滑块3通过第一钢弹簧11连接在支架挡块4上部；所述传动板7两端固定连接有第二钢弹簧10，通过铰支座9与支架挡块4连接。

所述摩擦限位顶板2由方环形限位块19和底板20组成，所述方环形限位块19内部设置有方形凹槽21，所述方形凹槽21内壁为倾斜平面。

所述摩擦限位滑块3由下层方形滑块17和上层四棱台滑块18组成，所述上层四棱台滑块18顶部和4个侧面均设置有摩擦层23。

所述支架挡块4由上挡板16、下挡板14和中板15组成，所述中板15在顺桥向两侧端部分别设置有一块上挡板16，在横桥向两侧分别在中部设置有一块上挡板16，所述下挡板14、上挡板16根据中板15所在平面呈上、下对称结构；所述中板15由方形板和第二突出块22组成，所述第二突出块22设置在在方形板横桥向两边和顺桥向一边中部，整体呈土字形。

所述传动滑块5由方形滑块12和第一突出块13组成，所述第一突出块13位于方形滑块12两侧，且第一突出块13高度低于方形滑块12。

所述传动限位钢柱6的材质为低屈服强度钢。

所述传动板7设置在横桥向两边和顺桥向自由边中部，通过第二突出块22上的铰支座9与支架挡块4进行连接。

所述第一钢弹簧11数量为12个，分别设置在摩擦限位滑块3与上挡板16、传动滑块5与下挡板14之间。

本发明一种自锁型可复位耗能多向限位桥梁抗震装置的工作原理为：在未发生地震时，传动限位钢柱6处于竖直位置且无变形，传动板7处于竖直位置，第一钢弹簧11、第二钢弹簧10处于无变形的初始状态，传动滑块5，摩擦限位滑块3均处于初始位置，摩擦限位顶板2位于初始位置，且中心与摩擦限位滑块3中心重合。当发生较小地震时，桥主梁与桥墩之间发生相对位移，首先带动摩擦限位顶板2，摩擦限位顶板2带动传动限位钢柱6，将力传递到传动滑块5并带动其发生滑动，压缩和拉伸第一钢弹簧11以消耗能量，限制桥体位移，此时传动限位钢柱6充当传动结构，仅发生微小变形；当地震强度较大时，传动限位钢柱6在摩擦限位顶板2拉力作用下发生形变，限制桥体位移，并通过弹塑性变形将地震能量进行消耗，进一步限制桥体位移；连接件为球铰支座8，限制了桥体顺桥向、横桥向和竖向位移，实现多向限位效果；桥体位移带动传动滑块5发生滑动，并带动传动板7一端，传动板7配合中板15处设置的铰支座9，反向推动摩擦限位滑块3，使得传动滑块5的位移反向传递给摩擦限位滑块3，用摩擦限位滑块3位移抵抗限制摩擦限位顶板2的位移，以达到二重限位的效果，实现自锁；摩擦限位滑块3在抵抗摩擦限位顶板2位移的同时，与摩擦限位顶板2发生相对位移，借由摩擦限位顶板2位压力和摩擦限位滑块3上设置的摩擦层23产生巨大的摩擦力，极大的消耗桥体的动能和地震能量，限制桥体位移。在地震结束后通过第一钢弹簧11及第二钢弹簧10的恢复力作用，可将传动滑块5和摩擦限位滑块3恢复至初始位置，实现复位作用，以便下一次使用。

需要注意的是：在上述描述中，术语“左”、“右”、“前”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，仅仅为了便于描述。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。