一种多级抗震桥墩弹性铰的制作方法

1.本发明涉及桥梁抗震工程技术领域，具体涉及一种适用于高烈度地震区的多级抗震桥墩弹性铰。


背景技术：

2.我国处于世界上两大地震带之间，地震活动较多而且强烈。现代化城市人口大量聚集，对交通线的依懒性越来越强。一旦地震使交通线遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失将会越来越大。桥梁工程作为震区交通的生命线工程，其抗震性能关系到抗震救灾工作的大局，受到极大的关注。根据桥梁终极设防目标，如何保证结构在地震中不发生倒塌，且工程造价最为经济成为结构工程师的追求。目前，桥墩延性设计是主要的抗震体系，即在地震作用下利用桥梁墩柱发生弹塑性变形，延长结构周期，耗散地震能力。所以桥墩弹塑性铰设计成为减震耗能的关键。
3.传统设计通过配置纵向钢筋和环向箍筋使混凝土桥墩形成的弹塑性耗能铰。然而，混凝土不能承受拉力及抗压能力有限，致使铰转动能力小，变形耗能小，在大震时容易发生弯曲或剪切破坏，且修复较为困难，严重时致使桥梁倒塌。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述存在的技术问题，提出一种结构设计更优化、铰转动角度大、变形耗能大、设置的钢弹簧可消耗竖直方向的地震波冲击，平动位移和转动位移相互独立又能协同工作，共同承受来自不同方向的地震波冲击，安全可靠，更适合高烈度地震区的多级抗震桥墩弹性铰。
5.本发明一种多级抗震桥墩弹性铰，该弹性铰包括设置于桥墩墩体1内、位于下方位置呈“工”字型设置的下球冠衬托4，所述的下球冠衬托4上表面呈下凹形弧面，在下凹形弧面上设置有球面四氟摩擦板7，与下凹形弧面相契合在下球冠衬托4上表面设置有上球冠衬板3，上球冠衬板3的下表面呈凸出的弧形，凸出的弧形中部与下球冠衬托4表面的下凹形弧面相契合，上球冠衬板3和下球冠衬托4之间通过球面四氟摩擦板7可以相互发生位移；在上球冠衬板3和下球冠衬托4之间的边缘位置分别环向竖直设置有钢限位连接块6，在两侧设置的钢限位连接块6之间设置有竖向钢弹簧5。
6.所述的桥墩墩体1与弹性铰之间的间隙内填充有填充体2。
7.所述的填充体2可以是低标号素混凝土或者是水泥砂浆。
8.本发明有益效果：
9.1)填充体2可以是低标号素混凝土或者是水泥砂浆，其主要作用为保护由上球冠衬板3、下球冠衬托4与钢弹簧5形成的摩擦摆不受水流冲刷、环境腐蚀，在罕遇的强震作用下破坏后容易修复；由于填充体2的抗剪强度远远小于钢筋混凝土桥墩1的抗剪强度，这样就形成了在多遇地震与罕遇地震作用下的分级抗震耗能机制；
10.2)设置于桥墩墩体1内、位于下方位置呈“工”字型设置的下球冠衬托4，在下球冠
衬托4上表面设置有上球冠衬板3，上球冠衬板3的下表面呈凸出的弧形，凸出的弧形中部与下球冠衬托4表面的下凹形弧面相契合，上球冠衬板3和下球冠衬托4之间通过球面四氟摩擦板7可以相互发生位移；在上球冠衬板3和下球冠衬托4之间的边缘位置分别环向竖直设置有钢限位连接块6，在两侧设置的钢限位连接块6之间设置有竖向钢弹簧5，在罕遇的强震作用下，填充体2在强大的地震剪切力下发生破坏随即脱落，由上球冠衬板3、下球冠衬托4与钢弹簧5形成的摩擦摆开始工作，形成摆动机制，同时钢弹簧5产生了较大拉伸或压缩变形，即形成的弹性耗能铰装置，钢弹簧5刚度大，耗能能力强，自复位功能好，由于桥墩会受到来自不同方向的地震力，因此，钢弹簧5以及与其连接设置的钢限位连接块6呈环向分布，能够实现不同方向转动后的摩擦摆复位。
附图说明
11.图1为本发明的主视图。
12.图2为设置在桥墩上的本发明主视图。
13.图3为本发明上球冠衬板、下球冠衬托、球面四氟摩擦板、钢弹簧及钢限位连接块形成的摩擦摆装置立剖面图；
14.图4为钢弹簧及限位连接块相对上球冠衬板、下球冠衬托的平剖面图；
15.图5为本发明在桥墩上设置位置的立剖面图。
16.图中：桥墩墩体1、填充体2、上球冠衬板3、下球冠衬托4、钢弹簧5、钢限位连接块6、球面四氟摩擦板7。
具体实施方式
17.以下将结合附图1-5对本发明做进一步的说明。
18.本发明由桥墩墩体1、填充体2、上球冠衬板3、下球冠衬托4、钢弹簧5、钢限位连接块6、球面四氟摩擦板7组成，具体的结构为：该弹性铰包括设置于桥墩墩体1内、位于下方位置呈“工”字型设置的下球冠衬托4，所述的下球冠衬托4上表面呈下凹形弧面，在下凹形弧面上设置有球面四氟摩擦板7，与下凹形弧面相契合在下球冠衬托4上表面设置有上球冠衬板3，上球冠衬板3的下表面呈凸出的弧形，凸出的弧形中部与下球冠衬托4表面的下凹形弧面相契合，上球冠衬板3和下球冠衬托4之间通过球面四氟摩擦板7可以相互发生位移；在上球冠衬板3和下球冠衬托4之间的边缘位置分别环向竖直设置有钢限位连接块6，在两侧设置的钢限位连接块6之间设置有竖向钢弹簧5。所述的桥墩墩体1与弹性铰之间的间隙内填充有填充体2。所述的填充体2可以是低标号素混凝土或者是水泥砂浆。桥墩墩体1可以是普通钢筋混凝土或者高强度钢筋混凝土制成。
19.本发明设置于在单柱墩的墩底、双柱墩及多柱排架墩的墩顶或墩底，即设置在罕遇地震作用下容易形成弯曲铰的桥墩位置处。
20.本发明工作原理：在正常使用状况及多遇地震作用下，由上球冠衬板3、下球冠衬托4与钢弹簧5形成的摩擦摆不发生工作，上球冠衬板3、下球冠衬托4通过摆动实现隔震周期，钢弹簧5通过拉伸或压缩变形耗能。钢弹簧5具有弹性耗能大、自复位功能强的特点，大幅度提高了桥墩弯曲铰的抗震性能。
21.在罕遇的强震作用下，填充体2在强大的地震剪切力下发生破坏随即脱落，由上球
冠衬板3、下球冠衬托4与钢弹簧5形成的摩擦摆开始工作，形成摆动机制，同时钢弹簧5产生了较大拉伸或压缩变形，即形成的弹性耗能铰装置，钢弹簧5刚度大，耗能能力强，自复位功能好，由于桥墩会受到来自不同方向的地震力，因此，钢弹簧5以及与其连接设置的钢限位连接块6呈环向分布，能够实现不同方向转动后的摩擦摆复位。
22.图5中的a、b、c表示本发明可设置的位置。


技术特征：
1.一种多级抗震桥墩弹性铰，其特征在于：该弹性铰包括设置于桥墩墩体(1)内、位于下方位置呈“工”字型设置的下球冠衬托(4)，所述的下球冠衬托(4)上表面呈下凹形弧面，在下凹形弧面上设置有球面四氟摩擦板(7)，与下凹形弧面相契合在下球冠衬托(4)上表面设置有上球冠衬板(3)，上球冠衬板(3)的下表面呈凸出的弧形，凸出的弧形中部与下球冠衬托(4)表面的下凹形弧面相契合，上球冠衬板(3)和下球冠衬托(4)之间通过球面四氟摩擦板(7)可以相互发生位移；在上球冠衬板(3)和下球冠衬托(4)之间的边缘位置分别环向竖直设置有钢限位连接块(6)，在两侧设置的钢限位连接块(6)之间设置有竖向钢弹簧(5)。2.如权利要求1所述的一种多级抗震桥墩弹性铰，其特征在于：所述的桥墩墩体(1)与弹性铰之间的间隙内填充有填充体(2)。

技术总结
本发明一种多级抗震桥墩弹性铰，包括下球冠衬托(4)，下球冠衬托(4)上表面呈下凹形弧面，与下凹形弧面相契合在下球冠衬托(4)上表面设置有上球冠衬板(3)，上球冠衬板(3)的下表面呈凸出的弧形，凸出的弧形中部与下球冠衬托(4)表面的下凹形弧面相契合；在上球冠衬板(3)和下球冠衬托(4)之间的边缘位置分别环向竖直设置有钢限位连接块(6)，在两侧设置的钢限位连接块(6)之间设置有竖向钢弹簧(5)。本发明有益效果：结构设计更优化、铰转动角度大、变形耗能大、设置的钢弹簧可消耗竖直方向的地震波冲击，平动位移和转动位移相互独立又能协同工作，共同承受来自不同方向的地震波冲击。共同承受来自不同方向的地震波冲击。共同承受来自不同方向的地震波冲击。


技术研发人员：李子特 武维宏 石聪 刘鸿博 景燕 王端正
受保护的技术使用者：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
技术研发日：2021.06.17
技术公布日：2022/12/19