一种分级耗能式横向支挡结构

本发明属于桥梁结构防震减灾，具体涉及一种分级耗能式横向支挡结构。

背景技术：

1、地震中如果上部结构的移位超出了墩、台等的支撑面，则将导致梁体脱落，从而使结构受到破坏。从国内发生的几次地震中可以看出，上部结构的落梁震害和碰撞震害在破坏性地震中极为常见，且已有震害表明，桥梁结构的破坏主要发生在梁体与桥墩连接薄弱处，其中防落梁装置耗能不足，构造形式单一是发生震害的重要原因。

2、传统的防落梁构造措施是在桥墩中设置混凝土挡块以限制梁体横向位移，但当遭受高烈度地震时，挡块受梁体多方位冲击，致使挡块剪切破坏后失效，起不到限位作用，造成梁体脱落。近年来，国内外学者研究发现在桥梁上、下部结构之间设置限位装置可有效减轻落梁震害，并先后开发了多种防落梁限位装置。专利申请cn106351114a公开了一种多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，装置中设有耗能组件、限位组件及连接组件，地震中将地震力经限位组件传递给耗能组件，利用耗能组件弹塑性变形来耗散能量，以实现多级限位功能，但其耗能组件是由若干块钢板组成，钢板屈服使其耗能能力有限，在罕遇地震大脉冲作用下，钢板迅速屈服破坏，使梁体仍存在落梁风险。专利申请cn103290779a公开了一种桥梁横向防落梁装置，该装置利用形状记忆合金拉伸耗能，并实现震后装置自复位，但形状记忆合金工作范围易受温度限制，在持续加热或加载时，稳定性将变差，并且成本较高。专利申请cn205329520u公开了一种独柱墩桥梁的防落梁加固装置，该装置通过橡胶板与缓冲板的对冲碰撞，实现对梁体横向较大偏移的阻挡缓冲作用，然而，橡胶板的耐久性差，长期作用下将产生严重的老化而丧失限位与耗能作用。

3、随着建筑结构抗震设防体系的逐步完善，防落梁限位装置得到广泛应用，但其仍存在耗能能力差、稳定性差及易受外界因素干扰等不足。鉴于此，本发明提出一种分级耗能式横向支挡结构，旨在提高防落梁装置的耗能能力，限制梁体横向位移，从而规避落梁风险。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种分级耗能式横向支挡结构，满足列车正常行车要求，具有类似混凝土挡块的限位功能，并能分级耗散地震能量，防止落梁震害发生。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种分级耗能式横向支挡结构，包含金属橡胶装置和钢板组合结构，其中金属橡胶装置是由金属橡胶块、角钢限位板及高强螺栓构成，金属橡胶块夹在角钢限位板之间，高强螺栓将角钢限位板锚固在钢板组合结构外纵向挡板上。钢板组合结构是由底板、外纵向挡板、外横向挡板、纵向工型加劲梁及高强螺栓拼装而成，底板与外纵向挡板均为矩形，外横向挡板为梯形。底板、外纵向挡板及外横向挡板间通过焊接连接，底板与钢筋混凝土桥墩之间为螺栓连接，纵向工型加劲梁两端通过高强螺栓锚固于外横向挡板中。

4、优选地，金属橡胶块为方形的单层结构，是采用奥氏体不锈钢丝经绕丝做成弹簧卷、拉伸、编织、在模具中冲压制成，其名义相对密度在0.24～0.40之间。

5、优选地，支挡结构与梁体间存在伸缩缝隙，并在梁体受碰撞范围内布置加固钢板。

6、优选地，底板、外纵向挡板、外横向挡板、纵向工型加劲梁、角钢限位板及加固钢板均由q235钢材制成，且在其表面镀锌后刷油漆。

7、本发明中金属橡胶块涉及的关键技术参数有：块边长、块高度、形状系数、名义相对密度、金属丝材料类别及金属丝直径等。形状系数与名义相对密度按下式计算：

8、s＝d/h

9、

10、式中，s为金属橡胶块形状系数；d为块边长；h为高度；ρ、ρs分别为金属橡胶块名义相对密度、金属丝密度及金属橡胶块密度。

11、本发明具有以下优点和有益效果：

12、1、本发明支挡结构具有优越的减震耗能性能，地震作用下，金属橡胶块受压塑性变形及不锈钢金属丝之间的摩擦提供阻尼耗散大量地震能量。当遭受罕遇特大地震，金属橡胶装置被压缩到极限而丧失耗能能力，钢板组合结构利用金属板屈服二次耗能，并起到限制梁体横向位移的作用，进而有效制止落梁震害发生。

13、2、本发明支挡结构能满足正常行车要求，不影响桥面的正常热胀冷缩变形。具有结构形式简单合理、力学性能稳定、耐久性好、易制作、自重轻、震后易更换等优点，为桥梁结构提供了一种可靠的支挡结构，尤其是对高烈度地区桥梁防落梁支挡的设计具有重大意义。

技术特征：

1.一种分级耗能式横向支挡结构，其特征在于：包含金属橡胶装置和钢板组合结构，所述金属橡胶装置是由金属橡胶块(3)、角钢限位板(1)及高强螺栓(7)构成，所述钢板组合结构是由底板(4)、外纵向挡板(6)、外横向挡板(5)、纵向工型加劲梁(10)及高强螺栓(7)拼装而成。

2.根据权利要求书1所述的一种分级耗能式横向支挡结构，其特征在于所述金属橡胶块(3)为方形的单层结构，是采用奥氏体不锈钢丝经绕丝做成弹簧卷、拉伸、编织、在模具中冲压制成，其名义相对密度在0.24～0.40之间。

3.根据权利要求书1所述一种分级耗能式横向支挡结构，其特征在于所述金属橡胶块(3)上部和下部均设有所述角钢限位板(1)，并通过所述高强螺栓(7)将所述角钢限位板(1)锚固在所述钢板组合结构的外纵向挡板上(6)。

4.根据权利要求书1所述一种分级耗能式横向支挡结构，其特征在于所述底板(4)与所述外纵向挡板(6)均为矩形，所述外横向挡板(5)为梯形，所述底板(4)、外纵向挡板(6)及外横向挡板(5)间通过焊接连接，所述底板(4)与钢筋混凝土桥墩(8)之间为螺栓连接，所述纵向工型加劲梁(10)两端通过所述高强螺栓(7)锚固在所述外横向挡板(5)上。

5.根据权利要求书1所述一种分级耗能式横向支挡结构与梁体(9)间留有一定伸缩缝隙，并在所述梁体(9)受碰撞范围内布置加固钢板(2)。

6.根据权利要求书1所述一种分级耗能式横向支挡结构，其特征在于所述底板(4)、外纵向挡板(6)、外横向挡板(5)、纵向工型加劲梁(10)、角钢限位板(1)及加固钢板(2)均由q235钢材制成，且在其表面镀锌后刷油漆处理。

技术总结
本发明公开一种分级耗能式横向支挡结构，涉及桥梁防震减灾技术领域。包括金属橡胶装置和钢板组合结构，其中金属橡胶装置是由奥氏体不锈钢丝经绕丝做成弹簧卷、拉伸、编织、在模具中冲压而成，装置中设有角钢限位板。钢板组合结构是由底板、外纵向挡板、外横向挡板及纵向工型加劲梁拼装而成。支挡结构与梁体间留有伸缩缝隙，使桥面的正常热胀冷缩变形不受干涉。在地震作用下，梁体发生较大横向位移施压于金属橡胶耗能装置，压缩中金属丝之间摩擦及其塑性变形提供阻尼耗散地震能量，当遭遇特大地震时，金属橡胶耗能装置达到承载力极限，丧失耗能能力后，通过钢板组合结构金属屈服二次耗能，最大程度地避免梁体脱落，达到多道设防和分级耗能的抗震目标。该支挡结构具有结构形式简单、减震耗能性能强、质量轻、易制作、震后可更换等优点，使其拥有广泛的应用前景，尤其适用于高烈度地区桥梁防落梁构造设计。

技术研发人员：夏修身,张永强,钟亚伟,戴胜勇
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12