一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系

本发明涉及一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，属于土木工程抗震。

背景技术：

1、由于部分铁路，如川藏铁路等经过地震区或地震带，且地形复杂，可能出现隧道与桥梁直接相连的情况。隧道刚度远高于相连的桥梁结构的刚度，在地震作用下，这种刚度突变使得隧道与桥梁的变形和位移响应不协调，导致桥隧和铁路结构震害加重，严重影响其震后使用功能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，可有效地降低桥隧和铁路结构在地震作用下产生的损伤。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，包括隧道、桥梁以及桥台，所述多阶段协同抗震体系还包括多级连接装置以及减隔震装置，所述桥梁一端通过减隔震装置放置在桥台上，减隔震装置提供耗能及自复位作用；所述隧道、桥梁之间通过所述多级连接装置连接成一个整体，所述多级连接装置能够控制隧道和桥梁产生的相对错动，同时通过变形产生阻尼并实现耗能能力；其中，所述桥台设置在隧道外端，桥台与桥梁外端之间设置有接缝，所述多级连接装置两端分别设置在接缝两侧的桥台和桥梁上。

4、进一步地，所述减隔震装置为复位耗能隔震支座。

5、进一步地，所述复位耗能隔震支座为铅芯橡胶隔震支座或摩擦摆隔震支座。

6、进一步地，所述隧道内以及桥梁上铺设有铁轨。

7、进一步地，所述多级连接装置为多边形变形体系，且为设置在桥台和桥梁两侧的至少一组，每组包括中间的连接耗能装置以及两端的铰接固定装置，两端的铰接固定装置分别伸出并垂直固定在桥台和桥梁外壁上。

8、进一步地，桥梁包括桥墩、盖梁以及承台，桥墩与盖梁以及承台间设置有摇摆界面，或桥墩与盖梁间设置有减隔震装置。

9、进一步地，对于设置有摇摆界面的桥梁桥墩来说，其还包括预应力筋以及耗能装置；所述预应力筋竖向贯穿桥墩，且两端分别锚固在盖梁以及承台内；所述耗能装置设置在桥墩上、下端的左、右两侧。

10、进一步地，所述耗能装置由两根十字交叉的耗能棒构成，每根耗能棒的固定端设置在桥墩、盖梁或承台上。

11、进一步地，所述耗能装置由金属屈服型阻尼器构成。

12、其原理为：

13、在正常运营阶段，多级连接装置通过将隧道与桥梁连接在一起，桥隧之间几乎不产生相对位移，二者协同受力，可以视作整体，且桥墩、盖梁以及承台紧密接触，保证列车行驶的稳定性；

14、在中小地震作用下，多级连接装置提供的连接力无法满足桥隧固结所需的抗力，致使隧道与桥梁之间产生相对错动，二者由刚性连接转为半连接；同时，多级连接装置和接缝分别因变形和摩擦而耗散部分地震能量，减小结构位移响应；此外，桥墩与承台、盖梁的连接处产生缝隙，其在地震作用下“提离”，并在预应力筋作用下“闭合”；同时，耗能装置耗散地震带来的能量，防止桥梁其他部位受到损伤破坏，减少桥梁的残余位移；

15、在大震作用下，隧道与桥梁之间相对位移进一步加大，多级连接装置失效，桥梁与隧道彻底断开，各自抵抗地震作用；同时，减隔震装置以及耗能装置发挥隔震及减震耗能功能；

16、地震结束后，减隔震装置、多级连接装置、预应力筋实现自复位功能，将桥梁恢复至原位，减小震后残余变形。

17、本发明通过多级连接装置和减隔震装置等变换桥隧连接方式，既能在正常使用阶段充分发挥隧道刚度优势，以减少桥隧相对位移、保持行车平稳性，又可在不同烈度地震作用下实现隧道—桥梁整体结构体系分阶段抗震。该体系能够实现桥隧连接、熔断和减震功能，有效提升铁路的抗震性能。具体有益效果如下：

18、1.在正常运营阶段，桥梁与隧道刚性连接，桥梁相对位移较小，保证列车行驶的平稳。

19、2.在地震作用下，具有良好的耗能性能和较小的残余位移，减震和隔震能力强。

20、3.在大震作用下，隧道与桥梁保持独立，减轻了隧道—桥梁连接体系因变形不协调产生的震害，并保证了桥梁抗震性能整体一致性。

21、4.具有良好的自复位作用，保证体系震后使用及可恢复性，装置易于维修及更换。

22、5.隧道—桥梁体系能够在不同烈度地震作用下，实现多阶段抗震功能，最大限度减轻铁路震害，提升川藏铁路抗震性能。

技术特征：

1.一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，包括隧道(01)、桥梁(02)以及桥台(06)，其特征在于：所述多阶段协同抗震体系还包括多级连接装置(03)以及减隔震装置(05)，所述桥梁(02)一端通过减隔震装置(05)放置在桥台(06)上，减隔震装置(05)提供耗能及自复位作用；所述隧道(01)、桥梁(02)之间通过所述多级连接装置(03)连接成一个整体，所述多级连接装置(03)能够控制隧道(01)和桥梁(02)产生的相对错动，同时通过变形产生阻尼并实现耗能能力；其中，所述桥台(06)设置在隧道(01)外端，桥台(06)与桥梁(02)外端之间设置有接缝(04)，所述多级连接装置(03)两端分别设置在接缝(04)两侧的桥台(06)和桥梁(02)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述减隔震装置(05)为复位耗能隔震支座。

3.根据权利要求2所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述复位耗能隔震支座为铅芯橡胶隔震支座或摩擦摆隔震支座。

4.根据权利要求1所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述隧道(01)内以及桥梁(02)上铺设有铁轨。

5.根据权利要求1所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述多级连接装置(03)为多边形变形体系，且为设置在桥台(06)和桥梁(02)两侧的至少一组，每组包括中间的连接耗能装置以及两端的铰接固定装置，两端的铰接固定装置分别伸出并垂直固定在桥台(06)和桥梁(02)外壁上。

6.根据权利要求1所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：桥梁(02)包括桥墩(021)、盖梁(025)以及承台(026)，桥墩(021)与盖梁(025)以及承台(026)间设置有摇摆界面(023)，或桥墩(021)与盖梁(025)间设置有减隔震装置(05)。

7.根据权利要求1所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：对于设置有摇摆界面(023)的桥梁(02)桥墩(021)来说，其还包括预应力筋(024)以及耗能装置(027)；所述预应力筋(024)竖向贯穿桥墩(021)，且两端分别锚固在盖梁(025)以及承台(026)内；所述耗能装置(027)设置在桥墩(021)上、下端的左、右两侧。

8.根据权利要求7所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述耗能装置(027)由两根十字交叉的耗能棒构成，每根耗能棒的固定端设置在桥墩(021)、盖梁(025)或承台(026)上。

9.根据权利要求8所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：所述耗能装置(027)由金属屈服型阻尼器构成。

10.根据权利要求9所述的一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种基于隧道—桥梁一体化的多阶段协同抗震体系，属于土木工程抗震技术领域。包括隧道、桥梁以及桥台，所述多阶段协同抗震体系还包括多级连接装置以及减隔震装置，所述桥梁一端通过减隔震装置放置在桥台上，减隔震装置提供耗能及自复位作用；所述隧道、桥梁之间通过所述多级连接装置连接成一个整体，所述多级连接装置能够控制隧道和桥梁产生的相对错动，同时通过变形产生阻尼并实现耗能能力；其中，所述桥台设置在隧道外端，桥台与桥梁外端之间设置有接缝，所述多级连接装置两端分别设置在接缝两侧的桥台和桥梁上。本发明可有效地降低桥隧和铁路结构在地震作用下产生的损伤。

技术研发人员：董慧慧,杨森,杜修力
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15