一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块

本发明属于桥梁抗震挡块，涉及一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块。

背景技术：

1、桥梁作为我国公路交通工程的重要组成部分，如果在地震中遭到破坏，其损失将是严重的，甚至会导致整个交通系统的瘫痪，给后续的救援和重建工作带来不便。通过对过去地震调研统计发现，桥梁的震害形式主要包括支座损坏、横桥向和顺桥向的落梁、上部梁体撞击桥墩引起下部结构破坏、伸缩缝处相邻梁体碰撞引起的局部损坏、伸缩缝处的碰撞力传递到桥墩引起桥墩墩底损坏，以及桥梁抗震挡块自身的局部损坏导致其抗震性能下降。

2、目前，我国桥梁通常选择在桥墩盖梁顶部设置整体式的钢筋混凝土挡块，来限制上部梁体出现过大的横桥向位移。由于传统的钢筋混凝土挡块和梁体之间的碰撞是刚性的，混凝土挡块容易出现局部损伤和开裂，从而导致挡块的抗剪承载力出现不可修复的降低，无法很好地继续限制上部梁体的横向位移。如果过度提高混凝土挡块的设计强度，虽然可以有效降低挡块的局部损伤程度，但是上部梁体对混凝土挡块的巨大碰撞力会大量传递到桥墩顶端，引起桥墩底部的过大应力，从而提高了桥墩墩底破坏的发生概率。此外，桥梁梁体在地震中也会因为出现过大的顺桥向位移而造成相邻梁体的碰撞甚至发生顺桥向的落梁。对此，目前仍缺乏措施来限制上部梁体在顺桥向可能出现的过大位移。

3、针对上述不足，需要设计和开发一种新型的桥梁抗震挡块结构，不仅能有效地耗散掉上部梁体对挡块的巨大碰撞能量，还能很好地限制上部梁体在横桥向和顺桥向两个方向的位移。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，以有效地耗散掉上部梁体对挡块的巨大碰撞能量，并限制上部梁体在横桥向和顺桥向两个方向的位移等。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一提供了一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，布置在桥梁的盖梁与主梁之间，该抗震挡块包括：

4、外壳，其包括与所述主梁下表面固定的上顶板、安装在所述上顶板下方的套筒；

5、底座，其包括与所述盖梁固定的下底板、以及设置在所述下底板中间位置的围护；

6、布置在所述套筒内各个侧壁表面的若干形状记忆合金耗能元件；

7、以及本体，其底端卡入所述围护中，顶端则伸入所述套筒内并与所述形状记忆合金耗能元件之间留有空隙。

8、进一步的，所述套筒外侧壁面上还布置有加劲肋。

9、进一步的，所述套筒的横截面成方框状。

10、进一步的，所述上顶板上还开设有第一螺孔，并通过与所述第一螺孔匹配的螺杆固定在所述主梁上。

11、进一步的，所述下底板上还开设有第二螺孔，并通过与所述第二螺孔匹配的螺栓固定连接在所述盖梁上。

12、更进一步的，所述第一螺孔和第二螺孔各自的布置数量n螺孔按等强度原则计算确定，并应考虑一定的安全因子，具体为：

13、n螺孔≥4λ2v设/(πd2τ)

14、其中，λ2为安全因子，建议取1.2～1.5；v设为剪力设计值；d为螺杆直径；τ为螺杆剪切强度。

15、进一步的，所述本体底端与所述围护内壁之间的缝隙还填充有橡胶垫圈。

16、进一步的，所述形状记忆合金耗能元件为形状记忆合金板材制成的圆形或椭圆形结构元件，其单个侧面布置的数量n元件根据所述抗震挡块的能量耗散需求值q需求计算确定，并考虑一定的安全因子，具体为：

17、n元件≥λ1q需求/q元件，

18、其中，λ1为安全因子，建议取1.2～1.5；q元件为单个所述形状记忆合金耗能元件(4)的最大耗能值。

19、进一步的，所述本体与形状记忆合金耗能元件之间的空隙值不宜小于主梁与盖梁在该方向上允许移动的最大位移。

20、进一步的，所述本体与形状记忆合金耗能元件之间沿顺桥向的空隙值则应小于桥梁伸缩缝的宽度。

21、本发明的技术方案之二提供了一种桥梁结构，其包括主梁、盖梁、以及安装在所述主梁和盖梁之间的如上任一所述的双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、(1)套筒的四个内表面均固定布置有多个形状记忆合金耗能元件，可以限制桥梁在横桥向和顺桥向两个方向的过大位移。地震发生时，本体和套筒的碰撞作用致使形状记忆合金耗能元件发生形变而耗散地震能量；地震发生后，形状记忆合金耗能元件可以自动恢复原形状，从而提高抗震挡块的自复位能力。

24、(2)形状记忆合金耗能元件与本体之间留有一定的空隙，可以满足正常运营期间桥梁的双向活动位移要求。

25、(3)加劲肋布置于套筒的外表面，并与形状记忆合金耗能元件对齐布置，可以有效防止形状记忆合金耗能元件和套筒连接部位的局部应力过大而导致局部变形过大。

26、(4)桥梁抗震挡块通过螺栓连接在主梁和盖梁之间，易于安装和更换，降低了挡块的维护管理成本。

技术特征：

1.一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，布置在桥梁的盖梁与主梁之间，其特征在于，该抗震挡块包括：

2.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述套筒外侧壁面上还布置有加劲肋。

3.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述套筒的横截面成方框状。

4.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述上顶板上还开设有第一螺孔，并通过与所述第一螺孔匹配的螺杆固定在所述主梁上；

5.根据权利要求4所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述第一螺孔和第二螺孔各自的布置数量n螺孔按等强度原则计算确定，并应考虑一定的安全因子，具体为：

6.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述本体底端与所述围护内壁之间的缝隙还填充有橡胶垫圈。

7.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述形状记忆合金耗能元件为形状记忆合金板材制成的圆形或椭圆形结构元件，其单个侧面布置的数量n元件根据所述抗震挡块的能量耗散需求值q需求计算确定，并考虑一定的安全因子，具体为：

8.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述本体与形状记忆合金耗能元件之间的空隙值不小于正常运营情况下主梁与盖梁在该方向上允许移动的最大位移。

9.根据权利要求1所述的一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，其特征在于，所述本体与形状记忆合金耗能元件之间沿顺桥向的空隙值则应小于桥梁伸缩缝的宽度。

10.一种桥梁结构，其包括主梁、盖梁、以及安装在所述主梁和盖梁之间的如权利要求1-9任一所述的双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块。

技术总结
本发明涉及一种双向限位形状记忆合金耗能型桥梁抗震挡块，布置在桥梁的盖梁与主梁之间，该抗震挡块包括：外壳，其包括与所述主梁下表面固定的上顶板、安装在所述上顶板下方的套筒；底座，其包括与所述盖梁固定的下底板、以及设置在所述下底板中间位置的围护；布置在所述套筒内各个侧壁表面的若干形状记忆合金耗能元件；以及本体，其底端卡入所述围护中，顶端则伸入所述套筒内并与所述形状记忆合金耗能元件之间留有空隙。与现有技术相比，本发明不仅能有效地耗散掉上部梁体对挡块的巨大碰撞能量，还能很好地限制上部梁体在横桥向和顺桥向两个方向的位移。

技术研发人员：王浩,朱小杰,邢晨曦,万亚华
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19