多向限位及抗扭系統技術方案

本發明專利技術涉及一種可實現強震及正常運營偶然作用下橋梁墩梁各個方位位移要求不同的方法，在墩梁連接部位安裝的多向限位及抗扭系統。該裝置由上錨板、下錨板、彈簧、滑塊、拉索及相應的錨固螺栓構成，通過拉索的初始松弛量來實現橫向自由移動，通過上錨板的自由程實現縱向移動。當墩梁相對位移超過相應方向的初始松弛量后，拉索被拉緊而開始發揮作用，從而限制墩梁的進一步相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發生，同時采用彈簧可實現緩沖及震后結構的自復位。此多向限位及抗扭系統可安裝在直線橋中，也可適用于彎斜橋中；該裝置不但在強震作用下可發揮作用，避免落梁、碰撞等震害的發生，而且在正常運營偶然作用（偏載）下通過抗拔力來限制梁體的側傾，避免梁體側傾引發的結構坍塌事故。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于土木工程、地震工程
，具體涉及一種適用于橋梁（尤其是彎斜橋）在正常運營及地震作用下實現多向限位及抗扭系統。
技術介紹
隨著全球地震的頻繁發生，作為交通系統中關鍵節點的橋梁往往在強震中發生落梁、碰撞等震害，這給震后救援車輛的及時通行帶來很大的困難。同時，橋梁在運營過程中由于超載、設計等原因，梁體翻轉導致結構整體垮塌的事故報道屢見不鮮：2012年哈爾濱機場高速陽明灘大橋引橋由于四輛重載貨車偏載導致梁體翻轉，從而引發結構的坍塌，造成3人死亡5人受傷；2015年粵贛高速廣東河源城南出口的匝道引橋由于多車超載導致梁體側向傾覆，造成1死4傷的悲劇。對于地震及日常運營中出現的偶然狀況，在橋梁設計中并不能完全考慮到，同時按最不利情況設計也是不經濟的。針對上述問題，專家及學者們進行了廣泛的研究，并針對量大面廣的中小跨徑橋梁提出了各種墩梁限位裝置。包括拉索限位器、鋼桿限位器、防碰撞限位塊等。這些限位裝置一定程度上減輕了落梁、碰撞等震害，但大多功能單一，很難做到既防落梁又防碰撞，更不用說實現不同方位的不同限位目的，比如梁體縱向需要較大的自由伸縮量、而橫向則需要較小的自由伸縮量、豎向希望能夠抗拔、橫向的轉動能夠釋放、而豎向與縱向的轉動能夠限制。基于對目前拉索限位裝置的研究，并根據當前橋梁抗震、日常運營對限位裝置的要求，本專利技術提出了一種多向限位及抗扭系統。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種使用范圍廣、性能穩定，且可實現橋梁在地震及運營作用下不同方位對限位要求不同的多向限位及抗扭系統。為達到以上目的，本專利技術采用的解決方案是：一種多向限位及抗扭系統，包括上錨板1、下錨板3、滑塊6、彈簧5及拉索2，其中：下錨板3底部開有凹槽，其底部兩側通過錨固螺栓與建筑物的預埋構件錨固在一起，上錨板1頂部開有凹槽，凹槽內放置有滑塊6，滑塊6能在上錨板1上來回滑動，滑塊６兩側設有彈簧5，彈簧5一端連接上錨板1的凹槽內壁，另一端連接滑塊6一側；滑塊6、上錨板1與下錨板3凹槽之間纏繞有若干圈拉索2，上錨板1與下錨板3之間存在間隙，使上錨板1與下錨板3之間能產生相對位移，上錨板1兩側通過錨固螺栓與梁體的預埋鋼構件錨固在一起；當上錨板1與下錨板3在相應方位的相對位移超過其初始松弛量后，拉索2帶動滑塊6進而開始壓縮彈簧5，此后，當彈簧5壓縮量達到最大值后，滑塊6相對上錨板1不再滑動，此時拉索2開始發揮作用，從而限制墩梁相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發生，彈簧5用于實現緩沖及震后上部結構的自復位；在強震作用下，梁體往往發生繞豎向的轉動，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向對墩梁相對位移進行限制，因此當扭轉變形導致的墩梁縱向（橫向）相對位移超過相應的限值后，該系統便可發揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉；橋梁在正常運營情況下遭遇偶然的單側超載往往會導致梁體的翻轉，該系統由于具有抗拔能力，當將其對稱布置在梁體兩側時，可限制梁體的側向轉動，從而避免災害的發生。本專利技術中，所述滑塊6頂部兩側設有凸塊，限制拉索２滑出滑塊6頂部。本專利技術中，上錨板1、下錨板3和滑塊6為軸對稱結構。本系統具體實現的流程為：1）根據實際工程需要確定該裝置的縱、橫向初始松弛量（分別通過上錨板的縱向自由程和拉索的初始張緊程度來實現），并假定拉索的初始剛度，將確定的裝置初始本構添加到結構的非線性動力計算模型中，計算結構的各個響應；2）若結構的響應（墩梁相對位移，支座的縱、橫向位移，墩柱彎矩，剪力等）在可接受范圍內，則進行下一步計算，否則返回1）中重新假定初始剛度，并進行計算，直到各個響應值都滿足要求為止；3）根據2）中確定的拉索剛度，并考慮一定的安全儲備，計算所需拉索的數量，并對上、下錨板的尺寸及錨固螺栓的個數及孔徑進行初步的設計；4）對3）中初步設計好的裝置進行各項驗算。主要包括拉索抗拉強度驗算，上、下錨板的抗拉、抗剪及最大主應力強度驗算，螺栓的抗拉、抗剪及主應力強度驗算。若某一項驗算不通過，則返回3）中修改相應構件的尺寸，直到所有的驗算都通過，并考慮一定的安全貯備，則得到該裝置的所有細部尺寸。當強震發生時，該系統允許梁體縱向在自由程內進行滑移，以減小橋梁上部結構地震力的輸入，當墩梁縱向相對位移超過自由程后，拉索開始發揮作用，并能在變形較小的情況下限制梁體的進一步滑動，避免落梁、碰撞震害的發生，橫向在強震下的行為與縱向類似；對于平面線形不規則的橋梁（彎斜橋），在強震作用下，梁體往往發生繞豎向的轉動，往往引起落梁、碰撞等震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向對墩梁相對位移進行限制，因此當扭轉變形導致的墩梁縱向（橫向）相對位移超過相應的限值后，該系統便可發揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉；橋梁在正常運營情況下遭遇偶然的單側超載往往會導致梁體的翻轉，該系統由于具有抗拔能力，當將其對稱布置在梁體兩側時，可限制梁體的側向轉動，從而避免災害的發生。本專利技術的有益效果在于：本系統構造簡單，受力傳遞路徑明確，成本低廉，效果顯著。不但可以應用到常規的直橋中，而且對于斜彎橋具有獨特的適用性。總之，該多向限位及抗扭系統在經濟性與效果性上達到了較好的平衡，具有很好的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術整體俯視示意圖。圖2為本專利技術在墩梁發生縱向相對位移時的運動示意圖。圖3為本專利技術在墩梁發生橫向相對位移時的運動示意圖。圖4為本專利技術在墩梁發生豎向相對扭轉時的運動示意圖。圖5為本專利技術的工作流程。圖中標號：1上錨板；2拉索；3下錨板；4錨固螺栓孔；5彈簧；6為滑塊；7墩梁縱向相對位移；8橋面板；9該裝置初始位置；10該裝置發生相對運動后位置；11墩梁橫向相對位移；12墩梁扭轉相對位移。具體實施方式為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本專利技術的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式結合附圖作詳細說明。實施例１：當墩梁發生縱向相對位移，如圖1、2所示。拉索2與上錨板1的相對滑動位移達到縱向初始松弛量7后，彈簧6被壓縮從而提供一個緩沖剛度，直至彈簧6達到最大壓縮量，拉索2被拉緊而開始提供剛度，由于拉索2的剛度很大，在拉索2拉伸量較小的情況下就可提供很大的恢復力，從而阻止上錨板1與下錨板3的進一步滑動，從而避免梁體7與相鄰聯（橋臺）的碰撞及落梁。當墩梁發生橫向相對位移，如圖1、3所示。上錨板1與下錨板3的橫向相對位移11達到拉索2的初始松弛量后，拉索2在橫向被拉緊而開始發揮作用，由于拉索2的剛度很大，在拉索2拉伸量較小的情況下就可以提供強大的橫向恢復力，從而限制梁體8與墩柱（橋臺）橫向相對位移，起到橫向限位的目的。當墩梁發生平面內扭轉，如圖1/4所示。上錨板1與下錨板3的豎向扭轉相對位移12在縱、橫向的投影位移超過相應的縱、橫向初始松弛量7、11其中之一后，該裝置開始發揮抗扭轉效應，從而限制墩梁進一步的扭轉位移。其他方向的限位與抗扭（縱向抗拉，橫向、縱向抗扭）不一一列舉，與上述實施例中類似。作為本專利技術實施例的一種變換，拉索可以采用其他類型鋼絲繩，上、下錨固板可以變化型式，也可以采用其他錨固方式。作為本專利技術實施例的一種變換，該系統可與相應的盆式、橡膠、球鋼等支座合二為一使用。上述的對實施例的描述均不是對本專利技術方案的限制，因此，本專利技術的保護范圍不僅僅局限于上述實施例，任何依據本專利技術構思本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多向限位及抗扭系統，包括上錨板(1)、下錨板(3)、滑塊(6)、彈簧(5)及拉索(2)，其特征在于：下錨板(3)底部開有凹槽，其底部兩側通過錨固螺栓與建筑物的預埋構件錨固在一起，上錨板(1)頂部開有凹槽，凹槽內放置有滑塊(6)，滑塊(6)能在上錨板(1)上來回滑動，滑塊６兩側設有彈簧(5)，彈簧(5)一端連接上錨板(1)的凹槽內壁，另一端連接滑塊(6)一側；滑塊(6)、上錨板(1)與下錨板(3)凹槽之間纏繞有若干圈拉索(2)，上錨板(1)與下錨板(3)之間存在間隙，使上錨板(1)與下錨板(3)之間能產生相對位移，上錨板(1)兩側通過錨固螺栓與梁體的預埋鋼構件錨固在一起；當上錨板(1)與下錨板(3)在相應方位的相對位移超過其初始松弛量后，拉索(2)帶動滑塊(6)進而開始壓縮彈簧(5)，此后，當彈簧(5)壓縮量達到最大值后，滑塊(6)相對上錨板(1)不再滑動，此時拉索(2)開始發揮作用，從而限制墩梁相對位移，避免碰撞、落梁等震害的發生，彈簧(5)用于實現緩沖及震后上部結構的自復位；在強震作用下，梁體往往發生繞豎向的轉動，往往引起落梁、碰撞震害，由于該裝置能在縱、橫兩個方向對墩梁相對位移進行限制，當扭轉變形導致的墩梁縱向或橫向相對位移超過相應的限值后，該系統便可發揮抗扭作用，阻礙梁體的進一步扭轉。...

【技術特征摘要】
1.一種多向限位及抗扭系統，包括上錨板(1)、下錨板(3)、滑塊(6)、彈簧(5)及拉索(2)，其特征在于：下錨板(3)底部開有凹槽，其底部兩側通過錨固螺栓與建筑物的預埋構件錨固在一起，上錨板(1)頂部開有凹槽，凹槽內放置有滑塊(6)，滑塊(6)能在上錨板(1)上來回滑動，滑塊６兩側設有彈簧(5)，彈簧(5)一端連接上錨板(1)的凹槽內壁，另一端連接滑塊(6)一側；滑塊(6)、上錨板(1)與下錨板(3)凹槽之間纏繞有若干圈拉索(2)，上錨板(1)與下錨板(3)之間存在間隙，使上錨板(1)與下錨板(3)之間能產生相對位移，上錨板(1)兩側通過錨固螺栓與梁體的預埋鋼構件錨固在一起；當上錨板(1)與下錨板(3)在相應方位的相對位移超過其初始松弛量后，拉索...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁萬城，郭軍軍，黨新志，劉亞賓，李涵，王建國，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31