本發(fā)明屬于土木工程、地震工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于橋梁結(jié)構(gòu)在脈沖性地震作用下的多水平緩沖限位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

強(qiáng)震發(fā)生時(shí)靠近斷層附近的結(jié)構(gòu)往往遭受嚴(yán)重的破壞，其表現(xiàn)出強(qiáng)的脈沖效應(yīng)，如1994的美國(guó)northridge地震，1999年中國(guó)臺(tái)灣chichi地震，2008年中國(guó)汶川地震等。近斷層地震動(dòng)往往包含長(zhǎng)周期高能量脈沖，從而會(huì)造成結(jié)構(gòu)瞬間位移變形過大，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)的破壞。大跨度橋梁往往具有較長(zhǎng)的自振周期，近斷層地震動(dòng)會(huì)明顯增加該類橋梁的位移需求。過大的位移會(huì)導(dǎo)致上下部結(jié)構(gòu)變位過大，從而增大結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，引發(fā)結(jié)構(gòu)之間相互碰撞等。

大跨度橋梁往往采用減隔震設(shè)計(jì)，常見的減隔震裝置有粘滯阻尼器，鋼阻尼器，減隔震支座，限位裝置等。其中阻尼器與減隔震支座具有較好的耗能作用，能夠顯著降低強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)的需求，但粘滯阻尼器對(duì)速度敏感，在強(qiáng)脈沖下的適應(yīng)性還值得商榷；而鋼阻尼器往往變位能力有限，很難適應(yīng)強(qiáng)脈沖的大位移需求；常規(guī)的限位裝置往往只能提供單一剛度的限位，而在強(qiáng)脈沖下往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力過大。

基于對(duì)目前大跨度橋梁在近斷層脈沖性地震下的響應(yīng)規(guī)律研究，滿足其在脈沖性地震作用下力與位移的合理平衡，本發(fā)明提出了一種多水平緩沖限位系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種使用范圍廣、性能穩(wěn)定，且可實(shí)現(xiàn)橋梁在強(qiáng)脈沖地震作用下實(shí)現(xiàn)多水平緩沖限位系統(tǒng)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的解決方案是：一種多水平緩沖限位系統(tǒng)，所述限位系統(tǒng)適用于橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生脈沖性地震作用，由上板1、滑槽2、彈簧3、滑塊4、連桿5、中間圓柱6、下板7和螺栓孔8組成，其中：上板1為圓盤結(jié)構(gòu)，其上沿徑向均布有滑槽2，滑槽２內(nèi)設(shè)有彈簧３，上板1與橋梁的上部結(jié)構(gòu)錨固；下板7通過螺栓孔8和螺栓與橋梁下部結(jié)構(gòu)（墩臺(tái)）錨固，且下板7頂部固定有中間圓柱６結(jié)構(gòu)，所述下板７與中間圓柱6為一整體；連桿5的兩端分別與中間圓柱６與滑塊4鉸接，滑塊４位于滑槽２內(nèi)，滑塊４兩端設(shè)置有彈簧３，當(dāng)上板1與下板7發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，滑塊4能在滑槽2中發(fā)生滑動(dòng)，當(dāng)滑塊4相對(duì)滑槽2的相對(duì)位移超過初始自由程時(shí)，滑塊4開始?jí)嚎s位于其一端的彈簧3，從而開始發(fā)揮限位作用；由于每個(gè)滑槽2的方向不同，使各個(gè)滑槽2中的彈簧3發(fā)揮作用的時(shí)間也不同，實(shí)現(xiàn)了多水平的緩沖限位目的；在近斷層脈沖性地震作用下，結(jié)構(gòu)的上下部往往發(fā)生較大的相對(duì)位移，一方面，該多水平緩沖限位系統(tǒng)可使結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)，減小輸入到結(jié)構(gòu)中的地震；另一方面，當(dāng)脈沖到來時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行多級(jí)緩沖，從而避免過大的相對(duì)位移和內(nèi)力。

本發(fā)明中，所述彈簧３可以采用橡膠等緩沖材料代替。

本發(fā)明中，所述滑槽２內(nèi)設(shè)置摩擦阻尼，實(shí)現(xiàn)耗能的作用。

本發(fā)明的有益效果在于：該多水平緩沖限位系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力傳遞路徑明確，成本低廉，效果顯著。不但可以應(yīng)用到大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中，對(duì)中小跨徑橋梁（包括彎斜橋）也有很好的適應(yīng)性。總之，該多水平緩沖限位系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性與效果性上達(dá)到了較好的平衡，具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明不僅適合大跨度橋梁，而且也適用于中小跨度橋梁（包括彎斜橋）；不僅適用于近斷層脈沖性地震，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)地震同樣具有很好的適用性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了近斷層脈沖性地震下橋梁結(jié)構(gòu)力與位移的合理平衡，從而避免橋梁結(jié)構(gòu)在強(qiáng)脈沖下所發(fā)生的破壞，具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體俯視示意圖。

圖2為本發(fā)明去掉上板后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明滑槽局部示意圖。

圖4為本發(fā)明運(yùn)動(dòng)示意圖。

圖5為本發(fā)明力與位移關(guān)系示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1上板；2滑槽；3彈簧；4滑塊；5連桿；6中間圓柱；7下板；8螺栓孔；9運(yùn)動(dòng)位移；10運(yùn)動(dòng)方向角；11連桿長(zhǎng)度；12滑塊位移；13彈簧受力；14運(yùn)動(dòng)方向受力；15連桿受力；16自由段；17多水平緩沖段。

具體實(shí)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發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。

實(shí)施例１：如圖１－圖３所示，裝置由上板1、滑槽2、彈簧3、滑塊4、連桿5、中間圓柱6、下板7和螺栓孔8組成，上板1為圓盤結(jié)構(gòu)，其上沿徑向均布有８?jìng)€(gè)滑槽2，每個(gè)滑槽２內(nèi)設(shè)有２個(gè)彈簧３，使用時(shí)，上板1與橋梁的上部結(jié)構(gòu)錨固；下板7通過螺栓孔8和螺栓與橋梁下部結(jié)構(gòu)（墩臺(tái)）錨固，下板７與中間圓柱6為一整體；連桿5一端與中間圓柱６頂部鉸接，另一端與滑塊4鉸接，滑塊４位于滑槽２內(nèi)，且位于兩個(gè)彈簧之間當(dāng)上板1與下板7發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，滑塊4能在滑槽2中發(fā)生滑動(dòng)，當(dāng)上下部結(jié)構(gòu)發(fā)生運(yùn)動(dòng)位移9，如圖4和圖５所示?；?相對(duì)滑塊4發(fā)生運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滑塊4的滑塊位移12達(dá)到自由段16長(zhǎng)度后，彈簧3開始受力。在本實(shí)施例中忽略滑塊4與滑槽2間的摩擦力，則根據(jù)彈簧受力13，可計(jì)算得出連桿15的受力，繼而得到運(yùn)動(dòng)方向角10的運(yùn)動(dòng)方向受力14，從而得到某一滑槽2處的運(yùn)動(dòng)方向角10的運(yùn)動(dòng)方向受力14與運(yùn)動(dòng)位移9關(guān)系，重復(fù)上述工作可得到其他7個(gè)滑槽2處運(yùn)動(dòng)方向角10的運(yùn)動(dòng)方向受力14與運(yùn)動(dòng)位移9的關(guān)系。圖４中運(yùn)動(dòng)方向角10為15度，連桿5長(zhǎng)度為22cm，彈簧剛度為500000kn/m，自由段16長(zhǎng)度為5cm的多水平緩沖限位系統(tǒng)的力與位移關(guān)系曲線。從圖5可以看出，當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移9超過系統(tǒng)的自由段16長(zhǎng)度后，該系統(tǒng)開始發(fā)揮作用，即系統(tǒng)進(jìn)入緩沖段17；由于該緩沖段17為曲線，從而為近斷層脈沖性地震下的橋梁結(jié)構(gòu)提供了多水平緩沖。在緩沖段17中，系統(tǒng)提供的剛度漸次變大，當(dāng)緩沖到一定位移后，由于此時(shí)剛度較大，從而限制進(jìn)一步的位移，實(shí)現(xiàn)了地震作用下力與位移的平衡，從而保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)在近斷層脈沖性地震下的破壞。

作為本發(fā)明實(shí)施例的一種變換，彈簧可以換為橡膠等緩沖材料。

作為本發(fā)明實(shí)施例的一種變換，可以在滑槽內(nèi)加入摩擦阻尼等，實(shí)現(xiàn)耗能的作用。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于上述實(shí)施例，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的各種修改和改進(jìn)，都應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種可實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)在近斷層脈沖性地震作用下的多水平限位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上板、滑槽、彈簧、滑塊、連桿、中間圓柱及下板構(gòu)成。通過滑塊與彈簧間的自由長(zhǎng)度提供初始松弛量，通過八個(gè)不同方位的滑槽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多級(jí)緩沖，從而可滿足近斷層脈沖性地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)位移的需求，通過多水平緩沖降低結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。而且由于采用了彈簧，該系統(tǒng)在地震過后可實(shí)現(xiàn)自復(fù)位。此多水平緩沖限位系統(tǒng)可安裝在大跨度橋梁中，也適用于中小跨度橋梁（包括斜彎橋）；該系統(tǒng)不僅對(duì)近斷層脈沖性地震具有很好的適應(yīng)性，同時(shí)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)地震同樣有效。該系統(tǒng)不影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)，只在強(qiáng)震作用下發(fā)揮作用。

技術(shù)研發(fā)人員：郭軍軍;袁萬城;黨新志;喻雋雅;馮睿為;王靜妤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.23
技術(shù)公布日：2017.09.15