[发明专利]适用于大跨桥梁的横向减震装置

说明书

技术领域

本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体为一种设置在大跨桥梁结构的主塔下横梁处的一种横向减震装置，用于在地震作用下减小主梁传递到桥塔的横向冲击力，控制桥塔和主梁之间的横向相对位移，同时又能满足大跨桥梁在正常使用和地震时的纵向位移需求。

背景技术

地震是一种自然灾害，强地震会给人类带来巨大的灾害。纵观历史，我国地震灾害居世界之首，其特点是频率高、分布广、震级大。20世纪我国发生六级以上地震600余次。据我国地震台网中心专家预测，目前全球处于地震活跃期，这一活跃期可能还要持续十年，而我国恰好处于地震活跃区，自1998年以来已发生10多次7级以上地震和50多次6级以上地震，2003年2月新疆巴楚、伽师的6.8级地震造成直接经济损失13亿元人民币。2008年5月12日四川汶川发生8.0级大地震，造成近10万人的伤亡。因此，目前我国的防灾减灾形势非常严峻。

改革开放以来，交通基础设施建设长期成为重大国家战略需求，近年来大跨桥梁建设更是成为这一重大国家战略需求中的重中之重。国内外已建成大跨桥梁的抗震体系主要为：纵向采用漂浮或半漂浮体系和阻尼减震，能较好地抵抗地震作用下桥梁结构产生的位移和内力，是一种比较成熟的减震体系；而横向为满足抗风要求，大多不考虑减震而采用约束体系，因此桥梁结构本身将承担较大的地震力，这样对于桥塔和主梁的横桥向抗震十分不利。目前在大跨桥梁结构的横向减震体系方面也有一些研究应用的实例，基本上都采用了可转换的结构体系，即在常规荷载作用下为约束体系，强震作用下转化为减震体系，体系的转化通过剪力销来实现。但是结构体系转化过程中会产生很大的瞬间冲击力，对减震装置和整体结构产生较大的影响甚至破坏作用。

目前国内外常用的横向减震材料包括：固体弹簧、金属橡胶、金属以及铝蜂窝。金属作为一种应用广泛的横向减震材料，优势在于结构简单，受力明确，且金属的弹塑性变形是耗散能量最有效的机制之一。制作金属耗能装置常用的金属材料有钢材、铅和形状记忆合金等，其中钢材具有造价低廉，较好的变形跟踪能力等特点，且软钢和低屈服点钢适合制造各种类型的耗能装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大跨桥梁的横向减震装置，该装置用以抵抗大跨桥梁横向结构体系转化过程中产生的瞬间冲击力。横向减震装置在冲击力的作用下能够产生变形并耗散能量，实现横向结构体系的平稳转化，同时该装置还应具有一定的侧向滑移能力，以满足大跨桥梁的纵向位移需求。

本发明采用的技术方案为：一种适用于大跨桥梁的横向减震装置，包括上顶板、下底板、上连接板、U形钢板、垫块、锚固螺栓、高强螺栓、螺栓孔、开槽孔；

所述上顶板和下底板预留有螺栓孔，并通过锚固螺栓分别与桥梁主梁和桥塔连接牢固；所述U形钢板为耗能元件，设置在上顶板和下底板之间；所述上连接板预留有螺栓孔，并通过锚固螺栓固定在上顶板下方；所述U形钢板由U形钢板上部平直段、U形钢板弯曲段和U形钢板下部平直段组成；

所述U形钢板上部平直段设置在上顶板与上连接板之间，且与上顶板无接触；U形钢板上部平直段端部预留有螺栓孔，上连接板预留有开槽孔，U形钢板上部平直段通过可在开槽孔中自由滑动的高强螺栓与上连接板连接；

所述U形钢板下部平直段端部预留有螺栓孔，并通过锚固螺栓与下底板固定连接；U形钢板下部平直段与下底板之间设有垫块。

作为优选，所述U形钢板的数量为两块或以上，各个U形钢板沿桥梁纵向并排放置，且相互之间保留安全距离。

作为优选，所述U形钢板采用性能优良的软钢材料。

本发明U形钢板作为耗能元件，通过弯曲段的变形来耗散冲击能量，实现大跨桥梁横向结构体系的平稳转化。本发明高强螺栓可在长条形开槽孔中自由滑动，产生相对位移，实现该装置的侧向滑移功能。

本发明的有益效果：

1、本发明的可设计性强。本发明可以通过改变耗能元件U形钢板的高度、宽度、长度、厚度和数量实现较大范围内变化的极限力和极限位移，可以满足本发明的系列化需求。

2、本发明具有理想的耗能能力。U形钢板作为本发明的耗能元件，采用具有很好屈服耗能特性的软钢材料，软钢能够提供稳定的塑性变形能力，U形钢板利用在有效高度内获得的较大弯曲变形量实现高效的耗能能力。

3、本发明可提供良好的侧向滑移能力。本发明利用高强螺栓在开槽孔中的自由滑动，满足大跨桥梁在正常使用和地震时的纵向位移需求。