[发明专利]多向限位及抗扭系统

说明书

技术领域

本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体涉及一种适用于桥梁（尤其是弯斜桥）在正常运营及地震作用下实现多向限位及抗扭系统。

背景技术

随着全球地震的频繁发生，作为交通系统中关键节点的桥梁往往在强震中发生落梁、碰撞等震害，这给震后救援车辆的及时通行带来很大的困难。同时，桥梁在运营过程中由于超载、设计等原因，梁体翻转导致结构整体垮塌的事故报道屡见不鲜：2012年哈尔滨机场高速阳明滩大桥引桥由于四辆重载货车偏载导致梁体翻转，从而引发结构的坍塌，造成3人死亡5人受伤；2015年粤赣高速广东河源城南出口的匝道引桥由于多车超载导致梁体侧向倾覆，造成1死4伤的悲剧。对于地震及日常运营中出现的偶然状况，在桥梁设计中并不能完全考虑到，同时按最不利情况设计也是不经济的。

针对上述问题，专家及学者们进行了广泛的研究，并针对量大面广的中小跨径桥梁提出了各种墩梁限位装置。包括拉索限位器、钢杆限位器、防碰撞限位块等。这些限位装置一定程度上减轻了落梁、碰撞等震害，但大多功能单一，很难做到既防落梁又防碰撞，更不用说实现不同方位的不同限位目的，比如梁体纵向需要较大的自由伸缩量、而横向则需要较小的自由伸缩量、竖向希望能够抗拔、横向的转动能够释放、而竖向与纵向的转动能够限制。

基于对目前拉索限位装置的研究，并根据当前桥梁抗震、日常运营对限位装置的要求，本发明提出了一种多向限位及抗扭系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用范围广、性能稳定，且可实现桥梁在地震及运营作用下不同方位对限位要求不同的多向限位及抗扭系统。

为达到以上目的，本发明采用的解决方案是：一种多向限位及抗扭系统，包括上锚板1、下锚板3、滑块6、弹簧5及拉索2，其中：下锚板3底部开有凹槽，其底部两侧通过锚固螺栓与建筑物的预埋构件锚固在一起，上锚板1顶部开有凹槽，凹槽内放置有滑块6，滑块6能在上锚板1上来回滑动，滑块６两侧设有弹簧5，弹簧5一端连接上锚板1的凹槽内壁，另一端连接滑块6一侧；滑块6、上锚板1与下锚板3凹槽之间缠绕有若干圈拉索2，上锚板1与下锚板3之间存在间隙，使上锚板1与下锚板3之间能产生相对位移，上锚板1两侧通过锚固螺栓与梁体的预埋钢构件锚固在一起；当上锚板1与下锚板3在相应方位的相对位移超过其初始松弛量后，拉索2带动滑块6进而开始压缩弹簧5，此后，当弹簧5压缩量达到最大值后，滑块6相对上锚板1不再滑动，此时拉索2开始发挥作用，从而限制墩梁相对位移，避免碰撞、落梁等震害的发生，弹簧5用于实现缓冲及震后上部结构的自复位；在强震作用下，梁体往往发生绕竖向的转动，往往引起落梁、碰撞等震害，由于该装置能在纵、横两个方向对墩梁相对位移进行限制，因此当扭转变形导致的墩梁纵向（横向）相对位移超过相应的限值后，该系统便可发挥抗扭作用，阻碍梁体的进一步扭转；桥梁在正常运营情况下遭遇偶然的单侧超载往往会导致梁体的翻转，该系统由于具有抗拔能力，当将其对称布置在梁体两侧时，可限制梁体的侧向转动，从而避免灾害的发生。

本发明中，所述滑块6顶部两侧设有凸块，限制拉索２滑出滑块6顶部。

本发明中，上锚板1、下锚板3和滑块6为轴对称结构。

本系统具体实现的流程为：

1）根据实际工程需要确定该装置的纵、横向初始松弛量（分别通过上锚板的纵向自由程和拉索的初始张紧程度来实现），并假定拉索的初始刚度，将确定的装置初始本构添加到结构的非线性动力计算模型中，计算结构的各个响应；

2）若结构的响应（墩梁相对位移，支座的纵、横向位移，墩柱弯矩，剪力等）在可接受范围内，则进行下一步计算，否则返回1）中重新假定初始刚度，并进行计算，直到各个响应值都满足要求为止；

3）根据2）中确定的拉索刚度，并考虑一定的安全储备，计算所需拉索的数量，并对上、下锚板的尺寸及锚固螺栓的个数及孔径进行初步的设计；

4）对3）中初步设计好的装置进行各项验算。主要包括拉索抗拉强度验算，上、下锚板的抗拉、抗剪及最大主应力强度验算，螺栓的抗拉、抗剪及主应力强度验算。若某一项验算不通过，则返回3）中修改相应构件的尺寸，直到所有的验算都通过，并考虑一定的安全贮备，则得到该装置的所有细部尺寸。