[发明专利]含有粘弹性耗能构件和金属橡胶的悬索桥中央扣多维减振装置

说明书

本发明公开了含有粘弹性耗能构件和金属橡胶的悬索桥中央扣多维减振装置，在弱风荷载或中小震作用下，螺旋桨型耗能装置在主缆带动下在圆筒状钢箱内发生移动，并与钢箱中的粘弹性材料发生摩擦，减小作用对悬索桥主体结构的影响；当其处在强风荷载或大震作用下时，水平方向可能出现较大位移，限位挡板与圆筒状钢箱壁上的环形橡胶垫板接触，带动钢箱绕长方体钢箱支座发生转动，此时作用的部分能量被支座与角钢之间的粘弹性材料吸收，而金属橡胶除消耗部分能量外，还可限制整个中央扣结构发生过大水平位移，并使结构在解除荷载之后得以复位。本发明使中央扣整体具有较好的塑性，减小对悬索桥主体结构的损害。

技术领域

本发明涉及一种含有粘弹性耗能构件和金属橡胶的悬索桥中央扣多维减振装置，属于土木工程抗风、抗震与减震技术领域。

背景技术

现代悬索桥是由主缆和加劲梁构成的一种柔性缆梁组合体系，在车辆、地震及风载等各种荷载或动力作用下，主缆和加劲梁纵横向都会产生较大的变形甚至扭转，如果缆梁位移不同步，将会使吊索产生弯折损伤，特别是跨中处短吊索，从根本上改善这一问题的重要途径是在主跨跨中设置中央扣，使两者在跨中处相对固定。中央扣除了能改善短吊索的弯折疲劳外，还能减小地震力及制动力作用下加劲梁的位移，提高结构的反对称抗扭刚度从而提高全桥的抗风稳定性，设置中央扣已成为提高悬索桥刚度的有效措施之一。

目前，中央扣已发展有3种设置方式，1在跨中将主缆直接与加劲梁相联结，此联结方式采用较少。2刚性中央扣，用刚性三角桁架将主缆与加劲梁联结，使缆、梁在跨中处相对固定，它由连接主缆的中央扣索夹、连接加劲梁的斜竖杆及跨中加劲梁段组成。3柔性中央扣，即在跨中加设一对或多对斜吊索来增加缆梁纵向约束体系。刚性中央扣及柔性中央扣在中小震作用下能发挥改善短吊索弯折疲劳、提高反对称抗扭刚度从而提高抗风稳定性及减小梁端位移的作用，但在高烈度地震区或风作用较强的地区，采用普通的刚性中央扣和柔性中央扣并不合适，会加强加劲梁-主缆-主塔的动力耦合作用，使加劲梁应力及中央扣构件本身应力大幅增加甚至破坏。我国地处世界上两条大地震带之间，受太平洋板块、印度洋板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育，不少地区地震相当活跃，近年来大震不断，而且发震频率相当高，因此，迫切需要一种可以在大震作用下能够有效抗震减震的新型耗能中央扣。

目前桥梁抗震普遍采用能力设计方法进行延性抗震设计，即将结构构件区分成延性构件和能力保护构件，在两者之间建立强度安全等级差异，以确保结构不会发生脆性的破坏模式，与常规的强度设计方法相比，采用能力设计方法设计的抗震结构具有明显的优势。结构延性抗震设计的基本原理是将结构部分构件设计成具有较好的滞回延性，在预期的地震作用下，通过延性构件发生的反复弹塑性变形循环耗散掉大量的地震输入能量，从而保证结构的抗震安全。本发明即从能力设计的角度出发，提出一种含有粘弹性耗能构件和金属橡胶的悬索桥中央扣多维减振装置。

为了提高悬索桥中央扣在高烈度地震作用及较强风作用下的抗震减震效果，本发明提出的带螺旋桨耗能构件与金属橡胶的悬索桥中央扣主要依靠螺旋桨耗能装置(包括T型钢杆、螺旋桨型耗能钢构件及限位挡板)、粘弹性材料及金属橡胶进行抗震减震，其中螺旋桨耗能钢构件的叶片分为3层，每层4个叶片，并在空间设置一定角度，这可以保证耗能钢构件与粘弹性材料充分接触，在作用下被主缆带动发生水平位移、竖直位移及扭转时，螺旋桨耗能构件的叶片与粘弹性材料有较大的接触面积，摩擦消耗较多的能量；粘弹性材料是一种专门用作阻尼层的材料，常用的粘弹性材料可依其基低的不同分为四类：沥青、水溶物、乳胶和环氧树脂，其中都要适当地添加填料和溶剂，本发明中粘弹性材料除了用在圆筒状钢箱内与耗能构件摩擦消耗能量外，还填充于支座与角钢之间，保证中央扣整体塑性耗能。金属橡胶是一种适用性强的多功能性阻尼结构材料，其是由金属丝卷成螺旋形，经过编织，加压成型的金属材料，具有超弹性、高阻尼和性能稳定等特点，本发明中金属橡胶的主要功能是消耗部分能量，限制中央扣整体出现较大位移，并使其在解除作用之后得以复位。

发明内容