一种减震抗滑桩结构
阅读：332发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种减震抗滑桩结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种减震抗滑桩结构，包括抗滑桩，在所述抗滑桩上设有动 力 吸振器，所述动力吸振器包括 质量 块 、弹性构件和阻尼构件。本实用新型所述的减震抗滑桩结构，通过设置动力吸振器，可以有效减小抗滑桩结构在 地震 作用下的位移，从而有效控制路基 变形 ；且通过动力吸振器能有效吸收地震 能量 ，减少 地震波 对路基及抗滑桩的冲击，保证路基 稳定性 。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种减震抗滑桩结构专利的具体信息内容。
1.一种减震抗滑桩结构，包括抗滑桩，其特征在于，在所述抗滑桩上设有动力吸振器，所述动力吸振器包括质量块、弹性构件和阻尼构件，所述质量块设置在所述抗滑桩的一侧，且所述质量块分别通过所述弹性构件、所述阻尼构件与所述抗滑桩相连接。
2.根据权利要求1所述的减震抗滑桩结构，其特征在于，还包括连接相邻两个抗滑桩的系梁。
3.根据权利要求1所述的减震抗滑桩结构，其特征在于，所述抗滑桩的悬臂段还安装有桩板墙。
4.根据权利要求1-3任一所述的减震抗滑桩结构，其特征在于，所述质量块为铅块，所述弹性构件为弹簧，所述阻尼构件为阻尼器。
5.根据权利要求1-3任一所述的减震抗滑桩结构，其特征在于，所述动力吸振器安装在所述抗滑桩的顶部。
一种减震抗滑桩结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及路基工程技术领域，特别涉及一种减震抗滑桩结。
背景技术
[0002] 在高地震烈度区(地震烈度大于或等于6级)，地震作用强烈，地震容易引起路基破坏，影响行车安全，需进行减震设计。且随着铁路设计时速的提高，对路基变形提出了更高的要求，需要更大的路基刚度保证更加严格的变形需求。
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种减震抗滑桩结构。
[0005] 为了实现上述发明目的，本实用新型提供了以下技术方案：
[0007] 优选的，还包括连接相邻两个抗滑桩的系梁，形成整体受力结构，提高减震效果。
[0008] 优选的，所述抗滑桩的悬臂段还安装有桩板墙，用于抵抗侧向土压力。
[0009] 优选的，所述质量块为铅块，所述弹性构件为弹簧，所述阻尼构件为阻尼器，结构简单，便于施工。
[0010] 优选的，所述动力吸振器安装在所述抗滑桩的顶部，能起到更好的减震效果。
[0011] 优选的，所述质量块的质量m、所述弹性构件的刚度k和所述阻尼构件的阻尼系数c按照以下方法进行确定：
[0013] 步骤二：计算抗滑桩的桩顶水平位移S，
[0014] S＝S1+φ2·h+S2
[0015] 式中，S1为抗滑桩悬臂段的顶面位移，φ2为抗滑桩地下段的顶面转角，h为抗滑桩悬臂段的高度，S2为抗滑桩地下段的顶面位移；
[0016] 步骤三：计算抗滑桩的水平线刚度K，
[0017]
[0018] 步骤四：计算未安装动力吸振器时抗滑桩的最大位移xmax，
[0019]
[0020] 式中，M为未考虑桩结构阻尼的抗滑桩的质量，x为根据上式计算得到的抗滑桩的位移，xmax为x的最大值， 为代表场地特征的地震波形；
[0021] 步骤五：确定动力吸振器的最优解，
[0022]
[0023] 式中，m为动力吸振器的质量，μ为质量比，k为动力吸振器的刚度，c为动力吸振器的阻尼系数；
[0024] 步骤六：根据步骤五的最优解形式，确定若干组动力吸振器参数(m1，k1，c1；m2，k2，c2；mi，ki，ci；…；mt，kt，ct)，其中，t为动力吸振器参数的组数，(mi，ki，ci)为动力吸振器的一组参数；
[0025] 步骤七：计算安装动力吸振器后抗滑桩的最大位移xmax′，
[0026]
[0027] 式中，x为根据上式计算得到的抗滑桩的位移，xmax′为x的最大值，ci和ki分别代入步骤六中得到的若干组动力吸振器参数，1＜i＜t；
[0028] 步骤八：确定动力吸振器的质量m、刚度k和阻尼系数c，
[0029] 当xmax′/xmax的取值最小时对应的(mi，ki，ci)，即为减震效果最佳的动力吸振器参数，取该参数作为动力吸振器的质量m、刚度k和阻尼系数c。
[0030] 采用该方法可以计算得到减震效果最佳的动力吸振器参数，从而可以优化动力吸振器的配置，大大提高抗滑桩结构的减震效果，以有效缓冲地震作用对路基工程的影响，从而保证路基工程在地震作用下的整体稳定性。
[0031] 优选的，抗滑桩悬臂段的顶面位移S1的计算公式为：
[0032]
[0033] 式中，E为抗滑桩的弹性模量，I为抗滑桩的截面惯性矩，h为抗滑桩悬臂段的高度。
[0034] 优选的，所述步骤二中，抗滑桩地下段的顶面转角φ2和顶面位移S2的计算公式为：
[0035] φ2＝1·δMH+h·δMM
[0036] S2＝1·δHH+h·δHM
[0037] 式中，h为抗滑桩悬臂段的高度，δHH、δMH为由于H0＝1所引起的顶面水平位移和转角，δHM、δMM为由于M0＝1所引起的顶面水平位移和转角，其中，H0为集中力，M0为弯矩；
[0038] δHH、δMH、δHM、δMM按照以下公式进行计算：
[0039]
[0040] 式中， 此处的m为系数，通过查表TB10093-2017《铁路桥涵地基和基础设计规范》进行确定，bp为抗滑桩的计算宽度，无量纲系数A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，C4，D1，D2，D3，D4通过查《桩基工程手册》表4.3-2确定，E为抗滑桩的弹性模量，I为抗滑桩的截面惯性矩。
[0041] 优选的，所述步骤四能够在步骤三之后、步骤八之前的任何时刻进行实施。
[0042] 与现有技术相比，本实用新型所述的减震抗滑桩结构的有益效果：
[0043] 本实用新型所述的减震抗滑桩结构，通过设置动力吸振器，可以有效减小抗滑桩结构在地震作用下的位移，从而有效控制路基变形；且通过动力吸振器能有效吸收地震能量，减少地震波对路基及抗滑桩的冲击，保证路基稳定性。附图说明：
[0044] 图1是本实用新型实施例1所述的一种减震抗滑桩结构的结构示意图。
[0045] 图2是本实用新型所述的一种动力吸振器的结构示意图。
[0046] 图3是本实用新型实施例3所述的一种减震抗滑桩结构的结构示意图。
[0047] 图4是本实用新型实施例4所述的一种减震抗滑桩结构的结构示意图。
[0048] 图5是本实用新型实施例5所述的一种减震抗滑桩结构的结构示意图。
[0049] 图中标记：1-抗滑桩，2-桩板墙，3-动力吸振器，31-质量块，32-弹性构件，33-阻尼构件，4-路基工程，5-系梁。
具体实施方式
[0050] 下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
[0051] 实施例1
[0052] 如图1所示，一种减震抗滑桩结构，包括抗滑桩1，在所述抗滑桩1上设有动力吸振器3，所述动力吸振器3安装在所述抗滑桩1的顶部。如图2所示，所述动力吸振器3包括质量块31、弹性构件32和阻尼构件33，所述质量块31为铅块，所述弹性构件32为弹簧，所述阻尼构件33为阻尼器。
[0053] 本实施例通过增设动力吸振器3，可以有效缓冲地震作用对路基工程4的影响，从而保证路基工程4在地震作用下的整体稳定性。
[0054] 实施例2
[0055] 一种减震抗滑桩结构的设计方法，包括以下步骤：
[0056] 步骤一：收集现场设计资料，包括地质资料、地震烈度划分、地震加速度，确定代表场地特征的地震波形和抗滑桩的质量。在本实施例中，该区域路段路基主要为岩质基础，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.4g，通过查找当地地震采集资料，确定拟采用地震波形为通麦波，持续时间为100s，抗滑桩的自重为150t。
[0057] 步骤二：计算抗滑桩的桩顶水平位移S，将抗滑桩分为悬臂段和地下段，
[0058] S＝S1+φ2·h+S2 (1)
[0059] 式(1)中，S1为抗滑桩悬臂段的顶面位移，φ2为抗滑桩地下段的顶面转角，h为抗滑桩悬臂段的高度，S2为抗滑桩地下段的顶面位移。
[0060] 其中，抗滑桩悬臂段的顶面位移S1的计算公式为：
[0061]
[0062] 式(2)中，E为抗滑桩的弹性模量，I为抗滑桩的截面惯性矩，h为抗滑桩悬臂段的高度。
[0063] 其中，抗滑桩地下段的顶面转角φ2和顶面位移S2的计算公式为：
[0064] φ2＝1·δMH+h·δMM (3)
[0065] S2＝1·δHH+h·δHM (4)
[0066] 式(3)-(4)中，h为抗滑桩悬臂段的高度，δHH、δMH为由于H0＝1所引起的顶面水平位移和转角，δHM、δMM为由于M0＝1所引起的顶面水平位移和转角，其中，H0为集中力，M0为弯矩。
[0067] δHH、δMH、δHM、δMM按照以下公式进行计算：
[0068]
[0069] 式(5)中，无量纲系数A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，C4，D1，D2，D3，D4通过查《桩基工程手册》(第二版)龚晓南主编，表4.3-2确定，E为抗滑桩的弹性模量，I为抗滑桩的截面惯性矩，
[0070]
[0071] 式(6)中m为系数，通过查表TB10093-2017《铁路桥涵地基和基础设计规范》进行确定，bp为抗滑桩的计算宽度。
[0072] 步骤三：计算抗滑桩的水平线刚度K，
[0073]
[0075]
[0076] 式(8)中，M为未考虑桩结构阻尼的抗滑桩的质量，x为根据式(10)计算得到的抗滑桩的位移，xmax为x的最大值， 为代表场地特征的地震波形。
[0077] 步骤五：参见《动力吸振器及其应用》背户一登著(任明章译)P32～P37，若在小变形条件下将桩结构看做弹性变形(未考虑主振结构阻尼)，动力吸振器最优解如下，
[0078]
[0079] 式(9)中，m为动力吸振器的质量，μ为质量比，k为动力吸振器的刚度，c为动力吸振器的阻尼系数。
[0080] 步骤六：根据步骤五的最优解形式，确定若干组动力吸振器参数(m1，k1，c1；m2，k2，c2；mi，ki，ci；…；mt，kt，ct)，其中，t为动力吸振器参数的组数，(mi，ki，ci)为动力吸振器的一组参数。
[0081] 步骤七：按下式振动微分方程，采用有限元软件计算安装动力吸振器后抗滑桩的最大位移xmax′，
[0082]
[0083] 式(10)中，x为根据式(10)计算得到的抗滑桩的位移，xmax′为x的最大值，ci和ki分别代入步骤六中得到的若干组动力吸振器参数，1＜i＜t。
[0084] 步骤八：当xmax′/xmax的取值最小时对应的(mi，ki，ci)，即为减震效果最佳的动力吸振器参数，取该参数作为动力吸振器的质量m、刚度k和阻尼系数c。
[0085] 优选的，所述步骤四能够在步骤三之后、步骤八之前的任何时刻进行实施。
[0086] 实施例3
[0087] 如图3所示，一种减震抗滑桩结构，包括抗滑桩1和安装在抗滑桩1上的动力吸振器3，所述动力吸振器3的质量m、刚度k和阻尼系数c均按照实施例2所述的减震抗滑桩结构的设计方法进行确定。
[0088] 所述动力吸振器3可以包括弹性构件32、阻尼构件33和质量块31。所述弹性构件32可以是弹簧，主要用于提供刚度k；所述阻尼构件33可以是阻尼器，主要用于提供阻尼系数c，所述质量块31可以是铅块，主要用于提供质量m。
[0089] 本实施例所述的减震抗滑桩结构，通过优化动力吸振器2的配置，可以大大提高抗滑桩结构的减震效果，以有效缓冲地震作用对路基工程4的影响，从而保证路基工程4在地震作用下的整体稳定性。
[0090] 优选的，所述抗滑桩1的悬臂段还安装有桩板墙2。
[0091] 实施例4
[0092] 如图4所示，本实施例与实施例3的区别在于，所述减震抗滑桩结构，包括若干个抗滑桩1，相邻两个抗滑桩1之间连接有系梁5。此时所述动力吸振器3可以直接安装在有系梁5上。
[0093] 实施例5
[0094] 如图5所示，本实施例与实施例4的区别在于，所述抗滑桩1的悬臂段还安装有桩板墙2。
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