一种金属耗能装置及桥梁 |
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| 申请号 | CN202410048174.9 | 申请日 | 2024-01-11 | 公开(公告)号 | CN117904950A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 中铁桥研科技有限公司; 中铁大桥局集团有限公司; | 发明人 | 刘鹏飞; 耿跃跃; 赵智达; 杨林; 盛能军; 吕江; 王波; 谢世达; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及一种金属耗能装置及 桥梁 ，其包括：顶板，所述顶板开设有容纳槽，所述容纳槽内活动限位有导向 块 ，所述导向块固定有上悬臂、所述上悬臂固定有耗能横梁，所述耗能横梁固定有下悬臂，所述上悬臂和所述下悬臂沿横桥向间隔分布； 底板 ，所述底板与所述下悬臂可拆卸固定。在 地震 过程中，导向块推动上悬臂产生弯矩，此弯矩传递至耗能横梁，耗能横梁上各截面弯矩相等，能够实现全截面屈服耗能，保证桥梁的横桥向抗震能 力 ，通过导向块在容纳槽内纵向移动，可释放桥梁的纵向 温度 变形 。该阻尼装置的构造以及设计简单，具有震后更换性，且其可更换性强；能够实现多阶段屈服耗能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种金属耗能装置，其特征在于，其包括： |
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| 说明书全文 | 一种金属耗能装置及桥梁技术领域[0001] 本发明涉及工程结构减振领域，具体涉及一种金属耗能装置及桥梁。 背景技术[0002] 随着科学技术的发展，质量轻、强度大的材料逐渐应用到工程实际中，使得桥梁结构具有柔度大、低频和弱阻尼等特点，其对抗震性能提出了更高的要求。传统的结构抗震设计是通过增强主体结构自身的承载力和变形能力来抵御地震作用，主要依靠结构构件的塑性变形来耗散地震能量。这种传统抗震措施虽然可以避免结构的倒塌，但会导致结构损伤，极有可能引发次生灾害及影响结构的震后正常使用。 [0003] 相关技术中，C型钢弹塑性阻尼器，其采用弧形梁构造作为阻尼器的核心耗能构件，通过梁脚处的相对位移实现弧形梁的弯曲耗能，弧形梁结合支架和支座可以实现对桥梁结构的减震。但是C型钢金属阻尼器的受力较为复杂，设计难度较大；再如常见的采用三角形钢板作为其核心耗能构件的金属阻尼器。其减震效果良好，并且在阻尼器的顶端设置纵向滑道，满足桥梁纵向位移的需要。但每块三角形钢板的顶端均设置球冠和纵向滑道，导致阻尼器的安装空间过大。 发明内容[0004] 本申请提供一种金属耗能装置及桥梁，可以保证桥梁的横桥向抗震能力，并通过导向块在容纳槽内纵向移动，可释放桥梁的纵向温度变形，且其构造以及设计简单，具有震后的可更换性，且安装空间较小，并能满足桥梁纵向位移需要。 [0005] 第一方面，本申请实施例提供一种金属耗能装置，其包括： [0006] 顶板，所述顶板开设有容纳槽，所述容纳槽内活动限位有导向块，所述导向块固定有上悬臂、所述上悬臂固定有耗能横梁，所述耗能横梁固定有下悬臂，所述上悬臂和所述下悬臂沿横桥向间隔分布； [0008] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述上悬臂和所述下悬臂的长度方向均沿桥梁高度方向延伸设置。 [0009] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述导向块沿横桥向的相对两侧均凸设形成弧面，且所述导向块的相对两侧的凸设方向相互远离。 [0010] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述上悬臂和所述耗能横梁的连接处呈倒圆角设置。 [0011] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述下悬臂和所述耗能横梁的连接处呈倒圆角设置。 [0012] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述导向块、所述上悬臂、所述耗能横梁和所述下悬臂为一组耗能构件，所述金属耗能装置包括至少两组耗能构件； [0013] 两组耗能构件沿纵桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，两组所述耗能构件的所述导向块至少部分重叠。 [0014] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述耗能构件的数量为四组，任意相邻两组所述耗能构件沿纵桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，该两组耗能构件的所述导向块至少部分重叠。 [0015] 结合第一方面，在一种实施方式中，沿纵桥向，位于中间的两组所述耗能构件的耗能横梁的屈服点低于最外侧的两组所述耗能构件的耗能横梁的屈服点。 [0016] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述耗能构件的数量为三组，任意相邻两组所述耗能构件沿横桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，该两组耗能构件的所述导向块至少部分重叠； [0017] 沿纵桥向，位于中间的一组所述耗能构件的耗能横梁的屈服点低于最外侧的两组所述耗能构件的耗能横梁的屈服点。 [0018] 第二方面，本申请实施例提供了一种桥梁，其包括如一些实施例中所述的金属耗能装置。 [0019] 本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括： [0020] 因导向块活动限位于容纳槽内，导向块相对于顶板可横向、纵向移动，使顶板和底板之间存在相对运动，在地震作用下，即可满足主梁与塔(墩)之间存在相对位移；并在地震过程中，导向块推动上悬臂产生弯矩，此弯矩传递至耗能横梁，耗能横梁上各截面弯矩相等，能够实现全截面屈服耗能，保证桥梁的横桥向抗震能力，通过导向块在容纳槽内纵向移动，可释放桥梁的纵向温度变形。该阻尼装置的构造以及设计简单，具有震后更换性，且其可更换性强；能够实现多阶段屈服耗能。附图说明 [0021] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0022] 图1为第一种的金属耗能装置沿纵桥向视角的结构示意图； [0023] 图2为第二种的金属耗能装置沿纵桥向视角的结构示意图； [0024] 图3为第二种的金属耗能装置沿横桥向视角的结构示意图； [0025] 图4为第二种的金属耗能装置的底板的俯视结构示意图； [0026] 图5为金属耗能装置的顶板的仰视结构示意图。 [0027] 图中：1、顶板；11、容纳槽；12、加强板；13、第一螺栓；2、耗能构件；21、导向块；22、上悬臂；23、耗能横梁；24、下悬臂；25、连接座；26、第二螺栓；3、底板；31、第三螺栓。 具体实施方式[0028] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0029] 本申请实施例提供一种金属耗能装置及桥梁，可以保证桥梁的横桥向抗震能力，并通过导向块在容纳槽内纵向移动，可释放桥梁的纵向温度变形，且其构造以及设计简单，具有震后的可更换性，且安装空间较小，并能满足桥梁纵向位移需要。 [0030] 如图1所示，本申请实施例提供一种金属耗能装置，其可以包括：顶板1，顶板1开设有容纳槽11，容纳槽11内活动限位有导向块21，导向块21固定有上悬臂22、上悬臂22固定有耗能横梁23，耗能横梁固定有下悬臂24，上悬臂22和下悬臂24沿横桥向间隔分布(也就是图1中的左右方向间隔分布)；底板3，底板3与下悬臂24可拆卸固定。 [0031] 其中，因导向块21活动限位于容纳槽11内，导向块21相对于顶板1可横向、纵向移动，使顶板1和底板3之间存在相对运动，在地震作用下，即可满足主梁与塔(墩)之间存在相对位移；并在地震过程中，导向块21推动上悬臂22产生弯矩，此弯矩传递至耗能横梁23，耗能横梁23上各截面弯矩相等，能够实现全截面屈服耗能，最后衰弱传递至下悬臂24，保证桥梁的横桥向抗震能力，通过导向块21在容纳槽11内纵向移动，可释放桥梁的纵向温度变形。该阻尼装置的构造以及设计简单，具有震后更换性，且其可更换性强；相对于横桥向，其纵桥向安装空间较小，能满足桥梁纵向位移需要。 [0032] 具体的，假设耗能横梁23的长为H，宽为B，高为t，金属钢板的悬臂“T”型端长度为L(也就是上悬臂22沿桥梁高度方向的长度)。地震作用下，顶板1和底板3之间存在相对位移，地震荷载通过导向块21推动上悬臂22产生弯矩，假设作用在上悬臂22的地震荷载为F，则耗能耗能横梁23的最大应力为： 当截面刚好屈服时，金属阻尼器所承受的地震力为： 其中，N为耗能横梁23的个数。可见耗能横梁23每个截面的最大应力和应 变保持一致，这样在地震作用下耗能耗能横梁23全截面同时进入塑性，其耗能利用率达到最大。 [0033] 示例性的，如图1所示，金属耗能装置为单级屈服单侧布置方式，在桥梁上采用该横桥向钢阻尼器减震装置。横桥向一共需要提供1600kN的屈服承载力,横桥向屈服位移30mm。布置的4块核心耗能构件2(也就是导向块21、上悬臂22、耗能横梁23和下悬臂24)均采用Q235牌号的钢材，其屈服承载力为400kN，屈服位移为30mm。 [0034] 一些实施例中，如图1所示，上悬臂22和下悬臂24的长度方向均沿桥梁高度方向延伸设置。其中，上悬臂22和下悬臂24的长度方向均沿桥梁高度方向延伸设置，可以保证在地震中，上悬臂22和下悬臂24与耗能横梁23之间连接的结构强度。 [0035] 当然，一些实施例中，上悬臂22和下悬臂24的长度方向一样可以与桥梁高度方向之间具有一定的倾斜角，也可以实现载荷的传递以及上悬臂22和下悬臂24与耗能横梁23之间连接的结构强度。 [0036] 一些实施例中，如图1所示，导向块21沿横桥向的相对两侧均凸设形成弧面，且导向块21的相对两侧的凸设方向相互远离。导向块21的两端呈圆形弧状，保证其在横向地震动作用下与顶板1接触受力平顺，保证其使用寿命。 [0037] 一些实施例中，如图1所示，上悬臂22和耗能横梁23的连接处呈倒圆角设置。耗能横梁23与上悬臂22之间刚性连接处开设倒圆角以解决应力集中问题。 [0038] 一些实施例中，如图1所示，下悬臂24和耗能横梁23的连接处呈倒圆角设置。耗能横梁23与下悬臂24之间刚性连接处开设倒圆角以解决应力集中问题。 [0039] 一些实施例中，导向块21、上悬臂22、耗能横梁23和下悬臂24为一组耗能构件2，金属耗能装置包括至少两组耗能构件2；两组耗能构件2沿纵桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，两组耗能构件2的导向块21至少部分重叠。示例性的，如图2所示，两组耗能构件2沿纵桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，两组耗能构件2的导向块21完全重叠，相对于如图1所提供的单级屈服单侧布置方式，该多级屈服双侧布置方式，其耗能减震效果更佳。 [0040] 一些实施例中，如图3和图4所示，耗能构件2的数量为四组，任意相邻两组耗能构件2沿纵桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，该两组耗能构件2的导向块21至少部分重叠。其中，通过沿纵桥向增加耗能构件2的数量，能够提高桥梁的减震能力。 [0041] 一些实施例中，如图3和图4所示，沿纵桥向，位于中间的两组耗能构件2的耗能横梁23的屈服点低于最外侧的两组耗能构件2的耗能横梁23的屈服点。示例性的，为了达到多级屈服的目的，耗能构件2采用前后交替布置的形式，两内侧阻尼器(位于中间两组耗能构件2的耗能横梁23)采用低屈服点钢，两外侧阻尼器(位于最外侧两组耗能构件2的耗能横梁23)采用高屈服点钢。 [0042] 具体的，在E1地震作用下，两内侧耗能构件2首先进入塑性阶段耗散地震能量，外侧耗能构件2仅提供部分弹性支撑力；在E2地震作用下，外侧耗能构件2也进入塑性阶段耗散地震能量，实现该金属耗能装置能够在多阶段减震的需求，解决了传统的横桥向钢阻尼器采用同一参数，不能适应桥梁多阶段减震需要的问题。 [0043] 示例性的，钢阻尼装置一共需要提供1200kN的屈服承载力，横桥向屈服位移30mm。通过多阶段减震设计方法，中间两块耗能构件2可采用BLY160牌号的钢材，外侧两块耗能构件2可采用Q235两种牌号的钢材。其中BLY160号钢材的屈服承载力为200kN，设计屈服位移 10mm；Q235号钢材的屈服承载力为400kN，屈服位移30mm。 [0044] 在一些实例中，还可以采用不同材料的金属钢板来达到多阶段减震耗能的目的，可根据实际需要通过改变金属钢板的高度、厚度等来达到同样的目的。 [0045] 一些实施例中，耗能构件2的数量为三组，任意相邻两组耗能构件2沿横桥向间隔分布，并沿纵桥向投影，该两组耗能构件2的导向块21至少部分重叠；沿纵桥向，位于中间的一组耗能构件2的耗能横梁23的屈服点低于最外侧的两组耗能构件2的耗能横梁23的屈服点。 [0046] 在一些实例中，如图1和图2所示，顶板1与桥梁主梁固定，为此在上顶板四周开设螺栓孔，并通过第一螺栓13与桥梁主梁底面固定，上顶板两侧均焊接有加强板12以提高顶板1的自身强度。如图5所示，顶板1沿纵桥向可以开设两条预留槽，其中，两条预留槽沿横桥向间隔分布。限位挡块按规定的间距嵌入对应的预留槽内并与顶板1进行焊接，从而形成容纳槽11。上半部分的安装步骤为：先将限位挡块采用角焊缝的形式焊接在上顶板的预留槽内，再将上半部分构造通过第一螺栓13与主梁进行固定。 [0047] 其中，底板3与桥墩(或斜拉桥主塔下横梁)固定，为此在底板3的四周开设螺栓孔，并通过第三螺栓31与桥墩上的预埋构件进行固定连接。底板3同样开设耗能构件2的连接座25的螺栓孔，耗能构件2通过第二螺栓26与底板3相连。此方法便于震后更换部分已经屈服的构件。作为本发明的主要技术要点在于耗能构件2与底板3之间的栓接质量，要保证其在地震作用下不会发生破坏从而影响整个钢阻尼器的耗能。导向块21与上悬臂22采用焊接的形式。 [0048] 一些实施例中，本申请实例例还可以提供一种桥梁，其可以包括如以上一些实施例中所提及金属耗能装置。 [0049] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0050] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0051] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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