不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置 |
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| 申请号 | CN202210400688.7 | 申请日 | 2022-04-17 | 公开(公告)号 | CN114657868B | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 石家庄铁道大学; | 发明人 | 李勇; 霍晟博; 宋成; 许宏伟; 刘永前; 陈树礼; 张彦兵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种不利车辆荷载作用下的独柱墩 桥梁 抗倾覆主动调节装置，属于桥梁抗倾覆调节技术领域。主动调节装置设置在主梁与桥墩之间，包括拉压助动器、压 力 传感器 、拉线位移计、电动主动 滑轮 组、普通滑轮组和桥墩下部的配电箱。当独柱墩桥梁在不利车辆荷载作用下，抗倾覆主动调节装置通过 压力传感器 来控制自动 开关 ，当压力传感器的数值达到装置启动范围时，自动开关接通对应电动主动滑轮，通过 钢 绞线与对应普通滑轮的配合，使拉压助动器对主梁底部或主梁翼缘处产生拉力或推力，用来抵抗独柱墩桥梁的倾覆，以控制独柱墩桥梁的倾覆 变形 处于合理范围内，提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置，所述桥梁的主梁(400)架设在桥墩上，主梁(400)和桥墩之间设置有支座(1)，桥墩包括两端的双柱边墩(100)以及中间的独柱中墩(200)，独柱中墩(200)顶部设置有改造后的盖梁(300)； |
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| 说明书全文 | 不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置技术领域[0001] 本发明涉及一种调节装置，特别是一种不利荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置，属于桥梁抗倾覆调节技术领域。 背景技术[0002] 随着我国城市化速度不断的发展，城市桥梁的建设也处于快速发展的时期。如今在进行城市桥梁设计时，如何充分利用城市空间、缓解交通压力、维护城市美观，是如今桥梁事业面临的一项重要课题。独柱墩桥梁由于桥下空间占用土地少、整体结构美观，并且具有结构轻巧、力线流畅、通透度大、占地量小、施工方便等诸多优点，因而广泛应用于城市桥梁中。 [0004] 如今独柱墩桥梁的加固主要有以下几种方法，端支点增设钢梁以及拉压支座、增设钢盖梁改为多支撑、增设桩柱或改造成花瓶墩，提高桥梁横向稳定性。本发明结合前人经验提出了一种不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置，在不利车辆荷载作用下抵抗桥梁倾覆。 发明内容[0006] 本发明采取了如下技术方案： [0007] 一种不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置，所述桥梁的主梁架设在桥墩上，主梁和桥墩之间设置有支座，桥墩包括两端的双柱边墩以及中间的独柱中墩，独柱中墩顶部设置有改造后的盖梁； [0008] 所述主动调节装置设置在主梁与桥墩之间； [0010] 所述拉压助动器在桥梁两端通过钢板以及螺栓固定在主梁翼缘与双柱边墩的盖梁之间，在独柱中墩处通过钢板以及螺栓固定在改造后的盖梁与主梁底部之间； [0011] 所述拉压助动器由螺丝杆、转盘、活塞杆、质量块和活塞筒组成，其中螺丝杆上、下两端分别与质量块、活塞杆螺纹连接，活塞杆向下滑动伸入所述活塞筒内；所述螺丝杆中部与转盘固定连接，保证转盘转动的同时可以带动螺丝杆沿着活塞杆、质量块内螺纹转动，且并保证活塞杆在受钢绞线拉力的情况下可以在活塞筒中滑动； [0012] 所述钢绞线一端与活塞杆连接，另一端与电动主动滑轮组连接； [0013] 另一钢绞线一端与电动主动滑轮组连接，另一端与活塞杆底部连接； [0014] 所述压力传感器安装在支座下边缘与双柱边墩盖梁之间；所述拉线位移计位于独柱中墩改造后的盖梁边缘；压力传感器和拉线位移计与电动主动滑轮组中的自动开关连接，通过压力传感器、拉线位移计上的数值变化控制自动开关的闭合。 [0015] 进一步地，所述电动主动滑轮组包括第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮；第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮内均设置有自动开关；所述钢绞线一端与活塞杆连接，另一端与第一电动主动滑轮连接；另一钢绞线一端与第二电动主动滑轮连接，另一端与活塞杆底部连接；所述压力传感器和拉线位移计均与第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮中的自动开关连接。 [0016] 进一步地，所述第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮均通过螺栓固定在双柱边墩的盖梁以及改造后的盖梁上；第二电动主动滑轮为大功率滑轮，第一电动主动滑轮为小功率滑轮，控制大功率滑轮与小功率滑轮的功率比值在1/3～1/4之间，通过控制功率的大小，控制在桥梁倾覆过程中两侧拉压助动器所提供的拉力与压力之比也保持在1/3～1/4之间，其内部均设有自动开关，一端与压力传感器、拉线位移计相连，一端通过电线与桥墩下部的配电箱相连。 [0017] 进一步地，所述自动开关位于第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮的下部，受压力传感器、拉线位移计的控制，控制第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮与配电箱的连接，自动开关均设有2个档位，以保障在桥梁倾覆变形时，通过不同档位控制第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮的转动速率，从而控制拉压助动器为抵抗不同大小的倾覆变形提供相应的拉力或者推力。 [0018] 进一步地，所述普通滑轮组为4个，分别为第一普通滑轮、第二普通滑轮、第三普通滑轮以及第四普通滑轮； [0019] 在双柱边墩与主梁连接处，第一普通滑轮通过螺栓固定在主梁底部，并保持与第一电动主动滑轮位于同一竖直面内；第三普通滑轮通过螺栓固定在主梁底外部拐角处，第四普通滑轮通过螺栓固定在主梁腹板外侧并与转盘位于同一水平面上；第一普通滑轮一端通过钢绞线与第三普通滑轮、第四普通滑轮串联，最后在第四普通滑轮处通过钢绞线与转盘连接，另一端通过钢绞线与第一电动主动滑轮连接；第二普通滑轮通过螺栓固定在活塞筒底部，一端通过钢绞线与活塞杆连接，另一端通过钢绞线与第二电动主动滑轮连接； [0020] 在改造后的盖梁与主梁连接处，主梁底部设置有浇筑的混凝土块，第一普通滑轮通过螺栓固定在混凝土块底部，其一端通过钢绞线与转盘水平连接，另一端通过钢绞线与第一电动主动滑轮垂直连接；第二普通滑轮通过螺栓固定在活塞筒底部，其一端通过钢绞线与活塞杆连接，另一端通过钢绞线与第二电动主动滑轮连接。 [0021] 进一步地，所述拉线位移计上、下端分别与主梁底部边缘以及改造后的盖梁边缘连接。 [0022] 进一步地，所述改造后的盖梁包括钢板套筒及其内灌注的UHPC超高强度混凝土，所述钢板套筒通过锚筋和螺栓与独柱中墩锚在一起，用作主梁下的盖梁使用；所述改造后的盖梁位于独柱中墩顶处向下0.5m处，以达到增大拉压助动器力臂的效果。 [0023] 进一步地，所述螺栓均为高强螺栓，具有良好的受力，能够保证被锚固构件的稳定。 [0024] 进一步地，所述配电箱可通过电线与自动开关以及第一电动主动滑轮以及第二电动主动滑轮连接，配电箱接入市电或备用电源。 [0025] 进一步地，所述主动调节装置在支座所对应的主梁下部左右两侧各布置一组。 [0026] 作用原理为： [0027] 当车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向右倾覆变形的过程中，对于独柱墩桥梁两端的双柱边墩来说，主要通过压力传感器与拉压助动器之间联系进行倾覆变形抵抗，此时左侧支座受拉，当左侧压力传感器数值达到装置启动范围时，控制第二电动主动滑轮中的自动开关使电动主动滑轮与配电箱接通，使第二电动主动滑轮转动并通过与第二普通滑轮配合通过钢绞线拉着活塞杆向下运动，从而拉动整个上部结构向下运动，从而对主梁底部产生向下的拉力，用以抵抗向右的倾覆变形；此时右侧支座受压，当右侧压力传感器数值达到装置启动范围时，控制第一电动主动滑轮中的自动开关使电动主动滑轮与配电箱接通，使第一电动主动滑轮转动并通过与第一、第三和第四普通滑轮配合通过钢绞线拉动拉压助动器中的转盘转动，转盘带动螺丝杆顺着螺纹方向向上转动，且螺丝杆在质量块中没有向上运动的空间，所以将给予质量块一个向上的推力，从而使拉压助动器给予主梁底部一个向上的推力，用以抵抗向右的倾覆变形。当荷载消失之后，电动主动滑轮组中的自动开关断开，滑轮不再转动钢绞线不再传递拉力或推力，拉压助动器在丧失拉力或推力的情况下恢复原状。 [0028] 当车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向右倾覆变形的过程中，对于独柱墩桥梁独柱中墩处来说，主要通过拉线位移计与拉压助动器之间联系进行倾覆变形抵抗，此时左侧拉线位移计受拉，当拉线位移计中的数值达到装置启动范围时，控制第二电动主动滑轮中的自动开关使电动主动滑轮与配电箱接通，使第二电动主动滑轮转动并通过与第二普通滑轮配合通过钢绞线拉着活塞杆向下运动，从而拉动整个上部结构向下运动，从而对主梁底部产生向下的拉力，用以抵抗向右的倾覆变形；此时右侧拉线位移计受压，当拉线位移计中的数值达到装置启动范围时，控制第一电动主动滑轮中的自动开关使第一电动主动滑轮与配电箱接通，使第一电动主动滑轮转动并通过与第一普通滑轮配合通过钢绞线拉动拉压助动器中的转盘转动，转盘带动螺丝杆顺着螺纹方向向上转动，且螺丝杆在质量块中没有向上运动的空间，所以将给予质量块一个向上的推力，从而使拉压助动器给予主梁底部一个向上的推力，用以抵抗向右的倾覆变形。当荷载消失之后，电动主动滑轮组中的自动开关断开，滑轮不再转动钢绞线不再传递拉力或推力，拉压助动器在丧失拉力或推力的情况下恢复原状。 [0029] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于： [0030] 当独柱墩桥梁在不利车辆荷载作用下，抗倾覆主动调节装置通过压力传感器来控制自动开关，当压力传感器的数值达到装置启动范围时，自动开关接通对应电动主动滑轮，通过钢绞线与对应普通滑轮的配合，使拉压助动器对主梁底部或主梁翼缘处产生拉力或推力，用来抵抗独柱墩桥梁的倾覆，以控制独柱墩桥梁的倾覆变形处于合理范围内，提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力。附图说明 [0031] 图1是本发明的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置的整体结构侧视图； [0032] 图2是图1的A‑A截面处抗倾覆主动调节装置的结构示意图； [0033] 图3是图1的A‑A截面处抗倾覆主动调节装置的左侧局部构造示意图； [0034] 图4是图1的A‑A截面处抗倾覆主动调节装置的右侧局部构造示意图； [0035] 图5是图1的B‑B截面处抗倾覆主动调节装置的结构示意图； [0036] 图6是本发明的改造后的盖梁俯视图； [0037] 图7是图1的B‑B截面处抗倾覆主动调节装置的左侧局部构造示意图； [0038] 图8是图1的B‑B截面处抗倾覆主动调节装置的右侧局部构造示意图； [0039] 图9是图1的A‑A截面处受不利汽车荷载向右倾覆示意图； [0040] 图10是图1的B‑B截面处受不利汽车荷载向右倾覆示意图。 具体实施方式[0041] 下面结合附图1‑10对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 [0042] 本实施例的一种不利车辆荷载作用下的独柱墩桥梁抗倾覆主动调节装置，如图1所示，桥梁的主梁400架设在桥墩上，主梁400和桥墩之间设置有支座1，桥墩包括两端的双柱边墩100以及中间的独柱中墩200，独柱中墩200顶部设置有改造后的盖梁300。如图2‑8所示，主动调节装置设置在主梁与桥墩之间，其在支座1所对应的主梁400下部左右两侧各布置一组，其包括拉压助动器、压力传感器16、拉线位移计111、电动主动滑轮组、普通滑轮组和桥墩下部的配电箱15。拉压助动器在桥梁两端通过钢板17以及螺栓13固定在主梁翼缘与双柱边墩100的盖梁之间，在独柱中墩200处通过钢板17以及螺栓13固定在改造后的盖梁300与主梁400底部之间。 [0043] 如图3‑4，7‑8所示，拉压助动器由螺丝杆8、转盘9、活塞杆10、质量块11和活塞筒12组成，其中螺丝杆8上、下两端分别与质量块11、活塞杆10螺纹连接，活塞杆10向下滑动伸入活塞筒12内。螺丝杆8中部与转盘9固定连接，保证转盘9转动的同时可以带动螺丝杆8沿着活塞杆10、质量块11内螺纹转动，且并保证活塞杆10在受钢绞线7拉力的情况下可以在活塞筒12中滑动。钢绞线7一端与活塞杆10连接，另一端与电动主动滑轮组连接。另一钢绞线7一端与电动主动滑轮组连接，另一端与活塞杆10底部连接。压力传感器16安装在支座1下边缘与双柱边墩100盖梁之间。拉线位移计111位于独柱中墩200改造后的盖梁300边缘。压力传感器16和拉线位移计111与电动主动滑轮组中的自动开关6连接，通过压力传感器16、拉线位移计111上的数值变化控制自动开关6的闭合。特别的，拉线位移计111上、下端分别与主梁400底部边缘以及改造后的盖梁300边缘连接。拉线位移计1安装改造在盖梁边缘，确保位移变化为车辆荷载作用下的最大值，并与第一和第二电动主动滑轮的自动开关处连接。 [0044] 本实施例中，电动主动滑轮组包括第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3。第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3内均设置有自动开关6。钢绞线7一端与活塞杆 10连接，另一端与第一电动主动滑轮2连接。另一钢绞线7一端与第二电动主动滑轮3连接，另一端与活塞杆10底部连接。压力传感器16和拉线位移计111均与第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3中的自动开关6连接。第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3均通过螺栓13固定在双柱边墩100的盖梁以及改造后的盖梁300上。第二电动主动滑轮3为大功率滑轮，第一电动主动滑轮2为小功率滑轮，控制大功率滑轮与小功率滑轮的功率比值在1/ 3～1/4之间，通过控制功率的大小，控制在桥梁倾覆过程中两侧拉压助动器所提供的拉力与压力之比也保持在1/3～1/4之间，其内部均设有自动开关6，一端与压力传感器16、拉线位移计111相连，一端通过电线14与桥墩下部的配电箱15相连。 [0045] 自动开关6位于第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3的下部，受压力传感器16、拉线位移计111的控制，控制第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3与配电箱15的连接，即配电箱15可通过电线14与自动开关6以及第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3连接，配电箱15接入市电或备用电源。自动开关6均设有2个档位，以保障在桥梁倾覆变形时，通过不同档位控制第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3的转动速率，从而控制拉压助动器为抵抗不同大小的倾覆变形提供相应的拉力或者推力。第一电动主动滑轮2以及第二电动主动滑轮3中高低功率是为保障在不利车辆荷载随着运动情况改变的过程中，以改变功率控制所提供的拉力或者压力的大小，避免拉压助动器所提供的拉力或推力的大小超过不利车辆荷载，避免因装置运行过程中过大的拉力或推力对桥梁本身产生破坏。 [0046] 本实施例中，普通滑轮组为4个，分别为第一普通滑轮4、第二普通滑轮5、第三普通滑轮18以及第四普通滑轮19。 [0047] 如图2‑4所示，在双柱边墩100与主梁400连接处，第一普通滑轮4通过螺栓13固定在主梁底部，并保持与第一电动主动滑轮2位于同一竖直面内。第三普通滑轮18通过螺栓13固定在主梁底外部拐角处，第四普通滑轮19通过螺栓13固定在主梁腹板外侧并与转盘9位于同一水平面上。第一普通滑轮4一端通过钢绞线7与第三普通滑轮18、第四普通滑轮19串联，最后在第四普通滑轮19处通过钢绞线7与转盘9连接，另一端通过钢绞线7与第一电动主动滑轮2连接。第二普通滑轮5通过螺栓13固定在活塞筒12底部，一端通过钢绞线7与活塞杆10连接，另一端通过钢绞线7与第二电动主动滑轮3连接。 [0048] 如图5‑8所示，在改造后的盖梁300与主梁400连接处，主梁400底部设置有浇筑的混凝土块160，第一普通滑轮4通过螺栓13固定在混凝土块160底部，其一端通过钢绞线7与转盘9水平连接，另一端通过钢绞线7与第一电动主动滑轮2垂直连接。第二普通滑轮5通过螺栓13固定在活塞筒12底部，其一端通过钢绞线7与活塞杆10连接，另一端通过钢绞线7与第二电动主动滑轮3连接。 [0049] 本实施例中，如图6所示，首先对于独柱中墩200进行改造，用作主梁下盖梁使用。改造后的盖梁300包括钢板套筒180及其内灌注的UHPC超高强度混凝土181，钢板套筒通过锚筋和螺栓13与独柱中墩200锚在一起，用作主梁400下的盖梁使用。改造后的盖梁300位于独柱中墩200顶处向下0.5m处，以达到增大拉压助动器力臂的效果。钢板套筒180的直径为独柱中墩200的直径，钢板套筒180厚度在10cm～15cm之间，里侧高度可控制在1m～1.5m，外侧高度控制在0.5m～0.8m，其长度保持与主梁外边缘处于同一竖直面内。 [0050] 此外，本实施例中主动调节装置中所用的螺栓13均为高强螺栓，具有良好的受力，能够保证被锚固构件的稳定。 [0051] 图1中A‑A截面的双柱边墩100位置处的具体控制过程为： [0052] 如图9所示，当不利车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向右倾覆变形的过程中，此时左侧支座1受拉，受拉之前压力传感器16数值为桥梁自重的1/6，由于左侧支座1受拉压力传感器16的数值减小，当压力传感器16数值达到自重的1/12～1/10时，装置启动控制自动开关6接通2级档位通过电线14与配电箱15接通，使第二电动主动滑轮3以较高功率顺时针转动通过钢绞线7带动着第二普通滑轮5逆时针转动，并通过钢绞线7拉着活塞杆10向下运动，从而拉动整个上部结构向下运动，从而对主梁底部产生向下的拉力，用以抵抗向右的倾覆变形。此时在提供拉力作用下，压力传感器16的数值开始增大到自重1/8～1/7时，自动开关6换成接通1级档位，第二电动主动滑轮3以小功率转动，这时控制拉压助动器提供较小拉力用以抵抗向右的倾覆变形，当压力传感器16数值恢复至原始数值时开关断开，第二电动主动滑轮3停止转动拉力消失。 [0053] 此时右侧支座1受压，受压之前压力传感器16数值为桥梁自重的1/6，由于右侧支座1受压压力传感器16的数值增大，当压力传感器16数值达到自重的1/4～7/30时，装置启动控制自动开关6接通2级档位通过电线14与配电箱15接通，使第一电动主动滑轮2以大功率顺时针转动通过钢绞线7带动着第一普通滑轮4、第三普通滑轮18、第四普通滑轮19顺时针转动，并通过钢绞线7拉动转盘9顺时针转动，此时转盘9与螺丝杆8为固定连接，转盘9带动螺丝杆8顺着螺纹方向向上转动，且螺丝杆在质量块11中没有向上运动的空间，所以将给予质量块11一个向上的推力，从而使拉压助动器给予主梁底部一个向上的推力，用以抵抗向右的倾覆变形。此时在提供推力作用下，压力传感器16的数值开始减小到自重4/21～5/24时，自动开关6换成接通1级档位，第一电动主动滑轮2以小功率转动，这时控制拉压助动器提供较小推力用以抵抗向右的倾覆变形，当压力传感器16数值恢复至原始数值时开关断开，第一电动主动滑轮2停止转动推力消失。这样，当独柱墩桥梁在极端荷载作用下产生的倾覆变形时，独柱墩桥梁两端就可以通过主梁与盖梁之间的主动调节装置进行倾覆变形抵抗和控制。当不利车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向左侧倾覆时原理相同。 [0054] 其中，左侧支座1受拉过程中的压力传感器16数值减小的范围与右侧支座1受压过程中压力传感器16数值增大的范围一致。 [0055] 图1中B‑B截面的独柱中墩200的具体控制过程为： [0056] 如图10所示，当不利车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向右倾覆变形的过程中，此时左侧拉线位移计111受拉，当拉线位移计111数值达到1mm～2mm时，装置启动控制自动开关6接通2级档位通过电线14与配电箱15接通，使第二电动主动滑轮3以较高功率顺时针转动通过钢绞线7带动着第二普通滑轮5逆时针转动，并通过钢绞线7拉着活塞杆10向下运动，从而拉动整个上部结构向下运动，从而对主梁底部产生向下的拉力，用以抵抗向右的倾覆变形。此时在提供拉力作用下，拉线位移计111的数值开始减小小于1mm时，自动开关6换成接通1级档位，第二电动主动滑轮3以小功率转动，这时控制拉压助动器提供较小拉力用以抵抗向右的倾覆变形，当拉线位移计1数值恢复至0时开关断开，第二电动主动滑轮3停止转动拉力消失。 [0057] 此时右侧拉线位移计111受压，当拉线位移计111数值达到‑2mm～‑1mm时，装置启动控制自动开关6接通2级档位通过电线14与配电箱15接通，使第一电动主动滑轮2以大功率顺时针转动通过钢绞线7带动着第一普通滑轮4顺时针转动，并通过钢绞线7拉动转盘9顺时针转动，此时转盘9与螺丝杆8为固定连接，转盘9带动螺丝杆8顺着螺纹方向向上转动，且螺丝杆在质量块11中没有向上运动的空间，所以将给予质量块11一个向上的推力，从而使拉压助动器给予主梁底部一个向上的推力，用以抵抗向右的倾覆变形。此时在提供推力作用下，拉线位移计111的数值开始增大大于‑1mm时，自动开关6换成接通1级档位，第一电动主动滑轮2以小功率转动，这时控制拉压助动器提供较小推力用以抵抗向右的倾覆变形，当拉线位移计111数值恢复至0时开关断开，第一电动主动滑轮2停止转动推力消失。这样，当独柱墩桥梁在极端荷载作用下产生的倾覆变形时，独柱墩桥梁两端就可以通过主梁与盖梁之间的主动调节装置进行倾覆变形抵抗和控制。当不利车辆荷载作用下独柱墩桥梁在向左侧倾覆时原理相同。 |
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