一种可转体的分级抗震装置及转体向抗震体系转换的方法 |
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| 申请号 | CN202311409987.8 | 申请日 | 2023-10-27 | 公开(公告)号 | CN117449186A | 公开(公告)日 | 2024-01-26 |
| 申请人 | 中船双瑞(洛阳)特种装备股份有限公司; | 发明人 | 何平根; 郑朋飞; 韩家山; 李自念; 宋建平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可转体的分级抗震装置及转体向抗震体系转换的方法，所述分级抗震装置包括上座板、平面不锈 钢 滑板 、非金属滑板、中座板、球面 不锈钢 滑板、下座板、底座板、 挡板 、 固定板 、测 力 装置，上座板、中座板和下座板之间分别设有平面 摩擦副 和球面摩擦副，限位板、平面摩擦副、球面摩擦副及防落梁挡 块 配合用于分级抗震，测力装置用于监测竖向 载荷 的变化。本发明适用于复杂环境的 桥梁 施工，满足 姿态 调整及分级抗震的要求，所述测力装置能够监测竖向载荷的变化，提高转体过程中的安全性和 风 险防控能力，满足桥梁转体球铰智能化、信息化发展的需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可转体的分级抗震装置，其特征在于，包括上座板(1)、中座板(4)、下座板(6)、挡板(10)、固定板(11)和测力装置，所述挡板(10)设置于所述中座板(4)和所述固定板(11)之间，所述固定板(11)抵靠所述上座板(1)的内侧，所述上座板(1)、所述中座板(4)、所述挡板(10)和所述固定板(11)共同构成可整体转动的上部转体结构，所述测力装置包括弹性元件(7)和测力组件。 |
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| 说明书全文 | 一种可转体的分级抗震装置及转体向抗震体系转换的方法技术领域背景技术[0002] 我国是基础设施建设强国，受地形或线路影响，许多桥梁工程需要跨越既有铁路、公路以及江河等自然地质环境。在此情况下，通常使用转体球铰施工方法，这种方法可以为 复杂工况下的桥梁施工提供安全性高、质量可靠等保障，并且具备不影响道路通行、施工快 捷、经济性好等诸多优点。转体施工主要分为墩底转体、墩中转体和墩顶转体三种。墩底转 体是桥墩与梁体同时转动，转体重量较大；墩中转体是上部桥墩与梁体同时转动，虽一定程 度地减少了球铰承载重量，增加了转体过程的稳定性，但却受到空间限制；墩顶转体是仅需 转动梁体，转体重量小，但空间受限，桥梁转体到位后还需要进行梁体支撑体系转换，即将 梁体支撑转换为桥梁永久支座。 [0003] 目前，墩顶转体后梁体支撑体系的转换主要包括两种方式： [0004] (1)是由中心球铰或转体支座在完成转体作业后，采用顶升结构顶升梁体，然后抽掉垫板后再落梁到永久支座上，完成梁体支撑体系转换，该方式需配备顶升机构，梁体越 重，顶升机构吨位和尺寸越大，对顶升机构的可靠性要求越高，操作难度大，且需耗费较大 人力和物力，经济技术价值较低； [0005] (2)是由转体支座完成转体后直接作为永久支座使用，该方式虽不需要顶梁，但仍需要调整各支座之间的受力分配，支座需要同时具备转体功能、支座功能和测力功能，其中 转体功能与支座功能之间的转换是目前亟待解决的问题。 [0006] 此外，当转体施工处于复杂的地质及地震区域时，常规转体球铰或支座完成桥梁支撑体系转换后普通支座的转角功能可通过球面摩擦副实现，但无法实现抗震及测力功 能，不能满足地震工况需求。其中专利“CN217266899U”中提到的一种具有测力及隔震功能 的桥梁转体支座，该专利虽满足转体功能，作为常规支座使用时也具备隔震和测力功能，但 仍存在以下不利情况： [0007] (1)在转体过程中，容易发生滑移，无法保证转体过程的稳定性和安全性； [0008] (2)该转体支座采用平铰结构，不利于转体过程姿态调整，竖向不可转动，无法自动纠偏，转动的稳定性和可靠性差； [0010] (4)无法实时监测桥梁及支座的受力情况，不便于在施工过程中及成桥后的安全监测及智能化管理。 [0011] 因此，针对上述存在的问题，亟需研发一种具有全方位抗震和测力功能的转体装置。有鉴于此，特提出本申请。 发明内容[0012] 本发明的目的在于提供一种可转体的分级抗震装置，不仅满足桥梁转体功能，还可以作为常规支座使用，同时具备全方位、分级的抗震功能和测力功能，提高转体过程和成 桥后的姿态调整能力、安全性、稳定性及智能化监测。 [0013] 为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是： [0014] 一种可转体的分级抗震装置，包括上座板中座板、下座板、挡板、固定板和测力装置，所述挡板设置于所述中座板和所述固定板之间，所述固定板抵靠所述上座板的内侧，所 述上座板、所述中座板、所述挡板和所述固定板共同构成可整体转动的上部转体结构，所述 测力装置包括弹性元件和测力组件。 [0016] 进一步地，所述分级抗震装置还包括底座板，所述底座板设置用于安装更换所述测力组件的内腔，所述内腔由向上开口的相连通的圆柱体盆腔和长方体腔组成，所述下座 板放置于所述弹性元件上方，并且沿圆柱体盆腔四周为紧密配合，形成密闭空间，所述弹性 元件设置在所述压强传感器与所述下座板之间。 [0017] 进一步地，所述压强传感器的上感应面与底座板的表面齐平，并与所述弹性元件相接触。 [0018] 进一步地，在所述上座板的外周边缘设置向下突出的防落梁挡块，在所述防落梁挡块下端设置限位板，所述限位板一端与所述防落梁挡块连接，另一端抵接所述下座板。 [0019] 进一步地，所述防落梁挡块根据分级抗震装置纵横桥向位移需求设置在纵桥向、横桥向及纵横桥向的任意位置。 [0021] 进一步地，所述中座板的下部为凸球面形状，所述下座板的上部为凹球面形状，所述中座板和所述下座板组成球面摩擦副，满足分级抗震装置竖向姿态调整、平面转动及称 重功能的需求，所述球面摩擦副包括所述中座板的下球面焊接的球面不锈钢滑板、以及所 述下座板的凹球面镶嵌的非金属滑板。 [0022] 进一步地，所述分级抗震装置还包括防转键，其设置在所述底座板的上部边缘，所述下座板、底座板和防转键共同组成下部转体结构，所述下座板底部设置若干等间距分布 的防转槽，所述防转槽与所述防转键配合，防止下座板发生竖向和水平转动。 [0023] 本发明的另一个方面是提供一种转体向抗震体系转换的方法，采用如上所述的具有转体功能的分级抗震装置，该转换方法包括如下步骤： [0024] 步骤一，准备阶段，将所述上座板、中座板、挡板和固定板组成的上部转体结构进行限位，固定为一体； [0025] 步骤二，转体阶段，利用中座板的球面不锈钢滑板与下座板的非金属滑板组成球面摩擦副，将上部转体结构整体进行转动，直至使上座板上的桥面位于设计位置； [0026] 步骤三，转体阶段完成并成桥后，拆除挡板和固定板，解除上部转体结构组成部件之间的限位关系，上座板与中座板组成的平面摩擦副协调中座板与下座板组成的球面摩擦 副实现永久桥梁支座功能； [0027] 步骤四，在地震情况下，当地震作用力超过限位板的设计剪断力时，限位板被剪断，上座板与中座板之间通过平面摩擦副相对滑动，中座板与下座板之间通过球面摩擦副 相对滑动，实现缓冲、抗震功能； [0029] 本发明的有益效果是： [0030] 1、本申请利用挡板和固定板，结合上座板和中座板组成上部转体结构，挡板和固定板对中座板进行限位，约束中座板的平面滑动，使得在转体阶段，整个上部转体结构统一 同步转动，提高了转动的稳定性和可靠性； [0031] 2、在转体阶段，中座板的球面不锈钢滑板与下座板的非金属滑板组成球面摩擦副，满足了竖向姿态调整、平面转动及称重等功能的需求； [0032] 3、可实现永久支座功能，在转体结束成桥后，拆除挡板和固定板，上座板与中座板组成的平面摩擦副可协调中座板与下座板组成的球面摩擦副实现支座转动功能及永久支 座功能； [0033] 4、在地震情况下，当地震力超过限位板的设计剪断力时，限位板剪断，上座板与中座板之间通过平面摩擦副可发生相对滑动，横向耗散地震能量；同时，中座板和下座板通过 球面摩擦副可发生相对滑动，竖向耗散地震能量；在当位移达到设计极限位移有落梁风险 时，防落梁挡块阻止支座滑动，同时抵抗地震作用，起到分级抗震的功能，保护桥梁； [0034] 5、桥梁支撑体系转换方便快捷，在体系转换过程中无需安装和拆除顶升结构，操作简单快捷，简化桥梁体系转换流程，降低梁体支撑体系转换过程危险系数； [0035] 6、本申请的具有转体功能的分级抗震装置具有普适性，对不同吨位的墩顶转体均能适用，市场前景广阔； [0036] 7、在转体阶段和成桥后，可以实时监测竖向载荷的变化，提高桥梁转体过程中的安全性和风险防控能力，满足桥梁转体球铰智能化、信息化发展的需求。 [0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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 发明的一些实施例，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。 [0039] 图1为本申请的具有转体功能的分级抗震装置实施例的半剖结构示意图； [0040] 图2为本申请的具有转体功能的分级抗震装置实施例的下部转体结构的全剖示意图。 [0041] 附图标记说明： [0042] 1、上座板；2、平面不锈钢滑板；3、非金属滑板；4、中座板；5、球面不锈钢滑板；6、下座板；7、弹性元件；8、底座板；9、密封圈；10、挡板；11、固定板；12、限位板；13、防转键；14、盖板；15、调整板；16、传感器底座；17、压强传感器；18、防落梁挡块。 具体实施方式[0043] 为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的 是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0044] 如图1所示，一种可转体的分级抗震装置，包括上座板1、平面不锈钢滑板2、非金属滑板3、中座板4、球面不锈钢滑板5、下座板6、弹性元件7、底座板8、密封圈9、挡板10、固定板 11、限位板12、防转键13、盖板14、调整板15、传感器底座16、传感器17和防落梁挡块18组成。 所述挡板10设置于中座板4和固定板11之间，上座板1、中座板4、挡板10和固定板11共同组 成上部转体结构，下座板6、底座板8和防转键13组成下部转体结构。 [0045] 上部转体结构与下部转体结构在中座板下表面上呈上下配合设置，其对应的表面为相互配合的球面状。下座板6的上表面为凹球面，镶嵌有非金属滑板3。中座板4的下表面 为凸球面，焊接有球面不锈钢滑板，该球面不锈钢滑板与下座板6的非金属滑板3组成球面 转动摩擦副，用于适应桥梁转体的水平转动和竖向转动的需求，满足姿态调整、纠偏、抗震 及成为永久支座功能的要求。上部转体结构的挡板10和固定板11，可以对中座板4进行限 位，约束中座板4的平面滑动。上座板1下表面焊接有平面不锈钢滑板2，中座板4上表面镶嵌 有非金属滑板3，平面不锈钢滑板2和非金属滑板3组成平面摩擦副，满足分级抗震装置平面 滑动需求。桥梁施工时，转体阶段完成后，桥梁主体完成，拆除挡板10和固定板11，即可完成 支撑体系的转换，所述平面滑动摩擦副可协调球面转动摩擦副共同实现支座的转动功能。 [0046] 进一步地，中座板4的上部外缘设置成环形台阶，用于与挡板10相配合，固定板11设置成台阶状，通过连接螺钉与上座板1连接。挡板10与中座板4接触的一端可以设置成圆 柱状，另一端与固定板11连接。 [0047] 在所述上座板1的外周边缘设置向下突出的防落梁挡块18，所述防落梁挡块18的下端低于所述下座板6的最高位置，在所述防落梁挡块18下端设置限位板12，所述限位板12 的一端与所述防落梁挡块18连接，另一端抵接所述下座板6。下部转体结构设置防转键13， 其设置在底座板8的上部边缘，下座板6底部设置若干等间距分布的防转槽，防转键13与防 转槽相互配合，保证在转体过程中下座板6不发生竖向和水平转动。 [0049] 进一步地，限位板12也可以是限位销。 [0050] 进一步地，非金属滑板3可以采用分片镶嵌的方式，以较好地满足摩擦系数的要求。 [0051] 在地震情况下，当地震力超过限位板12的设计剪断力时，限位板12剪断，上座板1与中座板4之间通过平面摩擦副发生相对滑动，耗散地震能量；同时，中座板4和下座板6通 过球面摩擦副也发生相对滑动，耗散地震能量。当位移达到设计极限位移有落梁风险时，防 落梁挡块18阻止支座大幅度滑动，同时抵抗地震作用，起到分级抗震、保护桥梁的作用。 [0052] 所述防落梁挡块18根据分级抗震装置纵横桥向位移需求设置在纵桥向、横桥向及纵横桥向的任意位置。 [0053] 本申请的分级抗震装置还可以包括密封圈9，所述密封圈9分别设置在所述中座板4的上平面和所述下座板6的凹球面，用于有效防止雨水、沙尘、落叶等外界杂物的进入，保 护平面摩擦副和球面摩擦副，提高分级抗震装置的灵敏性、滑动稳定性、可靠性，并延长使 用寿命。 [0054] 如图2所示，本申请还可以在底座板8上设置竖向测力装置，包括测力组件和弹性元件7。所述底座板8设置测力组件安装更换的内腔，内腔由向上开口的相连通的圆柱盆腔 和长方体腔组成，测力组件放置于所述内腔中。弹性元件7可以为橡胶、聚氨酯等弹性材料， 放置于圆柱盆腔中。下座板6放置于弹性元件7上方，并且沿圆柱盆腔四周为紧密配合，形成 密闭空间。所述测力组件包括压强传感器17、传感器底座16、调整板15和盖板14。所述压强 传感器17的上感应面与底座板8的表面齐平，并与弹性元件7相接触，保证传感器17的上感 应面上所受压强即为传感器底座16的上表面中心处所受压强；弹性元件7设置在传感器17 与下座板6之间，将监测本申请分级抗震装置竖向结构载荷的变化转换成监测弹性元件7的 压强的变化，结构简单、数据采集灵敏、便捷。 [0055] 进一步地，压强传感器17内部自带油腔结构，具有固有频率高、传感器单向敏感、敏感面积大、介质拱效应影响小、抗冲击能力强的优点。传感器17的输出量为测力弹性元件 7的压强值，能够直接反映上部载荷作用在测力弹性元件上的变化。传感器底座16设置有圆 形凹坑，用于固定压强传感器17。调整板15上设有引出压强传感器17导线的数据引线槽，便 于将压强传感器17的数据线引出与外部采集设备相连接，实时监测桥梁转体过程及成桥后 竖向载荷的实时变化，提高桥梁转体过程中的安全性和风险防控能力，满足桥梁转体球铰 智能化、信息化发展的需求。所述传感器底座16设置在所述调整板15一端的上方，传感器底 座16的底面与调整板15的接触面为倾斜面，调整板15与传感器底座16之间楔形配合，便于 传感器的拆卸和更换。 [0056] 本实施例中支撑体系转换后的永久支座不限于某一种特定支座型式，可以是多向支座、纵向支座、横向支座以及固定支座。 [0057] 需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“尾端”、“首端”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述 本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或 暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。另外，全文中出现的“和/或”的 含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方 案。 [0058] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两 个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。 |
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