一種耗能減震橋梁支座的制作方法

本實(shí)用新型涉及橋梁，特別涉及一種耗能抗震橋梁支座。

背景技術(shù)：

橋梁支座連接橋墩與梁體，在地震中，可以起到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗大量地震能量的作用，在橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鉛芯橡膠支座對(duì)于消除垂向振動(dòng)作用明顯，但其對(duì)于水平方向的振動(dòng)耗能作用有限。摩擦擺支座可以消耗部分橫向振動(dòng)，但水平剛度過低，對(duì)于軟弱地基或者較柔的橋墩，會(huì)降低其減振效果。粘滯阻尼器為一種桿式結(jié)構(gòu)，具有方向性，而地震作用方向事先是無法預(yù)知的，同時(shí)它不具備回位功能，需要依靠外力作用回位。

在申請(qǐng)?zhí)枮?01310556310.7的發(fā)明專利申請(qǐng)說明書中公開了一種環(huán)向橡膠阻尼支座，支座承重體的外圈設(shè)置有環(huán)形橡膠圈，并且環(huán)形橡膠圈在密封受約束的條件下工作，能提供水平面內(nèi)各個(gè)方面的剛度和阻尼，但僅采用橡膠圈的阻尼效應(yīng)來達(dá)到抗震耗能的效果。

近年來，動(dòng)力吸振器是發(fā)展得比較成熟的一種被動(dòng)控制裝置，在建筑結(jié)構(gòu)上應(yīng)用較多。譬如，在申請(qǐng)?zhí)枮?01420319835.9的實(shí)用新型專利說明書中公開了一種被動(dòng)式動(dòng)力吸振橋墩，利用動(dòng)力吸振器的原理，在鐵路空心高墩橋梁中安裝附加質(zhì)量塊，通過質(zhì)量塊的位移耗能。但由于安裝空間有限，附加質(zhì)量塊相對(duì)于橋墩的質(zhì)量較小，抗震性能有待提升，且這種抗震方式，必須在墩體上引入一個(gè)外部的質(zhì)量塊，通常質(zhì)量在幾十上百噸，其安裝施工難度很大。

因此，如何能夠保證橋梁支座最大限度地消耗地震能量，同時(shí)保證支座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，是目前亟待解決的問題。

傳遞至橋梁建設(shè)場(chǎng)地的主要地震動(dòng)頻率在0.5-10Hz左右，而大多數(shù)橋梁高墩的主要共振頻率均在這個(gè)范圍內(nèi)，在地震激勵(lì)下，橋墩的主要振動(dòng)模態(tài)將被激起，如果能將橋墩的主要參振模態(tài)進(jìn)行約束或限制，則橋墩的振動(dòng)位移和應(yīng)力均會(huì)得到削弱。

動(dòng)力吸振器就是抑制結(jié)構(gòu)共振的裝置，于1928年由Ormondroyd與Den Hartog提出，并在機(jī)械及土木結(jié)構(gòu)中得到大量應(yīng)用，也廣泛應(yīng)用于橋梁拉索及梁體的振動(dòng)控制中。近年來，也有學(xué)者(如蘭州交通大學(xué)陳興沖教授、同濟(jì)大學(xué)余錢華博士等)提出應(yīng)用動(dòng)力吸振器來抑制墩體在地震作用下的振動(dòng)。眾所周知，影響動(dòng)力吸振器減振效果的主要因素就是附加質(zhì)量塊與結(jié)構(gòu)本體之間的質(zhì)量比，質(zhì)量比越大，減振效果越好。由于受墩身安裝空間的限制，附加質(zhì)量較小，抗震效果一直得不到提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種耗能抗震橋梁支座，以有效地消除橋墩在固有頻段的有害振動(dòng)，減小高墩墩頂位移、墩身彎矩和應(yīng)力，從而有效提高橋梁的整體抗震性能。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型的一種耗能減震橋梁支座，支座包括上支座板、下支座板和位于兩者之間的垂向支座結(jié)構(gòu)，上支座板、下支座板分別與梁體、墩體墊石固定連接，其特征是：所述上支座板、下支座板的外緣分別具有豎向延伸的上擋板、下?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)，上擋板、下?lián)醢逯g于水平面上設(shè)置彈性連接件，彈性連接件的遠(yuǎn)端、近端分別與上擋板、下?lián)醢骞潭ㄟB接，梁體與支座之間的連接剛度k_i和連接阻尼c_i為：

式中：M_i為橋墩等效模態(tài)質(zhì)量，m_i為梁體(10)的一半質(zhì)量，K_i為橋墩模態(tài)剛度，K_i＝M_i(2πf_i)²，f_i為墩體的自振頻率。

本發(fā)明的有益效果是，彈性連接件具有最優(yōu)的連接剛度和連接阻尼值，使梁體和支座形成一個(gè)附加在墩頂?shù)膭?dòng)力吸振器，能夠有效耗散地震能量，減小高墩墩頂位移、墩身彎矩和應(yīng)力，可有效提高橋梁的整體抗震性能；彈性連接件可根據(jù)具體情況和需要方便的設(shè)置，使之可以消除橫橋向或順橋向、橫橋向或順橋向的振動(dòng)，以及消除整個(gè)在水平面內(nèi)的振動(dòng)；垂向支座結(jié)構(gòu)可以沿用現(xiàn)有橡膠支座、鉛芯橡膠支座、摩擦擺支座、型鋼支座等的主體，僅僅改變其上支座板、下支座板，使之具有檔板結(jié)構(gòu)用于安裝附加的彈性連接件，因此可有效降低橋梁抗震支座的生產(chǎn)成本。

附圖說明

本說明書包括如下六幅附圖。

圖1是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座實(shí)施例1的仰視圖；

圖3是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座實(shí)施例2的仰視圖；

圖5是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座實(shí)施例3的仰視圖；

圖6是本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座實(shí)施例2的仰視圖；

圖中示出構(gòu)件和對(duì)應(yīng)的標(biāo)記：梁體10，垂向支座結(jié)構(gòu)20，上支座板21，上擋板211，下支座板22，下?lián)醢?21，墩體墊石30，彈性連接件40。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種耗能減震橋梁支座，支座包括上支座板21、下支座板22和位于兩者之間的垂向支座結(jié)構(gòu)20，上支座板21、下支座板22分別與梁體10、墩體墊石30固定連接。所述上支座板21、下支座板22的外緣分別具有豎向延伸的上擋板211、下?lián)醢?21結(jié)構(gòu)，上擋板211、下?lián)醢?21之間于水平面上設(shè)置彈性連接件40，彈性連接件40的遠(yuǎn)端、近端分別與上擋板211、下?lián)醢?21固定連接。彈性連接件40由橡膠材料或者高彈阻尼材料制成。

梁體10與支座之間的連接連接剛度k_i和連接阻尼c_i為：

式中：M_i為等效模態(tài)質(zhì)量，m_i為梁體(10)的一半質(zhì)量，K_i為模態(tài)剛度，K_i＝M_i(2πf_i)²，f_i為墩體的自振頻率。

模態(tài)剛度K_i可以通過如下兩種方式確定：

對(duì)于尚未開始建設(shè)的橋墩，首先建立橋墩的有限元模型，進(jìn)行模態(tài)分析，獲得橋墩在縱向和橫向的自振頻率f_i及對(duì)應(yīng)模態(tài)，利用“等效質(zhì)量法”獲得不同模態(tài)對(duì)應(yīng)的參振質(zhì)量，即等效模態(tài)質(zhì)量M_i，該階模態(tài)對(duì)應(yīng)的模態(tài)剛度利用公式K_i＝M_i(2πf_i)²獲得；

對(duì)于已經(jīng)建設(shè)完成的橋墩，可以通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試，獲得橋墩的自振頻率f_i、對(duì)應(yīng)模態(tài)及等效模態(tài)質(zhì)量M_i。模態(tài)剛度利用公式K_i＝M_i(2πf_i)²獲得。

由于彈性連接件具有最優(yōu)的連接剛度和連接阻尼值，使梁體和支座形成一個(gè)附加在墩頂?shù)膭?dòng)力吸振器，能夠有效耗散地震能量，減小高墩墩頂位移、墩身彎矩和應(yīng)力，可有效提高橋梁的整體抗震性能。

參照?qǐng)D1和圖3，垂向支座結(jié)構(gòu)20可以沿用現(xiàn)有橡膠支座、鉛芯橡膠支座、摩擦擺支座、型鋼支座等的主體，僅僅改變其上支座板21、下支座板22，使之具有檔板結(jié)構(gòu)用于安裝附加的彈性連接件，因此可有效降低橋梁抗震支座的生產(chǎn)成本。

相對(duì)于傳統(tǒng)減隔震支座，本實(shí)用新型在梁體與墩體之間的水平面內(nèi)的連接剛度和連接阻尼均存在一個(gè)最優(yōu)值，縱向剛度和阻尼的最優(yōu)值跟橋梁梁體的縱向參振質(zhì)量及橋墩的縱向自振頻率有關(guān)，橫向剛度和阻尼的最優(yōu)值跟橋梁梁體的橫向參振質(zhì)量及橋墩橫向自振頻率有關(guān)，過大或過小，其抗震效果都會(huì)受到影響。根據(jù)減隔震支座的設(shè)計(jì)原理，其在水平方向的阻尼越大，對(duì)地震的耗散作用越大；其水平方向的剛度越小，其隔震性能越高，但是過小的水平支座剛度，將會(huì)引起很大的梁體和墩頂位移，對(duì)行車安全造成威脅，這是不被容許的。因此，減隔震支座在水平面內(nèi)的剛度和阻尼不存在一個(gè)最優(yōu)值。

在實(shí)現(xiàn)形式上，本實(shí)用新型可以將梁體與墩體之間的最優(yōu)連接剛度和連接阻尼與現(xiàn)有支座相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，即對(duì)支座的縱向、橫向連接剛度和連接阻尼提出要求，使其符合最優(yōu)值的需求。在原理上，本發(fā)明與減隔震支座有著本質(zhì)的區(qū)別，減隔震支座是通過低剛度隔震和高阻尼吸振的原理，提高橋梁的抗震性能，本實(shí)用新型是利用動(dòng)力吸振的原理來提高橋墩抗震性能，即通過合理設(shè)置梁體與墩體之間的縱向、橫向連接剛度和連接阻尼，利用大質(zhì)量梁體的振動(dòng)，吸收并儲(chǔ)存部分地震能量，進(jìn)而通過梁體和墩體之間的阻尼消耗掉此部分能量，實(shí)現(xiàn)在橋墩自振頻率段上梁體的振動(dòng)相位與墩體振動(dòng)相位相反，進(jìn)而提高橋墩承受的彎矩及應(yīng)力，減小地震對(duì)墩體的破壞。

彈性連接件40可根據(jù)具體情況和需要方便的設(shè)置，使之可以消除橫橋向或順橋向、橫橋向或順橋向的振動(dòng)，以及消除整個(gè)在水平面內(nèi)的振動(dòng)。

參照?qǐng)D2，所述上擋板211、下?lián)醢?21、彈性連接件40的水平面投影均呈環(huán)形，用于消除整個(gè)在水平面內(nèi)的振動(dòng)。

參照?qǐng)D4，所述上擋板211、下?lián)醢?21設(shè)置于上支座板21、下支座板22橫橋向兩側(cè)，彈性連接件40設(shè)置于橫橋向同側(cè)上擋板211、下?lián)醢?21之間，用于消除橫橋向的振動(dòng)。

參照?qǐng)D5，所述上擋板211、下?lián)醢?21設(shè)置于上支座板21、下支座板22順橋向兩側(cè)，彈性連接件40設(shè)置于順橋向同側(cè)上擋板211、下?lián)醢?21之間，用于消除順橋向的振動(dòng)。

參照?qǐng)D6，所述上擋板211、下?lián)醢?21設(shè)置于上支座板21、下支座板22橫橋向兩側(cè)和縱橋向兩側(cè)，彈性連接件40設(shè)置于橫橋向和順橋向同側(cè)上擋板211、下?lián)醢?21之間，用于消除橫橋向和順橋向的振動(dòng)。

以上所述只是用圖解說明本實(shí)用新型一種耗能減震橋梁支座的一些原理，并非是要將本實(shí)用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。