多水平缓冲限位系统的制作方法

本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体涉及一种适用于桥梁结构在脉冲性地震作用下的多水平缓冲限位系统。

背景技术：

强震发生时靠近断层附近的结构往往遭受严重的破坏，其表现出强的脉冲效应，如1994的美国northridge地震，1999年中国台湾chichi地震，2008年中国汶川地震等。近断层地震动往往包含长周期高能量脉冲，从而会造成结构瞬间位移变形过大，从而引发结构的破坏。大跨度桥梁往往具有较长的自振周期，近断层地震动会明显增加该类桥梁的位移需求。过大的位移会导致上下部结构变位过大，从而增大结构的内力，引发结构之间相互碰撞等。

大跨度桥梁往往采用减隔震设计，常见的减隔震装置有粘滞阻尼器，钢阻尼器，减隔震支座，限位装置等。其中阻尼器与减隔震支座具有较好的耗能作用，能够显著降低强震作用下结构的需求，但粘滞阻尼器对速度敏感，在强脉冲下的适应性还值得商榷；而钢阻尼器往往变位能力有限，很难适应强脉冲的大位移需求；常规的限位装置往往只能提供单一刚度的限位，而在强脉冲下往往导致结构的受力过大。

基于对目前大跨度桥梁在近断层脉冲性地震下的响应规律研究，满足其在脉冲性地震作用下力与位移的合理平衡，本发明提出了一种多水平缓冲限位系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用范围广、性能稳定，且可实现桥梁在强脉冲地震作用下实现多水平缓冲限位系统。

为达到以上目的，本发明采用的解决方案是：一种多水平缓冲限位系统，所述限位系统适用于桥梁结构发生脉冲性地震作用，由上板1、滑槽2、弹簧3、滑块4、连杆5、中间圆柱6、下板7和螺栓孔8组成，其中：上板1为圆盘结构，其上沿径向均布有滑槽2，滑槽２内设有弹簧３，上板1与桥梁的上部结构锚固；下板7通过螺栓孔8和螺栓与桥梁下部结构（墩台）锚固，且下板7顶部固定有中间圆柱６结构，所述下板７与中间圆柱6为一整体；连杆5的两端分别与中间圆柱６与滑块4铰接，滑块４位于滑槽２内，滑块４两端设置有弹簧３，当上板1与下板7发生相对位移时，滑块4能在滑槽2中发生滑动，当滑块4相对滑槽2的相对位移超过初始自由程时，滑块4开始压缩位于其一端的弹簧3，从而开始发挥限位作用；由于每个滑槽2的方向不同，使各个滑槽2中的弹簧3发挥作用的时间也不同，实现了多水平的缓冲限位目的；在近断层脉冲性地震作用下，结构的上下部往往发生较大的相对位移，一方面，该多水平缓冲限位系统可使结构的基本周期延长，减小输入到结构中的地震；另一方面，当脉冲到来时，该系统对其进行多级缓冲，从而避免过大的相对位移和内力。

本发明中，所述弹簧３可以采用橡胶等缓冲材料代替。

本发明中，所述滑槽２内设置摩擦阻尼，实现耗能的作用。

本发明的有益效果在于：该多水平缓冲限位系统构造简单，受力传递路径明确，成本低廉，效果显著。不但可以应用到大跨度桥梁结构中，对中小跨径桥梁（包括弯斜桥）也有很好的适应性。总之，该多水平缓冲限位系统在经济性与效果性上达到了较好的平衡，具有很好的应用前景。本发明不仅适合大跨度桥梁，而且也适用于中小跨度桥梁（包括弯斜桥）；不仅适用于近断层脉冲性地震，对于远场地震同样具有很好的适用性。本发明实现了近断层脉冲性地震下桥梁结构力与位移的合理平衡，从而避免桥梁结构在强脉冲下所发生的破坏，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体俯视示意图。

图2为本发明去掉上板后的结构示意图。

图3为本发明滑槽局部示意图。

图4为本发明运动示意图。

图5为本发明力与位移关系示意图。

图中标号：1上板；2滑槽；3弹簧；4滑块；5连杆；6中间圆柱；7下板；8螺栓孔；9运动位移；10运动方向角；11连杆长度；12滑块位移；13弹簧受力；14运动方向受力；15连杆受力；16自由段；17多水平缓冲段。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。

实施例１：如图１－图３所示，装置由上板1、滑槽2、弹簧3、滑块4、连杆5、中间圆柱6、下板7和螺栓孔8组成，上板1为圆盘结构，其上沿径向均布有８个滑槽2，每个滑槽２内设有２个弹簧３，使用时，上板1与桥梁的上部结构锚固；下板7通过螺栓孔8和螺栓与桥梁下部结构（墩台）锚固，下板７与中间圆柱6为一整体；连杆5一端与中间圆柱６顶部铰接，另一端与滑块4铰接，滑块４位于滑槽２内，且位于两个弹簧之间当上板1与下板7发生相对位移时，滑块4能在滑槽2中发生滑动，当上下部结构发生运动位移9，如图4和图５所示。滑槽2相对滑块4发生运动，当滑块4的滑块位移12达到自由段16长度后，弹簧3开始受力。在本实施例中忽略滑块4与滑槽2间的摩擦力，则根据弹簧受力13，可计算得出连杆15的受力，继而得到运动方向角10的运动方向受力14，从而得到某一滑槽2处的运动方向角10的运动方向受力14与运动位移9关系，重复上述工作可得到其他7个滑槽2处运动方向角10的运动方向受力14与运动位移9的关系。图４中运动方向角10为15度，连杆5长度为22cm，弹簧刚度为500000kn/m，自由段16长度为5cm的多水平缓冲限位系统的力与位移关系曲线。从图5可以看出，当运动位移9超过系统的自由段16长度后，该系统开始发挥作用，即系统进入缓冲段17；由于该缓冲段17为曲线，从而为近断层脉冲性地震下的桥梁结构提供了多水平缓冲。在缓冲段17中，系统提供的刚度渐次变大，当缓冲到一定位移后，由于此时刚度较大，从而限制进一步的位移，实现了地震作用下力与位移的平衡，从而保护桥梁结构在近断层脉冲性地震下的破坏。

作为本发明实施例的一种变换，弹簧可以换为橡胶等缓冲材料。

作为本发明实施例的一种变换，可以在滑槽内加入摩擦阻尼等，实现耗能的作用。

上述的对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种可实现桥梁结构在近断层脉冲性地震作用下的多水平限位系统。该系统由上板、滑槽、弹簧、滑块、连杆、中间圆柱及下板构成。通过滑块与弹簧间的自由长度提供初始松弛量，通过八个不同方位的滑槽系统实现多级缓冲，从而可满足近断层脉冲性地震对桥梁结构位移的需求，通过多水平缓冲降低结构的内力。而且由于采用了弹簧，该系统在地震过后可实现自复位。此多水平缓冲限位系统可安装在大跨度桥梁中，也适用于中小跨度桥梁（包括斜弯桥）；该系统不仅对近断层脉冲性地震具有很好的适应性，同时对远场地震同样有效。该系统不影响桥梁结构的正常运营，只在强震作用下发挥作用。

技术研发人员：郭军军;袁万城;党新志;喻隽雅;冯睿为;王静妤
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2017.05.23
技术公布日：2017.09.15