一种加速度激活的连续梁桥撑杆减震装置的制作方法

本发明涉及一种加速度激活的连续梁桥撑杆减震装置，属于桥梁减隔震领域，适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固。

背景技术：

目前的公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构为满足温度荷载引起的变位需要，连续梁桥的每一联往往仅设置一个固定墩，这不仅使固定墩的抗震能力难以满足抗震需求，而且也使得连续梁桥纵向地震位移响应较大，极易引起伸缩缝和支座的破坏，甚至导致落梁等严重震害的发生。为降低连续梁桥的震害，开发研制了粘滞阻尼器、双曲面球型减隔震支座和拉索减震支座等装置，尽管可以取得一定的减震效果，但没有改变连续梁桥固定墩单独承受纵向地震荷载，而其它活动墩的既有抗震潜能未能充分发挥利用的状态。lock-up装置以梁墩相对运动速度为指标判定锁死时机，理论上可以实现各墩协同受力，但其成本高昂、后期维护复杂，致使其应用较少。现有的一些发明装置虽然可以实现活动墩和梁体的锁死功能，降低固定墩和梁体的地震响应，但由于其连接刚度固定，当活动墩和梁体锁死会导致整桥自振周期缩短从而引发整桥总的地震响应的增加，此外，由于构造特点和作用机理限制，既有锁死装置存在间隙，锁死后活动墩和梁体通过“碰撞”的方式传力承载，也会在一定程度上加大整体地震响应，不利于最大限度的提高连续梁桥抗震性能，且不易实现耗能减震。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种在地震时固定墩和各活动墩协同受力，发挥减震耗能作用的加速度激活的连续梁桥撑杆减震装置。

本发明采用如下技术方案：

本发明包括套箱、支撑装置以及承重台；所述套箱固定安装在梁体底部；所述承重台固定安装在活动墩顶端；所述支撑装置安装在套箱和承重台之间；所述支撑装置包括套筒、安装在套筒内并可沿套筒内壁上下运动的支撑柱以及环向均匀安装在套筒和支撑柱上的两个以上的铰连装置；在所述套筒和支撑柱顶部设置激活球；所述支撑柱设置在承重台内，所述支撑柱底部安装压缩弹簧。

本发明所述承重台顶面上设置柱形槽孔，支撑柱下部插装在所述柱形槽孔内，所述压缩弹簧安装在所述支撑柱底部与柱形槽孔底壁之间；所述支撑柱顶部设置球面凹槽；所述球面凹槽通过调节凹槽半径可实现激活球激活阈值的调节；所述套筒套在支撑柱外部并固定于承重台顶部，所述套筒顶部外壁为锥台体，所述锥台体顶面下凹的弧度与所述球面凹槽顶面弧度相匹配，位于锥台体下方在所述套筒外壁上沿套筒轴线环向均匀安装外销耳；所述支撑柱外壁上沿支撑柱轴线环向均匀安装上、下内销耳；在所述套筒下部外壁沿套筒轴线均匀设置与上、下内销耳对应的上下滑动通孔；所述套箱上部为空腔，所述激活球放置在所述球面凹槽和锥台体顶面，所述激活球外壁上固定安装柔性索；所述锥台体、支撑柱上部及激活球位于空腔内，在所述空腔顶壁上安装挂环，所述柔性索另一端穿过挂环与支撑柱外壁固定，套箱下部为与空腔底部连通的半球空腔，在所述半球空腔内侧壁贴合聚氨酯胶板a，所述铰连装置活动端位于半球空腔内；

正常运营状态，激活球置于球面凹槽内，支撑柱被下压，使压缩弹簧处于压缩状态，铰连装置收紧，支撑装置与套箱之间的水平距离大于梁体和活动墩的相对变位需求。

本发明各铰连装置的结构相同。

本发明铰连装置为两个时，其为左右对称设置的左铰连装置和右铰连装置；所述左铰连装置包括左上杆、左中杆、左下杆和左撑板，所述左中杆、左下杆一端分别穿过对应的上下滑动通孔与对应的上、下内销耳铰连，所述左上杆一端与对应的外销耳铰连，所述左下杆另一端与左撑板下侧端铰连，所述左上杆和左中杆的另一端与左撑板上侧端铰连；所述左撑板与半球空腔对应的侧面为与半球空腔内侧壁匹配的弧形，在左撑板的弧形外侧壁上安装左聚氨酯胶板；所述右铰连装置包括右上杆、右中杆、右下杆和右撑板，所述右中杆、右下杆一端分别穿过对应的上下滑动通孔与对应的上、下内销耳铰连，所述右上杆一端与对应的外销耳铰连；所述右下杆另一端与右撑板下侧端铰连，所述右上杆和右中杆的另一端与右撑板上侧端铰连；所述右撑板与半球空腔对应的侧面为与半球空腔内侧壁匹配的弧形，在右撑板的弧形外侧壁上安装右聚氨酯胶板；

地震突发状态，中小地震作用下，当活动墩顶端加速度大于激活阈值时，激活球从球面凹槽内滚落，压缩弹簧将支撑柱顶起，带动左铰连装置和右铰连装置撑起，通过左、右撑板上的左、右聚氨酯胶板与半球空腔内侧壁贴合的聚氨酯胶板a接触，限制梁墩位移，实现活动墩和固定墩的协同受力，同时，左、右聚氨酯胶板与聚氨酯胶板a接触时发生的摩擦和变形发挥耗能减震作用；

罕遇地震作用下，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板已不能进一步限制墩梁的相对变位，左铰连装置和右铰连装置内缩，支撑下压压缩弹簧，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板和压缩弹簧共同作用，减震耗能；激活球通过柔性索拉住支撑柱，辅助压缩弹簧将支撑柱升起和减缓支撑柱下降，保证左铰连装置和右铰连装置撑起发挥作用；

当梁体与活动墩有竖向变位时，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板之间可发生相对滑动，产生摩擦力，约束梁体与活动墩竖向变位，当两个弧面产生相对竖向变位后，将动能转化为势能，减小地震响应。

本发明激活球为实心钢球。

本发明积极效果如下：本发明锥台体、支撑柱上部及激活球位于空腔内，空腔可为激活球提供空间，当激活球沿锥台体顶面的斜面滚落后，可容纳激活球；挂环可在激活球滚落后通过柔性索拉住激活球，使激活球发挥辅助压缩弹簧将支撑柱顶起和铰连装置外撑作用；聚氨酯胶板具有良好的弹性，吸震，耐磨耗，比金属弹簧耐冲击，适宜作为减震缓冲材料，具体选用时，可选择具有相同耗能减震功能的材料进行替换。

在震后复位时，只需在套箱外部将铰连装置收紧，支撑柱下落，通过柔性索拉动激活球复位。

本发明具有耗能功能，可通过聚氨酯胶板与压缩弹簧实现多渠道耗能，具有良好的持续耗能能力和安全性。

本发明具有良好的变形协调能力，当聚氨酯胶板间的接触力过大时，铰连接置向内收缩，支撑柱下降下压压缩弹簧；当聚氨酯胶板间的接触力减小时，压缩弹簧将支撑柱顶起，铰连装置外扩，始终保持聚氨酯胶板之间的良好弹性接触。

本发明具有极强的环境适应性，所有装置均为结构构件，维护保养简单，环境适应性强。

本发明工作原理是：正常运营状态，激活球置于球面凹槽内，支撑柱被下压，使压缩弹簧处于压缩状态，铰连装置收紧，支撑装置与套箱之间的水平距离大于梁体和活动墩的相对变位需求。

地震突发状态，中小地震作用下，当活动墩顶端加速度大于激活阈值时，激活球从球面凹槽内滚落，压缩弹簧将支撑柱顶起，带动左铰连装置和右铰连装置撑起，通过左、右撑板上的左、右聚氨酯胶板与半球空腔内侧壁贴合的聚氨酯胶板a接触，发挥减震耗能作用；

罕遇地震作用下，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板已不能进一步限制墩梁的相对变位，左铰连装置和右铰连装置内缩，支撑柱下压压缩弹簧，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板和压缩弹簧共同作用，减震耗能；激活球通过柔性索拉住支撑柱，辅助压缩弹簧将支撑柱升起和减缓支撑柱下降，保证左铰连装置和右铰连装置撑起发挥作用；

当梁体与活动墩有竖向变位时，聚氨酯胶板a与左、右聚氨酯胶板之间可发生相对滑动，产生摩擦力，约束梁体与活动墩竖向变位，当两个弧面产生相对竖向变位后，将动能转化为势能，减小地震响应。

本发明实现了套箱与铰连装置无碰撞连接，降低了整体地震响应；聚氨酯胶板先在一定程度的形变可以通过合适的位移释放一定地震能量；通过聚氨酯胶板与压缩弹簧形变实现耗能减震。

本发明适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固，本发明的分阶段控制连接，实现了根据地震等级调节活动墩和梁体的连接方式问题，最大程度的避免了既有梁墩连接减震装置的弊端，即不论震级大小，活动墩和梁体均为刚性连接,导致连续梁桥结构周期变短,继而大幅增加连续梁桥整体地震响应的问题，本发明可根据震级大小，通过“软着路”的方式将活动墩和梁体进行连接，最大限度减小对结构周期的影响，最大程度的提高结构整体抗震性能；本发明既可充分发挥活动墩抗震潜能，又具备耗能功能，可用于新建连续梁抗震设计及既有连续梁桥抗震加固，便于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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它的附图。

附图1为本发明结构示意图；

附图2为本发明套箱剖视结构示意图；

附图3为本发明聚氨酯胶板a剖视结构示意图；

附图4为本发明承重台俯视结构示意图；

附图5为本发明套筒结构示意图；

附图6为本发明支撑柱结构示意图；

附图7为本发明铰连装置结构示意图；

附图8为本发明撑板结构示意图；

附图9为本发明地震作用下减震耗能结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-9和具体实施例对本发明进行清楚、完整的描述。

如附图1所示，本发明包括套箱1、支撑装置以及承重台5；所述套箱1固定安装在梁体6底部；所述承重台5固定安装在活动墩7顶端；所述支撑装置安装在套箱1和承重台5之间；所述支撑装置包括套筒401、安装在套筒401内并可沿套筒401内壁上下运动的支撑柱405以及环向均匀安装在套筒401和支撑柱405上的两个以上的铰连装置，可以很好地抵抗各个方向的水平地震荷载作用；在所述套筒401和支撑柱405顶部设置激活球2，激活球2为实心钢球；所述支撑柱405底部安装压缩弹簧412。

如附图2-6所示，本发明所述承重台5顶面上设置柱形槽孔501，支撑柱405下部插装在所述柱形槽孔501内，所述压缩弹簧412安装在所述支撑柱405底部与柱形槽孔501底壁之间；所述支撑柱405顶部设置球面凹槽407；所述球面凹槽407通过调节凹槽半径实现激活球2激活阈值的调节；所述套筒401套在支撑柱405外部并固定于承重台5顶部，所述套筒401顶部外壁为锥台体403，所述锥台体403顶面下凹的弧度与所述球面凹槽407顶面弧度相匹配，位于锥台体403下方在所述套筒401外壁上沿套筒401轴线环向均匀安装外销耳404；所述支撑柱405外壁上沿支撑柱405轴线环向均匀安装上、下内销耳406；在所述套筒401下部外壁沿套筒401轴线均匀设置与上、下内销耳406对应的上下滑动通孔402；所述套箱1上部为空腔102，所述激活球2放置在所述球面凹槽407和锥台体403顶面，所述激活球2外壁上固定安装柔性索3；所述锥台体403、支撑柱405上部及激活球2位于空腔102内，空腔102可为激活球2提供空间，当激活球2沿锥台体403顶面的斜面滚落后，可容纳激活球2；所述空腔102顶壁上安装挂环103，所述柔性索3另一端穿过挂环103与支撑柱405外壁固定，所述挂环103可在激活球2滚落后通过柔性索3拉住激活球2，使激活球2发挥辅助压缩弹簧412将支撑柱405顶起和铰连装置外撑作用；套箱1下部为与空腔102底部连通的半球空腔104，在所述半球空腔104内侧壁贴合聚氨酯胶板a105，所述铰连装置活动端位于半球空腔104内，铰连装置与半球空腔104无碰撞接触的设置，避免了既有锁死装置连接过程中“碰撞”的发生，通过聚氨酯胶板a105和压缩弹簧412的设置，实现本发明激活后梁体6和活动墩7的弹性连接，消除了“碰撞”所引起的附加地震响应。正常运营状态，激活球2置于球面凹槽407内，支撑柱405被下压，使压缩弹簧412处于压缩状态，铰连装置收紧，支撑装置与套箱1之间的水平距离大于梁体6和活动墩7的相对变位需求。

如附图7、8所示，本发明各铰连装置的结构相同，铰连装置为两个时，其为左右对称设置的左铰连装置409和右铰连装置410；所述左铰连装置409包括左上杆41、左中杆42、左下杆43和左撑板44，所述左中杆42、左下杆43一端分穿过对应的上下滑动通孔402与对应的上、下内销耳406铰连，所述左上杆41一端与对应的外销耳404铰连；所述左下杆43另一端与左撑板44下侧端铰连，所述左上杆41和左中杆42的另一端与左撑板44上侧端铰连；所述左撑板44与半球空腔104对应的侧面为与半球空腔104内侧壁匹配的弧形，在左撑板44的弧形外侧壁上安装左聚氨酯胶板45；所述右铰连装置410包括右上杆46、右中杆47、右下杆48和右撑板49，所述右中杆47、右下杆48一端分穿过对应的上下滑动通孔402与对应的上、下内销耳406铰连，所述右上杆46一端与对应的外销耳404铰连；所述右下杆48另一端与右撑板49下侧端铰连，所述右上杆46和右中杆47的另一端与右撑板49上侧端铰连；所述右撑板49与半球空腔104对应的侧面为与半球空腔104内侧壁匹配的弧形，在右撑板49的弧形外侧壁上安装右聚氨酯胶板50。

如附图1、9所示，地震突发状态，中小地震作用下，当活动墩7顶端加速度大于激活阈值时，激活球2从球面凹槽407内滚落，压缩弹簧412将支撑柱405顶起，带动左铰连装置409和右铰连装置410撑起，通过左、右撑板44、49上的左、右聚氨酯胶板45、50与半球空腔104内侧壁贴合的聚氨酯胶板a105接触，发挥减震耗能作用；罕遇地震作用下，聚氨酯胶板a105与左、右聚氨酯胶板45、50已不能进一步限制墩梁的相对变位，左铰连装置409和右铰连装置410内缩，支撑柱405下压压缩弹簧412，聚氨酯胶板a105与左、右聚氨酯胶板45、50和压缩弹簧412共同作用，减震耗能；激活球2通过柔性索3拉住支撑柱405，辅助压缩弹簧412将支撑柱405升起和减缓支撑柱405下降，保证左铰连装置409和右铰连装置410撑起发挥作用；当梁体6与活动墩7有竖向变位时，聚氨酯胶板a105与左、右聚氨酯胶板45、50之间可发生相对滑动，产生摩擦力，约束梁体6与活动墩7竖向变位，当两个弧面产生相对竖向变位后，可将动能转化为势能，减小地震响应。

本发明锥台体403、支撑柱405上部及激活球2位于空腔102内，空腔102可为激活球2提供空间，当激活球沿2锥台体403顶面的斜面滚落后，可容纳激活球2；挂环103可在激活球2滚落后通过柔性索3拉住激活球2，使激活球2发挥辅助压缩弹簧412将支撑柱405顶起和铰连装置外撑作用；聚氨酯胶板具有良好的弹性，吸震，耐磨耗，比金属弹簧耐冲击，适宜作为减震缓冲材料，具体选用时，可选择具有相同耗能减震功能的材料进行替换。

在震后复位时，只需在套箱1外部将铰连装置收紧，支撑柱405下落，通过柔性索3拉动激活球2复位。

本发明具有耗能功能，可通过聚氨酯胶板与压缩弹簧实现多渠道耗能，具有良好的持续耗能能力和安全性。

本发明具有良好的变形协调能力，当聚氨酯胶板间的接触力过大时，铰连接置向内收缩，支撑柱下降下压压缩弹簧；当聚氨酯胶板间的接触力减小时，压缩弹簧将支撑柱顶起，铰连装置外扩，始终保持聚氨酯胶板之间的良好弹性接触。

本发明具有极强的环境适应性，所有装置均为结构构件，维护保养简单，环境适应性强。

本发明实现了套箱1与铰连装置无碰撞连接，降低了整体地震响应；聚氨酯胶板先在一定程度的形变可以通过合适的位移释放一定地震能量；通过聚氨酯胶板与压缩弹簧412形变实现耗能减震。

本发明适用于公路桥、铁路桥、城市桥梁及各类大型连续梁结构的新建抗震设计及既有建筑抗震加固，本发明的分阶段控制连接，实现了根据地震等级调节活动墩和梁体的连接方式问题，最大程度的避免了既有梁墩连接减震装置的弊端，即不论震级大小，活动墩和梁体均为刚性连接,导致连续梁桥结构周期变短,继而大幅增加连续梁桥整体地震响应的问题，本发明可根据震级大小，通过“软着路”的方式将活动墩和梁体进行连接，最大限度减小对结构周期的影响，最大程度的提高结构整体抗震性能；本发明既可充分发挥活动墩抗震潜能，又具备耗能功能，可用于新建连续梁抗震设计及既有连续梁桥抗震加固，便于推广应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。