新型减震耗能支撑的制作方法

本实用新型属于桥梁结构抗震技术领域，涉及一种新型减震耗能支撑。

背景技术：

在抗震设计中，结构在强震作用下通常会发生非弹性变形。在这种情况下，部分地震能量是通过结构构件的滞回特性耗散的，这些滞回特性使结构具备抵抗地震作用下的水平荷载的能力。延性设计的目的是为了确保结构构件，尤其是承担主要荷载的构件能够适应这些非弹性变形，结构的稳定性不受到破坏。然而，即使对最具延性的构件来说，地震后的永久性系统变形和破坏也造成震后维修成本高昂，甚至是不能进行维修的情况。因此，可以将地震破坏集中在结构的某一部分，在震后只需要对该部分进行维修或更换，该理念称为结构“保险丝”理念。

该方法指出，结构应该有两个独立的组成部分，一部分是只抵抗重力荷载的框架结构。另一部分是被动式耗能元件系统，其设计目的是抵抗由于强烈的地面运动而产生的荷载。现阶段，主要采用防屈曲支撑(buckling-restrainedbrace，brb)作为桥梁结构“保险丝”，通过在桥墩框架中设计可替换brb增加桥墩框架体系强度和刚度，并brb消耗地震能量而墩本身保持弹性。

由于brb在地震过程中受到轴向反复拉压力，为了防止局部屈曲，需要在核心段覆盖混凝土层以加大截面积，当桥墩高度增大时，brb长度随之增加，覆盖层混凝土质量较大，产生的附加力不可忽略，且无法避免整体失稳的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型减震耗能支撑。利用支撑杆件连接段在连接套筒内部的行程范围及支撑杆件耗能段屈服位移范围，适应各种恒载、活载、地震荷载下的作用力和变形，受力路径明确且可靠，结构简单，易于安装使用和维护；利用了单向齿轮的单向转动特性实现了支撑仅受拉力的特性，有效防止了支撑在地震作用下的受压屈曲，在地震过程中稳定有效地发挥减震耗能作用。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种新型减震耗能支撑，包括连接套筒、单向齿轮和支撑杆件，其中，所述连接套筒一侧开口，所述单向齿轮在连接套筒内间隔设置有两排，所述支撑杆件伸入两排单向齿轮之间，并与单向齿轮啮合连接，所述单向齿轮的转动方向满足：支撑杆件仅可向连接套筒内移动。

进一步的，所述的连接套筒和支撑杆件的端部均设有可与桥梁结构铰接的圆孔。

更进一步的，所述的连接套筒的铰接对象为桥梁结构中的盖梁或桥墩顶部。

更进一步的，所述的支撑杆件的铰接对象为桥梁结构中的承台。

进一步的，所述的支撑杆件包括依次连接并构成一体的锚固段、耗能段和连接段，其中，所述锚固段用于连接外部桥梁结构，所述连接段上加工有与单向齿轮啮合的槽口。

更进一步的，所述的耗能段与锚固段的截面尺寸平缓过渡，避免截面变化处发生应力集中导致杆件破坏。

更进一步的，所述的连接段的截面积不小于耗能段的截面积的两倍，避免连接段发生屈服。

进一步的，所述的连接套筒、单向齿轮、支撑杆件均采用钢材料。

进一步的，所述的连接套筒内部空腔分为靠近其端部的缓冲腔和靠近其开口侧的齿轮安装腔，缓冲腔与齿轮安装腔相连通，所述齿轮安装腔内设置有所述单向齿轮。

本实用新型的回复力-变形曲线中，当变形为正时，回复力与变形成正比关系(比值为屈前刚度)，直至到达一个屈服力。此后变形继续增大后，回复力几乎不变化。但正向变形恢复时，回复力按照屈前刚度卸载，直至回复力为零。当变形为负时，回复力保持为零。但是当负向变形开始恢复时，回复力按屈前刚度的比例上升。

本实用新型的工作原理为：当连接套筒和支撑杆件受到拉力时，单向齿轮不转动，支撑杆件耗能段先发生弹性变形后进入屈服状态，此时回复力几乎不变。当连接套筒和支撑杆件受到压力时，单向齿轮发生转动，支撑杆件向连接套筒内部轴向运动，不发生变形，无法形成受压时回复力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)构造简单，便于大部分桥梁结构的施工和安装，安装难度较低，对施工的影响较小；

2)该减震耗能支撑采用单向齿轮构造实现了只受拉的力学行为，保证了该减震耗能装置在地震作用下不会因为过大的压力产生构件屈曲，保证了该减震耗能装置稳定的工作性能；

3)该减震耗能支撑作为桥梁结构抗震的减震耗能构件，可用于已建造桥梁的抗震加固或作为未建造桥梁抗震设计的一部分，该减震耗能支撑利用支撑杆件连接段在连接套筒内部的行程范围及支撑杆件耗能段屈服位移范围，可适应桥梁结构在恒载、活载或者地震作用力作用下，盖梁、桥墩形成的框架结构变形；

4)该减震耗能支撑在使用阶段主要承受的轴拉力荷载，传递的路径为桥梁上部结构-支撑杆件-连接套筒-基础，使用的钢材料能有效保证该减震耗能支撑在工作时能承受设计轴拉力荷载，也能适应反复疲劳荷载；

5)该减震耗能支撑两端铰接的连接方式极大地方便与桥梁结构连接，地震过后，如需要进行修复、更换等工作，其拆卸工作也十分方便；

6)该减震耗能支撑受力方式清晰，传力途径明确，因而结构的损伤极小，结构经久耐用。

附图说明

图1为新型减震耗能支撑的剖面结构示意图；

图2为新型减震耗能支撑的外部结构示意图；

图3为本实用新型在双柱墩的横向抗震中的应用示意图；

图4为图3中减震耗能支撑与承台铰接位置的放大示意图；

图中标记说明：

1-连接套筒，2-单向齿轮，3-锚固段，4-耗能段，5-连接段，6-承台，7-桥墩，8-盖梁，9-铰接底座，10-齿轮安装腔，11-缓冲腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型提出了一种新型减震耗能支撑，其结构参见图1和图2所示，包括连接套筒1、单向齿轮2和支撑杆件，其中，所述连接套筒1一侧开口，所述单向齿轮2在连接套筒1内间隔设置有两排，所述支撑杆件伸入两排单向齿轮2之间，并与单向齿轮2啮合连接，所述单向齿轮2的转动方向满足：支撑杆件仅可向连接套筒1内移动。

在本实用新型的一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的连接套筒1和支撑杆件的端部均设有可与桥梁结构铰接的圆孔。

更具体的实施方式中，所述的连接套筒1的铰接对象为桥梁结构中的盖梁8或桥墩7顶部。

更具体的实施方式中，所述的支撑杆件的铰接对象为桥梁结构中的承台6。

在本实用新型的一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的支撑杆件包括依次连接并构成一体的锚固段3、耗能段4和连接段5，其中，所述锚固段3用于连接外部桥梁结构，所述连接段5上加工有与单向齿轮2啮合的槽口。

更具体的实施方式中，所述的耗能段4与锚固段3的截面尺寸平缓过渡，避免截面变化处发生应力集中导致杆件破坏。

更具体的实施方式中，所述的连接段5的截面积不小于耗能段4的截面积的两倍，避免连接段5发生屈服。

在本实用新型的一种具体的实施方式中，所述的连接套筒1、单向齿轮2、支撑杆件均采用钢材料。

在本实用新型的一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的连接套筒1内部空腔分为靠近其端部的缓冲腔11和靠近其开口侧的齿轮安装腔10，缓冲腔11与齿轮安装腔10相连通，所述齿轮安装腔10内设置有所述单向齿轮2。缓冲腔11的设置可以为支撑杆件伸入连接套筒1内部预留了足够的空间。

以上各实施方式中，可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种新型减震耗能支撑，包括连接套筒1、单向齿轮2、锚固段3、耗能段4、连接段5。各组成部件有如下的连接关系：锚固段3、耗能段4、连接段5为一体结构并构成支撑杆件，连接套筒1内的两排单向齿轮2与连接段5相连接。

支撑杆件采用q235钢材料。支撑杆件的锚固段3端部留有铰接所用的圆孔，用于连接桥梁结构。耗能段4的截面积及长度分别由设计屈服力和设计屈服位移决定。连接套筒1及单向齿轮2可保证支撑杆件在地震过程中仅作轴向运动及变形，单向齿轮2数量及型号由设计地震荷载下支撑杆件的最大轴向力决定，要求支撑杆件发生轴向屈服时单向齿轮2不发生破坏。

在梁体或桥台的相应位置分别安置铰接底座9(如图3和图4所示)。当将该新型减震耗能支撑用于横向抗震时，铰接底座9安放位置为盖梁8与桥墩7连接处的内侧、或桥墩7与承台6连接处的内侧(如图3所示)。当没有盖梁8时，可根据实际情况选择铰接底座9的安放位置。铰接装置的选择可从市面上选择成熟的铰接装置使用。选择时应注意适用承载力范围，避免铰接连接处发生破坏导致该减震耗能支撑失效。因而在安装铰接底座9时需要将底座埋入至对应桥梁结构一定深度，保证连接的可靠性。

图3所示为该新型减震耗能支撑在双柱墩的横向抗震的运用。该新型减震耗能支撑的运用范围不仅限于此。其对于无论是独柱墩、双柱墩、排架墩，盖梁9的有无，均有较好的适用性。具体而言，该新型减震耗能支撑两端铰接的连接特点，能够让其简便地连接于桥梁结构之上。

当该减震耗能支撑收到拉力时，单向齿轮2不发生转动，起到限制支撑移动作用，耗能段3在轴向力作用下发生变形，当轴向力达到其屈服点时，耗能段3发生塑性变形，起到消耗地震能量的作用。当支撑杆件受到压力作用时，其推动单向齿轮2发生转动，支撑杆件沿轴向近似发生刚体运动，无法形成受压时回复力。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。