一种变摩阻大跨长联连续梁体系的制作方法

本发明涉及高速铁路桥梁工程技术领域，特别涉及一种变摩阻大跨长联连续梁体系。

背景技术：

目前，简支梁结构通常为高速铁路桥梁的首选结构形式，其经济跨度在50m以内，为满足无缝线路钢轨受力及行车舒适度要求，下部结构有最小纵向水平线刚度要求，按此设计的墩身尺寸大。跨江跨河桥梁为满足防洪要求，桥梁下部结构阻水率不应超过5％，因此简支梁结构受限。连续梁结构跨度大，活动墩无最小刚度要求，墩身尺寸满足受力要求即可，一般连续梁跨度大于80m即可满足阻水率不超5％的要求，其缺点是连续梁两端需设置轨道伸缩调节器，增加运营养护难度。为减少轨道伸缩调节器的设置，可采用大跨长联连续梁体系。

相关技术中，大跨长联连续梁体系为满足抗震需求，采用滑动面为球面的摩擦摆支座，以使梁体能够自由摆动，可更好地达到减振耗能的目的。但是，大跨长联连续梁体系在温度作用下，梁体伸长(缩短)位移量大，支座跟随梁体在球面上产生滑移时，支座高度增加，梁体抬升，影响高速铁路行车安全；同时，为满足抗震耗能要求，摩擦摆支座的摩擦系数较大，在正常运营荷载作用下，梁体伸长(缩短)时，活动墩墩顶受到较大的水平摩阻力，下部结构尺寸大，工程造价高。

因此，有必要设计一种新的变摩阻大跨长联连续梁体系，以克服上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种变摩阻大跨长联连续梁体系，以解决相关技术中为满足大跨长联连续梁体系抗震耗能的要求，采用摩擦摆支座，导致支座跟随梁体在球面上产生滑移时，支座高度增加，梁体抬升，影响高速铁路行车安全；同时摩擦摆支座的摩擦系数较大，在正常运营荷载作用下，活动墩墩顶受到较大的水平摩阻力，下部结构尺寸大，工程造价高的问题。

第一方面，提供了一种变摩阻大跨长联连续梁体系，其包括：梁体；墩身，支撑于所述梁体的下方；基础，位于所述墩身底部；设于所述梁体与所述墩身之间的变摩阻支座，其包括与所述梁体固定的上座板，位于所述上座板下方的中座板，所述上座板与所述中座板之间设置平面滑动板，所述变摩阻支座还包括设于所述中座板下方的下座板，所述中座板与所述下座板之间设置球面滑动板。

一些实施例中，所述梁体的联长l大于1000m，最大联长l由位于所述梁体两端的伸缩调节器的容许活动位移量确定；所述梁体的单跨跨径ls根据经济技术指标以及所述墩身的阻水率综合确定，其值大于或等于60m。

一些实施例中，所述平面滑动板的摩擦系数小于所述球面滑动板的摩擦系数。

一些实施例中，所述墩身包括固定墩和沿纵桥向设于所述固定墩两侧的活动墩，所述变摩阻支座设于所述活动墩的顶部；所述固定墩的顶部设有单向活动型摩擦摆支座和固定型摩擦摆支座，用于固定所述梁体。

一些实施例中，正常运营荷载作用下，所述梁体与所述活动墩的相对滑动面发生在所述平面滑动板，所述平面滑动板的摩擦系数小于或等于0.03。

一些实施例中，罕遇地震作用下，所述梁体与所述活动墩的相对滑动面发生在所述球面滑动板，所述球面滑动板的摩擦系数大于0.05。

一些实施例中，所述中座板与所述下座板之间夹设有球冠衬板，所述球冠衬板上下表面均呈凸起的球面。

一些实施例中，所述变摩阻支座包括设于同一墩身上的单向活动型变摩阻支座和双向活动型变摩阻支座，所述单向活动型变摩阻支座和所述双向活动型变摩阻支座沿横桥向布置，且所述单向活动型变摩阻支座的中座板设有位于所述下座板四周的第一限位块，所述第一限位块用于限制所述中座板沿纵桥向和横桥向滑动；所述双向活动型变摩阻支座的中座板设有位于所述下座板相对两侧的第二限位块，所述第二限位块用于限制所述中座板沿纵桥向滑动。

一些实施例中，所述第一限位块通过剪力销与所述单向活动型变摩阻支座的中座板连接；且所述第二限位块通过剪力销与所述双向活动型变摩阻支座的中座板连接。

一些实施例中，所述上座板设有速度锁定器，所述速度锁定器连接所述上座板与所述中座板，当所述上座板与所述中座板发生快速相对滑动时，所述速度锁定器自动锁定。

本发明实施例提供的一种变摩阻大跨长联连续梁体系，其工作原理如下：

在正常运营荷载作用下(温度、收缩、徐变等作用)，梁体伸长(缩短)时，梁体与墩身的相对滑动面发生在变摩阻支座的上座板与中座板之间的平面滑动板，平面滑动板具有较低的摩擦系数，活动墩、基础所受水平摩阻力小，因而墩身结构尺寸小；且此时滑动面为平面，因而梁体伸缩时桥面高程无变化，不影响高速铁路行车安全。

在多遇地震作用下，梁体与墩身发生快速相对滑动时，速度锁定器将自动锁定，此时，活动型变摩阻支座发挥固定支座的功能，使得结构由正常运营工况下的一个固定墩变成多个固定墩，将上部结构的载荷有效地分布到多个墩身上去，使得墩身、基础受力均匀。

在罕遇地震作用下，梁体与墩身发生快速相对滑动时，速度锁定器亦将自动锁定，所述活动型变摩阻支座发挥固定支座的功能，当支座所受水平荷载大于剪力销的水平抗剪承载力时，活动型变摩阻支座以及固定型摩擦摆支座、单向活动型摩擦摆支座的限位块脱落，所述梁体通过球冠衬板自由摆动，其滑动面为球面，可延长桥梁结构自振周期、降低地震响应，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能，同时球面滑动面具有较高的摩擦系数，可起到耗能作用。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种变摩阻大跨长联连续梁体系，由于在梁体与墩身之间设置了变摩阻支座，变摩阻支座的上座板与中座板之间设置的是平面滑动板，梁体在正常运营荷载作用下，梁体与墩身的相对滑动面为平面，梁体伸缩时，支座高度不变、桥面高程无变化，因而不影响高速铁路行车安全；同时，平面滑动面摩擦系数低，墩身所受水平摩擦阻力小，可大幅减小墩身截面尺寸、降低阻水率，节约工程造价。

变摩阻支座的中座板与下座板之间设置的是球面滑动板，在罕遇地震作用下，梁体与活动墩的相对滑动面为球面，梁体可自由摆动，延长桥梁结构自振周期、降低地震响应，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能，同时球面滑动面具有较高的摩擦系数，可起到耗能作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明实施例提供的一种变摩阻大跨长联连续梁体系的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种变摩阻大跨长联连续梁体系的支座布置示意图；

图3为本发明实施例提供的单向活动型变摩阻支座的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的双向活动型变摩阻支座的结构示意图。

图中：1、梁体；2、墩身；21、固定墩；22、活动墩；3、基础；4、变摩阻支座；4a、单向活动型变摩阻支座；4b、双向活动型变摩阻支座；41、上座板；41a、第一上座板；41b、第二上座板；411、凸缘；42、中座板；42a、第一中座板；42b、第二中座板；43、下座板；43a、第一下座板；43b、第二下座板；44、平面滑动板；45、球面滑动板；451、上球面滑动板；452、下球面滑动板；46、第一限位块；47、第二限位块；48、球冠衬板；5、剪力销；6、速度锁定器；7、单向活动型摩擦摆支座；8、固定型摩擦摆支座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种变摩阻大跨长联连续梁体系，其能解决相关技术中为满足大跨长联体系抗震耗能的要求，采用摩擦摆支座，导致支座跟随梁体在球面上产生滑移时，支座高度增加，梁体抬升，影响高速铁路行车安全；同时，摩擦摆支座的摩擦系数较大，在正常运营荷载作用下，活动墩墩顶受到较大的水平摩阻力，下部结构尺寸大，工程造价高的问题。

参见图1、图3和图4所示，为本发明实施例提供的一种变摩阻大跨长联连续梁体系，其可以包括：梁体1，其可以由混凝土或钢结构组成，梁体1的最大联长l由位于梁体1两端的伸缩调节器的容许活动位移量确定，为减少梁端伸缩调节器的布置数量，梁体1的联长l一般大于1000m，其单跨跨径ls应根据经济技术指标以及下部结构阻水率综合确定，一般不应小于60m；墩身2，支撑于梁体1的下方，且墩身2的底部设有基础3，梁体1承受的荷载可以通过墩身2以及基础3传递至地基；设于梁体1与墩身2之间的变摩阻支座4，其可以包括与梁体1固定的上座板41，以及位于上座板41下方的中座板42，上座板41与中座板42之间设置平面滑动板44，梁体1在正常运营荷载作用下，梁体1与墩身2的相对滑动面为平面，梁体1伸缩时，支座高度不变，桥面高程无变化，其中图2中箭头所指方向代表正常运营荷载作用下，支座可滑动方向；变摩阻支座4还包括设于中座板42下方的下座板43，中座板42与下座板43之间设置球面滑动板45，在罕遇地震荷载作用下，梁体1与墩身2的相对滑动面为球面，梁体1可自由摆动，延长桥梁结构自振周期、降低地震响应，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能，同时球面滑动板45具有较高的摩擦系数，可起到耗能作用。

参见图1、图3和图4所示，在一些实施例中，平面滑动板44与球面滑动板45可以均采用聚四氟乙烯板，使得平面滑动板44与球面滑动板45均具有较低的摩擦系数。

平面滑动板44的摩擦系数小于球面滑动板45的摩擦系数，平面滑动板44上较小的摩擦系数使得梁体1在温度、收缩、徐变等作用下，梁体1与墩身2发生相对滑动时，传递至墩身2的摩擦阻力较小，从而可减小墩身2的截面尺寸，降低阻水率，节约工程造价；同时，在罕遇地震作用下，球面滑动板45上较大的摩擦系数能够更好地达到耗能的目的，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能。

参见图3至图4所示，优选的，为降低墩身2在正常运营荷载工况下的墩顶水平摩擦阻力，减小墩身2的截面尺寸，平面滑动板44的摩擦系数应小于或等于0.03。

参见图2至图4所示，优选的，为确保罕遇地震作用下，变摩阻支座4有较高的摩擦阻力，起到良好的耗能作用，球面滑动板45的摩擦系数宜取大于0.05。

参见图2至图4所示，在一些实施例中，上座板41可以在横桥向设有与中座板42配合的凸缘411，凸缘411起到限制上座板41发生横向水平位移的作用。

参见图2至图4所示，在一些实施例中，中座板42与下座板43之间可以夹设有球冠衬板48，球冠衬板48上下表面皆可设计成凸起的球面，上球面滑动板451设于中座板42与球冠衬板48之间，且分别与中座板42、球冠衬板48的表面贴合，下球面滑动板452设于球冠衬板48与下座板43之间，且分别与球冠衬板48、下座板43的表面贴合，在罕遇地震作用下，梁体1可自由摆动，延长桥梁结构自振周期、降低地震响应；地震消失时，梁体可复位到初始状态，降低对结构受力的影响。

参见图2至图4所示，在一些可选的实施例中，变摩阻支座4可以包括设于同一墩身2上的单向活动型变摩阻支座4a和双向活动型变摩阻支座4b，同一墩身2上的单向活动型变摩阻支座4a和双向活动型变摩阻支座4b沿横桥向布置，本实施例中，可以将单向活动型变摩阻支座4a的上座板41称为第一上座板41a，将单向活动型变摩阻支座4a的中座板42称为第一中座板42a，将单向活动型变摩阻支座4a的下座板43称为第一下座板43a，将双向活动型变摩阻支座4b的上座板41称为第二上座板41b，将双向活动型变摩阻支座4b的中座板42称为第二中座板42b，将双向活动型变摩阻支座4b的下座板43称为第二下座板43b；第一中座板42a设有位于第一下座板43a四周的第一限位块46，也就是沿横桥向和纵桥向均设有第一限位块46，用于限制第一中座板42a沿纵桥向和横桥向滑动；第二中座板42b设有位于第二下座板43b相对两侧的第二限位块47，第二限位块47沿纵桥向设置，可限制第二中座板42b沿纵桥向移动；通过设置第一限位块46和第二限位块47，使得桥梁在正常运营荷载作用下，第一中座板42a与第一下座板43a在纵向不发生相对位移，第二中座板42b与第二下座板43b在纵向也不发生相对位移，保证了变摩阻支座4相对水平纵向滑动位移发生在第一上座板41a与第一中座板42a之间以及第二上座板41b与第二中座板42b之间，自由转动面发生在第一中座板42a与第一下座板43a之间以及第二中座板42b与第二下座板43b之间，相对滑动面为平面，梁体伸缩时，不改变支座高度，梁体1的高程不变。

参见图3至图4所示，在一些实施例中，第一限位块46可以通过剪力销5与第一中座板42a连接；且第二限位块47也可以通过剪力销5与第二中座板42b连接，在罕遇地震作用下，当变摩阻支座4所受沿纵向的水平荷载大于剪力销5的水平抗剪承载力时，剪力销5剪断，沿纵桥向的第一限位块46和第二限位块47脱落，梁体1可以通过球冠衬板48自由摆动，延长桥梁结构自振周期、降低地震响应，通过球面滑动板45较高的摩擦阻力，达到耗能目的，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能。

参见图3至图4所示，在一些可选的实施例中，上座板41可以设有速度锁定器6，速度锁定器6连接上座板41与中座板42，在多遇地震作用下，上座板41跟随梁体1与中座板42发生快速相对滑动时，速度锁定器6自动锁定，上座板41与中座板42固定而不能发生相对滑动，同时，由于第一限位块46和第二限位块47的设置，使变摩阻支座4发挥固定支座功能，有效的将梁体1的水平荷载分布到多个墩身2上去，使得结构受力均匀。

参见图1和图2所示，在一些实施例中，墩身2可以包括固定墩21和沿纵桥向设于固定墩21两侧的活动墩22，其中，固定墩21优选设于靠近温度不动点的位置，变摩阻支座4设于活动墩22的顶部；固定墩21的顶部设有单向活动型摩擦摆支座7和固定型摩擦摆支座8，固定型摩擦摆支座8可限制梁体1在横桥向与纵桥向的位移，单向活动型摩擦摆支座7可限制梁体1纵桥向的位移。

本发明实施例提供的一种变摩阻大跨长联连续梁体系的原理为：

本发明通过在梁体1与墩身2之间布置变摩阻支座4，改变了常规大跨长联连续梁体系的约束体系，变摩阻支座4在不同荷载工况下滑动面不同，摩擦系数可变化。

在正常运营荷载作用下(温度、收缩、徐变等作用)，梁体1伸长(缩短)时，梁体1与活动墩22的相对滑动面发生在变摩阻支座4的上座板41与中座板42之间，其滑动面为平面，梁体1伸缩时，支座高度不变，桥面高程无变化，不影响高速铁路行车安全；同时，因设置于上座板41与中座板42之间的平面滑动板44具有较低的摩擦系数，活动墩22墩顶所受水平摩擦阻力小，可减小墩身截面尺寸，降低阻水率，节约工程造价。

在多遇地震作用下，变摩阻支座4的上座板41与中座板42发生快速相对滑动时，速度锁定器6将自动锁定，活动型变摩阻支座4发挥固定支座的功能，使得结构由正常工况下的一个固定墩变成多个固定墩，将上部结构的水平载荷有效地分布到多个墩身2上去，使得结构受力均匀。

在罕遇地震作用下，速度锁定器6亦自动锁定，活动型变摩阻支座4发挥固定支座的功能，当支座所受水平荷载大于剪力销5的水平抗剪承载力时，剪力销5剪断，第一限位块46和第二限位块47脱落，梁体1可以通过球冠衬板48自由摆动，延长桥梁结构自振周期、降低地震响应，通过球面滑动板45较高的摩擦阻力，达到耗能目的，提高大跨长联连续梁体系的抗震性能。

值得一提的是，虽然在罕遇地震作用下，墩顶所受水平摩擦力较正常运营工况下所受水平摩擦力大，但由于两种工况的荷载组合以及材料的容许提高系数不同(详见下表)，因而在正常运营工况下变摩阻活动支座的较低摩擦系数可达到减小墩身截面尺寸，降低阻水率，节约工程造价的目的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。