[發明專利]橋梁墩底橢球面自復位搖擺隔震設計方法

有效

• 申請號: 201610204495.9
• 申請日: 2016-04-03
• 公開（公告）號: CN105735111B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張文學;趙汗青;方蓉;汪振
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E01D19/02
• 分類號: E01D19/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種橋梁墩底自復位搖擺隔震設計方法，適用于鐵路橋、公路橋、城市高架橋以及各種大型連續梁結構建筑物，該設計能夠對結構起到減震作用，并具有震后自復位功能，提高結構整體抗震性能，屬于橋梁等建筑結構抗震領域。

背景技術

墩底橢球面自復位搖擺隔震設計方法是在地震下使結構與基礎分離，從根本上減小強震時地震輸入結構的能量，降低結構的地震響應。相比一些簡單的平面墩底隔震設計，該橢球面墩底隔震設計具有如下優點：1)不僅具有更好的隔震效果，還可以通橢球面之間的相互摩擦消耗地震能量；2)具有較好的震后自復位功能，便于震后加固修復；3)與簡單墩底平面隔震設計相比，結構在地震作用下的響應更為平穩連續；4)橢球面墩底隔震設計，使得結構沒有特定頻率，可以有效避開場地的卓越周期，避免共振響應。

發明內容

本發明目的是提供一種新型橋梁墩底隔震設計方法，使結構在正常使用情況下基礎與橋墩之間保持相對固定。強震發生時，橋墩與基礎之間發生相對搖擺，不僅起到隔震效果，而且可以通過搖擺消耗部分地震能量。在震后在上部結構自重作用下使得結構自動恢復到初始平衡位置，以便于震后加固修復。本設計構造簡單、施工方便、造價低廉、耐久性好、便于檢查與維護。利用本發明，可以克服現有墩底隔震設計的缺點和不足，可以為橋梁抗震設計提供一種新的設計理念和技術保障。

1.橋梁墩底橢球面自復位搖擺隔震設計方法，其特征在于：橋梁墩底橢球面自復位搖擺隔震結構包括橋墩、上封板、橢球面馬蹄、橢球面馬蹄窩、承臺和樁基礎；

橋墩底部的橢球面馬蹄斷面呈橢圓弧形，橢球面馬蹄放置在承臺上方中心挖出的橢球面馬蹄窩內，并且橢球面馬蹄能在橢球面馬蹄窩內擺動，上封板在承臺上方與承臺相連；承臺的下方與樁基礎相連。

2.進一步，所述的設計方法，其特征在于：

正常使用狀態限制條件：

其中，[v]——上封板極限破剪力，kN；

R和r——分別為橢球面馬蹄的半長軸和半短軸，m；

P_z——標準汽車制動力，kN；

H——橋面到馬蹄窩之間的高度，m；

μ——橢球面馬蹄窩和橢球面馬蹄之間的摩擦阻力系數；

N——上部結構和橋墩自重，kN；

R≥2r；

極限破壞狀態限制條件：

其中，M_d——墩底的極限破壞彎矩，kN.m；

M_z——樁基礎的極限破壞彎矩，kN.m；

其中，Q_d——墩底的極限破壞剪力，kN；

Q_z——樁基礎的極限破壞剪力，kN。

本發明的技術方案：

該方法的施工過程概括如下，樁基礎工程全部完成后，開始橋墩承臺施工，承臺施工時按照設計具體要求，設置橢球面馬蹄窩，之后是施工橋墩下方的橢球面馬蹄，配合橢球面馬蹄窩，形成特殊曲面封閉形式，具體形式見附圖。該曲面形式相對球面和平面，有可控范圍的位移和夾角的優勢，此外由于橋墩自重原因，又有自主復位的特點。

所述裝置的工作原理如下：

原理一，正常狀態下，橋墩可在自身質量和上封板共同作用下，基本保持靜止，但仍能滿足此狀態下的橋梁縱向小位移變化需求；

原理二，地震突發時，上封板破壞，橋墩做類似單擺原理的小范圍內往復擺動，吸收能量，保護橋梁上部結構。

原理三，地震發生后，由于上部結構自重作用下，結構自動恢復到初始平衡位置，方便震后加固修復。

本發明的積極效果是：研發一種造價低廉、耐久性好、便于檢查維護的新型橋梁墩底自復位搖擺隔震裝置，利用單擺原理，使各橋墩在地震荷載作用下能夠搖擺耗能，震后又能自復位，同時又對上部結構和基礎進行一定保護。適用于鐵路橋、公路橋、城市高架橋以及各種大型橋梁結構，能夠使結構在突發地震作用不發生破壞。

附圖說明

圖1(a)、(b)、(c)分別是本發明在正常工作狀態的主視圖、側視圖以及俯視圖

圖2是本發明在地震時橋墩與基礎發生搖擺示意圖

圖3是本發明在震后橋墩自復位后的示意圖

圖4是本發明具體控制條件示意圖

具體實施方式

以下結合實例及附圖作進一步詳述，但不做為對本發明的限定。