[發明專利]一種用于大跨度橋梁橫向減震的彈塑性減震索

有效

• 申請號: 201610797470.4
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106320163B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 郭河;管仲國;李連友;游瀚
• 申請（專利權）人: 中國路橋工程有限責任公司
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D101/40
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司11108
• 代理人: 張洪年

技術領域

本發明屬于橋梁工程結構減震技術領域，涉及一種用于大跨度橋梁橫向減震的彈塑性減震索。

背景技術

大跨度橋梁屬于重大交通基礎工程，為減少震后次生災害，保障交通生命線安全，其抗震安全性不容小視。隨著我國西部資源開發戰略以及“一帶一路”國家戰略的實施，在高烈度地震區域、活動斷層區域建設大跨度橋梁已成為不可避免的現實需求。大量實踐證明：采用適當的減、隔震設計是提高大跨度橋梁抗震性能的有效方法，通過在墩-梁、塔-梁等連接處設置適當的減、隔震措施，并容許一定的相對位移，可顯著降低傳遞至下部結構的慣性力，實現結構地震內力與位移響應的相互平衡。

目前，常用的減、隔震裝置可分為兩類：一是速度相關型，如粘滯阻尼器等，原理是利用液體粘性提供的阻尼進行耗能，但不提供剛度，對靜力條件下的結構邊界約束基本沒有影響，在動力條件下由于其內力響應上與結構響應存在相位差，因此也不會顯著增大結構的受力；二是位移相關型，如鋼阻尼支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼支座等，主要利用材料的屈服滯回性能來吸收能量，具備初始剛度和屈服力，當其屈服力大于正常使用狀態下的最大內力響應而又小于地震下的內力響應，則既可提供正常使用條件下的約束行為，又能在地震條件下提供較大的屈后變形和耗能特性。

強震區大跨度橋梁在縱橋向一般采用漂浮體系設計，因其自身剛度可滿足正常使用需求，減震裝置多選用速度相關型粘滯型阻尼器，以提供必要的耗能，近20年來絕大多數的大跨度橋梁都是采用這種設計體系。但在橫橋向，由于考慮風荷載等靜力作用，塔-梁、墩-梁連接處需要提供強大的約束以滿足正常使用要求，其中塔-梁處連接裝置的承載力需求一般可達數百噸；而在地震作用下，當采用減、隔震設計時，將產生很大的形變需求，尤其是塔-梁間相對位移，一般可達十幾厘米到幾十厘米的量級。現有的位移相關型阻尼器中，應用最廣泛的是鋼阻尼器，但一般無法同時滿足大承載力和大位移能力的要求，其低周疲勞壽命受材料和結構初始微缺陷影響顯著，對使用環境和日常維護的要求也比較高；橡膠類的產品則豎向承載力一般較小，同時耐久性較差。因此，目前絕大多數大跨度橋梁的橫向減、隔震設計都還是僅限于墩-梁之間，塔-梁之間都是采用側向抗風支座的非減、隔震連接模式，這在很大程度上增加了橋塔的地震力需求和破壞風險。舉世聞名的希臘里翁-安蒂里翁大橋，為克服強震作用在橫橋向采用了橫向粘滯阻尼器和犧牲裝置組合的減震方式，但大噸位的犧牲裝置(350噸)構造復雜、價格昂貴，此外，大噸位的犧牲裝置發生斷裂時對結構的沖擊效應尚不明確。

彈性索是一種彈性限位連接裝置，不提供耗能能力，在早期的大跨度橋梁縱橋向減震設計中有一定的應用。例如日本名港中央大橋在塔梁間設置了縱向鋼鉸線拉索來控制縱向位移。彈性索一般由高強度鋼絲或鋼絞線組成，因此可以很容易地提供較大的承載力；但其有效彈性位移則受索長控制，最大彈性變形一般為有效索長的0.8％，當需要較大的索變形時，需要的索長也較長。申請人在永寧黃河大橋設計中首次提出將彈性索與粘滯阻尼器組合用于大橋橫向減震設計并已成功應用，其中彈性索采用成品斜拉索。但受橫向橋寬的限制，其最大變形僅滿足±26cm。為此，申請人提出彈塑性減震索的設計方案，使之兼具大承載力和大變形能力，同時還具備一定的耗能能力，進而大幅度提高減、隔震技術在高烈度地震地區大跨度橋梁中的適應性，為大跨度橋梁減、隔震設計提供新的解決方案。然而，目前的彈性索和成品斜拉索，其潛在受力薄弱環節均為錨頭，并不能確保其具有穩定的塑性行為；其次，用于橋梁橫向減震作用的斜拉索和一般的斜拉索在受力狀態上存在很大的不同，其對連接構造例如轉動等有更高的要求，客觀上需要針對減震索的設計目的和使用要求研發新的產品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于強震條件下的大跨度橋梁橫橋向減震的彈塑性減震索，其具有穩定的塑性性能，具有大承載力和大變形能力，適應索端大轉角和低張拉力下的防松弛構造設計，具有優良的耐氣候性和低維護要求。

為達到上述目的，本發明采用的解決方案是：提供一種用于大跨度橋梁橫向減震的彈塑性減震索，其特征在于：包括錨固區(1)、冗余索絲增強段(2)和有效索段(3)，冗余索絲增強段(2)設置在錨固區(1)和有效索段(3)之間。在錨固區(1)和冗余索絲增強段(2)內增加冗余索絲(4)，使得錨固區(1)和冗余索絲增強段(2)內的索絲數量要大于有效索段(3)中的有效索絲(5)的數量，冗余索絲(4)在有效索段(3)內截斷，形成錨固區(4)、冗余索絲增強段(2)與有效索段(3)之間的抗拉能力級差。