[發明專利]防止橋墩端部產生塑性鉸的位移放大型多維耗能裝置

有效

• 申請號: 202010154669.1
• 申請日: 2020-03-08
• 公開（公告）號: CN111335145B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 何浩祥;陳旺;王崢;高翔
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D19/02;E01D101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了防止橋墩端部產生塑性鉸的位移放大型多維耗能裝置，屬于橋梁防災減災和安全防護工程領域。包括萬向鉸支座、開口鋼箱、圓形剛性鋼連接桿、彎曲型復合耗能金屬阻尼器、固定鉸支座、泡沫填充物、條狀交叉編織型金屬阻尼器、剛性鋼連接桿、弧形薄鋼片、矩形開口鋼片、螺栓、橋面板、橋墩。本發明主要采用了位移放大的思想，在地震作用下，橋墩會產生微小的位移。設置在橋墩底部的“杠桿型”耗能構件和橋墩上部“剪刀型”耗能裝置底部放大，消耗地震傳遞的能量。橋墩上下部耗能裝置沿橋墩圓周布置，設置在橋墩上部、下部的耗能裝置能夠最大限度的消耗地震傳遞到橋墩的能量，起到保護橋墩，防止橋墩產生塑性鉸的作用。

技術領域

本發明屬于橋梁的防災減災和安全防護工程領域，具體涉及一種防止橋墩端部產生塑性鉸的位移放大型多維耗能裝置。

背景技術

地震是人類社會面臨的一種嚴重的、不可預知的自然災害，地震災害能夠引起建筑物的破壞，進而造成巨大的損失。我國地處于環太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，是世界上多地震國家之一。

橋梁是交通工程的重要組成部分及薄弱環節，也是交通工程運營期間需要重點保護的對象。并且橋梁抗震一直是人們高度重視的問題，保證橋梁具有良好的抗震效果，避免在地震災害中造成較大的危害。橋墩起到支承橋跨結構并將恒載和車輛活載傳至地基的作用，而且橋墩是橋梁的關鍵部位，決定著橋梁結構的整體穩定。由于地震波中存在著的剪切波，在罕遇地震作用下，會導致橋墩的上部和下部的彎矩較大，混凝土破壞且鋼筋屈曲，局部變形較大從而出現塑性鉸。橋墩塑性鉸的出現會使得橋墩承載能力降低、剛度、抗剪能力下降，進而對橋梁的穩定性產生巨大的不利影響。傳統結構抗震方法是通過增強結構本身的抗震性能來抵御地震作用的，即由結構本身儲存和消耗地震能量，這是被動消極的抗震對策，效果和經濟性很差。

傳統的橋墩耗能減震主要是通過在橋墩上部與橋面板底部直接加粘滯阻尼器或金屬阻尼器、橋墩端部安裝lock-up裝置、橋墩底部安裝加有阻尼器的斜撐等方式來實現，然而在地震作用下，橋墩上下端的塑性鉸局部曲率較大，但水平位移相對較小，進而使得傳統耗能方式在中震下不能充分發揮作用，效率較低。

有鑒于此，本發明提出一種防止橋墩端部產生塑性鉸的位移放大型多維耗能裝置。在地震作用下，橋墩產生塑性鉸時橋墩上下部的位移小，橋墩上下部位移放大裝置使安裝其中的耗能金屬阻尼器兩端相對位移放大，進而放大其相對速度和加速度，達到提高阻尼力，充分發揮耗能的目的，有效降低橋墩結構在地震時的動力響應。

橋墩在地震作用下，橋墩上下部會產生較小的位移，安裝在橋墩下部的耗能裝置，通過杠桿效應的位移放大思想，將橋墩下部較小位移進行相應比例放大，進而放大安裝在端部耗能金屬阻尼器的位移，耗能金屬阻尼器發生變形產生阻尼力，起到耗能作用。安裝在橋墩上部的耗能裝置，采用了曲柄連桿機構原理的位移放大思想，放大橋墩上部較小位移，使得安裝的耗能金屬阻尼器兩端的位移得到放大，使得耗能金屬阻尼器發生變形產生阻尼力，起到耗能作用。通過橋墩上下部耗能轉置，起到消耗地震力的作用，達到保護橋墩的目的。

耗能裝置沿橋墩圓周對稱安裝布置，且耗能裝置中的各個構件采用預制，現場安裝簡便，且易于保證施工質量。耗能裝置沿橋墩圓周安裝布置，在中大震下能夠消耗傳遞到橋墩各個方向的地震力，進而起到保護橋墩的作用。

發明內容

本發明的目的在于為了防止在地震的作用下，橋墩上部、下部出現塑性鉸，進而降低橋梁穩定性的現象。本發明提供了一種防止橋墩端部產生塑性鉸的位移放大型多維耗能裝置，本裝置結構簡單，安裝方便，制作容易。在地震作用下，橋墩受到地震作用會產生較小的變形，設置在橋墩上、下部的裝置也會產生相應的變形，但由于該裝置采用了位移放大技術，所以在本裝置上會將橋墩產生的微小位移進行放大，使得在該裝置上會產生比橋墩更大的位移，使設置在橋墩上、下部的耗能金屬阻尼器發生較大變形，金屬阻尼器變形會消耗能量，進而將地震傳遞到橋墩的能量進行了消耗，使得橋墩不直接參與受力，防止了橋墩塑性鉸的產生，從而保護了橋墩保證了橋梁的穩定性。