一种可通过惯性力自主修复的高铁桥梁减震装置

技术领域

本发明属于桥梁减震领域，具体为一种可通过惯性力自主修复的高铁桥梁减震装置。

背景技术

由于高速铁路经常横跨行程较长，不同区域的地质、水文条件变化复杂，对于高速铁路的建设影响较大，同时高速铁路自身运行速度快，对于行车平稳性和舒适性要求较高，因此，在建设过程中，高速铁路常常采用建造桥梁来避免复杂地形的影响。桥梁在整个高速铁路中起着重要的作用，应当避免高速铁路桥梁在地震时发生较大的破坏。

目前桥梁抗震常采用的减隔震装置来实现，减隔震装置包含减隔震支座、阻尼器等。常见的减隔震支座有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座等。常用的阻尼器有钢阻尼器、流体粘滞阻尼器等。

减隔震技术的工作原理主要有以下两个方面：

一方面是支座在结构中通常上与上部结构(主梁等)下与盖梁桥墩形成串联结构。减隔震装置本身的刚度(屈后刚度)较小。串联结构后的整体刚度在数值上靠近小值,从而使的结构体系变柔,避开地震能量的高频区域，减小结构地震响应；

另一方面是减隔震装置通过塑性做功耗能或者粘滞阻尼耗能消散地震输入能量。

但是上述体系大多存在的缺点如下：

1、阻尼器发生破坏时无法继续产生效果对桥梁结构进行保护；

2、耗能设备无法在地震作用下进行自行更换修复；

部分设置减隔震装置的高速铁路桥梁，一旦减隔震装置破坏，桥梁仍会发生支座或落梁破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在地震破坏时自行修复的高铁桥梁减隔震装置，以避免减隔震支座破坏和/或落梁破坏。

本发明提供的这种可通过惯性力自主修复的高铁桥梁减震装置，采用以下技术方案：包括设置于预制墩柱顶部的减隔震支座，及减隔震支座两侧对称布置的减震单元，减震单元分别通过预埋组件与梁体和预制墩柱连接固定。所述减震单元包括上连接板和下连接板及它们之间固定连接的初始耗能构件；还包括备用耗能构件和限位组件，限位组件包括连接于上连接板底面的固定结构体和其连接的活动扣件，备用耗能构件与初始耗能构件平行设置，下端与下连接板固定，上端支撑于固定结构体的底面；初始耗能构件被地震能量剪切破坏时，活动扣件可在惯性力的作用下下落将备用耗能构件扣住限位，使备用耗能构件替代初始耗能构件的支撑及耗能作用，使减震单元自修复。

上述技术方案实施时，所述上连接板和下连接板均为矩形钢板，初始耗能构件为矩形钢板，垂直连接于上连接板和下连接板之间的长度方向中心面。

上述技术方案实施时，所述固定结构体包括安装盒和限位块，限位块的宽度与安装盒内腔的宽度相同，长度小于内腔长度，限位块对中固定于内腔中，安装盒的底板上对应限位块两端设置矩形孔。

上述技术方案实施时，所述上连连接板上设置有与所述安装盒内腔相应的安装孔。

上述技术方案实施时，所述活动扣件为倒U形板体，从所述上连接板上的安装孔往下插入装配后，两侧臂底面与安装盒的底面平齐，顶板底面通过限位块托住，顶面不伸出上连接板的上表面。

上述技术方案实施时，所述备用耗能构件有两组，对称设置于所述初始耗能构件的两侧。

上述技术方案实施时，所述备用耗能构件为T形板结构，其翼板两端对称设置用于安装所述活动扣件的限位孔；备用耗能构件装配时，限位孔与所述矩形孔有长度方向的错位。

上述技术方案实施时，所述被用耗能构件的翼板顶面固定橡胶板，橡胶板设置相应的限位孔。

本发明中，减震单元设置初始耗能构件和与其平行的备用耗能构件。初始耗能构件被剪切破坏时，活动扣件可在惯性力的作用下下落将备用耗能构件扣住限位，使备用耗能构件替代初始耗能构件的支撑及耗能作用，使减震单元自修复，保护支座不受地震作用破坏，从而避免落梁破坏。具体来说，初始耗能钢板发挥传统阻尼器效果，能较大程度的吸收地震能量，保护减隔震支座和墩柱不受地震破坏。当小地震来临时，初始耗能钢板发生微小变形，消耗一定的地震能量，由于变形量不大，此阶段主要依靠减隔震支座自身来抵抗地震作用。当大地震来临，初始耗能钢板发生较大剪切变形破坏，上连接板与下连接板之间产生纵向位移差，使安装盒底面的矩形孔与备用耗能构件上端的限位孔对正时，活动扣件下落插入限位孔中，使备用耗能构件发挥支撑及耗能作用，对减震单元进行自修复。简言之，本装置可在初始耗能钢板被地震能量剪切破坏后，通过活动扣件锁定备用耗能构件，使其备用耗能构件继续支撑并耗能，进行减震单元的自修复，保护支座不受地震作用破坏，从而避免落梁破坏。

附图说明

图1为本发明一个实施例正常状态下的轴测结构示意图。

图2为图1中减震单元的放大结构示意图。

图3为图2隐去上连接板和固定结构体之后的放大结构示意图。

图4为图3隐去活动扣件之后的结构示意图。

图5为减震单元与限位组件装配件的轴测结构示意图。

图6为减震单元与限位组件装配件另一方位的轴测结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种可通过惯性力自主修复的高铁桥梁减震装置，包括设置于预制墩柱2和梁体1之间的减隔震支座3，及减隔震支座3两侧对称设置的减震单元4。

如图2至图6所示，减震单元4包括上连接板41、下连接板42、初始耗能钢板43，安装盒44、限位块45、活动扣件46、备用耗能构件47。

上连接板41、下连接板42和初始耗能构件43均为矩形钢板。

初始耗能构件43垂直焊接于上连接板41和下连接板42之间的长度方向中心面。

安装盒44、限位块45和活动扣件46作为备用耗能构件47的限位组件。

安装盒44的形状为长方体形，限位块45的宽度与安装盒的内腔宽度相同，长度小于内腔长度。

限位块45对中固定于安装盒44的内腔中，安装盒44的底板上对应限位块45的两端设置矩形孔441。

安装盒44作为固定结构体对称焊接于上连接板41的长度方向两端，上连接板41上对应安装盒44的内腔处设置相应的安装孔411。

活动扣件46为倒U形板体，用于使备用耗能构件47限位。

活动扣件46装配时，从上连接板41上的安装孔411往下插入，两侧臂插入安装盒44底板上的矩形孔441中，底面与安装盒44的底面平齐，顶板底面位于限位块45上方，顶面与上连接板41的上表面平齐。

备用耗能构件47为T形板结构，其板体宽度与安装盒宽度匹配，翼板两端对称设置用于安装活动扣件46的限位孔471。

备用耗能构件47装配时，其翼板支撑于安装盒44的底面，限位孔471与矩形孔441的位置有长度方向的错位，使活动扣件46的侧臂不能落入限位孔中。具体错位长度根据实际计算确定，一般为10mm左右。

为了增加备用耗能构件的稳定性，在备用耗能构件的翼板顶面固定橡胶板48，橡胶板上设置与备用耗能构件47翼板上相应的限位孔。

备用耗能构件47设置左右两组，因为地震作用时，上连接板41与下连接板42之间的位移差可以向左也可以向右，设置左右两组备用耗能组件，用于确保两种情况都能发挥作用。

减震单元4的上连接板41和下连接板42分别连接预埋组件，预埋组件采用常规结构(图中未示出)，包括与上、下连接板匹配的矩形钢板和若干高强度的栓杆，栓杆的两端段分别配置高强螺母。

矩形钢板的平面尺寸与上、下连接板的平面尺寸相同，与上、下连接板之间分别通过栓杆连接后，再通过高强度螺母锁紧。

矩形钢板及上、下连接板上沿宽度方向设置四排圆孔，包括两端排和中间关于长度方向中心面对称的两排。

工厂生产时，矩形钢板与上、下连接板配对加工圆孔，以保证圆孔位置的准确对正。

墩柱和梁体在工厂预制时，将预埋组件的矩形钢板与栓杆装配固定好后预埋。

减震单元4工厂生产时，上连接板41与安装盒44焊接，初始耗能钢板43将上连接板41与下连接板42焊接成工字型结构体。备用耗能构件47上端支撑于安装盒44的底面，检查安装盒底面的矩形孔441与备用耗能构件翼板上的限位孔471有长度方向的指定错位后，将备用耗能构件47的腹板下端与下连接板42焊接固定。

活动扣件46先不装配，集中收纳运输至现场，以免丢失。

减震单元4必需在生产时进行预装，保证活动扣件46的顶面位置及下落时能顺利贯穿备用耗能构件47翼板上的限位孔。

减震单元4运输至施工现场装配时，先将下连接板42通过高强度的螺母固定于墩柱上端伸出的预埋组件的栓杆上。

然后将活动扣件46按前述方式装配好。

梁体1安装时，其底面预埋组件伸出的栓杆与减震单元4的上连接板41之间通过高强度的螺母锁紧。

本装置的工作原理如下：

初始耗能钢板发挥传统阻尼器效果，能较大程度的吸收地震能量，保护减隔震支座和墩柱不受地震破坏。

当小地震来临时，初始耗能钢板发生微小变形，消耗一定的地震能量，由于变形量不大，此阶段主要依靠减隔震支座自身来抵抗地震作用。备用耗能构件上端与安装盒之间垫设有可挤压变形的橡胶板，所以位置稳定。

当大地震来临，初始耗能钢板发生较大剪切变形破坏，上连接板与下连接板之间产生纵向位移差，使安装盒底面的矩形孔441与备用耗能构件上端的限位孔471对正时，活动扣件46下落插入限位孔中，使备用耗能构件47发挥支撑及耗能作用，对减震单元进行自修复。

简言之，本装置可在初始耗能钢板被地震能量剪切破坏后，通过活动扣件锁定备用耗能构件，使其备用耗能构件继续支撑并耗能，进行减震单元的自修复，保护支座不受地震作用破坏，从而避免落梁破坏。