一种可在损伤后主动进行替代修复的高铁桥梁减震装置

技术领域

本发明属于高速铁路桥梁减震领域，具体为一种可在损伤后主动进行替代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：

一方面为支座两端分别与上部结构(主梁等)和盖梁桥墩连接形成串联结构。减隔震装置本身的刚度(屈后刚度)较小。串联后的整体刚度在数值上靠近小值,从而使串联后的结构体系变柔，避开地震能量的高频区域，减小结构地震响应。

另一方面为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支撑保护；

2、耗能设备无法在地震作用下进行自修复，必需进行更换；

所以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在损伤后主动进行替代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，减震单元的单元主体分别通过预埋组件与梁体和预制墩柱连接固定。所述单元主体包括初始耗能构件和与其平行设置的备用耗能构件，初始耗能构件被剪切破坏时，备用耗能构件能自动改变位置来替代初始耗能构件的支撑及耗能作用，进行减震单元的自修复。

上述技术方案实施时，所述单元主体还包括工字形的板结构体，其上翼板、下翼板长度方向中心面之间连接所述初始耗能构件，初始耗能构件为矩形钢板。

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，所述上翼板的长度方向底面两端对称固定有所述备用耗能构件的上安装台，上安装台的底部外侧设置有下倾斜的上滑槽，上滑槽的横断面形状为T形。

上述技术方案实施时，所述下翼板的长度方向顶面两端对称固定有所述备用耗能构件的下安装台，下安装台的顶部外侧设置有下倾斜的下滑槽，下滑槽的横断面形状为倒T形。

上述技术方案实施时，所述下滑槽与上滑槽的宽度相同，长度大于上滑槽的长度，下滑槽与上滑槽的宽度方向中心面错位。

上述技术方案实施时，所述备用耗能构件包括顶面和底面均为下斜面的矩形钢板，及矩形钢板顶面和底面往两侧对称外延的耳板。

上述技术方案实施时，所述备用耗能构件的顶面和底面分别固定耐磨橡胶板。

上述技术方案实施时，所述上安装台的外侧面连接有所述备用耗能构件的上约束构件，上约束构件为水平L形板，两侧的上约束构件反对称布置。

上述技术方案实施时，所述下安装台的顶面连接有备用耗能构件的下部约束构件，下部约束构件为倒U形板。

本发明中，减震单元的单元主体包括初始耗能构件和与其平行设置的备用耗能构件。初始耗能构件被剪切破坏时，备用耗能构件能自动改变位置来替代初始耗能构件的支撑及耗能作用，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。具体来说，初始耗能构件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，初始耗能构件发生微小变形，消耗一定的地震能量，由于变形量不大，所以备用耗能构件保持初始安装位置不变，此时主要依靠减隔震支座自身来抵抗地震作用。当大地震来临，初始耗能构件发生较大剪切变形破坏，备用耗能构件向着初始耗能板方向滑动起支撑耗能作用，保护墩柱上端的减隔震支座免于破坏，从而避免落梁破坏。简言之，本装置可在初始耗能构件被地震能量剪切破坏后，通过备用耗能构件自动改变位置来继续支撑并耗能，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中减震单元的单元主体的放大结构示意图。

图3为图2的前视示意图。

图4为图2去掉弹簧及其安装结构后的结构示意图。

图5为图4中上翼板与上安装台装配件的放大结构示意图。

图6为图4中下翼板与下安装台装配件的放大结构示意图。

图7为图4中备用耗能构件的放大结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种可自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。

减震单元4包括单元主体和其上下侧分别连接的预埋组件。

结合图2至图7可知：

单元主体包括上翼板41、下翼板42、初始耗能钢板43、上安装台44、下安装台45、备用耗能钢板46、上挡板47、下挡板48、水平弹簧49。

上翼板41、下翼板42和初始耗能钢板43均为矩形钢板。

初始耗能钢板43焊接于上翼板41和下翼板42之间的长度方向中心面上。

上翼板41的长度方向底面两端关于初始耗能钢板43对称焊接有上安装台44。

上安装台44的底面为从外往内的下斜面，底面外侧设置有同斜度的上滑槽，上滑槽的横断面形状为T形。

下翼板42的长度方向顶面两端关于初始耗能钢板43对称焊接有下安装台45。

下安装台45的顶面为从外往内的下斜面，底面外侧设置有同斜度的下滑槽，下滑槽的横断面形状为倒T形。

下安装台45与上安装台44左右错位布置，下安装台的外侧位于上安装台的外侧之外，下滑槽的长度大于上滑槽的长度，且上滑槽的内端面位于下滑槽的内端面之外。

下滑槽和上滑槽的宽度方向中心面错位，以便于备用耗能钢板的安装及初定位，及后续初始耗能钢板43被剪切破坏后备用耗能钢板46可自滑动改变位置。

备用耗能钢板46包括矩形板体和顶部和底部两侧对称外延的耳板。

备用耗能钢板46的顶面和底面分别粘固橡胶板，图中未示出。

备用耗能钢板46装配时，通过底部的耳板作为导向结构滑入下安装台45上的下滑槽中，直至备用耗能钢板的顶部内侧与上安装台44的外侧面接触。

备用耗能钢板46与初始耗能钢板43之间设置水平弹簧49，使保持备用耗能钢板安装后的竖直状态。

初始耗能钢板43的两侧和备用耗能钢板46的内侧对应设置多排多列连接杆，各连接杆的末端设置连接环，水平弹簧49的两端固定于连接环上。

备用耗能钢板46装配好后，分别在上安装台44和下安装台45上焊接上挡板47和下挡板48。

上挡板47为水平的L形，焊接于上安装台44的外侧，长臂位于备用耗能钢板外。

两个上安装台44上的上挡板47反对称布置。

下挡板48为倒U形，焊接于下安装台45的顶面外侧对应备用耗能钢板的外侧。

单元主体在工厂生产时，上翼板41与上安装台44焊接成整体，下翼板42与下安装台45焊接成整体，再将它们通过初始耗能钢板43焊接成工字形结构的整体件。

备用耗能钢板46先不安装，所以水平弹簧49也不安装。

上挡板47和下挡板48也不与上、下翼板焊接。

预埋组件采用常规结构(图中未示出)，包括与上、下翼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单元主体的上、下翼板平面尺寸相同，与单元主体的上、下翼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、下翼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、下翼板配对加工圆孔，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在施工现场装配时，先将单元主体的下翼板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。

然后将备用耗能钢板46的底部从下安装台45的下滑槽外侧滑入下滑槽中，直至备用耗能钢板46的顶部内侧与上安装台44的外侧面贴合。

然后在上安装台44上焊接上挡板47，在下安装台45上焊接下挡板48，两侧的上挡板47注意方向相反。

最后在备用耗能钢板46与初始耗能钢板43之间安装水平弹簧49。

梁体1安装时，其底面预埋组件伸出的栓杆与减震单元4的上翼板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，所以备用耗能钢板保持初始安装位置不变，此时主要依靠减隔震支座自身来抵抗地震作用。同时备用耗能钢板通过上、下挡板挡住限位。

当大地震来临，初始耗能钢板发生较大剪切变形破坏，上翼板与下翼板之间产生纵向位移差，使上安装台上的上滑槽与下安装台上的下滑槽对正时，备用耗能钢板沿着上、下滑槽向着初始耗能板方向滑动，直至备用耗能钢板滑行至上滑槽的内端限位。

备用耗能钢板向内滑动的过程中，可通过其两端的橡胶板摩擦耗能，滑动到位后起支撑耗能作用，保护墩柱上端的减隔震支座免于破坏，从而避免落梁破坏。

由于初始耗能钢板的厚度及材质不同，被剪切破坏时的变形量会不同，所以上凹槽与下凹槽宽度方向中心面之间的错位差需根据初始耗能钢板的具体参数进行计算，一般取10个毫米左右。

在初始耗能钢板的两侧对称设置备用耗能钢板，因为地震作用上、下翼板之间的纵向位移差可以向左也可以向右，设置两组备用耗能组件，以确保两种情况都能使备用耗能钢板发挥作用。

简言之，本装置可在初始耗能钢板被地震能量剪切破坏后，通过备用耗能构件自动改变位置来继续支撑并耗能，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。