一种适用于低净高墩梁的耗能装置及桥梁

技术领域

本申请涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种适用于低净高墩梁的耗能装置及桥梁。

背景技术

目前，随着桥梁设计、研究及建造技术的快速发展，桥梁体系类型也越来越多种多样，国内桥梁消能减震装置多用于桥梁纵向的减震，而用于解决桥梁横向减震问题的阻尼器则很少。

相关技术中，横向减震阻尼器中的金属阻尼元件以其滞回耗能性能稳定、形式变化多样及成本经济等优点得到了结构工程师的青睐，特别是软钢阻尼器的出现，从此在结构工程中掀起了金属阻尼元件的研究热潮。

但是，传统的黏滞阻尼器或者金属阻尼器对纵向空间的大小有一定的要求，有些桥梁的隔震层空间比较小，或者桥梁的主梁与墩柱间净高比较低，此时桥梁的横桥向在隔震层或者主梁与墩柱间就无法使用传统的黏滞阻尼器或者金属阻尼器来进行消能减振。

发明内容

本申请实施例提供一种适用于低净高墩梁的耗能装置及桥梁，以解决相关技术中桥梁的隔震层空间不足，或者主梁与墩柱间净高较低时，桥梁的横桥向在隔震层或者主梁与墩柱间无法使用传统黏滞阻尼器或者金属阻尼器来进行消能减振的问题。

第一方面，提供了一种适用于低净高墩梁的耗能装置，其包括：

第一耗能单元，其用于与主梁相连，所述第一耗能单元包括第一滑动板；

第二耗能单元，其用于与墩梁相连，所述第二耗能单元包括设于所述第一滑动板下方的第二滑动板；

弹性阻尼单元，其包括多个间隔设于所述第二耗能单元两侧的弹性阻尼元件，所述弹性阻尼元件的两端分别与所述第一耗能单元和第二耗能单元相连；其中，

所述弹性阻尼单元用于通过调节其两端安装时的距离以调节所述第一滑动板和第二滑动板之间的间隙，所述弹性阻尼元件还用于在该间隙为零时调节所述第一滑动板和第二滑动板之间沿竖直方向的作用力，所述第一滑动板和第二滑动板用于在间隙为零时滑动连接，以与所述弹性阻尼单元共同用于阻尼减震。

一些实施例中，所述第一耗能单元还包括连接组件，所述连接组件用于与所述主梁相连，且还用于将所述主梁沿桥梁横向的位移传递至所述第一滑动板，并用于将位移量至少放大一倍。

一些实施例中，所述连接组件包括：

多个旋转曲柄，所述旋转曲柄的一端用于与主梁相连，另一端与所述第一滑动板相连；

多根支撑铰轴，所述支撑铰轴穿设于所述旋转曲柄上，且两端均与所述第二耗能单元连接固定；其中，

所述旋转曲柄用于在所述主梁的驱动下绕对应所述支撑铰轴转动，以带动所述第一滑动板沿桥梁横向移动。

一些实施例中，所述旋转曲柄与第一滑动板之间设有至少一缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的一端与其中一所述旋转曲柄相连，另一端与所述第一滑动板相连。

一些实施例中，所述第一耗能单元还包括中部连接板，所述中部连接板设于所述旋转曲柄和第一滑动板之间，并分别与所述旋转曲柄和第一滑动板相连，所述中部连接板与所述缓冲弹簧远离对应所述旋转曲柄的一端相连，所述中部连接板与桥梁纵向平行的两侧均与部分所述弹性阻尼单元位于上方的一端相连。

一些实施例中，所述第二耗能单元还包括至少两组支撑单元，至少两组所述支撑单元分别设于所述第二耗能单元与桥梁横向平行的两侧，所述支撑单元包括至少一竖向设置的支撑板，所述支撑板的底端用于与所述墩梁相连，所述支撑板与支撑铰轴位于同侧的一端端部相连。

一些实施例中，所述第一滑动板的底面设有凸起部，所述第二滑动板的顶面设有与所述凸起部匹配的凹槽。

一些实施例中，所述凸起部和凹槽的表面均涂敷有增摩涂层。

一些实施例中，所述弹性阻尼元件呈框架结构，所述弹性阻尼元件包括开放端和封闭端，所述开放端的尺寸可以调节，且所述开放端的两端分别与所述第一耗能单元和第二耗能单元相连。

第二方面，提供了一种桥梁，其包括：

墩梁，所述墩梁的顶部设有主梁；

至少一上述的耗能装置，所述耗能装置设于所述墩梁和主梁之间。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种适用于低净高墩梁的耗能装置，由于第一耗能单元包括第一滑动板，第二耗能单元包括设于第一滑动板下方的第二滑动板，第二耗能单元两侧的弹性阻尼元件的两端分别与第一耗能单元和第二耗能单元相连，以使弹性阻尼单元通过调节其两端安装时的距离即可调节第一滑动板和第二滑动板之间的间隙，还可以在该间隙为零时调节第一滑动板和第二滑动板之间沿竖直方向的作用力，使得第一滑动板和第二滑动板在间隙为零时滑动连接，与弹性阻尼单元共同用于桥梁的阻尼减震，因此，本耗能装置可以根据墩梁之间的实际净高去调整第一滑动板和第二滑动板之间的间隙，从而适应具有不同净高尤其是低净高情况下的墩梁的安装，除此以外，除了弹性阻尼单元可以用于桥梁的阻尼减震外，第一滑动板和第二滑动板在间隙为零滑动连接时，能进一步辅助弹性阻尼单元共同进行桥梁的阻尼减震，提高了适用范围的同时也保证了阻尼减震的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的适用于低净高墩梁的耗能装置的主视图；

图2为本申请实施例提供的适用于低净高墩梁的耗能装置的侧视图；

图3为本申请实施例提供的适用于低净高墩梁的耗能装置的俯视图；

图4为本申请实施例提供的适用于低净高墩梁的耗能装置的仰视图

图5为本申请实施例提供的适用于低净高墩梁的耗能装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的桥梁的结构示意图。

图中：1-第一耗能单元，10-第一滑动板，11-中部连接板，12-顶座，13-顶座连接板，2-第二耗能单元，20-第二滑动板，21-支撑单元，210-支撑板，211-支撑拉杆，22-摩擦底座，23-底座连接板，3-弹性阻尼单元，30-弹性阻尼元件，4-主梁，5-连接组件，50-旋转曲柄，51-缓冲弹簧，52-支撑铰轴，6-墩梁，7-基础结构，8-承台体，9-隔震装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种适用于低净高墩梁的耗能装置，其能解决相关技术中桥梁的隔震层空间不足，或者主梁与墩柱间净高较低时，桥梁的横桥向在隔震层或者主梁与墩柱间无法使用传统黏滞阻尼器或者金属阻尼器来进行消能减振的问题。

参见图1和图5所示，本耗能装置主要包括第一耗能单元1、第二耗能单元2和弹性阻尼单元3，其中，第一耗能单元1位于第二耗能单元2的上方，第一耗能单元1主要用于与主梁4连接固定，第一耗能单元1包括第一滑动板10；第二耗能单元2则主要用于与墩梁6相连，第二耗能单元2包括设于第一滑动板10下方的第二滑动板20；弹性阻尼单元3包括多个间隔设于第二耗能单元2两侧的弹性阻尼元件30，弹性阻尼元件30的两端分别与第一耗能单元1和第二耗能单元2相连，其中，弹性阻尼单元3用于通过调节其两端安装时的距离以调节第一滑动板10和第二滑动板20之间的间隙，第一滑动板10和第二滑动板20之间的间隙大小则决定了耗能装置的整体高度，因此，本耗能装置可以根据桥梁墩梁6之间的实际净高去调整第一滑动板10和第二滑动板20之间的间隙，从而适应具有不同净高尤其是低净高情况下的墩梁6的安装，解决了部分桥梁的隔震层空间比较小，或者桥梁的主梁4与墩柱间净高比较低时，桥梁的横桥向在隔震层或者主梁4与墩柱间无法使用传统的黏滞阻尼器或者金属阻尼器来进行消能减振的问题；另外，弹性阻尼元件30除了可以调节第一滑动板10和第二滑动板20之间的间隙大小的同时，其依靠自身可以发生弹性变形，还主要起到在桥梁的主梁4发生位移时通过弹性变形而对桥梁本身进行阻尼减震的作用，弹性阻尼元件30还用于在第一滑动板10和第二滑动板20之间的间隙为零时，也即第一滑动板10和第二滑动板20全面接触且滑动连接时，调节第一滑动板10和第二滑动板20之间沿竖直方向的作用力，进而调节第一滑动板10在主梁4的驱动下相对第二滑动板20移动时的摩擦力的大小，因此，第一滑动板10和第二滑动板20还用于在间隙为零滑动连接时，与弹性阻尼单元3共同用于桥梁的阻尼减震，使得本耗能装置在提高了适用范围的同时也保证了阻尼减震的效果。

进一步的，参见图1和图5所示，第一耗能单元1还包括连接组件5，连接组件5主要用于与主梁4相连，且还用于将主梁4沿桥梁横向的位移传递至第一滑动板10，并用于将位移量至少放大一倍。具体的，连接组件5设于第一滑动板10的上方，其主要用于起到连接主梁4和第一滑动板10的作用，最重要的是，当桥梁的主梁4由于外界的原因发生横向位移时，主梁4通过连接组件5可以同步驱动第一滑动板10朝对应的方向同样发生移动，且连接组件5可以将位移的大小放大，也即第一滑动板10在位移的同时，其同步移动的位移量至少大于主梁4沿桥梁横向的位移量，由于桥梁在正常使用状态下一般会发生比较大的纵向变形，而横向变形较小，目前应用在桥梁中的金属阻尼元件在横向变形较小的情况下，普遍存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减震作用的问题，连接组件5的设置能够有效放大桥梁沿横向的相对位移，进而可以增大弹性阻尼元件30的运动位移，使得弹性阻尼元件30的耗能特性增加，降低桥梁结构的动力响应。

进一步的，参见图2和图5所示，连接组件5主要包括多个旋转曲柄50和多根支撑铰轴52，多根旋转曲柄50间隔设于主梁4的下方，旋转曲柄50的一端用于与主梁4相连，另一端与第一滑动板10相连，支撑铰轴52则穿设于旋转曲柄50上，且两端均与第二耗能单元2连接固定，也即支撑铰轴52可以同时穿设于多个旋转曲柄50上，并通过与第二耗能单元2连接固定后作为固定支撑点，当主梁4发生位移时，旋转曲柄50可以用于在主梁4的驱动下绕对应支撑铰轴52作为支点发生转动，进而以带动另一端第一滑动板10沿桥梁横向移动。

进一步的，参见图1和图5所示，旋转曲柄50与第一滑动板10之间设有至少一缓冲弹簧51，缓冲弹簧51的一端与其中一旋转曲柄50相连，另一端与第一滑动板10相连。具体的，每一旋转曲柄50与第一滑动板10之间均设有至少一缓冲弹簧51，缓冲弹簧51主要用于在主梁4移动并通过旋转曲柄50驱动第一滑动板10移动时发生拉伸形变以及压缩形变，通过自身的形变给第一滑动板10提供一个位移时的缓冲力，此外，缓冲弹簧51的形变在一定程度上同样起到了耗能减震的作用。

进一步的，参见图5所示，第一耗能单元1还包括中部连接板11，中部连接板11可以为钢筋混凝土结构，中部连接板11设于旋转曲柄50和第一滑动板10之间，并分别与旋转曲柄50和第一滑动板10直接相连，中部连接板11与缓冲弹簧51远离对应旋转曲柄50的一端相连，也即旋转曲柄50远离主梁4的一端与中部连接板11的顶部相连，中部连接板11的底部与第一滑动板10的顶部贴设并固定连接，两者为一个整体，当主梁4发生位移时，其驱动中部连接板11与第一滑动板10整体移动；中部连接板11与桥梁纵向平行的两侧均与部分弹性阻尼单元3位于上方的一端相连，因此，也即弹性阻尼单元3位于上方的一端直接与中部连接板11相连，弹性阻尼单元3的分布方位也使其可以很好的对主梁4沿桥梁横向移动时产生阻尼减震的作用。

进一步的，参见图1和图5所示，第二耗能单元2还包括至少两组支撑单元21，至少两组支撑单元21分别设于第二耗能单元2与桥梁横向平行的两侧，也即两组支撑单元21设置的方向与弹性阻尼单元3设置的方向相互垂直；支撑单元21主要包括至少一竖向设置的支撑板210，支撑板210的底端用于与墩梁6相连，支撑板210与支撑铰轴52位于同侧的一端端部相连。具体的，从结构设计的角度出发，支撑板210呈尺寸从上至下逐渐变大的梯形结构，其底端与墩梁6固定相连，因此可以作为支撑铰轴52的固定连接元件，在本实施例中，优选的，支撑板210的数量有多块，并排设置的同时，多块支撑板210上跨设有横向设置的支撑拉杆211，支撑拉杆211用于将同侧的多块支撑板210连接固定为一个整体。

进一步的，参见图1、图2和图5所示，第一滑动板10的底面设有凸起部，第二滑动板20的顶面设有与凸起部匹配的凹槽，具体的，凸起部与凹槽的曲率半径相同，也即当第一滑动板10与第二滑动板20之间存在间隙时，凸起部与凹槽的表面几乎平行，当第一滑动板10与第二滑动板20之间的间隙为零时，凸起部可以与凹槽完全贴合，凸起部在主梁4的驱动下可以相对凹槽沿桥梁横向发生移动，两者之间继而产生摩擦，为桥梁提供阻尼减震。

进一步的，凸起部和凹槽的表面均涂敷有增摩涂层，具体的，该增摩涂层可以根据滞回耗能指标进行设置具体的摩擦系数，通过调节摩擦系数来调节第一滑动板10与第二滑动板20产生相对移动时的摩擦耗能的量级，以适应不同的桥梁。

进一步的，弹性阻尼单元3具体呈框架结构，在本实施例中，优选的，其一体成型，整体均采用弹性材料制得，材料可以为软钢、硬钢、合金钢、铝材、复合材料、高阻尼橡胶等；弹性阻尼单元3具体包括开放端和封闭端，开放端包括开口，开放端的尺寸也即开口的尺寸可以通过形变来调节，且开放端处开口的两端分别与第一耗能单元1和第二耗能单元2相连，也即在安装时，根据墩梁6之间的实际净高大小，确定耗能装置的总体高度，继而确定第一滑动板10与第二滑动板20之间间隙的大小，从而根据上述确定的参数对弹性阻尼元件30进行安装前塑形，由于其塑形后会发生形变，形变对应会产生回复力，因此若需要扩大第一滑动板10与第二滑动板20之间的间隙，则将弹性阻尼元件30开放端处开口的两端在安装时压缩，缩小开口的尺寸，其产生的沿相背的回复力会驱动第一滑动板10与第二滑动板20之间远离；若需要缩小第一滑动板10与第二滑动板20之间的间隙，或者增加两者之间的作用力，则将弹性阻尼元件30开放端处开口的两端在安装时扩大，增加开口的尺寸，其产生的沿相向的回复力会驱动第一滑动板10与第二滑动板20之间靠近。因此，通过调节弹性阻尼元件30的形状、材性以及尺寸等参数可以来调节弹性阻尼元件30的阻尼特性以及整个耗能装置沿高度方向的尺寸。此外，弹性阻尼元件30的形状可以多种多样，比如可以为U形，J形或是异形，但不管呈什么形状，从结构设计的角度出发，其顶角均为圆角。

进一步的，参见图3、图4和图5所示，第一耗能单元1还包括顶部连接组件，顶部连接组件具体包括顶座12和顶座连接板13，顶座连接板13设于顶座12的上方，其上设有多个间隔设置的装配孔，并通过该装配孔与主梁4直接固定连接，顶座12的顶面与顶座连接板13固定相连，底面则与旋转曲柄50远离中部连接板11的一端相连；同理的，第二耗能单元2还包括底部连接组件，底部连接组件具体包括摩擦底座22和底座连接板23，底座连接板23设于摩擦底座22的下方，其上同样设有多个间隔设置的装配孔，并通过该装配孔与墩梁6直接固定连接，摩擦底座22的底面与底座连接板23固定相连，底面则与第二滑动板20的底面相连，在本实施例中，优选的，弹性阻尼元件30为下方的端部与摩擦底座22沿桥梁纵向平行设置的两侧相连。

本申请还提供了一种桥梁，参见图6所示，本桥梁从下至上主要包括基础结构7、承台体8、墩梁6以及主梁4，其中，墩梁6的顶部设有主梁4，墩梁6与主梁4之间设有隔震装置9，且墩梁6与主梁4之间形成收容间隙，至少一上述的耗能装置设于所述墩梁6和主梁4之间，也即设于该收容间隙内，在本实施例中，优选的，耗能装置的数量有多个。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。