本发明专利技术涉及一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体和桥台，还包括屈曲约束支撑结构、限位滑动连接组件以及活动铰，屈曲约束支撑结构的两端分别连接所述限位滑动连接组件以及活动铰；限位滑动连接组件固定于梁体下端；屈曲约束支撑结构由连接部位、支撑内芯、外包钢管、无粘结材料组成，支撑内芯与外包钢管之间填充有砂浆或混凝土，拉索从屈曲约束支撑结构的外包钢管与支撑内芯之间的砂浆或混凝土中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构两端连接部位的锚具和锚垫板上。本发明专利技术能实现小位移自由变形、中位移耗能、大位移限位功能。其装置结构简单、可靠，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，保证桥梁的安全。
【技术实现步骤摘要】
一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置
本专利技术涉及一种桥梁防碰撞和落梁装置，尤其是一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，属于桥梁抗震和桥梁减隔震
技术介绍
近二三十年来，地震以及地震引发的次生灾害是威胁人类生存环境的主要自然灾害之一，给人类的生命财产安全造成严重损失。在一些高烈度地区，桥梁在地震作用下将发生较大的纵向位移，当位移超过允许值后导致上部结构发生碰撞或落梁震害。目前解决碰撞和落梁的方法主要是通过增大支撑连接部位的支撑面宽度和约束限位装置。虽然上述方法在一定程度上解决主梁碰撞和落梁震害，但取得的效果并不明显，特别在罕遇地震情况下梁体碰撞造成结构损伤很大，并且仍有落梁事故发生。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于BRB(即屈曲约束支撑)技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，其结构简单，使用方便、可靠，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，保证桥梁安全。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体和桥台，所述梁体端部底部与桥台之间设置有板式橡胶支座，所述组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构、限位滑动连接组件以及活动铰，所述屈曲约束支撑结构的两端分别连接所述限位滑动连接组件以及活动铰，所述活动铰设置在桥台前墙上部；所述限位滑动连接组件固定于梁体下端，能将梁体和桥台离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构，通过屈曲约束支撑结构吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞。其中，所述屈曲约束支撑结构由连接部位、支撑内芯、外包钢管、无粘结材料组成，支撑内芯与外包钢管之间填充有砂浆或混凝土，拉索从屈曲约束支撑结构的外包钢管与支撑内芯之间的砂浆或混凝土中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构两端连接部位的锚具和锚垫板上；所述支撑内芯和拉索周围涂有无粘结材料，满足泊松效应下支撑内芯和拉索的横向变形；其中，锚垫板与外包钢管之间的支撑内芯构成节点，为保证节点始终保持弹性，不发生屈曲破坏，节点设置有加强截面。所述限位滑动连接组件为板式抽拉式结构，包括两块梯形竖肢钢板和连接销轴，两块梯形竖肢钢板均设有水平式长条孔，连接销轴从水平式长条孔以及连接部位的连接孔中穿过，将梯形竖肢钢板与连接部位连接起来。进一步地，所述屈曲约束支撑结构的支撑内芯为十字型截面，材质为钢材，利用支撑内芯的弹塑性变形满足梁体的变形需求，提高材料的利用率。进一步地，所述梯形竖肢钢板的上端与梁体底部的预埋钢板焊接；预埋钢板上设置有预埋钢筋，预埋钢筋向上锚固在梁体内部，用以满足限位滑动连接组件与梁体的连接构造要求。进一步地，所述板式橡胶支座底部设置有支座垫石。进一步地，拉索采用高强度低松弛钢绞线，其单束公称直径为15.24mm，抗拉强度为1860MPa。进一步地，所述屈曲约束支撑结构与连接销轴间以及屈曲约束支撑结构和活动铰间均为活动式螺栓连接结构，可满足对屈曲约束支撑结构的更换要求。进一步地，与连接销轴相连的节点及连接部位的设计承载力应大于屈曲约束支撑结构的极限承载力，使节点和连接部位保持弹性，避免节点和连接部位提前进入屈服，保证屈曲约束支撑结构有效工作。其中，在初始安装位置，所述连接销轴位于水平式长条孔的中间位置，可在水平式长条孔中滑动，可满足梁体的小变位需求，此时，拉索呈不受拉且不受压的自由状态，其松弛长度为水平式长条孔与连接销轴的间距Δ1和屈曲约束支撑结构的极限拉伸变形值Δ2之和；正常运营或小震情况下，梁体发生顺桥向位移，限位滑动连接组件的连接销轴在水平式长条孔中可自由移动，满足了温度、风荷载和小震情况下变形需求；在中震作用下，梁体与桥台的相对位移增大，当限位滑动连接组件中水平式长条孔两端中任意一端与连接销轴接触时，激活屈曲约束支撑结构，通过屈曲约束支撑结构塑性变形来耗散地震能量，进而有效防止桥梁发生落梁，降低梁体(2)与桥台(3)的碰撞风险；在大震作用下，当梁体与桥台的相对分离位移增大较大，超过屈曲约束支撑结构的变形能力，即屈曲约束支撑结构失效，此时拉索发挥作用，减小梁体纵向位移，大大降低了梁体落梁风险；而当相对闭合位移继续增大时，屈曲约束支撑结构的压缩变形值持续增大，此时桥台上的橡胶垫发挥作用，减轻了梁体与桥台间的碰撞效应。或者进一步地，可采用桥墩替代上述桥台，将屈曲约束支撑结构以及拉索设置在梁体与桥墩之间。相对于现有技术，本专利技术具有如下技术效果：采用本专利技术的基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置后，防碰撞与防落梁装置结构简单、可靠，能有效控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，保证桥梁的安全。同时，本专利技术对不同桥型及抗震设防等级桥梁具有较好的适用性，基于“保险丝”理念设计BRB结构的核心段长度、数量(截面面积)及刚度参数，根据设计规范要求调整拉索的束数，满足不同工程抗震设计需求。本专利技术采用类似“保险丝”功能的基于屈曲约束支撑(BRB)技术的方案，在地震作用下梁体与墩(台)间发生相对位移时，屈曲约束支撑总会发生屈服，不会发生屈曲，利用其较好的滞回耗能使得本专利技术防坠落与防碰撞能力显著加强，配合拉索和橡胶垫，结构简单，成本较低，能有效地控制桥梁在地震时发生落梁或碰撞，便于推广和使用。附图说明图1是本专利技术的一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置应用时的结构示意图。图2是本专利技术应用时的结构主视图。图3是本专利技术应用时的结构A-A剖面图。图4是本专利技术应用时的结构B-B剖面图。图5为屈曲约束支撑(BRB)示意图。图6为屈曲约束支撑(BRB)(不含连接部位)组成图。图中：1、屈曲约束支撑结构；2、梁体；3、桥台；4、限位滑动连接组件；5、活动铰；6、支座垫石；7、板式橡胶支座；8、连接部位钢板、锚具及锚垫板；9、钢板孔道；10、拉索；11、橡胶垫；12、砂浆或混凝土；1a、连接部位；1b、支撑内芯；1c、外包钢管；1d、无粘结材料；1e、节点；4a、预埋钢筋；4b、预埋钢板；4c、梯形竖肢钢板；4d、水平式长条孔；4e、连接销轴；5a、活动铰连接螺杆；5b、活动铰连接钢板；5c、活动铰预埋钢板；5d、活动铰预埋钢筋。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。实施例1如图1-6所示，本专利技术的一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体2和桥台3，梁体2端部底部与桥台3之间设置有板式橡胶支座7，板式橡胶支座7底部设置有支座垫石6。组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构1、限位滑动连接组件4以及活动铰5，屈曲约束支撑结构1的两端分别连接限位滑动连接组件4以及活动铰5，活动铰5设置在桥台3前墙上部；限位滑动连接组件4固定于梁体2下端，能将梁体2和桥台3离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构1，通过屈曲约束支撑结构1吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞。其中，屈曲约束支撑结构1由连接部位1a、支撑内芯1b、外包钢管1c、无粘结材料1d组成，支撑内芯1b与外包钢管1c之间填充有砂浆或混凝土12，屈曲约束支撑结构1的支撑内芯1b为十字型截面，材质为钢材，利用支撑内芯1b的弹塑性变形满足梁体的变形需求，提高材料的利用率。拉索10从本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体(2)和桥台(3)，所述梁体(2)端部底部与桥台(3)之间设置有板式橡胶支座(7)，其特征在于：所述组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构(1)、限位滑动连接组件(4)以及活动铰(5)，所述屈曲约束支撑结构(1)的两端分别连接所述限位滑动连接组件(4)以及活动铰(5)，所述活动铰(5)设置在桥台(3)前墙上部；所述限位滑动连接组件(4)固定于梁体(2)下端，能将梁体(2)和桥台(3)离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构(1)，通过屈曲约束支撑结构(1)吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞；其中，所述屈曲约束支撑结构(1)由连接部位(1a)、支撑内芯(1b)、外包钢管(1c)、无粘结材料(1d)组成，支撑内芯(1b)与外包钢管(1c)之间填充有砂浆或混凝土(12)，拉索(10)从屈曲约束支撑结构(1)的外包钢管(1c)与支撑内芯(1b)之间的砂浆或混凝土(12)中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构(1)两端连接部位(1a)的锚具和锚垫板(8)上；所述支撑内芯(1b)和拉索(10)周围涂有无粘结材料(1d)，满足泊松效应下支撑内芯(1b)和拉索(10)的横向变形；其中，锚垫板(8)与外包钢管(1c)之间的支撑内芯(1b)构成节点(1e)，为保证节点(1e)始终保持弹性，不发生屈曲破坏，节点(1e)设置有加强截面；所述限位滑动连接组件(4)为板式抽拉式结构，包括两块梯形竖肢钢板(4c)和连接销轴(4e)，两块梯形竖肢钢板(4c)均设有水平式长条孔(4d)，连接销轴(4e)从水平式长条孔(4d)以及连接部位(1a)的连接孔中穿过，将梯形竖肢钢板(4c)与连接部位(1a)连接起来。...
【技术特征摘要】
1.一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，包括梁体(2)和桥台(3)，所述梁体(2)端部底部与桥台(3)之间设置有板式橡胶支座(7)，其特征在于：所述组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置还包括屈曲约束支撑结构(1)、限位滑动连接组件(4)以及活动铰(5)，所述屈曲约束支撑结构(1)的两端分别连接所述限位滑动连接组件(4)以及活动铰(5)，所述活动铰(5)设置在桥台(3)前墙上部；所述限位滑动连接组件(4)固定于梁体(2)下端，能将梁体(2)和桥台(3)离合时的地震力传递给屈曲约束支撑结构(1)，通过屈曲约束支撑结构(1)吸能或变形来消耗能量，有效地防止落梁和碰撞；其中，所述屈曲约束支撑结构(1)由连接部位(1a)、支撑内芯(1b)、外包钢管(1c)、无粘结材料(1d)组成，支撑内芯(1b)与外包钢管(1c)之间填充有砂浆或混凝土(12)，拉索(10)从屈曲约束支撑结构(1)的外包钢管(1c)与支撑内芯(1b)之间的砂浆或混凝土(12)中穿过，分别锚固在屈曲约束支撑结构(1)两端连接部位(1a)的锚具和锚垫板(8)上；所述支撑内芯(1b)和拉索(10)周围涂有无粘结材料(1d)，满足泊松效应下支撑内芯(1b)和拉索(10)的横向变形；其中，锚垫板(8)与外包钢管(1c)之间的支撑内芯(1b)构成节点(1e)，为保证节点(1e)始终保持弹性，不发生屈曲破坏，节点(1e)设置有加强截面；所述限位滑动连接组件(4)为板式抽拉式结构，包括两块梯形竖肢钢板(4c)和连接销轴(4e)，两块梯形竖肢钢板(4c)均设有水平式长条孔(4d)，连接销轴(4e)从水平式长条孔(4d)以及连接部位(1a)的连接孔中穿过，将梯形竖肢钢板(4c)与连接部位(1a)连接起来。2.根据权利要求1所述的一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，其特征在于：所述屈曲约束支撑结构(1)的支撑内芯(1b)为十字型截面，材质为钢材，利用支撑内芯(1b)的弹塑性变形满足梁体的变形需求，提高材料的利用率。3.根据权利要求1所述的一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，其特征在于：所述梯形竖肢钢板(4c)的上端与梁体(2)底部的预埋钢板(4b)焊接；预埋钢板(4b)上设置有预埋钢筋(4a)，预埋钢筋(4a)向上锚固在梁体(2)内部，用以满足限位滑动连接组件(4)与梁体(2)的连接构造要求。4.根据权利要求3所述的一种基于BRB技术的组合式多级抗震桥梁防碰撞和落梁装置，其特征在于：所述板式橡胶支座(7)底部设置有支座垫石(6)。5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王军文，白维刚，刘丽杰，杨焕英，张艳青，罗超，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13
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