[发明专利]一种双向摇摆桥墩铰

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程的建设领域，尤其是涉及一种可双向摇摆桥墩铰构造方式。

技术背景

我国是地震多发国家，尤其是西部地区，阿尔卑斯地震带(也称欧亚地震带)贯穿我国西南地区，导致这些地方的地震灾害较频繁。由于我国西部地区主要是山区，地形复杂，公路、铁路沿线的桥梁和隧道很多，其中桥梁以梁式桥为主，简支梁桥居多。

历次震害调查表明：地震中连续梁桥比简支梁桥的破坏更严重，而且连续梁桥相对于简支梁桥而言支座和上部结构的震害都较轻，地震能量主要靠下部结构的墩柱来消耗，墩柱的折断是导致连续梁桥出现倒塌的主要原因。

为了避免桥梁墩柱在地震中发生脆性破坏，美日等发达国家率先提出了延性抗震设计理念和能力保护设计方法，并将这一理论成功写入规范并应用到工程实际。由于我国的桥梁抗震工作起步较晚(1976年唐山大地震后才开始重视)，直到2008年才将这一理论写入公路桥梁抗震设计的相关规范和细则中。在我国《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)中明确规定按照延性抗震设计理论的一个重要原则—能力保护原则，将桥梁墩柱按延性构件进行设计，将盖梁、基础和结点等按能力保护构件进行设计。即使下部结构各构件之间形成强度等级差异，以确保钢筋混凝土桥墩在地震中首先发生弹塑性变形而盖梁、基础等作为能力保护构件不超出弹性的范围，从而防止结构在地震中出现突然的脆性破坏模式。墩柱等延性构件的设计主要是通过预先确定潜在塑性铰的合理位置，以保证结构在地震作用下形成一个适当的塑性耗能机制。一般潜在塑性应选择在易于发现且便于修复的位置，对于独柱式桥墩，一般选择在墩柱底部，对于框架墩一般选择在墩柱的顶部或底部。

鉴于延性抗震设计理论在我国桥梁抗震设计中应用时间相对较短，加上地震荷载的特殊性和复杂性，致使该理论在实际应用中难免存在一些不足之处，其理论的合理性还需要经过以后发生的大地震的考验。因此本发明可双向摇摆桥墩铰构造方式通过预埋在上下两个矩形中空外套筒中的钢筋安装于桥墩中可能形成塑性铰的位置。正常使用状态下，由外部连接保护套筒将上下两个外套筒焊接，且焊缝的强度能保证桥墩的正常工作。当地震作用，首先被破坏的是外连接保护套筒与上下两个外套筒之间的连接，并且耗散部分地震能量。此外外部连接保护套筒的屈服点较低，易变形的能力为上下两个悬挂套筒的转动创造条件，当位移较大，悬挂支架相对核心套筒相应产生较大的转角，此时刚性挡块开始工作，将转角限制在可控的范围，从而达到桥梁结构的减震效果，大大减轻桥梁结构在地震中可能出现的破坏。

发明内容：

本发明公开一种双向摇摆桥墩铰，该装置在地震作用下可形成人工塑性铰，其双向摇摆作用可达到隔震的效果，从而减轻桥梁结构的地震灾害。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双向摇摆桥墩铰，其包括矩形中空核心筒，整体悬挂套筒以及外部保护套筒。所述整体悬挂套筒由矩形中空外套筒，刚性转轴，刚性支架，刚性托板和刚性挡块组成；所述矩形中空外套筒通过与所述刚性托板焊接，并通过所述刚性转轴安装于所述矩形中空核心筒两端的预留半圆形凹槽内，同时焊接在刚性托板两侧的刚性挡块又能限制刚性支架的转动幅度，使得所述整体悬挂套筒在地震力作用下可相对所述矩形中空核心筒在一定角度范围内转动；所述整体悬挂套筒上下各一个，其通过外部连接保护套筒焊接形成一个整体，使得所述整体悬挂套筒在正常使用状态下不产生转动，保证上部结构的安全。

进一步地，所述矩形中空核心筒由高强钢制成，在所述矩形中空核心筒的上下底面各设置有一个半圆形凹槽，且所述这两个半圆形凹槽的开口位于不同的侧面上，用于安装转动方向正交的悬挂支架。

进一步地，所述整体悬挂套筒由矩形中空外套筒，刚性转轴，刚性支架，刚性托板和刚性挡块组成。所述刚性转轴和所述刚性支架固结形成整体，所述刚性支架和所述刚性托板通过所述铰链轴铰接并可相对转动。在所述刚性托板上在所述刚性支架两侧焊接有限制刚性支架转动角度的刚性挡块。上、下部悬挂支架可分别在与各自转轴垂直的平面内转动，由于上下部悬挂支架的转轴方向垂直，故上下部悬挂支架的转动方向彼此正交。

进一步地，所述刚性转轴直接安装于所述矩形中空核心筒上下断面预留的半圆形凹槽内，且所述刚性转轴的半径小于所述矩形中空核心筒上下端面预留的半圆形凹槽，使得转轴可在凹槽内自由转动。

进一步地，所述两个矩形中空外套筒由高强钢组成，并与所述悬挂支架上的刚性托板的侧面焊接并形成一个整体悬挂套筒。