一种自复位环簧拉索缓冲系统、支座和桥梁的制作方法

本发明属于土木工程抗震与减震技术领域，涉及一种自复位环簧拉索缓冲系统、支座和桥梁。

背景技术：

结构在遭受地震作用、温度变化、外部冲击荷载等作用时，不同刚度的构件之间往往会产生相对位移甚至相互碰撞，进而导致构件的毁坏，对结构造成不可逆的损伤。在土木工程抗震领域，通常通过安装阻尼器、减隔震支座等具有缓冲功能的构件或限位装置来减少或避免结构或构件层面的破坏。

目前，在桥梁结构中，诸如橡胶支座、铅芯支座、限位器等具有缓冲及限位功能的构件，具有稳定支承上部结构、减少地震能量向上传递等优点，但其水平刚度较低，易在大震下产生较大的变形，存在支座损坏、碰梁甚至落梁等风险。

有鉴于此，具有更优性能的限位及缓冲耗能系统亟需被研发并予以运用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种自复位环簧拉索缓冲系统，具有强度高、耐久性好、变形耗能能力强、可实现自复位、有效抵抗外荷载等优良特性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明提出了一种自复位环簧拉索缓冲系统，包括：

分别布置在两相邻待减震结构上的第一开孔构件和第二开孔构件：在第一开孔构件和第二开孔构件上均加工有预留孔道；

两端分别设置在第一开孔构件和第二开孔构件的环簧拉索组件：包括位于端部的两个半球铰、两个连接螺杆、绞线、以及两组环簧组，其中，所述半球铰分别转动配合安装在第一开孔构件和第二开孔构件上的预留孔道内，两个连接螺杆分别穿过一个半球铰，且两连接螺杆分别穿过半球铰的端部采用绞线连接，在连接螺杆上还套设有所述环簧组。

进一步的，以第一开孔构件和第二开孔构件相对的表面为内侧，所述预留孔道从外到内分为依次连通的圆柱孔段、半球孔段和圆台孔段，其中，所述半球孔段的形状与半球铰相匹配，所述圆台孔段呈喇叭口状。

更进一步的，所述的圆柱孔段的直径与半球孔段相同。

更进一步的，所述的圆台孔段中较小一端的直径不小于绞线直径的两倍。

进一步的，所述的连接螺杆上还套有紧固螺母，所述环簧组的两端分别被紧固螺母与半球铰抵住压缩。

更进一步的，在紧固螺母与环簧组之间还设有垫片。

进一步的，所述的第一开孔构件和第二开孔构件之间还设有交替叠层放置有夹层橡胶和夹层钢板，且在夹层橡胶和夹层钢板的四周采用保护层橡胶包裹，使得夹层橡胶、夹层钢板和保护层橡胶构成一个橡胶叠层整体。

更进一步的，所述第一开孔构件和第二开孔构件与分别位于最上方和最下方的夹层橡胶之间还设有上封板和下封板，且所述上封板和下封板也被保护层橡胶包裹。

进一步的，所述的第一开孔构件和第二开孔构件上还分别固定设有端部弯曲锚固件。

更进一步的，所述端部弯曲锚固件采用锚固螺栓固定设置在第一开孔构件或第二开孔构件上，且在端部弯曲锚固件与第一开孔构件或第二开孔构件接触的部分均布置有橡胶垫圈。

进一步的，所述的第一开孔构件和第二开孔构件采用金属材料或混凝土材质制成，且当第一开孔构件和第二开孔构件为混凝土材质时，在预留孔道的表面覆盖有接触面保护层。

另一方面，本发明还提出了一种支座，其对应采用的支座本体可以是任意形式的支座，诸如橡胶支座、铅芯支座等，可以作为抗震桥梁支座等，其采用上述任一实施方式或其任意组合中的自复位环簧拉索缓冲系统，具体的，第一开孔构件和第二开孔构件分别作为上支座板和下支座板，且所述的第一开孔构件和第二开孔构件上还分别固定设有端部弯曲锚固件。

在一种具体的实施方式中，以橡胶支座为例，所述的第一开孔构件和第二开孔构件之间还设有交替叠层放置有夹层橡胶和夹层钢板，且在夹层橡胶和夹层钢板的四周采用保护层橡胶包裹，使得夹层橡胶、夹层钢板和保护层橡胶构成一个橡胶叠层整体。更进一步的，所述第一开孔构件和第二开孔构件与分别位于最上方和最下方的夹层橡胶之间还设有上封板和下封板，且所述上封板和下封板也被保护层橡胶包裹。

在一种具体的实施方式中，所述端部弯曲锚固件采用锚固螺栓固定设置在第一开孔构件或第二开孔构件上，且在端部弯曲锚固件与第一开孔构件或第二开孔构件接触的部分均布置有橡胶垫圈。

再另一方面，本发明还提出了一种桥梁，其包括第一梁体(即第一开孔构件)，第二梁体(即第二开孔构件)，检修人行通道，检修井，以及如上述任一实施方式或其任意组合中的自复位环簧拉索缓冲系统。

在一种具体的实施方式中，第一梁体和第二梁体中设有检修人行通道，以及与检修人行通道连通并位于自复位环簧拉索缓冲系统的预留通孔旁的检修井。

本发明自复位环簧拉索缓冲系统，具有强度高、耐久性好、变形耗能能力强、可实现自复位、有效抵抗外荷载等优良特性；可将本发明自复位环簧拉索缓冲系统运用在桥墩与桥面板的连接部位或者承台与桥墩的连接部位等。以桥墩与桥面板间的连接为例：在小震作用下，桥墩与桥面板之间发生有限的相对位移，自复位环簧拉索小幅拉紧，在自复位环簧拉索缓冲系统的作用下避免了构件的相互碰撞、实现了桥墩与桥面板间的自复位；在大震作用下，自复位环簧拉索缓冲系统达到变形极限，缓冲耗能能力得到充分发挥，有效限制桥面板与桥墩相对位移，防止桥面板脱落；此时由于自复位环簧拉索缓冲系统承受较大的瞬时应力，可能会发生部分拉索表面丝线崩断、环簧组表面磨损(或局部开裂)等破坏；这些局部破坏在震后更换受损元件后即可再次使用。

附图说明

图1为自复位环簧拉索缓冲系统的结构示意图；

图2为预留孔道部分的示意图；

图3为环簧组部分的示意图，其中，(a)表示未受力时的状态图，(b)表示受力时的状态图；

图4为采用自复位环簧拉索缓冲系统的橡胶支座的俯视图；

图5为图4中a-a截面的剖视示意图；

图6为图4中b-b截面的剖视示意图；

图7为图4中的橡胶支座在水平作用力下的滑移变形俯视图；

图8为图7中c-c截面的剖视示意图；

图9为采用自复位环簧拉索缓冲系统的桥梁沿顺桥向的剖视示意图；

图10为采用自复位环簧拉索缓冲系统的桥梁沿横桥向的剖视示意图；

图中标记说明：

1-第一开孔构件，2-第二开孔构件，3-预留孔道，4-自复位环簧拉索缓冲系统，5-半球铰，6-连接螺杆，7-绞线，8-环簧组，9-紧固螺母，10-垫片，11-端部弯曲锚固件，12-橡胶垫圈，13-锚固螺栓，14-夹层橡胶，15-夹层钢板，16-保护层橡胶，17-上封板，18-下封板，19-左梁体，20-右梁体，21-检修人行通道，22-检修井，23-圆柱孔段，24-半球孔段，25-圆台孔段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能的常规部件或常规结构。

一方面，本发明提出了一种自复位环簧拉索缓冲系统，其结构参见图1至图3所示，包括：

分别布置在两相邻待减震结构上的第一开孔构件1和第二开孔构件2：在第一开孔构件1和第二开孔构件2上均加工有预留孔道3；

两端分别设置在第一开孔构件1和第二开孔构件2的环簧拉索组件：包括位于端部的两个半球铰5、两个连接螺杆6、绞线7、以及两组环簧组8，其中，所述半球铰5分别转动配合安装在第一开孔构件1和第二开孔构件2上的预留孔道3内，两个连接螺杆6分别穿过一个半球铰5，且两连接螺杆6分别穿过半球铰5的端部采用绞线7连接，在连接螺杆6上还套设有所述环簧组8。

本发明中的绞线7由于连接在可实现多角度自由转动的半球铰5上，故而能够有效限制第一开孔构件1、第二开孔构件2在任意方向的滑移。自然状态下，环簧组8与绞线7自然松弛，第二开孔构件2中的半球铰5与半球孔段24的接触面自然搭接；工作状态下，绞线7处于绷紧的高应力状态，第二开孔构件2中的半球铰5与半球孔段24接触面紧密接触，且半球铰5随绞线7伸长自适应转动一个角度。

在一种具体的实施方式中，以第一开孔构件1和第二开孔构件2相对的表面为内侧，所述预留孔道3从外到内分为依次连通的圆柱孔段23、半球孔段24和圆台孔段25，其中，所述半球孔段24的形状与半球铰5相匹配，所述圆台孔段25呈喇叭口状。更进一步的，所述的圆柱孔段23的直径与半球孔段24相同或相当，确保半球铰5可以通过圆柱孔段23而安置在半球孔段24内，同时，应能确保半球铰5在孔内上下移动的灵活性。更进一步的，所述的圆台孔段25中较小一端的直径不小于绞线7直径的两倍。同时，应确保可转动的半球铰5在发生最大角度转动时不会从圆台孔段25中滑出。此外，在第一开孔构件1或第二开孔构件2的厚度受限时，可考虑不预留圆台孔段25，即圆台孔段25可以省去。半球孔段24的直径略大于半球铰5的直径，确保半球铰5在半球孔段24内转动自如。

在一种具体的实施方式中，第一开孔构件1和第二开孔构建中的预留通孔形状一直且对称分布。同时，半球铰5上还设有供连接螺杆6穿过的通孔。优选的，绞线7可以采用一系列金属丝材或frp丝材缠绕而成。绞线7两端可以用高温液态金属技术与连接螺杆6固接。

在一种具体的实施方式中，所述的连接螺杆6上还套有紧固螺母9，所述环簧组8的两端分别被紧固螺母9与半球铰5抵住压缩。绞线7的直径、长度、数量以及环簧组8的尺寸、数量均应根据设计需求及结构具体地震响应合理选取，同时可通过调节紧固螺母9实现对绞线7的长度的调整。更进一步的，在紧固螺母9与环簧组8之间还设有垫片10。

在一种具体的实施方式中，所述的第一开孔构件和第二开孔构件采用金属材料或混凝土材质制成，且当第一开孔构件和第二开孔构件为混凝土材质时，在预留孔道3的表面覆盖有接触面保护层。接触面保护层可以为一定厚度的钢材或fpr材料，以避免自复位环簧拉索缓冲系统4在工作时通孔附近区域的混凝土由于局部受力过大发生拉剪脆性破坏。

在一种具体的实施方式中，绞线7所选用的材料包括但不限于高强钢、形状记忆合金等金属/合金材料，包括但不限于碳纤维复合材料、玻璃纤维增强材料等frp材料。

在一种具体的实施方式中，环簧组8由上侧半片内环、下侧半片内环(即端部内环)、中间内环以及外环组成，外环的内表面圆台母线的斜率与端部内环或中间内环的外表面的圆台母线的斜率相同，使用时，可依次安装下侧半片内环、外环(可以是第一外环)、中间内环、第二外环、…、上侧半片内环；未受力状况下，下侧半片内环、第一外环、内环、第二外环、上侧半片内环等可实现自然搭接；受力状况下，下侧半片内环、第一外环、内环、第二外环、上侧半片内环等可实现协同受力。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

另一方面，参见图4至图8所示，本发明还提出了一种橡胶支座，可以作为抗震桥梁支座等，其采用上述任一实施方式或其任意组合中的自复位环簧拉索缓冲系统4，具体的，第一开孔构件1和第二开孔构件2分别作为上支座板和下支座板，且所述的第一开孔构件1和第二开孔构件2上还分别固定设有端部弯曲锚固件11。

在一种具体的实施方式中，所述的第一开孔构件1和第二开孔构件2之间还设有交替叠层放置有夹层橡胶14和夹层钢板15，且在夹层橡胶14和夹层钢板15的四周采用保护层橡胶16包裹，使得夹层橡胶14、夹层钢板15和保护层橡胶16构成一个橡胶叠层整体。更进一步的，所述第一开孔构件1和第二开孔构件2与分别位于最上方和最下方的夹层橡胶14之间还设有上封板17和下封板18，且所述上封板17和下封板18也被保护层橡胶16包裹。

在一种具体的实施方式中，所述端部弯曲锚固件11采用锚固螺栓13固定设置在第一开孔构件1或第二开孔构件2上，且在端部弯曲锚固件11与第一开孔构件1或第二开孔构件2接触的部分均布置有橡胶垫圈12。

再另一方面，请再参见图9和图10所示，本发明还提出了一种桥梁，其包括第一梁体(即第一开孔构件1)，第二梁体(即第二开孔构件2)，检修人行通道21，检修井22，以及如上述任一实施方式或其任意组合中的自复位环簧拉索缓冲系统4。

在一种具体的实施方式中，第一梁体和第二梁体中设有检修人行通道21，以及与检修人行通道21连通并位于自复位环簧拉索缓冲系统4的预留通孔旁的检修井22。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

参见图1至图3所示，本发明提出了一种自复位环簧拉索缓冲系统，其结构参见图1至图3所示，包括：

分别布置在两相邻待减震结构上的第一开孔构件1和第二开孔构件2：在第一开孔构件1和第二开孔构件2上均加工有预留孔道3；

两端分别设置在第一开孔构件1和第二开孔构件2的环簧拉索组件：包括位于端部的两个半球铰5、两个连接螺杆6、绞线7、以及两组环簧组8，其中，半球铰5分别转动配合安装在第一开孔构件1和第二开孔构件2上的预留孔道3内，两个连接螺杆6分别穿过一个半球铰5，且两连接螺杆6分别穿过半球铰5的端部采用绞线7连接，在连接螺杆6上还套设有环簧组8。

本实施例中的绞线7由于连接在可实现多角度自由转动的半球铰5上，故而能够有效限制第一开孔构件1、第二开孔构件2在任意方向的滑移。自然状态下，环簧组8与绞线7自然松弛，第二开孔构件2中的半球铰5与半球孔段24的接触面自然搭接；工作状态下，绞线7处于绷紧的高应力状态，第二开孔构件2中的半球铰5与半球孔段24接触面紧密接触，且半球铰5随绞线7伸长自适应转动一个角度。

请再参见图2所示，以第一开孔构件1和第二开孔构件2相对的表面为内侧，预留孔道3从外到内分为依次连通的圆柱孔段23、半球孔段24和圆台孔段25，其中，半球孔段24的形状与半球铰5相匹配，圆台孔段25呈喇叭口状。更进一步的，圆柱孔段23的直径与半球孔段24相同或相当，确保半球铰5可以通过圆柱孔段23而安置在半球孔段24内，同时，应能确保半球铰5在孔内上下移动的灵活性。更进一步的，圆台孔段25中较小一端的直径不小于绞线7直径的两倍。同时，应确保可转动的半球铰5在发生最大角度转动时不会从圆台孔段25中滑出。此外，在第一开孔构件1或第二开孔构件2的厚度受限时，可考虑不预留圆台孔段25，即圆台孔段25可以省去。半球孔段24的直径略大于半球铰5的直径，确保半球铰5在半球孔段24内转动自如。

请再参见图2所示，第一开孔构件1和第二开孔构建中的预留通孔形状一直且对称分布。同时，半球铰5上还设有供连接螺杆6穿过的通孔。优选的，绞线7可以采用一系列金属丝材或frp丝材缠绕而成。绞线7两端可以用高温液态金属技术与连接螺杆6固接。

请再参见图1和图3所示，连接螺杆6上还套有紧固螺母9，环簧组8的两端分别被紧固螺母9与半球铰5抵住压缩。绞线7的直径、长度、数量以及环簧组8的尺寸、数量均应根据设计需求及结构具体地震响应合理选取，同时可通过调节紧固螺母9实现对绞线7的长度的调整。更进一步的，在紧固螺母9与环簧组8之间还设有垫片10。

上支座板和下支座板采用金属材料或混凝土材质制成，且当上支座板和下支座板为混凝土材质时，在预留孔道3的表面覆盖有接触面保护层。接触面保护层可以为移动厚度的刚才或fpr材料，以避免自复位环簧拉索缓冲系统4在工作时通孔附近区域的混凝土由于局部受力过大发生拉剪脆性破坏。

绞线7所选用的材料包括但不限于高强钢、形状记忆合金等金属/合金材料，包括但不限于碳纤维复合材料、玻璃纤维增强材料等frp材料。

请再参见图3等所示，环簧组8由上侧半片内环、下侧半片内环(即端部内环)、中间内环以及外环组成，外环的内表面圆台母线的斜率与端部内环或中间内环的外表面的圆台母线的斜率相同，使用时，可依次安装下侧半片内环、外环(可以是第一外环)、中间内环、第二外环、...、上侧半片内环；未受力状况下，下侧半片内环、第一外环、内环、第二外环、...、上侧半片内环等可实现自然搭接；受力状况下，下侧半片内环、第一外环、内环、第二外环、上侧半片内环等可实现协同受力。内外环扣搭都是通过外环内侧的切角面与内环外侧的切角面相互接触挤压来实现的。

实施例2：

请再参见图4至图8所示，本实施例提出了一种支座，以橡胶支座为例，可以作为抗震桥梁支座等，其包括上述实施例1的自复位环簧拉索缓冲系统4，具体的，第一开孔构件1和第二开孔构件2分别作为上支座板和下支座板，且第一开孔构件1和第二开孔构件2上还分别固定设有端部弯曲锚固件11。端部弯钩的处理不仅能够保证水平向的可靠锚固，更重要的是增加竖向的抗拔能力，提升了本支座竖向限位的可靠性。

请再参见图5或图8所示，第一开孔构件1和第二开孔构件2之间还设有交替叠层放置有夹层橡胶14和夹层钢板15，且在夹层橡胶14和夹层钢板15的四周采用保护层橡胶16包裹，使得夹层橡胶14、夹层钢板15和保护层橡胶16构成一个橡胶叠层整体。第一开孔构件1和第二开孔构件2与分别位于最上方和最下方的夹层橡胶14之间还设有上封板17和下封板18，且上封板17和下封板18也被保护层橡胶16包裹。橡胶叠层整体可以对应放置在上支座板和下支座板上预留的约1cm深的圆形凹槽内。请再参见图5所示，端部弯曲锚固件11采用锚固螺栓13固定设置在第一开孔构件1或第二开孔构件2上，且在端部弯曲锚固件11与第一开孔构件1或第二开孔构件2接触的部分均布置有橡胶垫圈12，以做隔离保护。

如图8所示，上支座板和下支座板之间产生了较大的水平相对位移，橡胶叠层整体产生了较大的剪切相对位移，绞线7被拉紧，半球铰5的连接螺母与孔壁紧密接触并均旋转相应的角度以适应水平极限相对位移。由于自复位环簧拉索缓冲系统4在加载过程中表现出优良的滞回性能，其在此瞬时加载过程中起到良好的缓冲消能效果和限位效果，又因其具有超弹性效应，能够在震后使支座复位。

如图7、图8所示，本实施例的技术要点之一是能够在小震或中震作用下保持一定的水平位移灵活性，在大震作用下能够有效限制上支座板与下支座板之间水平和竖直方向的相对位移。

如图1所示，自复位环簧拉索缓冲系统4的安装位置与数量可以根据设计参数条件进行调整，如可以安装在橡胶叠层整体四周的任意部位，数量也可以调整为10根以外的其他数量。同时，上支座板等也可以采用其他支座形式，例如铅芯橡胶支座等，同时可以设计成固定或者半固定支座。

综上，本实施例在允许支座一定量水平向和竖直向相对位移的前提下，大幅提高了地震作用下支座的耗能能力以及可靠性，增加了震后自复位以及多向限位功能，这对抗震桥梁支座的设计提供了更好的技术支持。

实施例3：

请再参见图9和图10所示，本实施例提出了一种桥梁，其包括第一梁体(即第一开孔构件1)，第二梁体(即第二开孔构件2)，检修人行通道21，检修井22，以及如上述实施例1的自复位环簧拉索缓冲系统4。

第一梁体和第二梁体中设有检修人行通道21，以及与检修人行通道21连通并位于自复位环簧拉索缓冲系统4的预留通孔旁的检修井22。如图9所示，施工及检修人员可通过检修人行通道21进入梁端内的检修井22对桥梁限位装置进行定期检修。采用自复位环簧拉索缓冲系统4的桥梁限位装置占用体积较小，能较好地适应检修井22工作空间较为狭小的工程条件限制，能为施工带来方便，保证工程安装质量。

另外，实施例3的桥梁中的两梁体之间，自然也可以包含如实施例2的橡胶支座来作为减震结构。

本实施例的工作原理具体为：桥梁在未受到地震作用时，自复位环簧拉索缓冲系统4(即桥梁限位装置)处于自然未受力状态，自复位环簧拉索缓冲系统4中的绞线7处于拉直但未拉紧状态，环簧组8内部自然搭接未受力。在车载作用、温度作用、外部冲击荷载或地震作用下，右梁体20与左梁体19之间产生相对位移，绞线7被拉紧，半球铰5的连接螺母与孔壁紧密接触并均旋转相应的角度以适应极限相对位移。由于自复位环簧拉索缓冲系统4在加载过程中表现出优良的滞回性能，其在此瞬时加载过程中起到良好的缓冲消能效果和限位效果，又因为其具有的超弹性效应，可实在震后使左、右梁体20复位。

如图9所示，相邻两个梁体(左梁体19、右梁体20)应预留适配于自复位环簧拉索缓冲系统4的通孔，通孔的形状建议如图2及其相关叙述，在此不再赘述。相邻两个梁体(左梁体19、右梁体20)应通过多个采用自复位环簧拉索缓冲系统4的桥梁限位装置连接，确保采用自复位环簧拉索缓冲系统4的桥梁限位装置对桥梁在横桥向以及顺桥向的限位与耗能效果。

优选地，上述采用自复位环簧拉索缓冲系统4桥梁限位装置的桥梁为连续刚构桥。

另外，自复位环簧拉索缓冲系统4的安装位置不限于图9所布置的方案，可以根据受力分析结果安装在结构连接的任意部位，安装数量也不限于图9所示的8根，可根据设计参数调节合理的数量，此外，自复位环簧拉索缓冲系统4在相邻两个梁体(左梁体19、右梁体20)之间的安装方位、朝向不限于水平方向，也可以是朝一定角度倾斜等形式。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除