一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩

本发明属于桥梁工程抗震，特别是涉及一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩。

背景技术：

1、桥墩作为桥梁结构的重要组成部分，承担着将上部结构荷载传递至基础的关键作用。地震作用下，桥墩的抗震性能直接关系到整个桥梁结构的安全。传统整体现浇桥墩主要依靠自身塑性变形耗散地震能量，但震后往往产生较大的残余位移，严重影响桥梁的正常使用功能。

2、近年来，防屈曲支撑（buckling-restrained brace,brb）因其优异的滞回耗能性能和便于更换的特点，被逐步引入桥梁墩柱抗震领域。防屈曲支撑主要由内核构件和外围约束构件组成，通过内核钢材的拉压塑性变形耗散地震能量，外围约束构件则防止内核发生整体屈曲。研究表明，在双柱墩之间设置防屈曲支撑能够显著提升桥墩的耗能能力、刚度和强度，有效减少地震位移响应和残余变形，且支撑屈服破坏后可通过更换快速恢复桥梁使用功能。然而，现有防屈曲支撑在双柱墩中的应用仍存在以下不足：

3、第一，常规防屈曲支撑直接连接于两根墩柱之间，其轴向变形量受限于墩柱间的相对位移，在地震作用下难以充分发挥耗能芯材的塑性变形能力，耗能效率受限。

4、第二，现有方案中防屈曲支撑多为单斜式或人字形布置，虽然能够提供一定的耗能效果，但支撑轴向位移与墩柱相对位移基本为1:1的关系，缺乏位移放大机制，难以满足大震下充分耗能的需求。

5、第三，部分桥墩采用内置耗能钢筋或内置防屈曲支撑方案，但受损后更换困难，且构造复杂，施工成本较高。

6、第四，现有防屈曲支撑仅依靠内核钢材的轴向塑性变形实现单机制耗能，耗能形式单一，在超预期地震作用下易出现耗能能力不足的问题；未能充分利用内核与约束构件间的相对运动实现多途径耗能。

7、针对上述问题，本发明提出一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，通过剪叉式机构的几何放大效应将桥墩水平相对位移转化为防屈曲支撑的显著轴向位移，同时在支撑内部集成电涡流耗能单元，形成塑性滞回与电涡流阻尼协同的复合耗能体系，大幅提升桥墩抗震性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，来克服现有技术的不足。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，包括双柱式框架桥墩和设置于两根墩柱之间的防屈曲支撑结构，所述双柱式框架桥墩包括承台基础、两根并列设置的墩柱以及设置于墩柱顶部的盖梁，所述防屈曲支撑结构为剪叉式电涡流复合防屈曲支撑，其包括固定铰座、活动铰座、交叉撑杆和电涡流复合防屈曲支撑；

4、所述固定铰座固定安装于其中一根墩柱的内侧壁上；所述活动铰座滑动安装于另一根墩柱的内侧壁上，可沿墩柱高度方向往复滑动；

5、所述交叉撑杆包括至少两根相互交叉设置的撑杆，各撑杆的一端与固定铰座铰接，另一端与对侧的活动铰座铰接，在两根墩柱之间构成剪叉式位移放大机构；

6、所述电涡流复合防屈曲支撑的两端分别与同侧的固定铰座、活动铰座连接，其轴线沿竖直方向布置且与剪叉式位移放大机构的变形运动方向一致；

7、所述电涡流复合防屈曲支撑包括内核构件、延展性导体板、内约束板、外约束板和永磁体组；所述延展性导体板固定于内核构件朝向内约束板、外约束板的表面，可随内核构件同步发生轴向塑性变形；所述内约束板与外约束板连接形成外围约束单元并将内核构件包裹于内部；所述永磁体组设有若干组，间隔布置于外围约束单元的内壁上，每组永磁体包括交替排布的n极磁体和s极磁体，永磁体与延展性导体板之间预留有间隙。

8、进一步的，所述延展性导体板为紫铜板或铝合金板，厚度为0.5～3mm，通过结构胶粘结或冷轧复合方式与内核构件的侧表面紧密结合。

9、进一步的，所述永磁体组采用钕铁硼永磁材料制成，各永磁体组沿支撑轴向等间隔布置，相邻两组永磁体的极性交错布置。

10、进一步的，所述永磁体与延展性导体板预留的间隙为1.5mm。

11、进一步的，所述固定铰座与墩柱之间采用预埋钢板连接或锚栓连接；所述活动铰座与墩柱之间设置有竖向滑槽或滑轨，活动铰座上固定有与滑槽或滑轨适配的滑动部件，以限制活动铰座仅沿墩柱高度方向滑动。

12、进一步的，各所述交叉撑杆的中部通过销轴相互交叉铰接，撑杆的两端分别通过销轴与固定铰座、活动铰座对应铰接。

13、进一步的，所述交叉撑杆设置有两组或两组以上，各组交叉撑杆沿墩柱高度方向平行布置，形成多层剪叉式位移放大机构。

14、进一步的，所述内核构件的两端分别伸出内约束板与外约束板的外侧，内核构件的伸出端开设有铰接连接孔，通过销轴分别与固定铰座、活动铰座对应铰接。

15、进一步的，所述电涡流复合防屈曲支撑整体为可拆卸式构件，通过拆卸两端铰接销轴即可从剪叉式位移放大机构中整体取出。

16、本发明提供的一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，与现有技术相比具有以下优点：

17、1.位移放大增效，耗能效率显著提升：利用剪叉式机构的几何放大效应，使防屈曲支撑在墩柱相对位移相同的情况下获得更大的轴向变形，内核构件更充分地进入塑性屈服状态，大幅提升基础耗能能力。

18、2.多机理复合耗能，减震性能更优越：集成塑性滞回、电涡流阻尼与接触摩擦三种耗能机制，小震、中震下电涡流阻尼持续提供附加阻尼，大震下接触摩擦耗能同步介入，覆盖多水准地震需求，整体减震效果优于单一防屈曲支撑。

19、3.构造简洁集成，能量利用更充分：电涡流与摩擦耗能单元完全集成于防屈曲支撑内部，不额外占用墩间空间；永磁体与导体板采用预留间隙、可接触的构造形式，既保证常态下安装顺畅，又充分利用相对运动实现多途径耗能，能量耗散更充分。

20、4.便于更换修复，运维成本可控：支撑整体采用可拆卸连接方式，震后损坏时仅需更换支撑构件，无需修复桥墩主体；导体板与永磁体的接触磨损集中于可更换的支撑内部，不影响桥墩主体结构，施工便捷，维修成本低。

21、5.多级耗能体系，抗震冗余度高：除内核塑性耗能、电涡流与摩擦附加耗能外，交叉撑杆和铰接节点还可提供摩擦耗能与转动耗能，形成多级耗能防线，提升桥墩抗震体系的安全冗余。

22、6.适用范围广，工程适应性强：既可用于新建桥梁的抗震设计，也可用于既有双柱式桥墩的抗震加固改造；多层剪叉机构可根据墩高与耗能需求灵活布置，适配不同跨度、不同烈度的桥梁工程。

1.一种内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，包括双柱式框架桥墩和设置于两根墩柱之间的防屈曲支撑结构，所述双柱式框架桥墩包括承台基础、两根并列设置的墩柱以及设置于墩柱顶部的盖梁，其特征在于，所述防屈曲支撑结构为剪叉式电涡流复合防屈曲支撑，其包括固定铰座、活动铰座、交叉撑杆和电涡流复合防屈曲支撑；

2.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述延展性导体板为紫铜板或铝合金板，厚度为0.5～3mm，通过结构胶粘结或冷轧复合方式与内核构件的侧表面紧密结合。

3.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述永磁体组采用钕铁硼永磁材料制成，各永磁体组沿支撑轴向等间隔布置，相邻两组永磁体的极性交错布置。

4.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述永磁体与延展性导体板预留的间隙为1.5mm。

5.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述固定铰座与墩柱之间采用预埋钢板连接或锚栓连接；所述活动铰座与墩柱之间设置有竖向滑槽或滑轨，活动铰座上固定有与滑槽或滑轨适配的滑动部件，以限制活动铰座仅沿墩柱高度方向滑动。

6.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，各所述交叉撑杆的中部通过销轴相互交叉铰接，撑杆的两端分别通过销轴与固定铰座、活动铰座对应铰接。

7.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述交叉撑杆设置有两组或两组以上，各组交叉撑杆沿墩柱高度方向平行布置，形成多层剪叉式位移放大机构。

8.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述内核构件的两端分别伸出内约束板与外约束板的外侧，内核构件的伸出端开设有铰接连接孔，通过销轴分别与固定铰座、活动铰座对应铰接。

9.根据权利要求1所述的内置剪叉式电涡流复合防屈曲支撑的抗震桥墩，其特征在于，所述电涡流复合防屈曲支撑整体为可拆卸式构件，通过拆卸两端铰接销轴即可从剪叉式位移放大机构中整体取出。