一种多级防护预应力装配式挡块的制作方法

1.本实用新型涉及可广泛的应用于建筑房屋，生命线工程，医疗设备等减震防护领域；具体来讲涉及的是一种多级防护预应力装配式挡块。


背景技术：

2.我国大陆大部分地区位于地震烈度vii度以上区域，在我国经济高速发展对安全的需求与我国广大城市所面临的严重地震灾害威胁产生了鲜明的矛盾，尤其是最近几次我国大地震(汶川地震、玉树地震、鲁甸地震)更是造成了巨大的人员伤亡和财产损失使这种矛盾更加激化。在大地震中，医疗建筑等设施也发生了巨大的破坏，更进一步加剧了伤亡，造成巨大的社会影响。我国生命线工程防震减灾的主要任务包括：加强国家重大生命线工程沿线地区地震监测设施建设，保障生命线工程地震安全、有重点地提高大中城市、重大生命线工程的地震灾害防御能力。
3.汶川大地震后，国内外众多学者对桥梁结构震害经过调研发现，抗震挡块破坏非常普遍，而且非常严重。在汶川地震中，位于都江堰市虹口乡高原村的高原大桥，由于简支梁桥各跨是通过桥墩台简支相连，其抵御横向地震力的方式仅是在桥墩处设置横向挡块将其约束，其挡块已出现严重挤压破坏，完全无法抵御更大的横向地震力作用。岷江大桥位于映秀镇213国道跨越岷江处，地震中桥梁发生顺时针方向的转动，上部结构在两岸的位移方向正好相反，混凝土挡块碰撞破坏。庙子坪大桥、百花大桥的挡块都遭受严重破坏等等。
4.国内学者通过防落梁装置对隔震桥梁动力特性影响的分析认为，挡块类型、刚度、挡块间距等参数的选择对挡块在桥梁中发挥的作用及对隔震桥梁动力响应的影响十分明显，并以一座三跨连续梁为例进行了验证。总结了国外8种pc桥防落梁构造，认为挡块对横向防落梁效果较好，对纵向防落梁效果较差。经过对海城地震和唐山地震的调查统计分析发现有纵横向防震挡块的桥梁易损性低，同样可以看出挡块的作用。利用杆单元梁端两节点分别与墩梁主从的方法，建立了计算用的挡块单元，并与胡世德一并设计了钉型和碗型橡胶挡块。虽然国内学者开展了这么多的研究，但中国规范对于挡块的设计仍然处在一个凭经验的盲区。
5.国外关于挡块的研究开展的较早，对挡块的破坏机理研究相对较透彻，因此规范相对完善。研究内容集中在挡块与桥台的连接方式。推荐采用钢筋连接挡块和桥台，并在接触面上加润滑剂的连接方式，让其形成一个薄弱面，破坏就发生在这个薄弱面上，限位主要靠摩擦力和连接钢筋，达到限位和保护桥台的目的。报告中给出了挡块约束力的计算公式和挡块内竖向钢筋和横向钢筋的配筋面积计算公式。
6.把带挡块的简支梁桥简化成一个弹簧
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质量模型，把桥的自振周期、挡块刚度(采用的是钢板及在板后安装加强筋的挡块)、初始间隙作为参数进行了分析，选择了三条地震波e1centro、northridge和farlcfield三条地震波进行了分析并建议间隙为3mm。对跨越地震带的桥梁挡块的作用进行了分析，研究了三种情形：没有挡块、线弹性挡块和非线性挡块。认为挡块的存在改变了受力，有挡块和无挡块时，桥台和桥墩的变位和受力情况是不一
样的，忽略挡块的作用未必是安全的，建议分别对线弹性挡块和无挡块两种情况进行分析，得出的结果可为非线性挡块的情况提供上下界限。
7.国内外的学者对混凝土挡块进行了大量的研究，但是绝大部分的研究都是集中在挡块自身抗震设计，即利用混凝土挡块自身的配筋、刚度等抵抗梁的碰撞力，也就部分研究填加橡胶垫片的形式来减轻挡块的震害，但是橡胶垫片不能耗能，只能起来降低碰撞刚度，增加碰撞动能的转化效率，其本质还是需要挡块来耗能。居安思危，基于桥梁挡块的地震震害以及地震安全隐患，本实用新型着重从新材料及结构形式设计上对混凝土挡块进行加强来抵抗地震作用。


技术实现要素：

8.因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种多级防护预应力装配式挡块。本实用新型要解决传统桥梁防撞挡块在地震中无法额外耗能，混凝土挡块无法抵抗冲击荷载耗能效果，阻尼分布不均匀，自恢复能力差，从而导致混凝土挡块在地震中发生严重破坏，进而导致桥梁上部结构发生严重破坏的问题，为此，本实用新型提供了多级防护预应力装配式挡块，本实用新型具有环保，稳定性强，阻尼分布均匀，耗能明显，自恢复能力强的特点。
9.本实用新型是这样实现的，构造一种多级防护预应力装配式挡块；该多级防护预应力装配式挡块包括预应力钢筋锚固墩头、预应力钢筋、装配式挡块体、固定螺栓、角钢、螺旋钢筋、钢垫板、单孔工作锚环、工作夹片、盖梁；
10.所述装配式挡块体固定于盖梁上；
11.所述装配式挡块体和盖梁的内部设有预应力钢筋，预应力钢筋的上端设置预应力钢筋锚固墩头；预应力钢筋的下部设置螺旋钢筋。
12.优化的，预应力钢筋下端部通过钢垫板、单孔工作锚环、工作夹片固定。
13.优化的，装配式挡块体通过角钢固定于盖梁上，角钢分别通过固定螺栓实现与装配式挡块体和盖梁固定。
14.优化的，装配式挡块体的左右两侧分别设置有角钢。
15.优化的，在装配式挡块体与盖梁的接触内侧形成有用于容纳角钢的凹腔。
16.本实用新型具有如下优点：本实用新型在此提供一种多级防护预应力装配式挡块，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和效果；
17.其1，本实用新型具有多级耗能效果，地震来临时，梁体可通过压缩泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，进行第一级耗能，当振动或荷载过大时，已经无法压缩记忆合金弹簧体时，锚固于结构内部的软钢通过变形进行第二节段耗能，荷载再大时，螺栓也将进行第三部分耗能。
18.其2，本实用新型具有抵抗冲击荷载的效果，在强震过程中，因泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，可以通过变形吸收大量的能量，抵抗来自梁端传来的冲击荷载，避免因结构受冲击荷载振动过大而造成结构的损坏。
19.其3，本实用新型具有自恢复效果，本实用新型泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，在隔震层和形状记忆合金弹簧体吸收能量后，形状记忆合金弹簧体可以自由恢复到初始阶段，同时也会通过钢板带动泡沫金属层恢复一定的形状，相对于传统隔震挡块具有了
较强的耐久性。
20.其4，本实用新型具有阻尼分布均匀特点，形状记忆合金弹簧体处于均匀分布于泡沫金属层中，可有效地提供支撑和吸收振动产生的能量。
21.其5，本实用新型具有易更换特点，在不引起挡块内部软钢和螺栓破坏的大地震中，仅外部隔震体发生无法恢复的变形下，通过更换部件进行更换。
22.其6，本实用新型可直接安装在桥梁挡块，安装简便、材料环保、具有多级减震耗能效果。
23.本项目的泡沫金属挡块实用技术将产生重大的经济效益，一则促进泡沫金属的大量应用，另外，对其他地震重点监测防御区来说，本技术将大大增加桥梁的安全性，间接经济效率显著，可为一般中小桥梁的抗震设计甚至其他类型桥梁的设计的科学依据，为防灾减灾任务的顺利实施和防灾减灾事业添砖加瓦。
附图说明
24.图1为多级防护预应力装配式挡块结构示意图；
25.图2为多级防护预应力装配式挡块结构俯视图；
26.图3为多级防护预应力装配式挡块结构左视图；
27.图4为多级防护预应力装配式挡块等轴45
°
视角结构图；
28.图5为多级防护预应力装配式挡块等轴135
°
视角结构图。
29.其中：1、预应力钢筋锚固墩头，2、预应力钢筋，3、装配式挡块体，4、固定螺栓，5、角钢，6、螺旋钢筋，7、钢垫板，8、单孔工作锚环，9、工作夹片，10、盖梁。
具体实施方式
30.下面将结合附图1
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图5对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.本实用新型通过改进在此提供一种多级防护预应力装配式挡块，如图1
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图5所示，可以按照如下方式予以实施；该多级防护预应力装配式挡块包括预应力钢筋锚固墩头1、预应力钢筋2、装配式挡块体3、固定螺栓4、角钢5、螺旋钢筋6、钢垫板7、单孔工作锚环8、工作夹片9、盖梁10；
32.所述装配式挡块体3固定于盖梁10上；
33.所述装配式挡块体3和盖梁10的内部设有预应力钢筋2，预应力钢筋2的上端设置预应力钢筋锚固墩头1；预应力钢筋2的下部设置螺旋钢筋6。
34.本实用新型所述多级防护预应力装配式挡块实施时；预应力钢筋2下端部通过钢垫板7、单孔工作锚环8、工作夹片9固定。
35.本实用新型所述多级防护预应力装配式挡块实施时；装配式挡块体3通过角钢5固定于盖梁10上，角钢5分别通过固定螺栓4实现与装配式挡块体3和盖梁10固定。
36.本实用新型所述多级防护预应力装配式挡块实施时；装配式挡块体3的左右两侧分别设置有角钢5。
37.本实用新型所述多级防护预应力装配式挡块实施时；在装配式挡块体3与盖梁10的接触内侧形成有用于容纳角钢的凹腔11，便于容纳内侧角钢。
38.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和效果：
39.其1，本实用新型具有多级耗能效果，地震来临时，梁体可通过压缩泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，进行第一级耗能，当振动或荷载过大时，已经无法压缩记忆合金弹簧体时，锚固于结构内部的软钢通过变形进行第二节段耗能，荷载再大时，螺栓也将进行第三部分耗能。
40.其2，本实用新型具有抵抗冲击荷载的效果，在强震过程中，因泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，可以通过变形吸收大量的能量，抵抗来自梁端传来的冲击荷载，避免因结构受冲击荷载振动过大而造成结构的损坏。
41.其3，本实用新型具有自恢复效果，本实用新型泡沫金属层和形状记忆合金弹簧体，在隔震层和形状记忆合金弹簧体吸收能量后，形状记忆合金弹簧体可以自由恢复到初始阶段，同时也会通过钢板带动泡沫金属层恢复一定的形状，相对于传统隔震挡块具有了较强的耐久性。
42.其4，本实用新型具有阻尼分布均匀特点，形状记忆合金弹簧体处于均匀分布于泡沫金属层中，可有效地提供支撑和吸收振动产生的能量。
43.其5，本实用新型具有易更换特点，在不引起挡块内部软钢和螺栓破坏的大地震中，仅外部隔震体发生无法恢复的变形下，通过更换部件进行更换。
44.其6，本实用新型可直接安装在桥梁挡块，安装简便、材料环保、具有多级减震耗能效果。
45.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。