一种悬索桥复位耗能型中央扣及其设计、使用方法与流程

1.本发明涉及悬索桥技术领域，尤其涉及一种悬索桥复位耗能型中央扣及其设计、使用方法。


背景技术：

2.中央扣：连接悬索桥跨中处主缆和加劲梁的构件，用以提高结构整体刚度，降低主缆和加劲梁的相对位移。
3.环簧：即环形弹簧，是一种由内外多对带有锥面的钢制圆环装配而成的压缩型弹簧，主要特点是其内外环之间是拼装式，方便拆装与更换，在高荷载作用下仅发生微小变形，具有很大的刚度。可为结构提供恢复力，减小结构残余位移，实现自复位功能。
4.悬索桥是一种柔性结构，在列车、地震及风荷载作用下，加劲梁和主缆间将产生纵、横向位移，当两者出现相对位移时，将引起吊索弯折。为改善这一现象，需在悬索桥跨中区域加设中央扣。目前常用的中央扣类型主要包括刚性中央扣、柔性中央扣、耗能型中央扣，刚性中央扣采用刚性三角桁架将主缆与加劲梁连接，由于刚性桁架刚度较大，使得缆梁在跨中相对固定；柔性中央扣采用斜拉索将主缆与加劲梁进行连接进而完成缆梁纵向约束；耗能型中央扣通常由防屈曲支撑制成，其核心构件为低屈服点钢，可实现约束限位与消能减震的双重功能。
5.刚性中央扣与柔性中央扣虽可提高桥梁刚度，抑制加劲梁与主缆的相对位移，但在强震作用下容易因杆件应力过大而破坏，耗能型中央扣虽可解决该类问题，但耗能形式单一，耗能能力和稳定性仍需提高。上述中央扣均无自复位能力，无法有效控制悬索桥在多种荷载下产生的残余位移；且中央扣形式多为整体式，部分部件出现损坏后，需全部更换，易造成浪费。因此找寻一种具有复合耗能形式及自复位功能的中央扣具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明的实施例提供了一种悬索桥复位耗能型中央扣及其设计、使用方法，以克服当前中央扣耗能形式单一、耗能能力有限、缺乏自复位功能及更换难度大等问题。
7.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
8.根据本发明的一个方面，一种悬索桥复位耗能型中央扣，包括：两个耗能部件：摩擦板和铅阻尼部件，以及一个自复位功能部件：环形弹簧，所述摩擦板与所述铅阻尼部件并联后，再与所述环簧部件串联。
9.优选地，所述悬索桥复位耗能型中央扣还包括：内芯(1)，所述内芯(1)位于装置中轴线，所述内芯(1)的左侧末端设有铰接孔(8)，用于整个装置与外界结构连接，所述内芯(1)为实心圆形钢棒，内芯(1)从左至右设置外管限位凹槽(10)、若干个铅阻尼部件限位凹槽(11)和一个环簧部件限位凹槽(12)，用于放置和约束对应部件。
10.优选地，所述悬索桥复位耗能型中央扣还包括内管(2)，所述内管(2)的右侧末端设置有用于整个装置与外界的连接的铰接孔(9)，所述内管(2)为两个半圆形钢管，内壁设
置一定数量的凹槽，从左至右依次为若干个铅阻尼部件限位凹槽(11)、一个环簧部件限位凹槽(12)，各部件凹槽位置与内芯(1)一一对应。
11.优选地，所述悬索桥复位耗能型中央扣还包括：外管(4)，所述摩擦板(3)固定于外管(4)内壁，所述外管(4)套设于内管(2)外，在外管(4)的翼缘位置均匀留有用于连接两个半圆外管(4)的螺栓孔，该螺栓孔采用螺栓(5)固定，所述的外管(4)为两个末端封闭且带有翼缘的半圆形钢管，外管(4)通过内芯(1)的外管限位凹槽(10)与内芯(1)固定。
12.优选地，所述环簧部件包括环簧(13)、环簧挡板(14)和一个限位环(15)，环簧(13)由内外多对带有锥面的钢制圆环装配而成，由于内圆环被压缩后直径会缩小，其内径需大于内芯(1)的直径且留有适当间隙，环簧(13)穿过内芯(1)，环簧挡板(14)采用钢材，为圆环型，内径小于环簧(13)内圆环直径，外径大于环簧(13)外圆环直径，两块环簧挡板(14)分别置于环簧(13)左右两端，中心对齐，并将限位环(15)焊接于内芯(1)最右端。
13.优选地，所述铅阻尼部件由若干个铅块(16)组成，将若干个铅块(16)采用胶粘形式均匀固定在内芯(1)的铅阻尼部件限位凹槽(11)中。
14.优选地，所述摩擦板(3)为若干半圆形截面，采用胶粘的形式将摩擦板(3)固定在外管(4)内壁上，沿外管内壁均匀分布，通过外管连接螺栓(5)调节预压力。
15.优选地，所述的密封圈(6)，采用橡胶材质，将其套于内管(2)右侧合适位置。密封圈(6)与内、外管末端贴合，满足整个装置受拉时内管与外管的相对运动，内部结构完全密封，保护装置内部，起到防腐蚀的作用。
16.优选地，所述密封条(7)，采用橡胶材质，将其粘贴于外管(4)翼缘内侧，弥补两个半圆外管通过螺栓安装时造成的密封问题。
17.根据本发明的另一个方面，提供了一种悬索桥复位耗能型中央扣的设计、使用方法，包括：
18.预制内芯(1)、内管(2)和外管(4)，对内芯和内管端部铰接孔表面喷丸和滚压，表面淬火及表面化学热处理，预制连接件；预制环簧挡板(14)和限位环(15)并对预制部件进行防腐蚀、防锈蚀涂料涂装，采用环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和聚氨酯面漆涂料，预制铅阻尼部件和摩擦板部件；
19.将左侧环簧挡板(14)套入内芯(1)预留的环簧部件限位凹槽(12)内，将环簧(13)穿过内芯(1)，采用液压机对环簧部件施加预压力至设计值，将右侧环簧挡板(14)套入相应的凹槽(12)内，将限位环(15)焊接于内芯(1)最右端；
20.将若干个铅块(16)粘贴于内芯的预留凹槽(11)内，将两个半圆内管(2)套设于内部结构外，使环簧部件、铅阻尼部件分别嵌入凹槽内；
21.将摩擦板以条状形式均匀胶粘固定在两个半圆外管(4)内壁，并将密封条(7)固定在外管翼缘位置，将外管(4)套设于内管(2)外，保证内管(2)与外管(4)所留缝隙处于垂直状态，且外管(4)右端处紧密贴合套于内管的密封圈(6)，通过螺栓(5)将两外管固定为整体，对摩擦板(3)施加预压力；
22.通过内芯末端铰接孔(8)、内管末端铰接孔(9)将整个装置与外界结构物连接为一体。
23.优选地，还包括：
24.(1)步骤s1，根据地震作用下中央扣的内力、位移和耗能需求，确定中央扣的设计
轴向拉力fa、设计位移δ和设计耗能we；
25.(2)步骤s2，将设计耗能we按比例α和(1-α)分为铅阻尼部件耗能w
l
和摩擦板耗能wf，确定铅阻尼部件的屈服承载力f
l
和摩擦板的滑动摩擦力ff，进而确定铅阻尼器的尺寸和数量n
l
，摩擦板的尺寸、预压力f
p
和数量nf；
26.we＝w
l
wfꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
27.w
l
＝αwe＝4f
l
·
δ
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
28.wf＝(1-α)we＝ff·
δ
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(3)
29.fs＞f
l
ffꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)
30.f
l
＝n
l
·
τ
γ
·al
·bl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(5)
[0031][0032][0033]ff
＝nf·
μs·fp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0034]
μs——滑动摩擦系数
[0035]
τ
γ
——屈服剪应力
[0036]
g——剪切模量
[0037]
a——剪切面积
[0038]
γ——剪应变
[0039]
δ
l
——设计位移
[0040]
(3)步骤s3，根据设定原则对组合环簧展开设计；
[0041]
(4)步骤s4，根据中央扣构件所连接主梁和主缆之间的间距dc确定总设计长度为dc＝dc/nc(nc＝1,2,3
……
)；
[0042]
(5)步骤s5，根据铅阻尼器的屈服荷载小于限位凹槽限位能力的原则，确定铅阻尼部件限位凹槽的最小间隔，根据最大轴向拉力fc轴力小于螺栓抗剪承载力，确定螺栓直径和个数，根据螺栓尺寸确定外管翼缘宽度；
[0043]fg
＝fy·
lg·ag
ꢀꢀ
式(9)
[0044][0045]fg
——内芯、内管抗剪承载力
[0046]
lg——铅阻尼部件限位凹槽间距
[0047]ag
——铅块宽度
[0048]fy
——内芯、内管抗剪强度
[0049]fyb
——螺栓抗剪强度设计值
[0050]
db——螺栓直径
[0051]
nb——螺栓个数
[0052]
(6)步骤s6，根据耗能型复位中央扣的最大位移需求确定设计行程ld，并使设计行程ld《预留空隙值e
p
；
[0053]
(7)步骤s7，根据内芯和内管的设计轴力f
in
大于铅阻尼屈服力与环簧设计载荷之和的原则确定内芯直径和内管直径及壁厚；根据外管的设计轴力f
out
大于摩擦板静摩擦力
的原则，确定外管的直径及壁厚；
[0054]
(8)步骤s8，采用理论方法或数值分析法检验装置设计的合理性，对结构存在的问题，以分析结果为参考，进行构件调整，直至设计方案满足各项性能要求；
[0055]
(9)步骤s9，根据设计方案加工装置部件并进行组装，可根据需要开展拟静力试验和疲劳性能试验，进一步检验所设计中央扣的耗能能力、承载能力、自复位能力和疲劳性能等指标。
[0056]
优选地，所述的根据设定原则对环簧展开设计包括：
[0057]
(1)根据环簧的初始预压力f
dp
不小于摩擦板最大静摩擦力f
sf
与铅阻尼器屈服力f
l
之和的原则，确定初始预压力f
dp
；
[0058]
(2)根据环簧设计载荷fd、摩擦板最大静摩擦力f
sf
与铅阻尼器屈服力f
l
之和应大于地震作用下中央扣的设计轴向拉力fa的原则，确定环簧设计载荷fd；
[0059]
(3)根据中央扣的设计位移δ小于环簧设计位移δd的原则，以一定安全系数确定环簧设计位移δd＝a
·
δ；
[0060]
(4)根据环簧的设计载荷fd和设计位移δd，确定环簧的具体尺寸；
[0061]
(5)根据所确定的环簧尺寸确定环簧挡板和限位环的尺寸。
[0062]
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣采用铅阻尼部件剪切耗能和内外管间的摩擦板摩擦耗能，可提高装置的耗能能力，并通过环簧部件实现自复位能力，减少结构在动力荷载作用后的残余位移。同时，该装置所需材料具有普遍性且价格低廉，部件制造简单，内部空间紧凑，利用率较高。装置密封效果较好，可避免结构与外界接触，能适应恶劣环境。通过外部铰接串联的结构形式进行安装，且整个装置通过凹槽和螺栓完成部件的固定和连接，依靠简单工具即可完成装置拆卸和组装工作，便于后期装置内部构件的维护及构件损伤后的更换，具备良好的可更换性和较高的经济性。
[0063]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0064]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0065]
图1为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的应用示意图；
[0066]
图2为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的外部示意图，其中(a)为外部主视图，(b)为外部俯视图；
[0067]
图3为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的内部结构示意图，其中(a)为a-a剖面图，(b)为b-b剖面图，(c)为c-c剖面图，(d)为d-d剖面图，(e)为e-e剖面图；
[0068]
图4为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的内芯示意图，其中(a)为内芯主视图，(b)为内芯俯视图；
[0069]
图5为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的内管示意图，其中(a)
为内管主视图，(b)为内管俯视图；
[0070]
图6为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣的外管示意图，其中(a)为外管主视图，(b)为外管俯视图；
[0071]
图7为本发明实施例提供的一种铅块剪切变形示意图；
[0072]
图8为本发明实施例提供的一种环簧结构示意图；
[0073]
图9为本发明实施例提供的一种铅块分布示意图及固定螺栓结构示意图；
[0074]
图10为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣在轴向拉力作用下的设计计算方法的原理示意图；
[0075]
图中标号说明：1-内芯、2-内管、3-摩擦片、4-外管、5-螺栓、6-密封圈、7-密封条、8-内芯铰接孔、9-内管铰接孔、10-外管限位凹槽、11-铅阻尼部件限位凹槽、12-环簧部件限位凹槽、13-环簧、14-环簧挡板、15-限位环、16-铅块。
具体实施方式
[0076]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0077]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0078]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0079]
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0080]
本发明实施例通过结构内外管相对位移使得铅阻尼部件剪切耗能和摩擦板部件摩擦耗能，并结合环簧部件的自复位功能得到新型悬索桥复位耗能型中央扣。在构造上，铅阻尼部件和摩擦板并联，再与环簧部件串联，这种结构形式能够使铅阻尼和摩擦板协调变形，共同耗能，增强结构耗能能力。环簧部件能为装置提供恢复力，使之具备复位功能，减小残余位移影响。装置内环簧和铅阻尼部件通过凹槽限位，摩擦板采用胶粘形式固定于外管内壁。该装置整体依靠外管翼缘侧螺栓连接固定，采用部分简易设备即可完成拆卸和重组，便于中央扣内部构件损伤后的后期养护和更换。此外，装置内部空间利用率高，结构整体密封性较好，能适应恶劣环境，且结构整体易于拆卸更换，便于养护维修，具有良好的经济性和适应性。
[0081]
本发明实施例提供了一种悬索桥复位耗能型中央扣。由摩擦板、铅阻尼部件两个
耗能部件以及环簧自复位功能部件组成，摩擦板与铅阻尼部件并联后与环簧串联。
[0082]
本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的应用示意图如图1所示；外部示意图如图2所示，其中(a)为外部主视图，(b)为外部俯视图；内部结构示意图如图3所示，其中(a)为a-a剖面图，(b)为b-b剖面图，(c)为c-c剖面图，(d)为d-d剖面图，(e)为e-e剖面图。
[0083]
本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣包括内芯(1)、环簧部件、铅阻尼部件、内管(2)、摩擦板(3)、外管(4)、螺栓(5)、密封圈(6)和密封条(7)。
[0084]
图4为实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的内芯示意图，其中：(a)为内芯主视图，(b)为内芯俯视图。所述的内芯(1)位于装置中轴线，内芯(1)左侧末端设有铰接孔(8)。所述内芯(1)为实心圆形钢棒。内芯(1)从左至右设置外管限位凹槽(10)、若干个铅阻尼部件限位凹槽(11)和一个环簧部件限位凹槽(12)，用于放置和约束对应部件，左端设置铰接孔(8)用于整个装置与外界结构物的连接。
[0085]
图5为本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的内管示意图，其中：(a)为内管主视图，(b)为内管俯视图。所述内管(2)套设于内芯(1)外，内管(2)右侧末端同样设有铰接孔(9)，两端铰接孔用以外部连接。所述内管(2)为两个半圆形钢管，内管内壁设置一定数量的凹槽，从左至右依次为若干个铅阻尼部件限位凹槽(11)、一个环簧部件限位凹槽(12)，各部件凹槽位置与内芯一一对应，内管右侧末端设置铰接孔(9)用于整个装置与外界的连接。
[0086]
图6为本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的外管示意图，其中：(a)为外管主视图，(b)为外管俯视图。所述摩擦板(3)固定于外管(4)内壁，所述外管(4)套设于内管(2)外，并在外管(4)翼缘位置均匀留有螺栓孔，用于两个半圆外管(4)连接。所述的外管(4)为两个末端封闭且带有翼缘的半圆形钢管。外管通过内芯的外管限位凹槽(10)与内芯(1)固定，并在钢管(4)翼缘处，用于设置一定数量的螺栓孔，采用螺栓(5)紧固，保证整个装置的密封及施加所需预压力，为摩擦板(3)耗能工作提供先决条件。采用多种凹槽和螺栓连接进行限位和固定，提高结构的可更换性。
[0087]
所述环簧部件包括环簧(13)、环簧挡板(14)和一个限位环(15)，环簧(13)由内外多对带有锥面的钢制圆环装配而成，由于内圆环被压缩后直径会缩小，其内径需大于内芯(1)的直径且留有适当间隙，环簧(13)穿过内芯(1)，环簧挡板(14)采用钢材，为圆环型，内径小于环簧(13)内圆环直径，外径大于环簧(13)外圆环直径，两块环簧挡板(14)分别置于环簧(13)左右两端，中心对齐，并将限位环(15)焊接于内芯(1)最右端。
[0088]
所述铅阻尼部件由若干个铅块(16)组成，将若干个铅块采用胶粘形式均匀固定在内芯的铅阻尼部件限位凹槽(11)中，安装内管(2)时应同时保证铅阻尼部件处于凹槽处。
[0089]
所述内芯铰接孔(8)和内管铰接孔(9)为装置薄弱处，采用疲劳性能较好的合金结构钢加工制造，并在内芯铰接孔(8)和内管铰接孔(9)的受力接触面处采用表面强化的方法，改善装置的抗疲劳性能，如：通过表面喷丸、滚压、淬火及表面化学热处理，连接件采用干涉配合处理。
[0090]
所述摩擦板(3)为若干半圆形截面，采用耐高温结构胶胶粘的形式将摩擦板固定在外管(4)内壁上，沿外管内壁均匀分布，通过外管连接螺栓(5)调节预压力。
[0091]
所述的密封圈(6)，采用橡胶材质，将其粘贴于外管右侧末端。密封圈(6)与内管、外管右侧末端贴合，满足整个装置受拉时内管与外管的相对运动，内部结构完全密封，保护装置内部，起到防腐蚀的作用。
[0092]
所述密封条(7)，采用橡胶材质，将其粘贴于外管(4)翼缘内侧，增强螺栓安装时两个半圆外管之间的密封性。
[0093]
本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的工作原理包括：当结构带动所述中央扣沿轴向受拉运动时，内芯(1)和外管(3)共同与内管(2)发生相对运动。内管(2)与内芯(1)的相对运动使环簧(13)一直处于受压状态，持续为装置提供恢复力，同时使嵌入在内芯(1)与内管(2)之间的铅阻尼部件发生剪切变形，外管内壁和内管外壁分别与摩擦板(3)发生摩擦作用，二者共同耗能，从而起到耗散能量的目的。
[0094]
图10为本发明实施例提供的一种悬索桥复位耗能型中央扣在轴向拉力作用下的设计计算方法的原理示意图，具体实施方式包括以下步骤：
[0095]
选取合适材料预制内芯(1)、内管(2)、外管(4)、对内芯和内管端部铰接孔表面喷丸和滚压，表面淬火及表面化学热处理，预制连接件。预制环簧挡板(14)和限位环(15)并对预制部件进行防腐蚀、防锈蚀涂料涂装，采用环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和聚氨酯面漆涂料，预制铅阻尼部件和摩擦板部件。
[0096]
将左侧环簧挡板(14)套入内芯(1)预留的环簧部件限位凹槽(12)内，将环簧(13)穿过内芯(1)，采用液压机对环簧部件施加预压力至设计值，将右侧环簧挡板(14)套入相应的凹槽(12)内，将限位环(15)焊接于内芯(1)最右端；
[0097]
将若干个铅块(16)粘贴于内芯的预留凹槽(11)内。将两个半圆内管(2)套设于内部结构外，使环簧部件、铅阻尼部件分别嵌入凹槽内。
[0098]
将摩擦板以条状形式均匀胶粘固定在两个半圆外管(4)内壁，并将密封条(7)固定在外管翼缘位置，将外管(4)套设于内管(2)外，保证内管(2)与外管(4)所留缝隙处于垂直状态，且外管(4)右端处紧密贴合套于内管的密封圈(6)。通过螺栓(5)将两外管固定为整体，同时对摩擦板(3)施加预压力从而发挥其摩擦耗能的作用。
[0099]
通过内芯末端铰接孔(8)、内管末端铰接孔(9)将整个装置与外界结构物连接为一体。
[0100]
上述悬索桥复位耗能型中央扣在轴向拉力作用下的设计计算方法，包括如下步骤：
[0101]
(1)步骤s1，根据地震作用下中央扣的内力、位移和耗能需求，确定中央扣的设计轴向拉力fa、设计位移δ和设计耗能we。
[0102]
(2)步骤s2，图7为本发明实施例提供的一种铅块剪切变形示意图。将设计耗能we按比例α和(1-α)分为铅阻尼部件耗能w
l
和摩擦板耗能wf，确定铅阻尼部件的屈服承载力f
l
和摩擦板的滑动摩擦力ff，进而确定铅阻尼器的尺寸和数量n
l
，摩擦板的尺寸、预压力f
p
和数量nf。
[0103]
we＝w
l
wfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0104]wl
＝αwe＝4f
l
·
δ
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0105]
wf＝(1-α)we＝ff·
δ
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(3)
[0106]fs
＞f
l
ffꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)
[0107]fl
＝n
l
·
τ
γ
·al
·bl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(5)
[0108]
[0109][0110]ff
＝nf·
μs·fp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0111]
μs——滑动摩擦系数
[0112]
τ
γ
——屈服剪应力
[0113]
g——剪切模量
[0114]
a——剪切面积
[0115]
γ——剪应变
[0116]
δ
l
——设计位移
[0117]
(3)步骤s3，图8为本发明实施例提供的一种环簧结构示意图。根据以下原则以及子步骤对环簧展开设计：
[0118]
1)根据环簧的初始预压力f
dp
不小于摩擦板最大静摩擦力f
sf
与铅阻尼器屈服力f
l
之和的原则，确定初始预压力f
dp
；
[0119]
2)根据环簧设计载荷fd、摩擦板最大静摩擦力f
sf
与铅阻尼器屈服力f
l
之和应大于地震作用下中央扣的设计轴向拉力fa的原则，确定环簧设计载荷fd；
[0120]
3)根据中央扣的设计位移δ小于环簧设计位移δd的原则，以一定安全系数确定环簧设计位移δd＝a
·
δ；
[0121]
4)根据环簧的设计载荷fd和设计位移δd，确定环簧的具体尺寸；
[0122]
5)根据所确定的环簧尺寸确定环簧挡板和限位环的尺寸。
[0123]
(4)步骤s4，根据该中央扣构件所连接主梁和主缆之间的间距dc确定总设计长度为dc＝dc/nc(nc＝1,2,3
……
)。
[0124]
(5)步骤s5，根据铅阻尼器的屈服荷载小于限位凹槽限位能力的原则，确定铅阻尼部件限位凹槽的最小间隔，根据最大轴向拉力fc轴力小于螺栓抗剪承载力，确定螺栓直径和个数，根据螺栓尺寸确定外管翼缘宽度。
[0125]fg
＝fy·
lg·ag
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(9)
[0126][0127]fg
——内芯、内管抗剪承载力
[0128]
lg——铅阻尼部件限位凹槽间距
[0129]ag
——铅块宽度
[0130]fy
——内芯、内管抗剪强度
[0131]fyb
——螺栓抗剪强度设计值
[0132]
db——螺栓直径
[0133]
nb——螺栓个数
[0134]
(6)步骤s6，根据上述耗能型复位中央扣的最大位移需求确定设计行程ld，并使设计行程ld《预留空隙值e
p
。
[0135]
(7)步骤s7，根据内芯和内管设计轴力f
in
大于铅阻尼屈服力与组合环簧设计载荷之和的原则确定内芯直径和内管直径及壁厚；根据外管设计轴力f
out
大于摩擦板静摩擦力的原则，确定其直径及壁厚。
[0136]
(8)步骤s8，采用理论方法或数值分析法检验装置设计的合理性，对结构存在的问
题，以分析结果为参考，进行构件调整，直至设计方案满足各项性能要求。
[0137]
(9)步骤s9，根据设计方案加工装置部件并进行组装，可根据需要开展拟静力试验和疲劳性能试验，进一步检验所设计中央扣的耗能能力，承载能力，自复位能力和疲劳性能等指标。
[0138]
上述悬索桥复位耗能型中央扣可根据实际需求做以下改变：
[0139]
(1)本发明采用环簧部件实现整个装置的自复位功能，环簧规格可以根据不同要求进行改变。环簧的布置位置，除布置内芯的一端外，如有需要，可以在内芯两端各布置一组环簧部件。
[0140]
(2)自复位功能的实现形式同样可以改变，除环簧外，可以简单改变内部结构，使用弹簧、形状记忆合金、组合碟簧等构件实现装置的自复位功能。
[0141]
(3)铅阻尼部件的布置数量可以根据实现需要进行改变，其布置形式可以是沿内芯均匀、集中布置或其他，可采用不同规格的铅块，或可更换为软钢或其他耗能部件。
[0142]
(4)内管与外管之间的摩擦板数量可以改变，布置形式也可以采用圆周分散布置或集中布置等，必要时可将外管内壁完全胶粘摩擦板。可采用不同材质的摩擦片，可添加或减少螺栓数量，可改变螺栓规格并调整螺栓预紧力，可选用胶结外的其他方式固定摩擦板。
[0143]
(5)如有需要，装置之间可以通过串联、并联等形式进行连接，从而获得不同的耗能能力，连接方式视具体工程可采用铰接、焊接等形式。
[0144]
(6)装置两端与结构的连接可根据实际工程结构选用螺栓或其他形式。
[0145]
(7)装置各部件的防腐蚀处理可采用防腐蚀涂料涂装或其他，视具体工程结构防腐要求而定。
[0146]
(8)中央扣布置形式可以通过串联或并联形式组成单元式中央扣，视具体工程需要而定。
[0147]
上述悬索桥复位耗能型中央扣，具有以下优点：
[0148]
(1)本发明实施例的悬索桥复位耗能型中央扣的外界结构带动该装置受拉时，内芯与内管、外管与内管同时发生相对运动，铅阻尼部件通过剪切作用、摩擦板通过内外表面的摩擦作用同时耗能，相比于单一的耗能装置，耗能性能更加优良。同时，可以通过实际所需的耗能能力调整摩擦板与铅阻尼部件的数量和规格，使该装置对于不同动力荷载都具有较强的适用性。
[0149]
(2)预压环簧部件，预压环簧始终保持受压状态，为装置提供充足的恢复力，使其自行复位，降低结构震后的残余变形。
[0150]
(3)本发明内部结构密封性良好，且对多个部件进行防锈、防磨处理，可适应恶劣的桥梁工程环境，能够长期稳定地维持较高的耗能能力。
[0151]
(4)本发明采用常用金属材料制成，截面形式简单，圆形截面居多，制造加工难度和成本较低，具有良好的工程经济效益。
[0152]
(5)本发明外管采用螺栓连接，构件易拆卸更换，有利于装配式生产制造及后期养护维修。
[0153]
(6)本发明可通过串联形式布置于中央扣处，可针对损坏装置进行更换，从而降低更换难度和经济成本。
[0154]
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或
流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0155]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0156]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。