一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置。


背景技术：

2.在地震高发区，地震对桥梁结构的危害十分严重，严重危及了人类的生命财产安全，对经济造成了重要影响。传统结构抗震方法是提高结构的整体刚度和承载力来抵抗地震力的影响。这种方式主要是以抗震为主，在小地震作用下，结构往往容易丧失正常使用状态。随后出现一种“疏导”地震力的新型抗震方式——结构震动控制技术，可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动控制是不施加额外能量的技术，主要有基础隔震、耗能减震、吸能减震；主动控制是施加外部能量的技术，主要有主动质量阻尼器；半主动控制施加部分外部能量的控制方式，主要有可变阻尼装置、可变刚度阻尼装置；混合控制是将被动控制和主动控制相结合，或者采用多种被动控制的装置。其中隔震技术发展最成熟，隔震技术是通过设置一层隔震层，阻止地震向上传递，从而降低地震对结构的地震反应。为了实现隔震，就需要改变支撑体系的刚度或者增加结构体系的质量来达到减小结构的固有频率。但是增大上部结构的质量就必然会增加刚度。而减小隔震层的刚度会导致结构在风荷载和常规荷载等激励的作用下产生位移，这是设计不允许出现的情况。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，该装置采用的高强度螺旋弹簧有效降低结构的刚度，提高了结构的自振周期，从而起到抗震效果。本发明一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，包括底座、两固定杆以及活动铰；
4.所述底座包括两固定连接的侧板；
5.两固定杆的端部分别固定连接于两所述侧板内侧；且固定杆的未连接侧板的端部相互靠近，两固定杆同轴设置；
6.每一固定杆上设有一滑套；所述活动铰通过多根压杆同时与两滑套固定连接；
7.每一固定杆上套设有一弹性件，所述弹性件一端抵住所述侧板，另一端抵住一滑套；
8.所述底座固定于桥墩上，所述活动铰与主梁相连。
9.进一步地，所述底座还包括一底板，所述底板两端分别与两侧板连接为u形结构。
10.进一步地，所述底座还包括安全销，所述安全销上端连接于所述活动铰上，下端连接于所述底板上。
11.进一步地，所述底座上设有多根斜撑杆，所述斜撑杆一端连接于所述底板上，另一端年连接于所述侧板上。
12.进一步地，每一所述固定杆的未连接于侧板的端部还设有一挡板，所述挡板防止
滑套滑落。
13.进一步地，所述活动铰为球体。
14.进一步地，两所述均为螺旋弹簧，螺旋弹簧被压缩与侧板和滑套之间。
15.本发明一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置有益效果为：
16.该装置通过螺旋弹簧降低装置整体刚度，桥体受到震动激励时弹簧为装置提供负刚度，延长了结构的自振周期，提高了结构抗震能力。
17.桥体受到较大震动激励时该装置会处于最大负刚度状态，两挡片能够保证滑动轴承受到较大震动时不会滑出，保证了桥体的安全性。
18.该装置处于正常使用状态时由安全销钉固定，具有良好的结构稳定性，结构受到震动激励时安全销钉脱落，弹簧伸缩为结构提供负刚度。
19.该装置可以通过将支座的高度设置与桥体结构匹配，以适应不同主梁与桥墩承台之间的高度，提高装置的适用性。
附图说明
20.图1是本发明实施例一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置的立体结构图。
21.图2是本发明实施例一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置的正视图。
22.上述图中：1-底座，11-侧板，12-底板，23-斜撑杆，2-固定杆，21-挡板，3-螺旋弹簧，4-滑套，5-压杆，6-活动铰，7-安全销，8-主梁。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
24.请参考图1和图2，本发明一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，包括底座1、两固定杆2以及活动铰6。
25.所述底座1包括两侧板11以及底板12，两侧板11竖直且间隔设置，所述底板12两侧分别垂直连接于两侧板11上，从而形成u形板结构的底座1，底板11与侧板12连接采用条状三角板过渡连接，条状三角板过渡连接可加强底座1的结构强度。
26.两所述固定杆2水平设置，每一固定杆2的一端部固定连接一侧板11内侧，两所述固定杆2的未连接侧板的端部相互靠近，且两固定杆2同轴设置，每一所述固定杆2上设有一滑套4，所述滑套4可选用滑套轴承，两滑套4可滑动地设置于所述固定杆2上；所述活动铰6位于两所述固定杆2之间，且所述活动铰6通过多根压杆5同时与两滑套4固定连接；本实施例中，所述活动铰6为球体，每一所述固定杆2上套设有一弹性件，所述弹性件一端抵住所述侧板11，另一端抵住一滑套4；本实施例中，两所述弹性件均为螺旋弹簧3，螺旋弹簧3被压缩于侧板11和滑套4之间，螺旋弹簧3通过弹力使活动铰6限位于两固定杆2中间。所述底座1用于固定于桥墩上，所述活动铰6用于与桥体的主梁8相连。
27.进一步地，所述底座1上还设有一安全销7，所述安全销7为一细杆体，所述安全销7上端连接于所述活动铰6上，所述安全销7下端连接于所述底座1的底板12上，安全销7用于使活动铰6固定，并能在桥体震动较大时发生断裂，解除对活动铰6的固定。
28.进一步地，所述底座1上设有多根斜撑杆13，所述斜撑杆13一端连接于所述底板1
上，所述斜撑杆13另一端连接于所述侧板11上，所述斜撑杆13用于进一步加强底座1的强度。
29.进一步地，每一所述固定杆2的未连接于侧板11的端部还设有一挡板21，所述挡板21通过焊接的方式固定于固定杆2的端部，所述挡板21防止滑套4滑落。
30.本发明的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置的工作过程为：该负刚度抗震装置使用时，其底座1固定于桥墩上，活动铰6于桥体的主梁8相连；当桥体发生震动时，安全销7在震动作用下，上端或下端断裂，解除对活动铰6的限制；活动铰6左右摆动，压杆5能随螺旋弹簧3伸缩发生左右移动，螺旋弹簧3为装置提供负刚度，从而延长桥梁结构的自振周期，降低主梁8的位移和震动速度。
31.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
32.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征在于：包括底座、两固定杆以及活动铰；所述底座包括两固定连接的侧板；两固定杆的端部分别固定连接于两所述侧板内侧；且固定杆的未连接侧板的端部相互靠近，两所述固定杆同轴设置；每一所述固定杆上设有一滑套；所述活动铰通过多根压杆同时与两滑套固定连接；每一所述固定杆上套设有一弹性件，所述弹性件一端抵住所述侧板，另一端抵住一滑套；所述底座固定于桥墩上，所述活动铰与主梁相连。2.根据权利要求1所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：所述底座还包括一底板，所述底板两端分别与两侧板连接为u形结构。3.根据权利要求2所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：所述底座还包括安全销，所述安全销上端连接于所述活动铰上，下端连接于所述底板上。4.根据权利要求2所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：所述底座上设有多根斜撑杆，所述斜撑杆一端连接于所述底板上，另一端年连接于所述侧板上。5.根据权利要求1所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：每一所述固定杆的未连接于侧板的端部还设有一挡板，所述挡板防止滑套滑落。6.根据权利要求1所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：所述活动铰为球体。7.根据权利要求1所述的一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，其特征于：两所述均为螺旋弹簧，螺旋弹簧被压缩与侧板和滑套之间。

技术总结
本发明提供一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置，包括底座、两固定杆以及活动铰；底座包括底板和两侧板；两固定杆固定于侧板上；每一固定杆上设有一滑套；活动铰通过压杆同时与两滑套固定连接；每一固定杆上套设有一弹性件。本发明的有益效果为：该装置通过弹性件降低装置整体刚度，桥体受到震动激励时弹簧为装置提供负刚度，延长了结构的自振周期，提高了结构抗震能力。且桥体受到较大震动激励时该装置会处于最大负刚度状态，两挡片能够保证滑动轴承受到较大震动时不会滑出，保证了桥体的安全性。同时该装置处于正常使用状态时由安全销钉固定，具有良好的结构稳定性，结构受到震动激励时安全销钉脱落，弹簧伸缩为结构提供负刚度。负刚度。负刚度。


技术研发人员：朱维元 庞于涛 成佳琪 孙义贤 黄灿 周小勇
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2022.09.08
技术公布日：2022/12/1