該發(fā)明涉及橋梁技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種獨柱墩橋梁抗傾覆結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

城市立交、高速匝道等曲線橋梁多采用獨柱現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式，該種橋梁的下部結(jié)構(gòu)形式具有減少占地、增加視野和橋梁美觀的優(yōu)點。但目前我國載重車輛普遍存在超載現(xiàn)象，個別車輛超載甚至達到200％～300％，導致該種結(jié)構(gòu)形式的橋梁在使用過程中已發(fā)生多起傾覆事故。

橋梁的抗彎、抗剪承載能力方面，對于偏心偶然超載作用的關(guān)注不足。近年來國內(nèi)獨柱墩連續(xù)箱梁橋傾覆事故頻繁發(fā)生，逐漸引起相關(guān)人員的反思。究其原因，多數(shù)事故橋梁墩柱橫橋向采用單支點支撐，在超載車輛偏載作用下，結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆性較差，尤其是小半徑曲線獨柱匝道箱梁橋的橋面狹窄，自重小，車輛荷載在荷載組合中所占的比重大。同時因為現(xiàn)行的公路橋梁規(guī)范對于橫向傾覆穩(wěn)定性沒有相關(guān)的規(guī)定，處于空白狀態(tài)，設(shè)計時往往又會忽略偏心偶然超載作用下的橋梁橫向穩(wěn)定計算分析，使得在偶然作用下的結(jié)構(gòu)使用帶來隱患。

結(jié)構(gòu)傾覆是較復雜的力學現(xiàn)象，屬于支座非線性分析的范疇。在結(jié)構(gòu)傾覆之前，必然會先產(chǎn)生支座偏壓甚至脫空現(xiàn)象。支座脫空之后，脫空的支座失去對結(jié)構(gòu)的支撐作用，只剩下其余的支座對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束，這必然會導致支座反力的重分布，此過程中必然會出現(xiàn)諸如支座豎向壓力超過支座設(shè)計強度引起支座破壞，傾覆過程中支座轉(zhuǎn)角變形過大所引起的梁體滑移現(xiàn)象，因此結(jié)構(gòu)傾覆與支座支撐作用是否失效緊密相關(guān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種獨柱墩橋梁抗傾覆結(jié)構(gòu)，提高了獨柱墩橋梁的抗傾覆性能，具有較好的施工便捷性、較廣的適用性和優(yōu)良的經(jīng)濟性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

獨柱墩橋梁抗傾覆結(jié)構(gòu)，包括安裝在橋墩立柱兩側(cè)的輔助支撐塊,安裝在橋墩立柱和橋梁梁底之間的調(diào)心支座，以及安裝在輔助支撐塊和橋梁梁底之間的防墜落裝置，其特征在于，

在橋墩立柱的上部設(shè)置水平穿孔，所述水平穿孔內(nèi)插入一個橫梁，所述橫梁是由水平鋼板和豎向鋼板焊接形成的，斷面為井字形，所述橫梁兩端延伸至橋墩立柱的外側(cè)，且對稱設(shè)置；

在橫梁的兩端分別安裝所述輔助支撐塊，所述輔助支撐塊包括方形套筒、豎板和加強肋板，其中，所述方形套筒的斷面為方形，在方形套筒的下側(cè)靠近橋墩立柱的一側(cè)焊接有一個向下延伸的豎板，并在豎板和方形套筒之間焊接三角形的加強肋板進行支撐，在豎板上設(shè)置有第一長條孔，豎板與橋墩立柱通過化學錨栓緊固；在所述方形套筒的上、下面板上設(shè)置一個彼此貫穿、同心的圓孔，在橫梁上設(shè)置有第二長條孔，所述第二長條孔沿著橫梁的長度方向設(shè)置，且與所述圓孔對應；

調(diào)心支座，包括自上而下設(shè)置的第一板、第二板和第三板，其中，在第一板的上表面設(shè)置有第一安裝部，在第一板的下表面設(shè)置有第一插接板和第一緩沖組件，所述第一插接板為多個且均勻的垂直焊接在第一板的下側(cè)，所述第一插接板的下表面為下凸的弧形面，在第一插接板的弧形面內(nèi)鑲嵌有鋼球滾子，通過鋼球滾子與第二板之間形成滾動配合；

在兩兩相鄰第一插接板之間的第一板的下表面中設(shè)置有居中的第一滾子凹槽，用于和第二板上的鋼球滾子進行配合；

第一插接板陣列的兩端的第一板上分別固定一組第一緩沖組件；

第三板與第一板結(jié)構(gòu)相同，在第三板的下表面設(shè)置有第二安裝部，在第三板的上表面設(shè)置有第三插接板、第三緩沖組件和第三滾子凹槽，第三插接板陣列的兩端的第三板上分別固定一組第三緩沖組件；

第二安裝部為焊接在第三板下側(cè)的鋼板，居中設(shè)置，所述第二安裝部通過預澆筑的方式與橋墩立柱進行固定；

在第二板的上表面設(shè)置有第二插接板、第二滾子凹槽和第二緩沖組件，第二插接板和第一插接板結(jié)構(gòu)完全相同且交錯插接連接；

在第二板的下表面設(shè)置有第四插接板、第四滾子凹槽和第四緩沖組件，第四插接板和第三插接板結(jié)構(gòu)完全相同且交錯插接連接，所述第二插接板和第四插接板彼此垂直設(shè)置；

在橋梁梁底的兩側(cè)，關(guān)于調(diào)心支座位置為中心對稱的安裝兩套防墜落裝置，所述防墜落裝置包括預埋件、導向柱、蝶形彈簧、防松鎖緊件和防塵罩，其中，預埋件預先設(shè)置在橋梁底座中，在預埋件上設(shè)置朝向下方的導向柱，在導向柱的下部設(shè)置有一個環(huán)形的凹槽，并在凹槽處安裝放松鎖緊件；所述導向柱自上而下穿過第二長條孔，并在橫梁和橋梁梁底之間、以及橫梁與防松鎖緊件之間設(shè)置彼此疊加的蝶形彈簧，并在蝶形彈簧外圍的橋梁底座上設(shè)置下垂的柔性防塵罩。

進一步地，在橫梁上的圓孔中設(shè)有圓形套筒。

進一步地，所述導向柱上安裝一個測力應變片。

進一步地，所述方形套筒的上側(cè)也設(shè)置有輔助加強肋板結(jié)構(gòu)。

進一步地，在所述方形套筒和橫梁之間使用對拉高強度螺栓進行緊固。

進一步地，所述第一插接板為20厘米厚，40厘米寬，10厘米高的鋼板。

進一步地，所述第一緩沖組件包括自第一板向下延伸的突起，突起內(nèi)側(cè)固定一個板簧，板簧的兩端通過固定銷固定在突起上。

進一步地，所述第一插接板至第四插接板的結(jié)構(gòu)完全相同，在第一插接板的兩側(cè)鑲嵌有剎車片，所述剎車片為平板狀，鑲嵌在第一插板的兩側(cè)，彼此對稱設(shè)置，剎車片彼此間隔設(shè)置，且剎車片之間的為光滑部位，且間隔距離等于剎車片的寬度。

進一步地，所述第一板和第二板之間，以及第二板和第三板之間設(shè)置有安全銷，且在所述安全銷上設(shè)置有缺口。

進一步地，所述防松鎖緊件為兩個，防松鎖緊件具有一個半圓弧形的卡槽，并在兩側(cè)分別設(shè)置一個螺栓孔，兩個防松鎖緊件對稱的合攏并抱在環(huán)形的凹槽中。

本發(fā)明的有益效果是：

具備良好的抗震性能，其中調(diào)心支座在地震發(fā)生時，可以通過摩擦吸收部分地震能量，尤其是水平方向的地震能量，同時，配合輔助防墜落裝置，可以增加整體的彈性。

具備良好的抗傾覆性能，調(diào)心支座和防墜落裝置共同作用下，可以實現(xiàn)快速的復位，防止發(fā)生傾覆事件。

結(jié)構(gòu)簡單，可以適用于所有的獨柱橋墩，適用范圍廣，可以適用于新橋梁的建設(shè)，也可適用于舊橋改造。

附圖說明

圖1為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明改造的步驟之一。

圖3為本發(fā)明改造的步驟之二。

圖4為輔助支撐塊的立體圖。

圖5為圖4的全剖視圖。

圖6為導向柱下端的鎖緊狀態(tài)。

圖7為防松鎖緊件的立體圖。

圖8為調(diào)心支座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為第一板的結(jié)構(gòu)圖。

圖10為圖1的側(cè)視圖。

圖11為相鄰插接板之間的初始加速狀態(tài)展開圖。

圖12為相鄰插接板之間的減速狀態(tài)展開圖。

圖13為第一插接板的斷面圖。

圖14為地震過程中相鄰插接板之間的加速度。

圖中：1第一板，11第一安裝部，111聚四氟乙烯墊片，12第一插接板，121第一滾子凹槽，13第一緩沖組件，131突起，132板簧，2第二板，21第二插接板，22第二滾子凹槽，23第二緩沖組件，24第四插接板，25第四滾子凹槽，26第四緩沖組件，3第三板，31第三緩沖組件，32第二安裝部，33第三插接板，331第三滾子凹槽，4鋼球滾子，4’鋼球滾子，5安全銷，6密封套筒。

7輔助支撐塊，71方形套筒，72豎板，73加強肋板，711圓孔，712圓形套筒，721第一長條孔，722化學錨栓，74輔助加強肋板結(jié)構(gòu)，

8防墜落裝置，81預埋件，82導向柱，凹槽821，83蝶形彈簧，84防松鎖緊件，85防塵罩，841卡槽，842螺栓孔，

91橋墩立柱，911水平穿孔，912橫梁，9121第二長條孔，9122拉高強度螺栓，92橋梁梁底，A調(diào)心支座。

具體實施方式

如圖1和圖14所示，本發(fā)明提供一種獨柱墩橋梁抗傾覆結(jié)構(gòu)，包括兩側(cè)的輔助支撐塊7，和安裝在橋墩立柱91和橋梁梁底92之間的調(diào)心支座A，以及安裝在輔助支撐塊和橋梁梁底之間的防墜落裝置8。

在橋墩立柱91的上部靠近頂端的位置設(shè)置有一個水平穿孔911，該水平穿孔911為方孔，左右橫向穿透，方孔內(nèi)插入一個橫梁912，橫梁912是由水平鋼板和豎向鋼板焊接形成的，斷面為井字形。橫梁912兩端延伸至橋墩立柱的外側(cè)，且對稱設(shè)置，用于安裝輔助支撐塊。

輔助支撐塊7，該輔助支撐塊7安裝在橫梁的兩端，具體的結(jié)構(gòu)和安裝方式如下：輔助支撐塊是由方形套筒71、豎板72和加強肋板73組成的，其中方形套筒71的斷面為方形，內(nèi)部為空腔，用于和上述的橫梁進行插接配合，在方形套筒的下側(cè)靠近橋墩立柱的一側(cè)焊接有一個向下延伸的豎板72，并在豎板和方形套筒之間焊接三角形的加強肋板進行支撐。同時在豎板72上設(shè)置有第一長條孔721，第一長條孔設(shè)置為兩條，分別豎向和水平方向設(shè)置，通過化學錨栓722的方式將上述的豎板與橋墩立柱進行配合，并緊固。

同理，在方形套筒71的上側(cè)也設(shè)置有輔助加強肋板結(jié)構(gòu)74。

在上述的方形套筒71的上、下面板上設(shè)置一個彼此貫穿的圓孔711，圓孔沿著上下方向設(shè)置，且同心設(shè)置。對應的在橫梁912上設(shè)置有第二長條孔9121，第二長條孔穿透上述的橫梁的兩層水平鋼板，第二長條9121孔沿著橫梁的長度方向設(shè)置，且與上述的圓孔是一一對應的關(guān)系。

并在上述的方形套筒71和橫梁912之間使用對拉高強度螺栓9122進行加固，加固完畢后，進行預制橋面的吊裝。

在橋墩立柱91的頂端安裝調(diào)心支座A，在兩側(cè)的方形套筒和橋梁梁底之間安裝防墜落裝置8。

調(diào)心支座A，其設(shè)置在橋墩立柱91和橋梁梁底92之間，該橋梁梁底的上表面與橋梁梁底緊密貼合，下表面與橋墩立柱緊密貼合；下面對調(diào)心支座的結(jié)構(gòu)做詳細的介紹：

調(diào)心支座A，包括自上而下設(shè)置的第一板1、第二板2和第三板3參考圖8至圖14。

其中，第一板1采用厚度至少為20毫米的鋼板，并在第一板1的上表面設(shè)置有第一安裝部11，兩者之間焊接連接，第一安裝部11用于和橋梁橫梁等構(gòu)件進行連接，在第一板1的下表面設(shè)置有第一插接板12和第一緩沖組件13。其中第一插接板12為多個，均勻的焊接在第一板1的下側(cè)。上述的第一插接板12采用厚度為20厘米的鋼板，第一插接板12的尺寸為40厘米寬，10厘米高，第一插接板12上端與第一板1焊接連接，且兩者之間是彼此垂直的關(guān)系，兩個第一插接板12的間隙控制在20毫米，第一插接板12之間的平行度控制在正負0.1毫米之間。

上述的多個第一插接板之間是彼此平行的，且規(guī)律排布。

將第一插接板12的下表面設(shè)計為弧形面，且該弧形面是由中間兩兩側(cè)逐漸提升的，即，弧形面的弓背朝下，并在第一插接板12的弧形面內(nèi)鑲嵌有鋼球滾子，且鋼球滾子的最低端露出第一插接板的外側(cè)，形成滾動配合。

在兩兩第一插接板12之間的第一板的下表面中設(shè)置有居中的第一滾子凹槽121，用于和第二板上的鋼球滾子進行配合，也是弧形的。

第一緩沖組件13的最佳方式之一為：包括自第一板向下延伸的突起131，突起內(nèi)側(cè)固定一個板簧132，板簧132的兩端通過固定銷固定在突起上。上述的第一緩沖組件固定在第一插接板的兩側(cè)，且位于第一插接板陣列的兩端，用于第一板和第二板之間極限位置的緩沖。

第一安裝部11為焊接在第一板上部的鋼板，居中設(shè)置，并在第一安裝部表面設(shè)置有聚四氟乙烯墊片111，以及銷釘安裝孔，對應的，在裝配式房屋承重立柱的底端設(shè)置有一個與第一安裝部配合的凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有銷釘，銷釘為錐形銷釘，用于和銷釘安裝孔記性配合。

第三板3與第一板結(jié)構(gòu)基本相同，第三板3采用厚度至少為20毫米的鋼板，并在第三板3的下表面設(shè)置有第二安裝部32，第三安裝部用于和裝配式房屋進行連接，在第三板3的上表面設(shè)置有第三插接板33和第三緩沖組件31。其中第三插接板33為多個，均勻的焊接在第三板的上側(cè)。上述的第三插接板33采用厚度為20厘米的鋼板，第三插接板33的尺寸為40厘米寬，10厘米高，第三插接板下端與第三板焊接連接，且兩者之間是彼此垂直的關(guān)系，兩個第三插接板33的間隙控制在20毫米，第三插接板之間的平行度控制在正負0.1毫米之間。

上述的多個第三插接板之間是彼此平行的，且規(guī)律排布。

將第三插接板33的下表面設(shè)計為弧形面，且該弧形面是由中間兩兩側(cè)逐漸提升的，即，弧形面的弓背朝下下方，并在第三插接板33的弧形面內(nèi)鑲嵌有鋼球滾子4’，且鋼球滾子的最低端露出第三插接板的外側(cè)，形成滾動配合。在兩兩第三插接板33之間的第一板的下表面中設(shè)置有居中的第三滾子凹槽331，用于和第二板上的鋼球滾子進行配合，也是弧形的。

第三緩沖組件31的最佳方式之一為：包括自第三板向上延伸的突起，突起內(nèi)側(cè)固定一個板簧，板簧的兩端通過固定銷固定在突起上。上述的第三緩沖組件固定在第三插接板的兩側(cè)，且位于第三插接板陣列的兩端，結(jié)構(gòu)與第一緩沖組件相同。

第二安裝部32為焊接在第三板下側(cè)的鋼板，居中設(shè)置，并在第二安裝部表面固定錨栓321，通過預澆筑的方式固定在橋墩立柱上，完成完成連接。

第二板2采用厚度至少為40毫米的鋼板，并在第二板的上表面表面設(shè)置有第二插接板21、第二滾子凹槽22和第二緩沖組件23，第二插接板和第二緩沖組件與上述的第一插接板和第一緩沖組件結(jié)構(gòu)完全相同，第二滾子凹槽22也是弧形的，不在贅述，且用于和第一插接板進行連接插接連接。

在第二板2的下表面設(shè)置有第四插接板24、第四滾子凹槽25和第四緩沖組件26，第四插接板和第四緩沖組件與上述的第三插接板和第三緩沖組件結(jié)構(gòu)完全相同，第四滾子凹槽25也是弧形的，不在贅述，且用于和第三插接板進行連接插接連接。

上述的第二插接板和第四插接板彼此垂直設(shè)置。

作為一種最佳的方式，上述的第一插接板至第四插接板的結(jié)構(gòu)完全相同，以第一插接板為例進行說明，在第一插接板12的兩側(cè)鑲嵌有剎車片122，參考圖6，上述的剎車片122為平板狀，鑲嵌在第一插板的兩側(cè)，彼此對稱設(shè)置，剎車片彼此間隔設(shè)置，中間為光滑部位123，且間隔距離等于剎車片的寬度，形成圖2所示的樣式。

第一插接板12上的剎車片122與第二插接板21上的剎車片122’錯位設(shè)置，即，第一插接板的光滑部位123對應第二插接板的剎車片122’，同時，第二插接板的光滑部位123’對應第一插接板的剎車片122，形成圖11展開圖，并使用安全銷5進行定位，安全銷最佳的安裝位置在相鄰且相對的兩個緩沖組件之間，非地震狀態(tài)下，安全銷鎖定，保證上述的第一至第三板之間相對靜止，地震發(fā)生初期，安全銷折斷，為初始狀態(tài)，這種配合方式可以形成快速的啟動模式，有利于第一插接板和第二插接板相對滑動的啟動。

進一步地方案，為便于安全銷的折斷，在安全銷上設(shè)置有缺口，是折斷發(fā)生的部位。

為了使得專用工程用三維隔震、抗震支座具有防塵效果，在第一板和第二板以及第二板第三板之間使用密封套筒6進行封裝，形成一種無塵結(jié)構(gòu)。

在地震發(fā)生時，安全銷會在水平剪切力的作用下被剪斷，第一插接板和第二插接板之間會形成一種相對滑動，在滑動初期，第一插接板12上的剎車片會和第二插接板上的光滑部位配合，參考圖11，啟動時的摩擦力較小，可以實現(xiàn)快速啟動，避免卡死，同時，由于上述的第一插接板和第二插接板之間，以及第三插接板和第四插接板之間是多組交叉設(shè)置的，剛性、穩(wěn)定性和傾覆力矩都很好，安全要求，在第一、第二插接板啟動滑動后，緊接著，第一、第二插接板上的剎車片開始接觸，形成滑動摩擦，由于剛開始，兩個插接板上的剎車片接觸面積較小，由摩擦力公式可知，此時加速較大，相對滑動仍然處于加速階段，當剎車片重疊過半之后，由于剎車片之間的摩擦力增大，會有一個減速動作，并大量的消耗地震能量，當插接板上的剎車片完全脫離后，完成減速動作，由于地震時，水平方向的振幅一般較大，進入下一個周期，在此過程中，保證兩側(cè)的插接板之間使用處于反復的加速和減速過程，其中加速度a形成脈沖樣式，正負往復切換，可以將一個大的地震振幅分割為多個小的抗震支座自振振幅，并且剎車片與剎車片在摩擦過程中會產(chǎn)生大量的熱，對振動能量進行消耗，消耗地震帶來的能量，效果遠遠高于通常使用的彈簧、蝶形彈簧等。同時將地震的低幅高振幅動作，切換為建筑物的高頻低幅動作，有利于建筑物、橋梁的自我保護。

以第一板的振蕩為例，需要理解的是，在上述的相鄰的插接板摩擦的過程中，第一板相對第二板有一個弧形路徑，在第一板振蕩的過程中，會造成被支撐物(橋梁或者房屋)的被抬升，進而依靠自身的重力勢能消耗掉豎直方向上的沖擊力度，上述的水平方向的沖擊力和豎直方向上的沖擊力都得到了很好的減緩和消除，抗震效果明顯。

上述的鋼球滾子的存在可以保證啟動的順暢，并避免低溫插接板與第一板之間的摩擦損耗，對插接板進行保護，同時具有導向作用，防止兩個相鄰的板之間發(fā)生卡死現(xiàn)象，實際的摩擦做功發(fā)生在剎車片處。

在橋梁梁底的兩側(cè)，關(guān)于調(diào)心支座位置為中心，對稱的安裝兩套防墜落裝置，具體地，防墜落裝置8結(jié)構(gòu)如下：

包括預埋件81、導向柱82、蝶形彈簧83、防松鎖緊件84和防塵罩85，其中，預埋件81預先設(shè)置在橋梁底座中，在預埋件81中焊接有一個朝向下方的鋼柱，為導向柱，導向柱82為圓形，在導向柱的下部靠近下端位置設(shè)置有一個環(huán)形的凹槽821，該凹槽用于和上述的防松鎖緊件進行配合。防松鎖緊件84為兩個，具有一個半圓弧形的卡槽841，并在兩側(cè)分別設(shè)置一個螺栓孔842，兩個防松鎖緊件對稱的合攏并抱在環(huán)形的凹槽中，在導向柱的下端形成鎖緊作用，相對于螺紋連接，本防松鎖緊件具有防松的效果。

上述的導向柱82自上而下穿過第二長條孔9121，并在橫梁和橋梁梁底之間設(shè)置彼此疊加的蝶形彈簧83，蝶形彈簧選用圓形的結(jié)構(gòu)，并在蝶形彈簧外圍的橋梁底座上設(shè)置下垂的柔性防塵罩85，優(yōu)選橡膠套筒。為防止向橫梁內(nèi)進入灰塵，在橫梁上的圓孔中焊接一個圓形套筒712，對蝶形彈簧進行約束。

在橫梁與防松鎖緊件之間設(shè)置彼此疊加的蝶形彈簧83，形成第二道彈性支撐。

上述的導向柱82在豎直方向上具有活動位移的空間，由于第二長條孔的存在，導向柱相對于橫梁，沿著長條孔的方向也有一定的位移空間。

進一步地，可以在其中的導向柱82上安裝一個測力應變片，檢測導向柱是處于受拉還是受壓，利用壓電效應產(chǎn)生電信號，并將電信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)測力應變片的電信號，判斷橋梁是否出現(xiàn)變位和走形。

采用本發(fā)明提供的獨柱墩橋梁抗傾覆結(jié)構(gòu)用于獨柱墩橋梁的抗傾覆加固方法，包含以下步驟：

步驟S1、在橋墩的上靠近頂端的位置鉆孔形成水平穿孔；(如圖2所示)

將已經(jīng)焊接在一起的橫梁和輔助支撐塊運至工程現(xiàn)場；

利用橋墩承臺作為工作面，在橋梁梁底分別安裝導向柱，并將橫梁插入上方的水平穿孔中，如圖3所示；

步驟S2、利用提升設(shè)備將輔助支撐塊整體鋼結(jié)構(gòu)提升至橋墩立柱頂部，并套裝在橫梁的兩端，最后使用化學錨栓將輔助支撐塊與橋墩立柱進行固定，并在橫梁和輔助支撐塊之間進行緊固；

步驟S3、在橫梁和橋梁梁底之間、以及橫梁與防松鎖緊件之間設(shè)置彼此疊加的蝶形彈簧83，并使用放松鎖緊件進行緊固，如圖3所示。

上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員對本發(fā)明的各種變形和改進，均應擴如本發(fā)明權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。