本發(fā)明屬于橋梁抗震技術(shù)領域，具體涉及一種用于橋梁的順橋向低屈服點鋼制耗能型橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)及布置方法。

背景技術(shù)：

我國位于太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，是世界上多地震國家之一，發(fā)生的地震具有強度大、分布廣、震源淺和震害特別嚴重等特點。修建的橋梁多處于公路交通的樞紐地位和咽喉地段，為生命線工程的重要組成部分，一旦在地震中遭到破壞，其后果是災難性的，有時甚至會導致整個交通系統(tǒng)的嚴重癱瘓，給后續(xù)的救援和重建工作帶來不便。在過去幾十年里發(fā)生的大地震中，橋梁的震害形式主要包括：支座損壞；梁式橋的上部梁體位移如果超出了橋墩的支撐面，則會引起落梁震害（含橫橋向和順橋向）；上部梁體發(fā)生落梁時如果撞擊橋墩，引起下部結(jié)構(gòu)很大的碰撞破壞；伸縮縫處相鄰梁體碰撞引起的局部損壞；伸縮縫處相對較大的碰撞力還會把該處的碰撞力效應，傳到橋墩底部，引起橋墩底部的損壞；橋梁抗震擋塊自身的局部損壞，從而喪失擋塊的抗震功能。

目前我國的橋梁為了限制上部梁體橫橋向相對較大的位移，常常在橋墩蓋梁頂部安裝鋼筋混凝土擋塊，而對限制上部梁體順橋向相對較大位移的研究相對較少。但是地震中橋梁也常常發(fā)生梁體順橋向的落梁損壞。普通的鋼筋混凝土擋塊和梁體之間的碰撞是混凝土之間的剛性碰撞，容易造成鋼筋混凝土擋塊和橋梁梁體的局部損壞，而且地震中鋼筋混凝土擋塊的水平剪力通常不足，擋塊容易發(fā)生不可修復的破壞，不能很好限制梁體的位移。但是如果加強混凝土擋塊和蓋梁間的連接強度，又會把擋塊和梁體間的碰撞效應轉(zhuǎn)移到橋墩底部，引起橋墩底部的損壞。另外地震中，對于設置伸縮縫的梁式橋，較大的上部梁體順橋向位移還會引起鄰梁在伸縮縫處的直接碰撞，不僅在碰撞區(qū)域產(chǎn)生嚴重的局部破壞，還會增大伸縮縫的寬度影響車輛的正常通行。

針對上述不足，需要設計和開發(fā)一種新型的順橋向抗震擋塊結(jié)構(gòu)，不僅能把發(fā)生在擋塊和梁體之間的剛性碰撞轉(zhuǎn)化為柔性碰撞，還能有效減小碰撞力和消耗地震能量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明設計和開發(fā)一種新型的抗震擋塊結(jié)構(gòu)及布置方法，限制順橋向梁體和橋墩之間相對較大的位移，保護支座，防止梁體順橋向的落梁震害；把發(fā)生在擋塊和梁體之間的剛性碰撞轉(zhuǎn)化為柔性碰撞，大大減小碰撞區(qū)域的局部損壞；把伸縮縫處相鄰梁體間的碰撞轉(zhuǎn)移到擋塊上，達到保護伸縮縫的作用；增加并分散梁體和擋塊之間的碰撞位置，大大減小作用在每一擋塊結(jié)構(gòu)的碰撞力，減小擋塊結(jié)構(gòu)的局部損壞；盡可能多的消耗掉地震能量，以期減小橋墩等其他橋梁構(gòu)件的損壞。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種順橋向低屈服點鋼制耗能型橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括鋼牛腿、擋塊塊體和鋼架；鋼牛腿固定在橋梁活動支座附近的橋墩頂部的側(cè)面，擋塊塊體焊接在鋼牛腿上；鋼架固定在橋的主梁的底部，擋塊塊體位于兩個鋼架之間，擋塊塊體與鋼架之間預留一定的距離。

所述擋塊塊體和鋼架之間的較優(yōu)距離為20mm—80mm。

所述擋塊塊體由擋塊塊體鋼底板、擋塊塊體鋼側(cè)板、擋塊塊體鋼腹板、擋塊塊體加勁肋、耗能型低屈服點鋼板和碰撞鋼板焊接構(gòu)成；兩塊相對的擋塊塊體鋼側(cè)板焊接在擋塊塊體鋼底板上，兩塊相對的擋塊塊體鋼側(cè)板之間自下而上依次焊接一塊耗能型低屈服點鋼板、一塊擋塊塊體加勁肋和一塊擋塊塊體鋼腹板，每塊擋塊塊體鋼側(cè)板外側(cè)和擋塊塊體加勁肋相同高度的水平位置上各焊接一塊碰撞鋼板，碰撞鋼板的最邊緣處為圓弧形。

所述的鋼架由鋼架加勁肋、鋼架側(cè)板、鋼架腹板和鋼架頂板焊接而成；鋼架頂板開有若干個螺栓孔；水平的鋼架頂板向下焊接兩塊豎直并且相對的鋼架側(cè)板，兩塊鋼架側(cè)板之間焊接鋼架加勁肋和鋼架腹板；鋼架加勁肋和鋼架頂板平行，鋼架腹板和鋼架頂板垂直。

所述擋塊塊體中的耗能型低屈服點鋼板的屈服強度要低于擋塊塊體中除了耗能型低屈服點鋼板以外的其它鋼材的屈服強度，擋塊塊體中除了耗能型低屈服點鋼板以外的其它鋼材的屈服強度和構(gòu)成鋼牛腿、鋼架的鋼材的屈服強度相同。

所述的耗能型低屈服點鋼板采用屈服點為160MPa或100MPa的低屈服點鋼。

所述的順橋向低屈服點鋼制耗能型橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)的布置方法，其特征在于，該橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)橫橋向布置在每一橋梁活動支座的附近，擋塊結(jié)構(gòu)布置多而且分散，擋塊塊體和鋼架之間的距離小于活動支座允許移動的最大距離，達到保護支座的目的；對于設置伸縮縫的梁式橋，擋塊塊體和鋼架之間的距離還要小于伸縮縫的寬度，地震中，可以分散碰撞位置，大大減小作用在每一橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)上的地震力，可以把本應發(fā)生在伸縮縫處相鄰梁體間的碰撞轉(zhuǎn)移到擋塊上，防止伸縮縫處的碰撞損壞。

上述的布置方法，進一步的，擋塊塊體的加勁肋、碰撞鋼板和鋼架的加勁肋要對齊設置。

其原理是：地震中，順橋向梁體和橋墩發(fā)生相對較大的位移，當該位移超過擋塊塊體和鋼架之間的距離時，擋塊塊體和鋼架發(fā)生碰撞，從而限制順橋向梁體和橋墩的相對較大位移，防止落梁損壞。擋塊塊體中含有1塊耗能型低屈服點鋼板，其屈服強度低于抗震擋塊結(jié)構(gòu)中其他鋼材的屈服強度，便于地震中，耗能型低屈服點鋼板比其他普通鋼板先發(fā)生較大變形，消耗能量。地震波有三個方向，常常導致橋梁的振動非常復雜，擋塊塊體和鋼架之間的碰撞很難是面對面的均勻碰撞，更多的是碰撞位置不確定的點對面的非均勻碰撞。因此，擋塊塊體上有兩塊碰撞鋼板，該碰撞鋼板的最邊緣處為圓弧形，這樣就能滿足橋梁在復雜振動下是碰撞位置不確定的點對面的非均勻碰撞，有利于擋塊結(jié)構(gòu)正常工作。

為了進一步確?？拐饟鯄K結(jié)構(gòu)中的耗能型低屈服點鋼板正常工作，還要預防擋塊結(jié)構(gòu)中的其他鋼板不發(fā)生嚴重的局部損壞，如鋼板屈曲等。因此，擋塊塊體的碰撞區(qū)域除了設置最邊緣處為圓弧形的碰撞鋼板以外，還設置1塊擋塊塊體的加勁肋；同理，鋼架的碰撞區(qū)域也設置了1塊鋼架的加勁肋。擋塊塊體的加勁肋、碰撞鋼板和鋼架的加勁肋要對齊設置，使碰撞位置在加勁肋處，鋼板不易發(fā)生局部屈曲，擋塊結(jié)構(gòu)不易發(fā)生局部損壞。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能有效限制橋梁梁體和橋墩之間順橋向的相對較大位移，防止梁體落梁損壞，減小活動支座和伸縮縫的震害。因為在每一活動支座附近都布置了所述的橋梁抗震擋塊，擋塊的位置分散，數(shù)量多，這樣的布置方法可以有效減小作用在每一擋塊結(jié)構(gòu)上的地震力，減小對擋塊結(jié)構(gòu)本身的損傷。另外，擋塊塊體中的加勁肋、碰撞鋼板和鋼架中的加勁肋對齊設置，使碰撞位置在加勁肋處，不易損壞擋塊結(jié)構(gòu)。碰撞鋼板最邊緣圓弧形設計能有效滿足擋塊與鋼架間的碰撞是碰撞位置不確定的非均勻碰撞。在中小地震作用下，較小的碰撞力使得擋塊塊體中的耗能型低屈服點鋼板處在彈性階段，該階段與普通鋼筋混凝土擋塊相似，屬剛性碰撞；但在大地震作用下，較大的碰撞力會使耗能型低屈服點鋼板進入塑性階段，擋塊塊體與鋼架之間的碰撞屬柔性碰撞，不僅可以有效減小碰撞區(qū)的局部損壞和減小傳遞到橋墩底部的損壞，還可以依靠擋塊塊體中耗能型低屈服點鋼板的塑性變形，消耗一部分地震能量，減小地震對橋梁其他構(gòu)件的損壞。最后，本發(fā)明具有材料價格低，構(gòu)造簡單，施工方便，適用于舊橋和新橋，容易檢測維修等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明應用于工字型鋼板組合梁橋示意圖；

圖2為圖1的A-A截面示意圖；

圖3為地震作用下本發(fā)明的第一種工作狀態(tài)圖；

圖4為地震作用下本發(fā)明的第二種工作狀態(tài)圖；

圖5為本發(fā)明的鋼牛腿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的擋塊塊體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的鋼架結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖中：1-橋的主梁，2-橋的另一主梁，3-伸縮縫，4-橋墩，5-橋梁支座墊石，6-橋梁另一支座墊石，7-橋梁活動支座，8-橋梁固定支座，9-鋼牛腿，10-擋塊塊體，11-鋼架，12-鋼架螺栓，13-鋼牛腿螺栓，14-鋼牛腿底板，15-鋼牛腿腹板，16-鋼牛腿頂板，17-鋼牛腿的側(cè)板，18-鋼牛腿側(cè)板上的螺栓孔，19-擋塊塊體鋼底板，20-擋塊塊體鋼側(cè)板，21-擋塊塊體鋼腹板，22-擋塊塊體的加勁肋，23-耗能型低屈服點鋼板，24-碰撞鋼板，25-鋼架的加勁肋，26-鋼架側(cè)板，27-鋼架腹板，28-鋼架頂板，29-鋼架頂板上的螺栓孔，30-橋面板。

具體實施方式

如圖1至圖7所示，本發(fā)明一種順橋向低屈服點鋼制耗能型橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)及布置方法的一具體實施例，包括鋼牛腿9、擋塊塊體10和鋼架11。本實施例選用的橋型為工字型鋼板組合梁橋，所述橋梁抗震擋塊結(jié)構(gòu)及布置方法同樣適用于預應力混凝土橋、鋼橋等其他橋型。

如圖1至圖4所示，橋的主梁1和橋的另一主梁2在橋墩4的頂部斷開，形成伸縮縫3。在伸縮縫3處的順橋向，橋墩4的頂部，設置了橋梁支座墊石5和橋梁另一支座墊石6，橋梁活動支座7設置在橋梁支座墊石5上，橋梁固定支座8設置在橋梁另一支座墊石6上。橋梁活動支座7支承橋的主梁1，橋梁固定支座8支承橋的另一主梁2。

順橋向布置方法：如圖1、圖3和圖4所示，鋼牛腿9布置在橋墩4頂部順橋向的側(cè)面，且設置在橋梁活動支座7附近，擋塊塊體10設置在鋼牛腿9的頂部，鋼架11設置在橋的主梁1底部。

橫橋向布置方法：如圖2所示，在每一活動支座7的附近設置鋼牛腿9、擋塊塊體10和鋼架11。

具體的，如圖5所示，鋼牛腿9由鋼牛腿底板14、鋼牛腿的腹板15、鋼牛腿頂板16和鋼牛腿的側(cè)板17焊接組成。鋼牛腿的側(cè)板17上，開有8個鋼牛腿側(cè)板上的螺栓孔18。如圖1和圖2所示，鋼牛腿9通過鋼牛腿螺栓13固定在橋墩4頂部的側(cè)面，且在每一活動支座7的附近都設置了鋼牛腿9。鋼牛腿9所選用的鋼材可以為Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼或者Q420鋼。

如圖6所示，擋塊塊體10由擋塊塊體鋼底板19，擋塊塊體鋼側(cè)板20，擋塊塊體鋼腹板21，擋塊塊體的加勁肋22，耗能型低屈服點鋼板23，碰撞鋼板24焊接構(gòu)成。

如圖1、圖2、圖5和圖6所示，通過把擋塊塊體鋼底板19和鋼牛腿頂板16焊接起來，鋼牛腿9和擋塊塊體10連接成一個整體。其中擋塊塊體鋼底板19的幾何尺寸略小于鋼牛腿頂板16的尺寸，便于二者有效的焊接在一起。

如圖7和圖1所示，鋼架11由鋼架的加勁肋25、鋼架側(cè)板26、鋼架腹板27和鋼架頂板28焊接而成。鋼架頂板28開有8個鋼架頂板上的螺栓孔29，鋼架螺栓12將鋼架頂板28和橋的主梁1的底板栓接在一起。鋼架11和除了耗能型低屈服點鋼板23以外的擋塊塊體10中的其他鋼板，采用的鋼材一般為Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼或者Q420鋼。耗能型低屈服點鋼板23可以用屈服點為160MPa或100MPa的低屈服點鋼。耗能型低屈服點鋼板23的屈服強度要低于鋼牛腿9、鋼架11和擋塊塊體10（除了耗能型低屈服點鋼板23以外）鋼材的屈服強度。

擋塊塊體10和鋼架11之間要留有一定的距離，較佳的范圍為20mm—80mm，并且該距離還要滿足不僅要小于伸縮縫3的寬度，還要小于附近活動支座7允許的最大位移。地震中，橋的主梁1和橋墩4之間會產(chǎn)生相對較大的位移，依靠擋塊塊體10和鋼架11之間的相互碰撞，限制相對較大位移，保護活動支座7不產(chǎn)生較大位移而破壞，保護伸縮縫3不會因為橋的主梁1和橋的另一主梁2發(fā)生碰撞而損壞，防止橋的主梁1落梁損壞（落梁指橋的主梁1從橋墩4上掉落下來）。因為在每一活動支座4附近的橋的主梁1底部和橋墩4頂部側(cè)面之間都安裝了抗震擋塊結(jié)構(gòu)，碰撞位置較多而且分散，所以可以有效減小作用在每個擋塊塊體10和鋼架11之間的碰撞力，大大減小擋塊塊體10和鋼架11的局部損壞，使抗震擋塊結(jié)構(gòu)正常工作，有效發(fā)揮消耗地震能量、保護活動支座7和伸縮縫3的作用。

所述擋塊塊體10中的耗能型低屈服點鋼板23的屈服強度要低于擋塊塊體10中除了耗能型低屈服點鋼板23以外的其它鋼材的屈服強度，擋塊塊體10中除了耗能型低屈服點鋼板23以外的其它鋼材的屈服強度和構(gòu)成鋼牛腿9、鋼架11的鋼材的屈服強度相同。

鋼架11由鋼架的加勁肋25、鋼架側(cè)板26、鋼架腹板27和鋼架頂板28焊接而成；鋼架頂板28開有8個鋼架頂板上的螺栓孔29。水平的鋼架頂板28向下焊接兩塊豎直并且相對的鋼架側(cè)板26，兩塊鋼架側(cè)板26之間焊接鋼架加勁肋25和鋼架腹板27；鋼架加勁肋25和鋼架頂板28平行，鋼架腹板27和鋼架頂板28垂直。

擋塊塊體10中的擋塊塊體加勁肋22、碰撞鋼板24和鋼架11中的鋼架的加勁肋25要對齊設置。

歷次地震震害表明發(fā)生在擋塊上較大的碰撞力，容易引起擋塊的局部損壞，從而極大影響抗震擋塊結(jié)構(gòu)的限位功能。本發(fā)明通過使用擋塊塊體的加勁肋22和鋼架的加勁肋25可以避免整個擋塊結(jié)構(gòu)的局部損壞。具體的如圖3、圖4、圖6和圖7所示，擋塊塊體的加勁肋22、碰撞鋼板24和鋼架的加勁肋25要對齊設置，便于地震發(fā)生時，碰撞鋼板24和鋼架11的碰撞位置在加勁肋處，擋塊塊體10和鋼架11不易產(chǎn)生局部損壞，使抗震擋塊結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時能正常工作。

本發(fā)明中采用的擋塊塊體的加勁肋22和鋼架的加勁肋25發(fā)生局部屈曲時的力要大于耗能型低屈服點鋼板23的屈服力，如圖3和圖4所示即大地震中耗能型低屈服點鋼板23可以依靠自身滯回曲線正常耗能工作。

地震波一般是南北向，東西向和豎向的三維地震波，從而導致橋梁在這三個方向都有振動，振動特性非常復雜?；诘卣鹬袠蛄喊l(fā)生的復雜振動，擋塊塊體內(nèi)部的碰撞很難是面對面的均勻碰撞，更多的是位置不確定的點對面的非均勻碰撞。所以本發(fā)明在擋塊塊體10上焊接有碰撞鋼板24，且碰撞鋼板24的最邊緣處為圓弧形，該圓弧的直徑等于碰撞鋼板24的板厚。這樣碰撞鋼板24和鋼架11之間的碰撞可以滿足橋梁在復雜振動下是碰撞位置不確定的非均勻碰撞，有利于擋塊塊體10依靠自身變形消耗地震能量。

中小地震作用下，如圖3和圖4所示，橋的主梁1和橋墩4之間產(chǎn)生相對較大位移，擋塊塊體10和鋼架11依靠之間的碰撞力，限制橋的主梁1和橋墩4的順橋向相對位移，保護活動支座4不會產(chǎn)生較大位移而損壞，保護伸縮縫3不會因為橋的主梁1和橋的另一主梁2發(fā)生碰撞而損壞，防止橋的主梁1落梁損壞。發(fā)生大地震時，橋的主梁1和橋墩4的相對位移很大，擋塊塊體10在順橋向產(chǎn)生較大的變形，耗能型低屈服點鋼板23進入塑性階段，擋塊塊體10和鋼架11之間的碰撞屬柔性碰撞，不僅大大減小碰撞區(qū)的局部碰撞力和減小傳遞到橋墩4底部的損壞，還能依靠耗能型低屈服點鋼板23的滯回曲線，消耗一部分能量，減小橋梁其他構(gòu)件的破壞。