本發明屬于土木工程、地震工程技術領域，具體涉及一種適用于橋梁結構在脈沖性地震作用下的多水平緩沖限位系統。

背景技術：

強震發生時靠近斷層附近的結構往往遭受嚴重的破壞，其表現出強的脈沖效應，如1994的美國northridge地震，1999年中國臺灣chichi地震，2008年中國汶川地震等。近斷層地震動往往包含長周期高能量脈沖，從而會造成結構瞬間位移變形過大，從而引發結構的破壞。大跨度橋梁往往具有較長的自振周期，近斷層地震動會明顯增加該類橋梁的位移需求。過大的位移會導致上下部結構變位過大，從而增大結構的內力，引發結構之間相互碰撞等。

大跨度橋梁往往采用減隔震設計，常見的減隔震裝置有粘滯阻尼器，鋼阻尼器，減隔震支座，限位裝置等。其中阻尼器與減隔震支座具有較好的耗能作用，能夠顯著降低強震作用下結構的需求，但粘滯阻尼器對速度敏感，在強脈沖下的適應性還值得商榷；而鋼阻尼器往往變位能力有限，很難適應強脈沖的大位移需求；常規的限位裝置往往只能提供單一剛度的限位，而在強脈沖下往往導致結構的受力過大。

基于對目前大跨度橋梁在近斷層脈沖性地震下的響應規律研究，滿足其在脈沖性地震作用下力與位移的合理平衡，本發明提出了一種多水平緩沖限位系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種使用范圍廣、性能穩定，且可實現橋梁在強脈沖地震作用下實現多水平緩沖限位系統。

為達到以上目的，本發明采用的解決方案是：一種多水平緩沖限位系統，所述限位系統適用于橋梁結構發生脈沖性地震作用，由上板1、滑槽2、彈簧3、滑塊4、連桿5、中間圓柱6、下板7和螺栓孔8組成，其中：上板1為圓盤結構，其上沿徑向均布有滑槽2，滑槽２內設有彈簧３，上板1與橋梁的上部結構錨固；下板7通過螺栓孔8和螺栓與橋梁下部結構（墩臺）錨固，且下板7頂部固定有中間圓柱６結構，所述下板７與中間圓柱6為一整體；連桿5的兩端分別與中間圓柱６與滑塊4鉸接，滑塊４位于滑槽２內，滑塊４兩端設置有彈簧３，當上板1與下板7發生相對位移時，滑塊4能在滑槽2中發生滑動，當滑塊4相對滑槽2的相對位移超過初始自由程時，滑塊4開始壓縮位于其一端的彈簧3，從而開始發揮限位作用；由于每個滑槽2的方向不同，使各個滑槽2中的彈簧3發揮作用的時間也不同，實現了多水平的緩沖限位目的；在近斷層脈沖性地震作用下，結構的上下部往往發生較大的相對位移，一方面，該多水平緩沖限位系統可使結構的基本周期延長，減小輸入到結構中的地震；另一方面，當脈沖到來時，該系統對其進行多級緩沖，從而避免過大的相對位移和內力。

本發明中，所述彈簧３可以采用橡膠等緩沖材料代替。

本發明中，所述滑槽２內設置摩擦阻尼，實現耗能的作用。

本發明的有益效果在于：該多水平緩沖限位系統構造簡單，受力傳遞路徑明確，成本低廉，效果顯著。不但可以應用到大跨度橋梁結構中，對中小跨徑橋梁（包括彎斜橋）也有很好的適應性。總之，該多水平緩沖限位系統在經濟性與效果性上達到了較好的平衡，具有很好的應用前景。本發明不僅適合大跨度橋梁，而且也適用于中小跨度橋梁（包括彎斜橋）；不僅適用于近斷層脈沖性地震，對于遠場地震同樣具有很好的適用性。本發明實現了近斷層脈沖性地震下橋梁結構力與位移的合理平衡，從而避免橋梁結構在強脈沖下所發生的破壞，具有很好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明整體俯視示意圖。

圖2為本發明去掉上板后的結構示意圖。

圖3為本發明滑槽局部示意圖。

圖4為本發明運動示意圖。

圖5為本發明力與位移關系示意圖。

圖中標號：1上板；2滑槽；3彈簧；4滑塊；5連桿；6中間圓柱；7下板；8螺栓孔；9運動位移；10運動方向角；11連桿長度；12滑塊位移；13彈簧受力；14運動方向受力；15連桿受力；16自由段；17多水平緩沖段。

具體實施方式

為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發明的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式結合附圖作詳細說明。

實施例１：如圖１－圖３所示，裝置由上板1、滑槽2、彈簧3、滑塊4、連桿5、中間圓柱6、下板7和螺栓孔8組成，上板1為圓盤結構，其上沿徑向均布有８個滑槽2，每個滑槽２內設有２個彈簧３，使用時，上板1與橋梁的上部結構錨固；下板7通過螺栓孔8和螺栓與橋梁下部結構（墩臺）錨固，下板７與中間圓柱6為一整體；連桿5一端與中間圓柱６頂部鉸接，另一端與滑塊4鉸接，滑塊４位于滑槽２內，且位于兩個彈簧之間當上板1與下板7發生相對位移時，滑塊4能在滑槽2中發生滑動，當上下部結構發生運動位移9，如圖4和圖５所示。滑槽2相對滑塊4發生運動，當滑塊4的滑塊位移12達到自由段16長度后，彈簧3開始受力。在本實施例中忽略滑塊4與滑槽2間的摩擦力，則根據彈簧受力13，可計算得出連桿15的受力，繼而得到運動方向角10的運動方向受力14，從而得到某一滑槽2處的運動方向角10的運動方向受力14與運動位移9關系，重復上述工作可得到其他7個滑槽2處運動方向角10的運動方向受力14與運動位移9的關系。圖４中運動方向角10為15度，連桿5長度為22cm，彈簧剛度為500000kn/m，自由段16長度為5cm的多水平緩沖限位系統的力與位移關系曲線。從圖5可以看出，當運動位移9超過系統的自由段16長度后，該系統開始發揮作用，即系統進入緩沖段17；由于該緩沖段17為曲線，從而為近斷層脈沖性地震下的橋梁結構提供了多水平緩沖。在緩沖段17中，系統提供的剛度漸次變大，當緩沖到一定位移后，由于此時剛度較大，從而限制進一步的位移，實現了地震作用下力與位移的平衡，從而保護橋梁結構在近斷層脈沖性地震下的破壞。

作為本發明實施例的一種變換，彈簧可以換為橡膠等緩沖材料。

作為本發明實施例的一種變換，可以在滑槽內加入摩擦阻尼等，實現耗能的作用。

上述的對實施例的描述均不是對本發明方案的限制，因此，本發明的保護范圍不僅僅局限于上述實施例，任何依據本發明構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的各種修改和改進，都應視為落在本發明的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
本發明公開一種可實現橋梁結構在近斷層脈沖性地震作用下的多水平限位系統。該系統由上板、滑槽、彈簧、滑塊、連桿、中間圓柱及下板構成。通過滑塊與彈簧間的自由長度提供初始松弛量，通過八個不同方位的滑槽系統實現多級緩沖，從而可滿足近斷層脈沖性地震對橋梁結構位移的需求，通過多水平緩沖降低結構的內力。而且由于采用了彈簧，該系統在地震過后可實現自復位。此多水平緩沖限位系統可安裝在大跨度橋梁中，也適用于中小跨度橋梁（包括斜彎橋）；該系統不僅對近斷層脈沖性地震具有很好的適應性，同時對遠場地震同樣有效。該系統不影響橋梁結構的正常運營，只在強震作用下發揮作用。

技術研發人員：郭軍軍;袁萬城;黨新志;喻雋雅;馮睿為;王靜妤
受保護的技術使用者：同濟大學
技術研發日：2017.05.23
技術公布日：2017.09.15