專利名稱：滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器的制作方法
滑移隔震型粧基頂部彎矩釋放器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于橋梁樁基礎(chǔ)減隔震技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠阻斷橋梁上部和橋墩 彎矩向樁基礎(chǔ)傳遞，并限制橋梁上部結(jié)構(gòu)和橋墩傳遞給樁基礎(chǔ)的水平力的滑移隔震型樁基 頂部彎矩釋放器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)和橋墩、承臺(tái)采用固結(jié)方式連接，地震作用下，橋梁的上部結(jié)構(gòu)和橋 墩的慣性力產(chǎn)生的巨大彎矩并傳遞到樁基礎(chǔ)。對(duì)于承臺(tái)下設(shè)置的大直徑群樁基礎(chǔ)，地震作 用下樁基頂部的轉(zhuǎn)角需求大，由于彎矩和轉(zhuǎn)角過(guò)大導(dǎo)致樁基頂部附近的混凝土出現(xiàn)破壞。 由于樁基礎(chǔ)埋置于地下或水下，地震損傷和破壞難以發(fā)現(xiàn)、維修及加固，因此對(duì)樁基礎(chǔ)的抗 震性能要求普遍高于橋梁的其他部位。
目前鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)的抗震性能主要通過(guò)延性設(shè)計(jì)，即增加樁基頂部區(qū)段鋼筋 和箍筋的用量來(lái)提高截面的抗彎能力，從而減小樁基礎(chǔ)震害的程度。但是延性設(shè)計(jì)雖然可 以提高鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)的抗彎能力和混凝土開(kāi)裂破碎后的塑性變形能力，但延性設(shè)計(jì)并 未從根本上降低樁身承受的地震力(尤其是彎矩)的大小，而且需要在樁基頂部保護(hù)層混凝 土破壞后行程混凝土塑性鉸來(lái)適應(yīng)樁基頂部轉(zhuǎn)角需求，強(qiáng)震作用下，經(jīng)過(guò)延性設(shè)計(jì)加強(qiáng)的 樁基礎(chǔ)依然會(huì)產(chǎn)生混凝土開(kāi)裂、鋼筋屈服等無(wú)法恢復(fù)的塑性破壞，只是破壞程度比未經(jīng)延 性設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)要小。因此，經(jīng)延性設(shè)計(jì)加強(qiáng)的樁基礎(chǔ)依然存在震后損傷檢查及維修加固 困難的問(wèn)題，而且樁基礎(chǔ)的混凝土、鋼筋材料用量大，工程造價(jià)高。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的大直徑樁基礎(chǔ)地震時(shí)破壞程度大且不易檢查及維修加固 的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能夠阻斷橋梁上部結(jié)構(gòu)和橋墩向樁基礎(chǔ)傳遞彎矩的路徑，限制 上部結(jié)構(gòu)和橋墩向樁基礎(chǔ)傳遞的水平力，從而顯著降低樁基礎(chǔ)中的彎矩，降低工程造價(jià)的 滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器。
解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在上連接板的下表面設(shè)置有滑移板，在 滑移板的下方設(shè)置有倒置的凸球面錐臺(tái)，凸球面錐臺(tái)的上表面開(kāi)有凹槽，凹槽中設(shè)置有承 接板，承接板的上表面與滑移板的下表面搭接，在凸球面錐臺(tái)的下方設(shè)置有凹球面底座，凹 球面底座的頂部開(kāi)有與凸球面錐臺(tái)結(jié)構(gòu)相適配的錐形槽，凸球面錐臺(tái)的凸出部分延伸至錐 形槽的槽底，在凹球面底座與凸球面錐臺(tái)之間設(shè)置有緩沖層。
上述凸球面錐臺(tái)的頂面是平面，凸球面錐臺(tái)的底面中間部分凸起形成倒置錐臺(tái)， 其錐度為1:1 3,倒置錐臺(tái)下底面為球面結(jié)構(gòu)。
上述凸球面錐臺(tái)的倒置錐臺(tái)下端面的球面半徑是倒置錐臺(tái)下端橫截面直徑的1. 8 2. 4 倍。
上述凹球面底座的頂面是平面，頂面中心開(kāi)有錐形槽，錐形槽底面是與凸球面錐 臺(tái)的下端面相適應(yīng)的球面結(jié)構(gòu)。
上述錐形槽底面的球面半徑是凸球面錐臺(tái)下端球面半徑的1. 4 1. 6倍。
上述錐形槽的截面半徑與同高度處凸球面錐臺(tái)的截面半徑之差小于5cm。
上述緩沖層是由橡膠或者聚氨基甲酯材料填充在錐形槽與凸球面錐臺(tái)之間的空 隙中所形成。
上述滑移板的下表面邊沿設(shè)置有密封層，能夠防止地下水滲入。
上述凹球面底座的外形是倒置錐臺(tái)結(jié)構(gòu)或者圓柱形或者棱柱形。
上述承接板是聚四氟乙烯板，滑移板是不銹鋼板。
本發(fā)明的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，通過(guò)凸球面錐臺(tái)與凹球面底座的球型 接觸面壓縮傳遞豎向荷載，且在凸球面錐臺(tái)與凹球面底座之間的空隙中填充軟質(zhì)聚氨基甲 酯緩沖層，通過(guò)半徑不等的球面之間的細(xì)微擺動(dòng)來(lái)適應(yīng)墩底或承臺(tái)底面的轉(zhuǎn)角并通過(guò)凸球 面錐臺(tái)與凹球面底座之間空隙中填充軟質(zhì)聚氨基甲酯緩沖層緩沖碰撞力，通過(guò)滑移板與承 接板之間的摩擦阻力限制并限制墩底或承臺(tái)底面?zhèn)鬟f給樁基礎(chǔ)的水平力，在確保軸向力順 利傳遞的同時(shí)，允許樁基頂部與墩底或承臺(tái)底部間產(chǎn)生少量水平滑移，從而阻斷橋梁上部 和橋墩彎矩向樁基礎(chǔ)傳遞的路徑，達(dá)到顯著降低地震時(shí)樁基礎(chǔ)的彎矩的目的，減少樁基的 損傷且樁基礎(chǔ)不需要采用延性設(shè)計(jì)，無(wú)需增大樁基礎(chǔ)截面，可以顯著的降低混凝土及鋼筋 的材料用量及工程造價(jià)。


圖1為滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于 下述的實(shí)施方式。
實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器是通過(guò)上連接板1、滑移 板2、凸球面錐臺(tái)3、承接板4、凹球面底座5、緩沖層6以及密封層7聯(lián)接構(gòu)成。
本實(shí)施例中，在上連接板I的上表面焊接聯(lián)接有12個(gè)錨固螺栓，通過(guò)錨固螺栓與 橋梁的承臺(tái)8底部固定聯(lián)接，在上連接板I的下表面焊接有與上連接板I等大且與之層疊 的滑移板2。滑移板2采用不銹鋼材料制成板狀結(jié)構(gòu)。在滑移板2的下表面邊沿處設(shè)置有 密封層7，可以用普通的橡膠密封材料，能夠?qū)⒒瓢?與樁基9的頂面密封聯(lián)接，防止地下 水侵入腐蝕其它構(gòu)件。
在滑移板2的中部正下方設(shè)置有倒置的凸球面錐臺(tái)3，凸球面錐臺(tái)3是鋼制材料鑄 成，凸球面錐臺(tái)3的頂面是平面結(jié)構(gòu)，在頂面中部加工有一個(gè)圓形凹槽，圓形凹槽中放置有 與滑移板2貼合的承接板4，承接板4的幾何形狀為圓板狀，由聚四氟乙烯材料制成，該承 接板4嵌入凹槽中，能夠限制其在凸球面錐臺(tái)3上產(chǎn)生水平方向位移，承接板4的上表面與 滑移板2的下表面貼合，將橋梁的承臺(tái)8與樁基9部分隔開(kāi)，當(dāng)橋梁承臺(tái)8受到水平振動(dòng)荷 載時(shí)，能夠在滑移板2與承接板4之間的摩擦阻力作用下產(chǎn)生滑移，充分釋放樁基9頂部的 水平荷載，從而降低樁基9損傷。該凸球面錐臺(tái)3的底面中間部分向下凸起，形成倒置圓錐 臺(tái)，該倒置圓錐臺(tái)的錐度為1:2,該倒置圓錐臺(tái)高80cm,最大直徑為85cm,最小直徑為45cm,倒置錐臺(tái)的下端面為圓球面結(jié)構(gòu)，球面半徑為90cm，即該球面半徑是倒置錐臺(tái)的下端截面 直徑的2倍。
在凸球面錐臺(tái)3的下方設(shè)置有凹球面底座5，凹球面底座5是由鋼質(zhì)材料制成， 凹球面底座5底面中部向外突出，呈圓錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，凹球面底座5底面的圓錐臺(tái)最大直徑為 100cm，最小直徑為60cm，高度為60cm，承載凸球面錐臺(tái)3所傳遞的壓力。本實(shí)施例的凹球 面底座5的頂面是平面結(jié)構(gòu)，在頂面的中部加工有錐形槽，該錐形槽的結(jié)構(gòu)與上述凸球面 錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，其錐度為1:1. 93，大于凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)的錐度，以 適應(yīng)凸球面錐臺(tái)3在錐形槽中的微幅擺動(dòng),其最大直徑為92cm,最小直徑為60cm,深度為 70cm，在同一高度位置處，錐形槽的截面半徑與上述的倒置錐臺(tái)的截面半徑之差在5cm之 內(nèi)，槽底為圓球結(jié)構(gòu)，球面半徑為90cm，即為凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)下端球面直徑的1. 5 倍，凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)伸入該錐形槽內(nèi)，通過(guò)凸球面錐臺(tái)3的下端面與錐形槽槽底吻 合，傳遞豎向的荷載。
在凹球面底座5與凸球面錐臺(tái)3之間的空隙中硫化有軟質(zhì)的聚氨基甲酯材料作為 緩沖層6。
使用時(shí)，將本實(shí)施例的樁基頂部彎矩釋放器安裝在樁基9的頂部與橋梁承臺(tái)8底 部之間。上連接板I與滑移板2嵌入承臺(tái)8的底部，保證滑移板2的下表面與承臺(tái)8的底 面平齊，凹球面底座5埋置于樁基9頂部的混凝土中，凹球面底座5的頂面正好卡在樁基9 頂面上，與樁基9的頂面平齊。
當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，上下設(shè)置的上連接板1、滑移板2、凸球面錐臺(tái)3、凹球面底座5的 相互擠壓緩沖承臺(tái)8與樁基9頂部之間所產(chǎn)生的豎向荷載，當(dāng)橋梁的承臺(tái)8受到地震產(chǎn)生 的水平荷載，承臺(tái)8在滑移板2與承接板4之間的摩擦阻力影響下產(chǎn)生滑移，限制了承臺(tái)8 底面?zhèn)鬟f給樁基9頂部的水平力，減小了樁基9頂部水平力產(chǎn)生的彎矩，從而消減或者降低 樁基9損傷，當(dāng)承臺(tái)8與樁基9頂部之間產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彎矩時(shí),在上連接板I的帶動(dòng)下凸球面錐 臺(tái)3與凹球面底座5之間的轉(zhuǎn)動(dòng)適應(yīng)承臺(tái)8底面與樁基9頂面之間的轉(zhuǎn)角并釋放彎矩，軟 質(zhì)的聚氨基甲酯層可以緩沖下凸球面錐臺(tái)3與凹球面底座5之間的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)的樁基 9頂部彎矩釋放器能夠有效緩減地震時(shí)樁基9所產(chǎn)生的彎矩，降低樁基9損傷，延長(zhǎng)樁基9 礎(chǔ)的使用壽命。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，凸球面錐臺(tái)3的頂面是平面結(jié)構(gòu)，底面中間部分向下突起，形成倒置 圓錐臺(tái)，該倒置圓錐臺(tái)的錐度為1:1，該倒置圓錐臺(tái)高30cm,最大直徑為60cm,最小直徑為 30cm，倒置錐臺(tái)的下端面為圓球面結(jié)構(gòu)，球面半徑為54cm，即該球面半徑是倒置錐臺(tái)的下端 截面直徑的1. 8倍。
本實(shí)施例中，凹球面底座5底面的圓錐臺(tái)最大直徑為65cm，最小直徑為35cm，高度 為50cm，承載凸球面錐臺(tái)3所傳遞的壓力。本實(shí)施例的凹球面底座5的頂面是平面結(jié)構(gòu)，在 頂面的中部加工有錐形槽，該錐形槽的結(jié)構(gòu)與上述凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)， 其錐度為1: O. 97，大于凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)的錐度，其最大直徑為63cm，最小直徑為 32cm，深度為30cm，槽底為圓球結(jié)構(gòu)，球面半徑為64cm，即為凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)下端 截面直徑的2倍，凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)伸入該錐形槽內(nèi)，通過(guò)凸球面錐臺(tái)3的下端面與 錐形槽槽底吻合。其它的部件及其聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，凸球面錐臺(tái)3的頂面是平面結(jié)構(gòu)，底面中間部分向下突起，形成倒置 圓錐臺(tái)，該倒置圓錐臺(tái)的錐度為1:3,該倒置圓錐臺(tái)高30cm,最大直徑為40cm,最小直徑為 30cm，倒置錐臺(tái)的下端面為圓球面結(jié)構(gòu)，球面半徑為72cm，即該球面半徑是倒置錐臺(tái)的下端 截面直徑的2. 4倍。
本實(shí)施例中，凹球面底座5底面的圓錐臺(tái)最大直徑為45cm，最小直徑為40cm，高度 為50cm，承載凸球面錐臺(tái)3所傳遞的壓力。本實(shí)施例的凹球面底座5的頂面是平面結(jié)構(gòu)，在 頂面的中部加工有錐形槽，該錐形槽的結(jié)構(gòu)與上述凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)， 其錐度為1:2. 95，大于凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)的錐度，其最大直徑為45cm，最小直徑為 34cm，深度為29cm，槽底為圓球結(jié)構(gòu)，球面半徑為55cm，即為凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)下端 球面半徑的1. 6倍，凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)伸入該錐形槽內(nèi)，通過(guò)凸球面錐臺(tái)3的下端面 與錐形槽槽底吻合。其它的部件及其聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4
上述實(shí)施例1 3中，緩沖層6用普通橡膠材料制成，用以消減凹球面底座5與凸 球面錐臺(tái)3之間擠壓力。其它的部件及其聯(lián)接關(guān)系與相應(yīng)實(shí)施例相同。
實(shí)施例5
上述實(shí)施例1 4中，凹球面底座5的外形結(jié)構(gòu)是圓柱形,在凹球面底座5的頂面 中部開(kāi)有錐形槽，該錐形槽與凸球面錐臺(tái)3的倒置錐臺(tái)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。其它的部件及其聯(lián)接 關(guān)系與相應(yīng)實(shí)施例相同。
實(shí)施例6
上述實(shí)施例1 4中，凹球面底座5的外形結(jié)構(gòu)是四棱柱形，在凹球面底座5的頂 面上中部開(kāi)有錐形槽，錐形槽的結(jié)構(gòu)與凸球面錐臺(tái)3的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。其它的部件及其聯(lián)接 關(guān)系與相應(yīng)實(shí)施例相同。
上述實(shí)施例的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器還可以安裝在橋墩底與樁基9頂 部之間以及其他的用于防滑、隔震的樁基9中。
權(quán)利要求
1.一種滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于在上連接板(I)的下表面設(shè)置有滑移板(2)，在滑移板(2)的下方設(shè)置有倒置的凸球面錐臺(tái)(3)，凸球面錐臺(tái)(3)的上表面開(kāi)有凹槽，凹槽中設(shè)置有承接板(4)，承接板(4)的上表面與滑移板(2)的下表面接觸，在凸球面錐臺(tái)(3)的下方設(shè)置有凹球面底座(5)，凹球面底座(5)的頂部開(kāi)有與凸球面錐臺(tái)(3) 結(jié)構(gòu)相適配的錐形槽，凸球面錐臺(tái)(3)的凸出部分延伸至錐形槽的槽底，在凹球面底座(5) 與凸球面錐臺(tái)(3)之間設(shè)置有緩沖層(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述凸球面錐臺(tái)(3)的頂面是平面，凸球面錐臺(tái)(3)的底面中間部分凸起形成倒置錐臺(tái)，其錐度為1:1 3,倒置錐臺(tái)下底面為球面結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述凸球面錐臺(tái)(3)的倒置錐臺(tái)下端面的球面半徑是倒置錐臺(tái)下端橫截面直徑的1. 8 2. 4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述凹球面底座(5)的頂面是平面，頂面中心開(kāi)有錐形槽，錐形槽底面是與凸球面錐臺(tái)(3)的下端面相適應(yīng)的球面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述錐形槽底面的球面半徑是凸球面錐臺(tái)(3)下底面球面半徑的1. 4 1. 6倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述錐形槽的截面半徑與同高度處凸球面錐臺(tái)(3)的截面半徑之差小于5cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述緩沖層(6)是由橡膠或者聚氨基甲酯材料填充在錐形槽與凸球面錐臺(tái)(3)之間的空隙中所形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述滑移板(2)的下表面邊沿設(shè)置有密封層(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述凹球面底座(5)的外形是錐臺(tái)結(jié)構(gòu)或者圓柱形或者棱柱形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，其特征在于所述承接板 (4 )是聚四氟乙烯板，滑移板(2 )是不銹鋼板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑移隔震型樁基頂部彎矩釋放器，是通過(guò)凸球面錐臺(tái)與凹球面底座的球型接觸面壓縮傳遞豎向荷載，且在凸球面錐臺(tái)與凹球面底座之間的空隙中填充軟質(zhì)聚氨基甲酯緩沖層，通過(guò)半徑不等的球面之間的細(xì)微擺動(dòng)來(lái)適應(yīng)墩底或承臺(tái)底面的轉(zhuǎn)角并通過(guò)凸球面錐臺(tái)與凹球面底座之間空隙中填充軟質(zhì)聚氨基甲酯緩沖層緩沖碰撞力，通過(guò)滑移板與承接板間的摩擦阻力限制并限制墩底或承臺(tái)底面?zhèn)鬟f給樁基礎(chǔ)的水平力，在確保軸向力順利傳遞的同時(shí)，允許樁基頂部與墩底或承臺(tái)底部間產(chǎn)生少量水平滑移，從而阻斷橋梁上部和橋墩彎矩向樁基礎(chǔ)傳遞的路徑，達(dá)到顯著降低地震時(shí)樁基礎(chǔ)的彎矩的目的。
文檔編號(hào)E02D31/08GK102995667SQ201210578500
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者趙國(guó)輝, 李宇, 白樺, 劉健新, 李加武 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)