CN103243644B - 变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座。桥梁工程领域通常采用的摩擦摆支座一旦球面半径确定，其隔震周期也随之确定，但固定周期导致结构的地震适应能力较差。本发明设置双球面衬板，上下设置上支座板和底座，双球面衬板下表面设置滑块组件，上支座板环周设置有固定在底座上的限位板及导向条组件；上支座板、双球面衬板、变曲率底板三者之间形成两对曲面摩擦副。本发明采用变曲率表面克服传统摩擦摆支座的共振问题；通过滑块组件实现在不同曲率半径下支座相关结构的可靠接触，摩擦面接触自适应性，避免发生局部应力集中的问题；实现正常工况与地震工况下减隔震功能分离，受力稳定可靠，防止落梁，且多级防护的减隔震效果明显。

Description

变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座

技术领域

    本发明属于桥梁减隔震技术领域，具体涉及一种变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座。

背景技术

近年来，随着全球地震的频发，工程结构如何实现抗震减灾得到人们的高度重视。在桥梁工程领域，为克服传统结构抗震技术的不足，隔震、减震控制技术是提高结构抗震性能的有效途径。目前，国内外大多采用减隔震支座来延长结构自振周期，耗散输入到上部结构的地震能量，并取得了良好的经济和社会效益。交通运输部发布的《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）中推荐使用的整体型减隔震装置有：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座。其中摩擦摆式减隔震支座由于具有对地震激励频率范围的低敏感性、高寿命和高稳定性、较强的自限位和复位能力、以及优良的隔震和消能机制等综合性能，逐渐成为最具有发展前景的减隔震支座。而目前国内采用的传统意义上的摩擦摆式减隔震支座，一旦球面半径确定，其隔震周期也随之确定，而在近断层常伴有长周期脉冲型地震波，容易与结构发生共振；另一方面，虽然在某些专利文件中，提出利用变曲率方式来消除长周期地震波带来的共振现象，但在不同的曲率半径滑动面上，滑动摩擦副为局部点接触，容易产生较大的应力集中，严重影响支座使用寿命。

发明内容

   本发明的目的是提供一种变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，既能利用变曲率消除长周期地震波带来的共振现象，又能利用滑块组件实现全周期的自适应可靠接触及自复位能力，同时防止落梁，并且提供多级防护减隔震效果。

本发明所采用的技术方案是：

变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的支座设置有双球面衬板，双球面衬板的上球面上部设置有与其上球面形状相适应的上支座板，双球面衬板的下球面下部设置有与其下球面形状相适应的底座；

双球面衬板的下球面与底座之间设置有不锈钢板，该不锈钢板的上方设置有若干滑块组件，若干滑块组件镶嵌在双球面衬板下球面密布的凹槽内；

上支座板环周设置有固定在底座上的限位板。

所述的双球面衬板的上球面上设置有不锈钢板，上支座板与该不锈钢板之间设置有滑板，滑板环周设置有密封圈。

所述的底座的球面曲线可为等曲率圆弧曲线、双曲率曲线、椭圆曲线或其他变曲率曲线，球面圆周方向设置圆环形凸台。

所述的限位板分为四部分，两两相对，均通过剪力螺栓固定在底座边缘的圆环形凸台上，限位板的边缘形状与圆环形凸台边缘相适应；

剪力螺栓与限位板通过链条或钢丝绳螺钉组件相连接，限位板与底座通过链条或钢丝绳螺钉组件相连；

钢丝绳通过上锚固组件及下锚固组件将上支座板和底座相连接。

所述的滑块组件自上而下依次为圆柱形的变形块、鼓形的滑块组件钢板和滑块组件滑板；

其中，变形块底部环周和滑块组件滑板环周均设置有滑块组件密封圈。

所述的滑块组件自上而下依次为圆柱形的变形块、底面为凹球面的滑块组件球凹衬板、曲面状的滑块组件滑板、半球体状的滑块组件衬板和底部平面状的滑块组件滑板；

其中，曲面状的滑块组件滑板和底部平面状的滑块组件滑板均设置有滑块组件密封圈。

所述的限位板与上支座板相对的四边均设置有导向条组件；

导向条组件包括导向不锈钢板、导向条、连接销柱和导向块；

其中，导向块通过若干连接销柱固定在限位板上，导向块与限位板相对的面为圆弧形曲面，另一滑动表面设置有导向条；导向不锈钢板设置在上支座板的侧面；

导向块两端端部设置有链条或钢丝绳螺钉组件，连接到限位板上。

所述的上支座板和其中一个方向上相对的两块限位板之间留有满足单向设计位移的间隙，和另一方向上相对的两块限位板之间设置有导向条组件；

导向条组件包括导向不锈钢板、导向条、连接销柱和导向块；

其中，导向块通过连接销柱固定在限位板上，导向块与限位板相对的面为圆弧形，另一滑动表面设置有导向条，导向不锈钢板设置在上支座板的侧面。

所述的上支座板和两个方向上相对的两组限位板之间均留有满足设计位移的间隙。

所述的上支座板和环周限位板之间均设置有小于1mm的间隙。

    本发明具有以下优点：

本发明采用变曲率表面既克服传统摩擦摆支座的共振问题，又大大减弱常规位移下的梁体升降问题；采用滑块组件提高摩擦面接触自适应性，实现在不同曲率半径下支座相关结构的可靠接触，避免发生局部应力集中的问题；设置的剪力螺栓可实现正常工况与地震工况下减隔震功能分离，导向条组件可将滑动与转动分离，并设置链条或钢丝绳螺钉组件将地震时易脱落的零件连接，防止因支座而产生的地震次生灾害，整体结构主次分明，协调统一，传力路线清晰，受力稳定可靠，防止落梁，且多级防护的减隔震效果明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图固定型（主视图）；

图2是本发明的结构示意图固定型（俯视图）；

图3是本发明的盆式滑块组件结构示意图；

图4是本发明的组合式滑块组件结构示意图；

图5是本发明的导向条组件结构示意图；

图6是本发明的导向条组件结构链条或钢丝绳螺钉组件图；

图7是本发明的实施例2单向滑动型（主视图）；

图8是本发明的实施例2单向滑动型（俯视图）；

图9是本发明的实施例3双向滑动型（主视图）；

图10是本发明的实施例3双向滑动型（俯视图）；

图11是本发明的实施例4等曲率摩擦摆式支座（主视图）；

图12是本发明的实施例4等曲率摩擦摆式支座（俯视视图）；

图中，1-上锚固组件，2-钢丝绳，3-上支座板，4-双球面衬板，5-滑块组件，6-底座，7-下锚固组件，8-滑板，9-导向条组件，10-限位板，11-链条或钢丝绳螺钉组件，12-剪力螺栓，13-密封圈，14-不锈钢板，15-变形块，16-滑块组件钢板，17-滑块组件密封圈，18-滑块组件滑板，19-滑块组件球凹衬板，20-滑块组件衬板，21-导向不锈钢板、22-导向条，23-连接销柱，24-导向块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所述的变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，设置有双球面衬板4，双球面衬板4的上球面上部设置有与其上球面形状相适应的上支座板3，双球面衬板4的下球面下部设置有与其下球面形状相适应的底座6。底座6的球面自中心向边缘曲率递增，中心处曲率较大，边缘处曲率较小。上支座板3环周设置有固定在底座6上的限位板10，限位板10分为四部分，两两相对，均通过剪力螺栓12固定在底座6边缘的圆环形凸台上，限位板10的边缘形状与圆环形凸台相适应。

双球面衬板4的上球面上设置有不锈钢板14，上支座板与该不锈钢板14之间设置有滑板8，滑板8环周设置有密封圈13。双球面衬板4的下球面与底座6之间设置有不锈钢板14，该不锈钢板14的上方设置有若干滑块组件5，滑块组件5镶嵌在双球面衬板4下球面密布的凹槽内。

滑块组件5有两种结构形式：

（1）参见图3的盆式结构形式，滑块组件5自上而下依次为圆柱形的变形块15、鼓形的滑块组件钢板16和滑块组件滑板18；其中，变形块15底部环周和滑块组件滑板18环周均设置有滑块组件密封圈17。

（2）参见图4的组合式支座形式，滑块组件5自上而下依次为圆柱形的变形块15、底面为凹球面的滑块组件球凹衬板19、曲面状的滑块组件滑板18、半球体状的滑块组件衬板17和底部平面状的滑块组件滑板18；其中，曲面状的滑块组件滑板18和底部平面状的滑块组件滑板18均设置有滑块组件密封圈17。

变形块15的可变形材料具有转动和压缩性能，可采用蝶形弹簧、橡胶、高分子材料、尼龙材料等，通过材料的压缩变形或转动实现不同曲率半径下支座摩擦面的自适应性接触及自复位功能，避免局部应力集中问题。

地震时，剪力螺栓12将被剪断而引起限位板10和导向块24脱落，为了避免因此带来的次生灾害，剪力螺栓12和限位板10用链条或钢丝绳螺钉组件11相连，限位板10和底座6用链条或钢丝绳螺钉组件11相连；对于有导向条组件9的支座，导向块24和限位板10通过导向块24两端端部设置的链条或钢丝绳螺钉组件11相连。

同时，为了防止落梁发生，通过在上锚固组件1和下锚固组件7之间连接钢丝绳2，将上支座板3和底座6相连。

综上可知，上支座板3和双球面衬板4之间由不锈钢板14、滑板8和密封圈13形成了滑动摩擦副，双球面衬板4和底座6之间由不锈钢板14和滑块组件滑板18形成了变曲率摩擦副，这两组曲面摩擦副单独或同时起作用来实现支座功能时，有力地保证了支座的顺利滑动和转动，有效地避免了传统支座的共振问题，可靠的连接设置，可以有效防止地震的次生灾害及落梁。

根据上支座板3与限位板10之间的间隙形式，本发明所述的支座有三种结构形式：

（1）参见图1和图2的固定型结构，上支座板3和环周限位板10之间均设置有导向条组件9，上支座板3和环周限位板10之间均设置有小于1mm的间隙。参见图5，导向条组件9包括导向不锈钢板21、导向条22和连接销柱23和导向块24。其中，导向块24通过连接销柱23固定在限位板10上，导向块与限位板相对的面为圆弧形，另一滑动表面设置有导向条，导向不锈钢板21设置在上支座板3的侧壁中。在正常工况下，限位板10限制底座6移动，导向块24的圆弧端适应支座的转角，导向条22和不锈钢板21可以满足支座竖向滑动对材料性能及功能的要求，当遇地震时，剪力螺栓12被剪断耗散地震能量，并实现变曲率减隔震效果，达到了摩擦摆支座的多级防护减隔震效果，在极限位移情况下，底座四周的凸台起到防落梁的作用。

（2）参见图7和图8的单向滑动型结构，上支座板3和其中一个方向上相对的两块限位板10之间留有满足单向设计位移的间隙，和另一方向上相对的两块限位板10之间设置有导向条组件9。这种结构形式适用于有横桥向或纵桥向设计位移的情况。正常工况下，限位板10限制变曲率支座板6的单向位移，在另一个方向沿着导向组件滑动，并满足支座的转角要求；当遇地震时，剪力螺栓12被剪断耗能地震能量，并实现变曲率减震效果，达到了摩擦摆支座的多级防护减隔震效果，在极限位移情况下，底座四周的凸台起到防落梁的作用。

（3）参见图9和图10的双向滑动型结构，上支座板3和两个方向上相对的两组限位板10之间均留有满足设计位移的间隙，适用于有双向设计位移的情况，具体工作情况与单向滑动型变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座相同。

（4）参见图11和图12的等曲率摩擦摆固定结构，底座6的球面半径不变，与之相适应的双球面衬板4下球面半径与底座相同，在双球面衬板4与底座6之间仅设置不锈钢板14，其余结构与图1和图2所示的结构相同，相应的通过调节上支座板3和限位板10之间的距离可以演变成单向滑动型和双向滑动型结构。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的支座设置有双球面衬板（4），双球面衬板（4）的上球面上部设置有与其上球面形状相适应的上支座板（3），双球面衬板（4）的下球面下部设置有与其下球面形状相适应的底座（6）；

双球面衬板（4）的下球面与底座（6）之间设置有不锈钢板（14），该不锈钢板（14）的上方设置有若干滑块组件（5），若干滑块组件（5）镶嵌在双球面衬板（4）下球面密布的凹槽内；

上支座板（3）环周设置有固定在底座（6）上的限位板（10）；

所述的双球面衬板（4）的上球面上设置有不锈钢板（14），上支座板与该不锈钢板（14）之间设置有滑板（8），滑板（8）环周设置有密封圈（13）；

所述的底座（6）的球面曲线为等曲率圆弧曲线、双曲率曲线或椭圆曲线，球面圆周方向设置圆环形凸台；

所述的限位板（10）分为四部分，两两相对，均通过剪力螺栓（12）固定在底座（6）边缘的圆环形凸台上，限位板（10）的边缘形状与圆环形凸台边缘相适应；

剪力螺栓（12）与限位板（10）通过链条或钢丝绳螺钉组件（11）相连接，限位板（10）与底座（6）通过链条或钢丝绳螺钉组件（11）相连；

钢丝绳（2）通过上锚固组件（1）及下锚固组件（7）将上支座板（3）和底座（6）相连接；

所述的滑块组件（5）自上而下依次为圆柱形的变形块（15）、底面为凹球面的滑块组件球凹衬板（19）、曲面状的滑块组件滑板、半球体状的滑块组件衬板（20）和底部平面状的滑块组件滑板；

其中，曲面状的滑块组件滑板和底部平面状的滑块组件滑板均设置有滑块组件密封圈（17）。

2.根据权利要求1所述的变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的限位板（10）与上支座板（3）相对的四边均设置有导向条组件（9）；

导向条组件（9）包括导向不锈钢板（21）、导向条（22）、连接销柱（23）和导向块（24）；

其中，导向块（24）通过若干连接销柱（23）固定在限位板（10）上，导向块（24）与限位板（10）相对的面为圆弧形曲面，另一滑动表面设置有导向条（22）；导向不锈钢板（21）设置在上支座板（3）的侧面；

导向块（24）两端端部设置有链条或钢丝绳螺钉组件（11），连接到限位板（10）上。

3.根据权利要求1所述的变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的上支座板（3）和其中一个方向上相对的两块限位板（10）之间留有满足单向设计位移的间隙，和另一方向上相对的两块限位板（10）之间设置有导向条组件（9）；

导向条组件（9）包括导向不锈钢板（21）、导向条（22）、连接销柱（23）和导向块（24）；

其中，导向块（24）通过连接销柱（23）固定在限位板（10）上，导向块（24）与限位板（10）相对的面为圆弧形，另一滑动表面设置有导向条（22），导向不锈钢板（21）设置在上支座板（3）的侧面。

4.根据权利要求1所述的变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的上支座板（3）和两个方向上相对的两组限位板（10）之间均留有满足设计位移的间隙。

5.根据权利要求2所述的变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：

所述的上支座板（3）和环周限位板（10）之间均设置有小于1mm的间隙。