CN107237254A - 一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，包括上连接钢板、下连接钢板以及夹在两者之间的摩擦滑动部件，摩擦滑动部件包括上支座板、下支座板和双曲球面体，上支座板和下支座板设置在相应的连接钢板上，且通过多个平行的凸起和凹槽安装配合，双曲球面体设置在上支座和下支座之间；上支座板和下支座板相对面的周向设置有多个滞变阻尼组件、支承定位结构、蝶形弹簧组件和支承限位结构。本发明的有益效果是：通过滑槽式凸凹结构克服长期非线性效应所导致的墩柱、梁体间相对位移过大问题，还具有减隔抗震功能，能使桥梁、支座、墩体始终不脱落，克服传统摩擦摆支座水平抗剪能力差、共振等问题，受力稳定可靠、防止落梁，且多级防护的减隔震效果明显。

Description

一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座

技术领域

本发明属于建筑及桥梁结构技术领域，具体涉及一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座。

背景技术

地震具有突发性和毁灭性。一次地震，虽然持续时间往往只有几十秒，但却会造成巨大的生命财产损失，这是其他自然灾害无法比拟的。如2008年四川汶川8.0级地震、2010年青海玉树7.1级地震等；同样的，国外也有类似的惨痛的地震灾难记录，如2011年日本本州岛海域8.9级地震、2010年智利比奥比奥省8.8级地震等。虽然最近的几十年里，热门对于地震知识和工程抗震均取得了较大的进步，但地震仍然造成了令人触目惊心的惨重损失及大量的人员伤亡。

桥梁工程为生命线工程之一，国内外的地震灾害表明：地震区域桥梁的损坏坍塌，不仅阻碍当时的救灾行动，而且影响灾后桥梁的恢复重建工作。桥梁支座是连接桥梁上部结构与下部结构的重要部件，它能将桥梁上部结构的受力与变形，位移及转角可靠地传递给桥梁的下部结构；同时桥梁支座也是桥梁抗震的薄弱部位，因此有必要对桥梁支座，尤其是减隔震支座进行研究及结构创新。

目前，应用于建筑工程及桥梁尤其是高墩桥梁的抗震装置主要有铅芯橡胶支座、聚氨脂弹簧球型支座、平面摩擦滑移支座等。这些支座各有千秋，但在实际应用过程中还存在一些不足之处。铅芯橡胶支座耐久性较差、承载能力较弱、易老化、低温时橡胶材料变硬、高温时变软耗能减弱，且其中的铅芯会造成环境污染等；聚氨脂弹簧球型支座耐久性比较差，受外力后屈服位移较小等；平面滑移支座的抗拉或者抗倾覆性能比较差，无回复能力，应用时需要配合其他类型的具有回复力的支座。另外，虽然目前的支座在一定程度上具有减震功能，但很少有减震过程中，保证梁体、支座、桥墩三者始终连接在一起，防止发生落梁的结构。目前，解决震中梁体掉落的办法是额外配置防落梁装置，这样会导致结构庞大，成本增加等一系列问题。

本发明提出了一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，比较实用、完美和方便地解决了上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座。该支座在正常工况下满足建筑物及桥梁结构的正常使用；地震工况下，依靠滞变阻尼组件、支承定位结构；、蝶形弹簧组件；、支承限位结构所组成的减隔震装置，既具有传统支座的减震、隔震作用，又具有防落梁、复位功能、水平抗剪切能力强等功能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，包括上连接钢板、下连接钢板以及夹在两者之间的摩擦滑动部件，

所述的上连接钢板和下连接钢板相对面上均设置有多个平行的凸起，且上连接钢板的凸起和下连接钢板上的凸起相互垂直；

所述的摩擦滑动部件包括上支座板、下支座板和双曲球面体，上支座板设置在上连接钢板的下表面，下支座板设置在下连接钢板的上表面，且上支座板和下支座板上均开有与相应凸起适配的凹槽，双曲球面体位于上支座和下支座之间且通过球面滑动摩擦副滑动配合；

所述的上支座板和下支座板相对面的周向设置有多个滞变阻尼组件、多个支承定位结构、多个蝶形弹簧组件和多个支承限位结构。

所述的滞变阻尼组件包括两个滞变阻尼器，滞变阻尼器包括U型架和斜架，U型架位于水平面内，U型架槽底处与斜架的一端固定相连，斜架位于竖直平面内且倾斜设置，两个滞变阻尼器的斜架相互重叠扣合，两个滞变阻尼器U型架槽口相对且分别位于上下位置。

所述的支承定位结构包括上定位块和下定位块，且上定位块固定在上支座板上，下定位块固定在下支座板上，上定位块和下定位块在其中部位置沿水平方向开有槽孔，通过在槽孔中设置剪力螺栓将上定位块和下定位块连接。

所述的蝶形弹簧组件包括套筒、蝶形弹簧、软钢芯和扣状卡环，在上支座板和下支座板相对面上均开有盲孔，每个盲孔中放置有与之相适配的套筒，每个盲孔的底部放置后支承垫板，两个套筒之间放置有蝶形弹簧，蝶形弹簧中心沿其轴向放置有软钢芯，扣状卡环设置在盲孔的孔棱边处；所述的套筒的端头伸出盲孔，扣状卡环卡扣在套筒的端头。

所述的支承限位结构包括外侧限位块和内侧限位块，外侧限位块固定在上支座板上，内侧限位块固定在下支座板上，外侧限位块和内侧限位块相互扣合且两者之间具有间隙。

所述的凸起与凹槽在其纵向和横向具有间隙且间隙的大小不同，凸起的纵向间隙大于横向间隙。

所述的上连接钢板凸起和下连接钢板凸起在竖直平面内的截面的形状为半圆弧状、半椭圆弧状、半三角形状、半矩形状、半多边形状或半非多边形状。

所述的上连接钢板通过多个柱体构成的上锚固抗拔组件与梁体连接，下连接钢板通过多个柱体构成的下锚固抗拔组件与墩柱连接；所述的锚固抗拔组件底部的形状为柱状，且该柱状的周围为带凹槽或倒齿型结构。

所述的滞变阻尼组件的个数为两个，支承定位结构的个数为两个，蝶形弹簧组件的个数为两个，支承限位机构的个数为两个。

所述的球面摩擦副包括球面非金属滑板和球面不锈钢滑板，两者结合构成球面摩擦副。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）目前各种减震装置的研究与设计基本上都是基于减震的目的而进行的，均没有对高桥墩长期非线性效应所导致的墩顶、梁体间相对位移过大这种情况来考虑和设计，本发明采用滑槽式结构，有效的解决了因温度效应循环、制动力等因素所引起的累积效应问题；

（2）传统的双球面摩擦摆支座，在使用过程中，上部结构如梁体等都会产生较大的竖向位移和转角位移，从而在地震工况下会给建筑及桥梁结构带来极其不利的影响，本发明所采用的碟形弹簧组件、滞变阻尼组件及支承限位结构，在地震期间依靠其弹性回复和滞变特性，既有利于减小过大的位移和转角，又可以吸收大量地震能量，减隔震效果极好；

（3）传统的支座采用限位螺钉或者抗剪切螺栓来限制支座正常工况下的相对位置，但地震工况下，抗剪螺栓被剪断后，即使是低烈度的地震，震后支座再也无法恢复到正常的位置，本发明的碟形弹簧组件、滞变阻尼组件都可以提供支座在地震工况下的变形与恢复，这对于建筑及桥梁工程中支座的性能，具有重要的意义。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为上连接钢板下端面的结构示意图；

图3 为上支座板上端面的结构示意图；

图4 为上支座板下端面的结构示意图；

图5 为下支座板上端面的结构示意图；

图6 为的蝶形弹簧组件与上支座板和下支座板连接的示意图；

图7 为滞变阻尼组件的结构示意图；

图中，1—上连接钢板，2—上支座，3—滞变阻尼组件，31—滞变阻尼器，4—下支座板，5—下连接钢板，6—支承定位结构，61—上定位块，62—下定位块，7—双曲球面体，8—蝶形弹簧组件，81—上定位板，82—蝶形弹簧，83—软钢芯，84—扣状卡环，85—支承垫片，86—盲孔，9—支撑限位结构，91—外侧限位块，92—内侧限位块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，包括上连接钢板1、下连接钢板5以及夹在两者之间的摩擦滑动部件，还包括滞变阻尼组件3、支承定位结构6、蝶形弹簧组件8和支承限位结构9。

如图2所示，连接钢板1的下端面由若干个平行的凸起构成，并且下连接钢板5的上端面由若干个平行的凸起构成，且上连接钢板1下端面与下连接钢板5上端面的凸起交错90度设置，即上连接钢板1下表面、下连接钢板5上表面的凸起为“十字交叉状型式”。上连接钢板1下端面凸起、下连接钢板5上端面凸起竖直面的截面形状为半圆弧状，也可以是半椭圆弧、半三角形状、半矩形状、半多边形状或半非多边形状。其中，上连接钢板1通过若干柱体构成的上锚固抗拔组件与梁体连接；下连接钢板5通过若干柱体构成的下锚固抗拔组件与墩柱连接；锚固抗拔组件底部的形状为柱状周围带凹槽或倒齿型结构。

如图3、图4和图5所示，所述的摩擦滑动部件包括上支座板2、下支座板4和双曲球面体7，上支座板2设置在上连接钢板1的下表面，下支座板4设置在下连接钢板5的上表面。上支座板2上端面由若干个平行的凹槽构成，该凹槽与上连接钢板1的凸起相适配，下支座板4的下端面由若干个平行的凹槽构成，该凹槽与下连接钢板5的凸起相适配；所述的凸起与凹槽在其纵向和横向具有间隙且间隙的大小不同，凸起的纵向间隙大于横向间隙。双曲球面体7夹于所述上支座板2和下支座板4之间，且其分别通过球面滑动摩擦副与上支座板2和下支座板4滑动配合；所述的球面滑动摩擦副包括上球面滑动摩擦副和下球面滑动摩擦副，上球面滑动摩擦副由球面非金属滑板和球面不锈钢滑板结合构成；下球面滑动摩擦副由球面非金属滑板和球面不锈钢滑板结合构成。

如图7所示，双曲球面体7外侧、上支座板2与下支座板4之间设有若干组用于支承桥梁载荷、减小支座刚度、增大地震期间震动周期、提供地震期间回复力与阻尼的滞变阻尼组件3，滞变阻尼组件3包括两个滞变阻尼器31，滞变阻尼器31包括U型架和斜架，U型架位于水平面内，U型架槽底处与斜架的一端固定相连，斜架位于竖直平面内且倾斜设置，两个滞变阻尼器31的斜架相互重叠扣合，两个滞变阻尼器31U型架槽口相对且分别位于上下位置。所述的滞变阻尼器31采用低碳钢。

如图1所示，双曲球面体7外侧、上支座板2与下支座板4之间设有若干个用于支承桥梁载荷、正常工况下靠剪力螺栓定位上支座板2与下支座板4相对位置的支承定位结构6，支承定位结构6包括上定位块61和下定位块62，且上定位块61固定在上支座板2上，下定位块62固定在下支座板4上，上定位块61和下定位块62在其中部位置沿水平方向开有槽孔，通过在槽孔中设置剪力螺栓将上定位块61和下定位块62连接。

如图6所示，双曲球面体7外侧、上支座板2与下支座板4之间均布绕有数个用于支承桥梁载荷、减小支座刚度、增大地震期间震动周期、提供地震期间回复力与阻尼的蝶形弹簧组件8，蝶形弹簧组件8包括套筒81、蝶形弹簧82、软钢芯83和扣状卡环84，在上支座板2和下支座板4相对面上均开有盲孔86，每个盲孔86中放置有与之相适配的套筒81，每个盲孔86的底部放置后支承垫板85，两个套筒81之间放置有蝶形弹簧82，蝶形弹簧82中心沿其轴向放置有软钢芯83，扣状卡环84设置在盲孔86的孔棱边处；所述的套筒81的端头伸出盲孔86，扣状卡环84卡扣在套筒81的端头。

如图4和图5所示，双曲球面体7外侧、上支座板2与下支座板4之间均布绕有数个用于支承桥梁载荷、限制上支座板2与下支座板4在水平方向、竖直方向上过大位移、转动的支承限位结构9，支承限位结构9包括外侧限位块91和内侧限位块92，外侧限位块91固定在上支座板2上，内侧限位块92固定在下支座板4上，外侧限位块91和内侧限位块92相互扣合且两者之间具有间隙。

本发明在各个工况条件下的设计理念、工作原理如下：

在正常工况下，本发明支座主要通过双曲球面体7、支承定位结构6、支承限位结构9来支承整个梁体，通过上连接钢板1与上支座板2、下连接钢板5与下支座板4所形成的滑槽式结构来克服因温度效应循环、制动力等因素所引起长期非线性效应；

在低烈度地震工况下，本发明支座的支承定位结构6上的抗剪螺栓被剪断，双曲球面体7、上支座板2和下支座板4在一起，依靠其三者所形成的上球面滑动摩擦副、下球面滑动摩擦副来消耗大量地震能量，且通过双曲球面体7还可实现动能、势能的反复转换，消耗地震能量。同时，碟形弹簧组件8、滞变阻尼组件3在该工况条件下进入弹性变形阶段，吸收地震能量；

在高烈度地震工况下，本发明支座的滞变阻尼组件3发生较大的弹塑性变形，碟形弹簧组件8在外力作用下，发生更大的弹塑性变形；更恶劣工况下，连接滞变阻尼组件3的限位耗能螺栓被剪断，滞变阻尼组件3弹塑性变形甚至限位耗能螺栓被剪断、碟形弹簧82的弹塑性变形、双曲球面摩擦副、滑槽式结构，一起吸收耗散该工况条件下地震能量；极端条件下，本发明依靠支承限位结构9和滑槽式结构来防止支座各部件之间过大的位移及转动，进而防止支座的裂解，起到防落梁作用，确保地震工况下不发生落梁等重大灾害，确保震后桥梁修复及时和快捷。

本发明中，上述结构可根据建筑及桥梁的结构特点，以及当地的地质条件进行合理的设计与选择。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，包括上连接钢板（1）、下连接钢板（5）以及夹在两者之间的摩擦滑动部件，其特征在于：

所述的上连接钢板（1）和下连接钢板（5）相对面上均设置有多个平行的凸起，且上连接钢板（1）的凸起和下连接钢板（5）上的凸起相互垂直；

所述的摩擦滑动部件包括上支座板（2）、下支座板（4）和双曲球面体（7），上支座板（2）设置在上连接钢板（1）的下表面，下支座板（4）设置在下连接钢板（5）的上表面，且上支座板（2）和下支座板（4）上均开有与相应凸起适配的凹槽，双曲球面体（7）位于上支座（2）和下支座（4）之间且通过球面滑动摩擦副滑动配合；

所述的上支座板（2）和下支座板（4）相对面的周向设置有多个滞变阻尼组件（3）、多个支承定位结构（6）、多个蝶形弹簧组件（8）和多个支承限位结构（9）。

2.根据权利要求1所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的滞变阻尼组件（3）包括两个滞变阻尼器（31），滞变阻尼器（31）包括U型架和斜架，U型架位于水平面内，U型架槽底处与斜架的一端固定相连，斜架位于竖直平面内且倾斜设置，两个滞变阻尼器（31）的斜架相互重叠扣合，两个滞变阻尼器（31）U型架槽口相对且分别位于上下位置。

3.根据权利要求2所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的支承定位结构（6）包括上定位块（61）和下定位块（62），且上定位块（61）固定在上支座板（2）上，下定位块（62）固定在下支座板（4）上，上定位块（61）和下定位块（62）在其中部位置沿水平方向开有槽孔，通过在槽孔中设置剪力螺栓将上定位块（61）和下定位块（62）连接。

4.根据权利要求3所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的蝶形弹簧组件（8）包括套筒（81）、蝶形弹簧（82）、软钢芯（83）和扣状卡环（84），在上支座板（2）和下支座板（4）相对面上均开有盲孔（86），每个盲孔（86）中放置有与之相适配的套筒（81），每个盲孔（86）的底部放置后支承垫板（85），两个套筒（81）之间放置有蝶形弹簧（82），蝶形弹簧（82）中心沿其轴向放置有软钢芯（83），扣状卡环（84）设置在盲孔（86）的孔棱边处；所述的套筒（81）的端头伸出盲孔（86），扣状卡环（84）卡扣在套筒（81）的端头。

5.根据权利要求4所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的支承限位结构（9）包括外侧限位块（91）和内侧限位块（92），外侧限位块（91）固定在上支座板（2）上，内侧限位块（92）固定在下支座板（4）上，外侧限位块（91）和内侧限位块（92）相互扣合且两者具之间有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的凸起与凹槽在其纵向和横向具有间隙且间隙的大小不同，凸起的纵向间隙大于横向间隙。

7.根据权利要求6所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的上连接钢板（1）凸起和下连接钢板（5）凸起在竖直平面内的截面的形状为半圆弧状、半椭圆弧状、半三角形状、半矩形状、半多边形状或半非多边形状。

8.根据权利要求1所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的上连接钢板（1）通过多个柱体构成的上锚固抗拔组件与梁体连接，下连接钢板（5）通过多个柱体构成的下锚固抗拔组件与墩柱连接；所述的锚固抗拔组件底部的形状为柱状，且该柱状的周围为带凹槽或倒齿型结构。

9.根据权利要求1所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的滞变阻尼组件（3）的个数为两个，支承定位结构（6）的个数为两个，蝶形弹簧组件（8）的个数为两个，支承限位机构（9）的个数为两个。

10.根据权利要求1所述的一种滑槽式摩擦摆高墩桥梁减隔震支座，其特征在于：所述的球面摩擦副包括球面非金属滑板和球面不锈钢滑板，两者结合构成球面摩擦副。