CN210856915U - 一种应用斜圈弹簧的减震支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用斜圈弹簧的减震支座，包括支座下板，支座下板上固定有中空环状的弹簧外卡具，弹簧外卡具内部由外而内设置有斜圈弹簧组件、减振体，弹簧外卡具上盖设有支座上板，减振体与支座上板之间设置有第一缓冲板。径向斜圈弹簧与低摩擦系数的聚四氟乙烯板配合，能够实现径向平面内任意方向的位移补偿，起到缓冲作用。

Description

一种应用斜圈弹簧的减震支座

技术领域

本实用新型属于建筑用减震装置技术领域，涉及一种应用斜圈弹簧的减震支座。

背景技术

桥梁、楼房等简支梁结构中，减震支座是连接简支梁上部结构和下部结构的重要结构部件，它能将梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠得传递给梁的下部结构，从而使结构的实际受力情况与设计计算的理论相符合，提高建筑可靠性，减震支座的可靠程度直接影响梁类建筑结构的安全度和耐久性。

现有的减震支座多为橡胶减震支座，橡胶的内结构为卷曲的长链分子结构，其分子间存在的较弱的次级力，使得橡胶材料呈现出黏弹性能，因橡胶具有滞后、阻尼及能进行可逆大变形的特点，故广泛应用于隔震和缓冲中。但在实际工程应用中，橡胶减震支座也有很大的不足，不能完全满足工程应用的全部需求，1)橡胶减震支座中，主要减振体是通过将橡胶层和钢板层交替粘合而形成的，在一些大桥、大型房屋建筑等刚度要求很大的应用环境中不能完全达到工程要求，同时橡胶支座的工艺决定其不易增加整体支座刚度；2)橡胶减震支座的弹性-阻尼特性难以控制，对于不同阶段不同大小的水平剪切力，无法针对各受力阶段的减震要求实现具体的符合理想的减震效果；3)纯橡胶减震支座在某些恶劣应用环境下，如特高温，劣性腐蚀等情况下仍然会有失效的可能性，存在可靠性问题。

此外，当前市场上的减震支座大致为盆式、球式和板式减震支座三种，其中盆式和板式减震支座不能实现径向平面内整周任意方向的剪切力下的滑移缓冲，板式减震支座只能在一个坐标方向上单向或双向滑移。球链式减震支座只能实现微小的平面滑移，且可靠性较差，所受剪切力的幅值小，整体支座结构也较为复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种应用斜圈弹簧的减震支座，解决了现有技术中存在的减震支座无法实现在径向平面内任意方向的剪切力下进行滑移缓冲问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种应用斜圈弹簧的减震支座，包括支座下板，支座下板上固定有中空环状的弹簧外卡具，弹簧外卡具内部由外而内设置有斜圈弹簧组件、减振体，弹簧外卡具上盖设有支座上板，减振体与支座上板之间设置有第一缓冲板。

本实用新型的特点还在于：

支座上板内壁开设有第一凹槽，第一缓冲板位于第一凹槽内，第一缓冲板的厚度小于第一凹槽深度，减振体一端伸入第一凹槽。

斜圈弹簧组件包括至少一个斜圈弹簧套件，多个斜圈弹簧套件呈上下叠加设置，每个斜圈弹簧套件包括两个呈上下对称设置的内卡具，两个内卡具之间设置有第一活动隔板，第一活动隔板与两个内卡具分别形成两个腔体，每个腔体内放置有第一斜圈弹簧。

还包括有第二缓冲板，第二缓冲板位于减振体与支座下板之间。

斜圈弹簧组件包括一个第二斜圈弹簧。

斜圈弹簧组件包括多个第二斜圈弹簧，多个第二斜圈弹簧依次套接，相邻两个第二斜圈弹簧之间设置有第二活动隔板。

沿减振体轴向开设有第一通孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座，与现有的橡胶减震支座相比，具有更稳定、有效的减震性能、耐久性，可靠性，在更加恶劣的应用环境下，即使橡胶部分或其他易损部件失效，斜圈弹簧、支座上板、支座下板刚体仍然能实现基本的减震作用；斜圈弹簧的刚度变化为非线性的，在力值小时仅发生微小变形，在力值很大时则变形快速增加，此形变过程中斜圈弹簧能够维持一个大小几乎不变的力值，即在此特定工作区间内可以提供一个恒定回弹力，从而实现不同阶段该减震支座都具有良好的减震性能；减振体与支座下板粘结，橡胶块(减振体)本身阻尼及粘结后接触面的剪切阻尼是非线性的，斜圈弹簧刚度也是非线性的，即该弹簧阻尼系统两个部分都为非线性，可针对于冲击振动的不同阶段设计不同方案(非线性曲线)，即通过对斜圈弹簧和橡胶的分析设计，可得到适用于不同应用环境下的减震支座，即具有定制性；径向斜圈弹簧与低摩擦系数的聚四氟乙烯板配合，能够实现径向平面内任意方向的位移补偿，起到缓冲作用；减振体上环套径向斜圈弹簧，斜圈弹簧与聚四氟乙烯板配合，使得减振体所承受的剪切力不再由减振体完全承担，而间接作用于径向斜圈弹簧的变形、支座下板、第二缓冲板的滑移上，且该滑移所实现的位移补偿是径向水平面内任意方向的。

附图说明

图1是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的结构示意图；

图2是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的剖视图；

图3是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的一种实施例的结构示意图；

图4是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的另一种实施例的结构示意图；

图5是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的单圈弹簧的受力分析图；

图6是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的左右叠加单圈弹簧的受力分析图；

图7是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的整圈轴向弹簧的受力分析图；

图8是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的整圈径向弹簧的受力分析图；

图9是本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的径向斜圈弹簧的刚度特性曲线图。

图中，1.支座下板，2.支座上板，3.斜圈弹簧组件，3-1.第一斜圈弹簧，3-2.第一活动隔板，3-3.内卡具，3-4.第二斜圈弹簧，3-5.第二活动隔板，4.减振体，5.第一缓冲板，6.第一凹槽，7.弹簧外卡具，8.第二缓冲板，9.第一通孔，10.第二通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座，如图1所示，包括支座下板1，支座下板1上固定有中空环状的弹簧外卡具7，如图2所示，弹簧外卡具7内部由外而内设置有斜圈弹簧组件3、减振体4，弹簧外卡具7内侧壁开设有与第一斜圈弹簧3-1相适配的凹槽，弹簧外卡具7上盖设有支座上板2，减振体4与支座上板2之间设置有第一缓冲板5。沿减振体4轴向开设有第一通孔9，支座上板2和支座下板1开设有第二通孔10，用于固定或者连接其他结构。第一缓冲板5为聚四氟乙烯板，减振体4为圆柱形橡胶块，将轴穿入第一通孔9用于固定橡胶块。支座上板2和支座下板1均为钢板。

本实用新型的减震支座包括以下两种形式：

轴向减震支座：

如图3所示，斜圈弹簧组件3包括至少一个斜圈弹簧套件，多个斜圈弹簧套件呈上下叠加设置，每个斜圈弹簧套件包括两个呈上下对称设置的内卡具3-3，两个内卡具3-3之间设置有第一活动隔板3-2，第一活动隔板3-2与两个内卡具3-3分别形成两个腔体，每个腔体内放置有第一斜圈弹簧3-1，每个内卡具3-3内壁开设有与第一斜圈弹簧3-1相适配的凹槽。最上端的内卡具3-3与支座上板2相抵触，最下端的内卡具3-3与支座下板1相抵触。支座上板2内壁开设有第一凹槽6，第一缓冲板5位于第一凹槽6内，第一缓冲板5的厚度小于第一凹槽6深度，减振体4一端伸入第一凹槽6与第一缓冲板5抵触，支座上板2能绕减振体4转动。每个斜圈弹簧套件内的两圈轴向斜圈弹簧的倾斜角对称。

径向减震支座：

斜圈弹簧组件3可以包括一个第二斜圈弹簧3-4，弹簧外卡具7内侧开设有与第二斜圈弹簧3-4相适配的凹槽，斜圈弹簧组件3支座上板2内壁开设有第一凹槽6，第一缓冲板5位于第一凹槽6内，第一缓冲板5的厚度小于第一凹槽6深度，减振体4一端伸入第一凹槽6与第一缓冲板5抵触，支座上板2能绕减振体4转动，还包括有第二缓冲板8，第二缓冲板8位于减振体4与支座下板1之间。第二缓冲板8为聚四氟乙烯板。

如图4所示，第二斜圈弹簧3-4包括多个时，多个第二斜圈弹簧3-4依次套接，相邻两个第二斜圈弹簧3-4之间设置有第二活动隔板3-5。相邻两圈径向斜圈弹簧的倾斜角对称。

本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座中第一斜圈弹簧3-1的受力分析如下：

首先对单圈斜圈弹簧作理想情况下的受力分析，即为特殊简支梁受力分析，如图5所示，F为施加于B点的一任意方向大小的力，将F等效为垂直基面的力Fb1和平行基面的力Fb2。

①平行于基面的力Fb2可视为由B点对A、C点的压缩力的合力(即分别为前、后半圈的压缩力合力)，易知接触点A、C在Fb2下的支反力合力为-Fb2；②对于Fb1，分别对A，C两点取矩可得A，C点的受力情况。

由∑M_B＝0得：

F_A+F_C＝-Fcos(α)sin(α)

左右叠加单圈斜圈弹簧后，如图6所示，在理想情况下斜圈弹簧下受力圈接触点的支反力为-Fcos(α)sin(α)。故对于端点A，分力Fb2可视为与其支反力抵消，分力Fb1转变为斜圈弹簧的弹性势能，并在A、C点有支反力，即斜圈弹簧对施加载荷的刚体的弹力为F_b1。

整圈的受力情况可根据单圈斜圈弹簧的受力进行叠加，分为径向斜圈弹簧和轴向斜圈弹簧，1)将轴向整圈斜圈弹簧受载后的弹力分解为轴向分力和垂直轴向(即在径向平面内)的分力，如图7所示，分别将各单圈所受的弹力的轴向分力和切向分力叠加，得到一与施加力F反向的集中力F’(F’与轴线重合，方向与位移方向相反)和一力偶M(力偶旋转方向与斜圈弹簧弹力方向相同)；2)将径向整圈斜圈弹簧受载后的弹力分解为轴向分力和垂直轴向(即在轴向平面内)的分力，如图8所示，分别将各单圈所受的弹力的轴向分力和切向分力叠加，得到一与施加力F反向的集中力F’和一力偶M。

由如图9可知，斜圈弹簧的刚度变化是非线性的，在力值小时仅发生微小变形，在力值很大时则变形快速增加，此形变过程中弹簧能够维持一个几乎大小不变的力值，即在此特定工作区间内可以提供一个恒定回弹力，从而实现不同阶段该减震支座都具有良好的减震性能。其刚度特性对于减震应用具有特殊的适配性，从而使本实用新型的减震支座具有很好的减震性能。

本实用新型的减震支座，结构特性决定其水平面任意方向的位移补偿功能，刚独特性决定其作为减震隔震装置的特殊适配性，材料特性决定其优越的耐久性，减震支座的结构设计为弹簧阻尼系统决定其整体更好的减震性。

本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座的工作工程如下：

径向斜圈弹簧减震支座：

工作时，支座上板2、支座下板1分别同上下外部结构用地脚螺栓锚固(或用其他连接方式固连)，当受到水平力和转矩时，支座上板2、支座下板1间发生相对移动，支座上板2与第一缓冲板5间发生相对转动，在此假定支座下板1为相对固定端来分析，根据支座上板2所受水平力大小分为两个阶段：1)支座上板2所受水平力较小时，水平力由支座上板2通过减震体4(铅芯橡胶)传递给第二斜圈弹簧3-4，此时第二斜圈弹簧3-4刚度很大，仅发生微小形变，而减震体4发生较大形变，以抵消水平力；2)支座上板2所受水平力较大时，水平力由支座上板2通过减震体4(铅芯橡胶)传递给第二斜圈弹簧3-4，此时第二斜圈弹簧3-4刚度迅速变小，发生较大形变，同时减震体4也发生形变，并与第二缓冲板8发生相对滑移，以抵消水平力，此时第二斜圈弹簧3-4与减震体4可视为弹簧阻尼系统。当结构发生转角(支座上板2及其所连接的外部件同减震体4(铅锌橡胶)及支座下板1之间因外力作用而产生的相对运动转角，聚四氟乙烯板具有高润滑，不粘附的特性，可以实现支座上板2、支座下板1与减震体4间的相对转动，减震体4可视为连接部件；当外部连接部件有回转运动，或产生扭角等受力状况时，都会出现转角)时，支座上板2与第一缓冲板5发生转动，释放上部结构产生的转矩。地震时，刚性抗震措施(本实用新型的减震支座受到的水平力较小时，斜圈弹簧由于其刚度特性所对应的刚度很大，整个支座可视为刚性体同减震块的结构，即刚性减震措施)和柔性减振措施(当实用新型的减震支座受到的水平力很大时，斜圈弹簧由于其刚度特性所对应的刚度很小，配合聚四氟乙烯板视为柔性体产生滑移变形，整个支座可视为柔性体同减震块的结构，即柔性减震措施)同时发生作用，以抵御巨大的地震输入能量，这样既能保证梁上、下结构合理相对位移，减小地震力的放大系数，又使结构保持统一性。环形结构使其具有水平面内任意方向的位移补偿功能。

双圈径向斜圈弹簧的减震支座再多加第二活动隔板3-5的受力转动即可，第二活动隔板3-5的转动抵消了两斜圈弹簧的周向力。

轴向斜圈弹簧减震支座：

工作时，支座上板2、支座下板1分别同上下外部结构用地脚螺栓锚固(或用其他连接方式固连)，当受到轴向力和转矩时，支座上板2、支座下板1间发生相对移动，支座上板2与第一缓冲板5间发生相对转动，在此假定支座下板1为相对固定端来分析。当支座上板2受轴向力时，轴向力由支座上板2依次传递给第一缓冲板5、减震体4(铅芯橡胶)及支座下板1，同时轴向力也由支座上板2依次传递给上层第一斜圈弹簧3-1、第一活动隔板3-2、下层第一斜圈弹簧3-1及支座下板1，第一斜圈弹簧3-1在受力时产生的周向力由第一活动隔板3-2的转动抵消掉，第一斜圈弹簧3-1的刚度根据所受轴向力的大小发生变化，轴向力较小时刚度大，第一斜圈弹簧3-1仅发生微小形变，轴向力较大时刚度小，第一斜圈弹簧3-1发生较大形变，以抵消水平力；当支座上板2受到转矩时，该转矩由支座上板2传递给第一缓冲板5及减震体4，通过支座上板2与第一缓冲板5的转动释放转矩。

通过以上方式，本实用新型一种应用斜圈弹簧的减震支座，与现有的橡胶减震支座相比，具有更稳定、有效的减震性能、耐久性，可靠性，在更加恶劣的应用环境下，即使橡胶部分或其他易损部件失效，斜圈弹簧、支座上板、支座下板刚体仍然能实现基本的减震作用；斜圈弹簧的刚度变化为非线性的，在力值小时仅发生微小变形，在力值很大时则变形快速增加，此形变过程中斜圈弹簧能够维持一个大小几乎不变的力值，即在此特定工作区间内可以提供一个恒定回弹力，从而实现不同阶段该减震支座都具有良好的减震性能；减振体与支座下板粘结，橡胶块(减振体)本身阻尼及粘结后接触面的剪切阻尼是非线性的，斜圈弹簧刚度也是非线性的，即该弹簧阻尼系统两个部分都为非线性，可针对于冲击振动的不同阶段设计不同方案(非线性曲线)，即通过对斜圈弹簧和橡胶的分析设计，可得到适用于不同应用环境下的减震支座，即具有定制性；径向斜圈弹簧与低摩擦系数的聚四氟乙烯板配合，能够实现径向平面内任意方向的位移补偿，起到缓冲作用；减振体上环套径向斜圈弹簧，斜圈弹簧与聚四氟乙烯板配合，使得减振体所承受的剪切力不再由减振体完全承担，而间接作用于径向斜圈弹簧的变形、支座下板、第二缓冲板的滑移上，且该滑移所实现的位移补偿是径向水平面内任意方向的。

本实用新型的减震支座可以与其他橡胶减震块等减震部件同时使用，橡胶减震块在箱梁端部，用环氧树脂粘和，减震支座在垫石上，用灌浆量、地脚螺栓锚固，减振体4能减少箱梁间碰撞损害，减震支座能够传递桥面荷载同时起到缓冲减震。

Claims (7)

1.一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，包括支座下板(1)，所述支座下板(1)上固定有中空环状的弹簧外卡具(7)，所述弹簧外卡具(7)内部由外而内设置有斜圈弹簧组件(3)、减振体(4)，所述弹簧外卡具(7)上盖设有支座上板(2)，所述减振体(4)与支座上板(2)之间设置有第一缓冲板(5)。

2.根据权利要求1所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，所述支座上板(2)内壁开设有第一凹槽(6)，所述第一缓冲板(5)位于第一凹槽(6)内，所述第一缓冲板(5)的厚度小于第一凹槽(6)深度，所述减振体(4)一端伸入第一凹槽(6)。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，所述斜圈弹簧组件(3)包括至少一个斜圈弹簧套件，多个所述斜圈弹簧套件呈上下叠加设置，每个所述斜圈弹簧套件包括两个呈上下对称设置的内卡具(3-3)，两个所述内卡具(3-3)之间设置有第一活动隔板(3-2)，所述第一活动隔板(3-2)与两个内卡具(3-3)分别形成两个腔体，每个所述腔体内放置有第一斜圈弹簧(3-1)。

4.根据权利要求2所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，还包括有第二缓冲板(8)，所述第二缓冲板(8)位于减振体(4)与支座下板(1)之间。

5.根据权利要求4所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，所述斜圈弹簧组件(3)包括一个第二斜圈弹簧(3-4)。

6.根据权利要求4所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，所述斜圈弹簧组件(3)包括多个第二斜圈弹簧(3-4)，多个所述第二斜圈弹簧(3-4)依次套接，相邻两个所述第二斜圈弹簧(3-4)之间设置有第二活动隔板(3-5)。

7.根据权利要求1所述的一种应用斜圈弹簧的减震支座，其特征在于，沿所述减振体(4)轴向开设有第一通孔(9)。

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