CN104032670A - 一种大转角高摩擦减隔震支座 - Google Patents
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Abstract
一种大转角高摩擦减隔震支座，包括左右两组叠层橡胶块、底板、下座板、中座板、上座板、低摩擦系数摩擦副、高摩擦系数摩擦副、剪力销、挡块、竖向随动机构。当上座板和底板之间发生水平位移，叠层橡胶块发生剪切变形提供回复力；挡块、剪力销都用于承受水平力，前者其设计承载力比较大，在任何地震作用下都不能破坏；后者设计承载力比较小，在大震作用下应被剪断。低摩擦系数摩擦副用于适应转角的要求；高摩擦系数摩擦副用于地震中耗散地震能力。本发明提供正常使用下的竖向承载力、水平承载力，可以适应大跨桥梁、大跨空间结构较大转角的变形要求，有效地减小地震作用下桥梁结构的地震响应，保障桥梁抗震安全。
Description
技术领域
本发明属于结构抗震安全领域，涉及一种防止桥梁、空间结构在地震作用下发生破坏的支座。
背景技术
为了防止桥梁、空间结构在地震作用下发生破坏，往往在支座的位置设置减隔震装置（或减隔震支座），通过减隔震支座的延长周期来减少上部结构水平惯性力，通过减隔震支座的耗能来减小地震的位移响应。因而其下部结构往往不需要进行特殊的设计，造价相对较低。在提供一定减隔震能力的同时，减隔震支座还需要满足结构日常使用的要求。
目前工程中使用的减隔震支座往往存在转角变形能力小、价格较高、性能不稳定、安装不方便、养护困难等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大转角高摩擦减隔震支座，满足非地震情况下的正常使用要求、地震作用下的减震耗能要求，以解决现有产品存在的问题。本发明具有转角变形能力大、价格低廉、高摩擦系数、支座高度小、水平位移大、水平刚度易于准确控制且变化范围很大、不发生抬高现象的优点，完全可以克服现有减隔震支座的不足之处。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
一种大转角高摩擦减隔震支座，包括左右两组叠层橡胶块1、底板2、下座板3、中座板4、上座板5、低摩擦系数摩擦副6、高摩擦系数摩擦副7、剪力销8、挡块9、竖向随动机构10。
上座板5、中座板4、下座板3构成了球型支座。球型支座位于左右两组叠层橡胶块1之间。
底板2与桥梁的下部结构连接，上座板5与桥梁的上部结构连接。
两组叠层橡胶块1的上下平面分别和上座板5、底板2连接，当上座板5和底板2之间发生水平位移，叠层橡胶块1将发生剪切变形，提供回复力。叠层橡胶块1中的橡胶块是由耐腐蚀性、耐低温性、耐久性良好的橡胶材料制成，橡胶块内含有水平钢板约束橡胶外鼓。
挡块9是在上座板5底部形成的凸体，位于所述球型支座的外围；挡块9用于承受水平力，其设计承载力比较大，在任何地震作用下都不能破坏。剪力销8也用于承受水平力，其设计承载力比较小，剪力销8将高摩擦系数摩擦副7固定于底板2上，在大震作用下剪力销8应被剪断。
上座板5与中座板4之间的低摩擦系数摩擦副6，以及中座板4与下座板3之间的低摩擦系数摩擦副6主要用于适应转角的要求。而底板2和下座板3之间的高摩擦系数摩擦副7主要用于地震中耗散地震能力。需要说明的是，摩擦副在本技术领域属于常规产品，不需要介绍其结构细节。
竖向随动机构10设置于上座板5与叠层橡胶块1之间空间内，是由若干套竖向布置的直线导轨构成，每套直线导轨包括导轨杆11和滑块12，导轨杆11的固定端连接于上座板5，滑块12与叠层橡胶块1中上端的水平钢板固定，可沿导轨杆11上下滑动。竖向随动机构10既能保证叠层橡胶块1顶面与上座板5之间的水平相对位置始终保持不变，并可在支座发生较大转角时又能适应上座板5、底板2之间的竖向相对位移，满足支座较大转角变形能力的要求。
上座板5、中座板4、下座板3构成了一个普通球型支座，可以传递竖向力、水平力，并适应转角的要求。该支座的中座板4为球型支座的中支座板，其还包括转动球面、滑动平面，转动球面连接固定于中座板4上部的球面结构上，滑动平面连接固定于中座板4下部的平面结构上。所述的普通球型支座，其结构、功能、工作方式已属于成熟的现有技术，作为桥梁支座适用于《球型支座技术条件》GB/T 17955-2009包括的所有类型，其技术要求满足这些规范的要求。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：
1、转角变形能力较大：由上座板、中座板、下座板所构成的普通球型支座，可以通过球面转动灵活地适应支座转角变形能力较大的要求。竖向随动机构10可以释放叠层橡胶块对上座板和底板之间竖向位移的约束，适应支座转角变形能力较大的要求。转角变形能力可达0.2rad。
2、现场安装简单、方便、质量有保证：叠层橡胶块、高摩擦系数的摩擦副与球型支座成为一个整体，现场安装方法与一般的支座相同，可以保证质量。
3、减震耗能能力：通过高摩擦系数的摩擦副起到耗散地震能量的作用。
4、延长周期：通过叠层橡胶块提供水平向回复力，使得桥墩和支座串联系统的侧向支承刚度小于桥墩的侧向支承刚度，从而起到延长周期，减小地震响应的效果。
5、具有可设计性：可以通过调整叠层橡胶块的高度、截面尺寸和形状、弹性模量和高摩擦系数的摩擦副的摩擦系数等参数，对转角能力、耗能能力、滑动刚度和最大位移等进行可控的设计。
本发明大转角高摩擦减隔震支座，可以提供正常使用下的竖向承载力、水平承载力，特别的可以适应大跨桥梁、大跨空间结构较大转角的变形要求，同时可以有效地减小地震作用下桥梁结构的地震响应，保障桥梁抗震安全。
附图说明
图1为本发明大转角高摩擦减隔震支座的横桥向结构示意图。
图2为本发明大转角高摩擦减隔震支座的纵桥向结构示意图。
图3为本发明大转角高摩擦减隔震支座的俯剖视图。
图4为竖向随动机构的结构示意图，也就是图1中A处的局部放大图。
标记说明：叠层橡胶块1、底板2、下座板3、中座板4、上座板5、低摩擦系数摩擦副6、高摩擦系数摩擦副7、剪力销8、挡块9、竖向随动机构10、导轨杆11、滑块12。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例大转角高摩擦减隔震支座，其设计参数见下表。
表1 大转角高摩擦减隔震支座的设计参数
| 支座设计参数 | 大转角高摩擦减隔震支座 |
| 竖向承载力N | 4000kN |
| 小震作用下的横向水平承载力F 1 | 400kN |
| 转角θ | 0.06rad |
| 正常使用时的低摩擦系数μ 1 | 0.02 |
| 正常使用时的位移要求D 1 | +/-0.1m |
| 大震作用下的高摩擦系数μ 2 | 0.08 |
| 水平向减隔震水平刚度K 2 | 1000kN/m |
| 水平向减隔震位移能力D 2 | 0.2m |
| 水平向极限水平承载力F 2 | 1000kN |
如图1-图4所示，大转角高摩擦减隔震支座包括左右两组叠层橡胶块1、底板2、下座板3、中座板4、上座板5、低摩擦系数摩擦副6、高摩擦系数摩擦副7、剪力销8、挡块9、竖向随动机构10。
上座板5、中座板4、下座板3构成了球型支座。球型支座位于左右两组叠层橡胶块1之间。
底板2与桥梁的下部结构连接，上座板5与桥梁的上部结构连接。
两组叠层橡胶块1分别置于所述球型支座的两侧，两组叠层橡胶块1的上下平面分别和上座板5、底板2连接，当上座板5和底板2之间发生水平位移，叠层橡胶块1将发生剪切变形，提供回复力。叠层橡胶块1中的橡胶块是由耐腐蚀性、耐低温性、耐久性良好的橡胶材料制成，橡胶块内含有水平钢板约束橡胶外鼓。
挡块9是在上座板5底部形成的凸体，位于所述球型支座的外围；挡块9用于承受水平力，其设计承载力比较大，在任何地震作用下都不能破坏。剪力销8也用于承受水平力，其设计承载力比较小，剪力销8将高摩擦系数摩擦副7固定于底板2上，在大震作用下剪力销8应被剪断。
上座板5与中座板4之间的低摩擦系数摩擦副6，以及中座板4与下座板3之间的低摩擦系数摩擦副6主要用于适应转角的要求。而底板2和下座板3之间的高摩擦系数摩擦副7主要用于地震中耗散地震能力。需要说明的是，摩擦副在本技术领域属于常规产品，不需要介绍其结构细节。
竖向随动机构10设置于上座板5与叠层橡胶块1之间空间内，是由若干套竖向布置的直线导轨构成，每套直线导轨包括导轨杆11和滑块12，导轨杆11的固定端连接于上座板5，滑块12与叠层橡胶块1中上端的水平钢板固定，可沿导轨杆11上下滑动。竖向随动机构10既能保证叠层橡胶块1顶面与上座板5之间的水平相对位置始终保持不变，并可在支座发生较大转角时又能适应上座板5、底板2之间的竖向相对位移，满足支座较大转角变形能力的要求。
作为本发明实施例的一种变换，配合的普通支座除了球型支座，还可以采用其他类型和指标的支座。
作为本发明实施例的又一种变换，所述叠层橡胶块的数量、参数可以增加或减少，其分布形式可以在平面内任意布置。
作为本发明实施例的又一种变换，所述低摩擦副摩擦系数的范围可以在0.001~0.03之间，高摩擦副摩擦系数的范围可以在0.05~0.30之间。
Claims (1)
1.一种大转角高摩擦减隔震支座，其特征在于，包括左右两组叠层橡胶块（1）、底板（2）、下座板（3）、中座板（4）、上座板（5）、低摩擦系数摩擦副（6）、高摩擦系数摩擦副（7）、剪力销（8）、挡块（9）、竖向随动机构（10）；
上座板（5）、中座板（4）、下座板（3）构成了球型支座；球型支座位于左右两组叠层橡胶块（1）之间；
底板（2）与桥梁的下部结构连接，上座板（5）与桥梁的上部结构连接；
两组叠层橡胶块（1）的上下平面分别和上座板（5）、底板（2）连接，当上座板（5）和底板（2）之间发生水平位移，叠层橡胶块（1）将发生剪切变形，提供回复力；叠层橡胶块（1）中的橡胶块内含有若干水平钢板；
挡块（9）是在上座板（5）底部形成的凸体，位于所述球型支座的外围；挡块（9）用于承受水平力，其设计承载力比较大，在任何地震作用下都不能破坏；
剪力销（8）也用于承受水平力，其设计承载力比较小，剪力销（8）将高摩擦系数摩擦副（7）固定于底板（2）上，在大震作用下剪力销（8）应被剪断；
上座板（5）与中座板（4）之间的低摩擦系数摩擦副（6），以及中座板（4）与下座板（3）之间的低摩擦系数摩擦副（6）用于适应转角的要求；而底板（2）和下座板（3）之间的高摩擦系数摩擦副（7）用于地震中耗散地震能力；
竖向随动机构（10）设置于上座板（5）与叠层橡胶块（1）之间空间内，是由若干套竖向布置的直线导轨构成，每套直线导轨包括导轨杆（11）和滑块（12），导轨杆（11）的固定端连接于上座板（5），滑块（12）与叠层橡胶块（1）中上端的水平钢板固定，可沿导轨杆（11）上下滑动。
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