CN101701473A - 自适应双球面弹簧钢板隔震支座 - Google Patents

自适应双球面弹簧钢板隔震支座 Download PDF

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韩强
杜修力
亓路宽
王利辉
刘卫刚
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Abstract

本发明涉及建筑、桥梁以及渡槽工程领域方面的一种自适应双球面弹簧钢板隔震支座，由上支座板，圆柱体上滑块、圆柱体双凸球面下滑块、滑动盘以及下支座板组成，上支座板下部设置有圆环形密封板，上支座板下部外壁与圆柱体上滑块上表面相接，上支座板下部外壁的圆柱体上滑块与圆环形密封板之间设置有与圆柱体上滑块相联接的弓形弹簧钢板弹性组件，圆柱体上滑块内凹球面与圆柱体双凸球面下滑块的上凸球面相接，圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面坐落于滑动盘凹球面内，且滑动盘凸球面坐落于下支座板凹球面内。该支座结构简单，竖向承载力大，耐久性好，减隔震机理明确，适用于抗震性能要求高的建筑、桥梁、渡槽以及其它的构筑物。

Description

自适应双球面弹簧钢板隔震支座
技术领域
本发明涉及建筑、桥梁、渡槽以及其它构筑物的减隔震支座装置，尤其是涉及自适应双球面弹簧钢板隔震支座。
背景技术
在地震区修建建筑、桥梁、渡槽以及其它大型构筑物时，为了减轻潜在地震威胁，必须对这类构筑物进行抗震设计，其中，采取隔震设计是减小构筑物地震损伤破坏的有效方式之一，隔震技术就是通过在构筑物底部和基础顶面之间设置刚度较小的隔震层，以降低结构的基本频率，延长其振动周期，从而避开地震动的主要能量频带，使上部结构与地震振动隔离开来，减小上部结构的反应，从而达到保护主体结构及其内部设施不受破坏的目的。隔震技术作为工程结构减震控制的一支重要分支，不需要外加能源，安全、经济，受到了工程和学术界的广泛关注，并在国内外建筑、桥梁等工程结构抗震中得到广泛的应用。隔震支座性能决定了体系的隔震效果与抗震性能，因而研发出高性能的减隔震支座成了隔震技术中的关键问题。
良好的隔震系统应满足四项基本功能，(1)合理的柔度；(2)良好的耗能能力；(3)初始的刚度、屈服力；(4)迅速复位能力。目前，用于建筑、桥梁及其它构筑物的减隔震装置主要有叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆系统以及各种阻尼器等耗能装置。这些支座在应于曲线桥梁、大跨度桥梁以及其它大型构筑物时，均存在不足之处。
各种橡胶支座由于竖向承载力较低，耐久性较差，不能单独应用于上部结构很重的大跨度桥梁以及大型构筑物中。
摩擦摆系统对中小跨径桥梁有较好的使用效果，但是由于单一摩擦面，在支座运动过程中，其刚度和阻尼特性不能改变，无自适应性。在强地震作用下，水平位移幅值受到限制，难以保证在强震作用下大跨度桥梁结构大位移的需要。
发明内容
为了克服上述存在的缺陷，本发明提供了一种自适应双球面弹簧钢板隔震支座，解决工程上亟待解决的承载能力高、耐久性能好，既能耗散能量又具有良好的自复位性能，自适应性能强，且在强震作用下水平位移幅值大的减隔震支座，以满足抗震要求高的建筑、桥梁以及渡槽等大型构筑物。
本发明提供的一种自适应双球面弹簧钢板隔震支座，该隔震支座由上支座板，圆柱体上滑块、圆柱体双凸球面下滑块、滑动盘以及下支座板组成，其特征在于：上支座板下部设置有圆环形密封板，上支座板下部外壁与圆柱体上滑块上表面相接，上支座板下部外壁的圆柱体上滑块与圆环形密封板之间设置有与圆柱体上滑块相联接的弓形弹簧钢板弹性组件，圆柱体上滑块内凹球面与圆柱体双凸球面下滑块的上凸球面相接，圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面坐落于滑动盘凹球面内，且滑动盘凸球面坐落于下支座板凹球面内。
上支座板平面、滑动盘凹球面以及下支座板凹球面均镀致密铬层不锈钢板。
圆柱体上滑块上平面、圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面以及滑动盘凸球面均镶嵌聚四氟乙烯滑板。
圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面曲率半径与滑动盘凹球面曲率半径相同，滑动盘凸球面曲率半径与下支座板凹球面曲率半径相同。
本发明提供了一种自适应双球面弹簧钢板隔震支座，在正常使用或小震情况下，自适应双球面弹簧钢板隔震支座将桥梁上部荷载均匀地传递到下部结构，通过圆柱体上滑块和圆柱双凸球面下滑块间转动来适应上部结构因徐变和温度变化所起转动，圆柱双凸球面下滑块在滑动盘凹球面上摩擦滑动，取到普通支座的作用；在中震时，通过下支座板与中滑动盘的第二摩擦副，来延长结构的自振周期并通过摩擦来耗散地震能量；在大震时，除了上述两个摩擦滑动外，圆柱体上滑块在上支座板内平面滑动，组成第三摩擦副耗能能量，同时，通过弓型弹簧的变形来耗散能量，并利用弓型弹簧钢板自恢复原位，减小或隔离地震对桥梁、建筑与渡槽等构筑物地震反应的影响。
本发明利用自适应双球面弹簧钢板隔震支座来改变结构自振周期、通过三个摩擦副和弹簧钢板的变形来消耗地震能量，并利用自重以及弓型弹簧特性，具有强自复位性和自动改变刚度和变阻尼的自适应性。该支座结构简单，竖向承载力大，耐久性好，自适应能力强，减隔震机理明确，尤其对提高建筑、桥梁、渡槽以及其它的大型构筑物的抗震性能作用明显。
附图说明
图1是本发明自适应双球面弹簧钢板隔震支座的结构示意图；
图2是本发明弓型弹簧钢板结构示意图；
附图标记说明：
1-上支座板；2-镀致密铬层不锈钢板；3-滑动盘；4-聚四氟乙烯滑板；5-圆柱体上滑块；6-圆柱双凸球面下滑块；7-弓型弹簧钢板；8-密封板；9-下支座板。
具体实施方式
自适应双球面弹簧钢板隔震支座是在普通的球型支座基础上，增加圆柱体上滑块、圆柱双凸球面下滑块以及滑动盘组成，并且上支座板的内壁固定有与圆柱体上滑块相联接的弓型弹簧钢板等弹性组件的一种新型减隔震支座，主要用于抗震性能要求高的建筑、桥梁、渡槽等其它大型构筑物。
图1是自适应双球面弹簧钢板隔震支座的结构示意图。如图1和图2所示，自适应双球面弹簧钢板隔震支座由上支座板1，圆柱体上滑块5、圆柱体双凸球面下滑块6、滑动盘3以及下支座板9组成，上支座板1下部设置有圆环形密封板8，上支座板1下部外壁与圆柱体上滑块5上表面相接，上支座板1下部外壁的圆柱体上滑块5与圆环形密封板8之间设置有与圆柱体上滑块5相联接的弓形弹簧钢板弹性组件7，圆柱体上滑块5内凹球面与圆柱体双凸球面下滑块6的上凸球面相接，圆柱体双凸球面下滑块6的下凸球面坐落于滑动盘3凹球面内，且滑动盘3凸球面坐落于下支座板9凹球面内。上支座板1平面、滑动盘3凹球面以及下支座板9凹球面均镀致密铬层不锈钢板2。圆柱体上滑块5上平面、圆柱体双凸球面下滑块6的下凸球面以及滑动盘3凸球面均镶嵌聚四氟乙烯滑板4。圆柱体双凸球面下滑块6的下凸球面曲率半径与滑动盘3凹球面曲率半径相同，滑动盘3凸球面曲率半径与下支座板9凹球面曲率半径相同。
自适应双球面弹簧钢板隔震支座在普通的球型支座基础上，增加了圆柱体上滑块5、圆柱双凸球面下滑块6、以及滑动盘3，其中上支座板1的内壁固定有与圆柱体上滑块5相联接的弓型弹簧钢板弹性组件7组成的一种三组摩擦副和弓型弹簧耗能并自复位功能的新型减隔震支座。圆柱双凸球面下滑块6下凸球面镶嵌的聚四氟乙烯滑板4和滑动盘3凹球面镀致密铬层不锈钢板2构成摩擦系数小(摩擦系数μ＝0.05)的第一摩擦副；滑动盘3凸球面镶嵌的聚四氟乙烯滑板4和下支座板9凹球面镀致密铬层不锈钢板2构成摩擦系数较大(摩擦系数μ＝0.1)的第二摩擦副；圆柱体上滑块5上平面镶嵌的聚四氟乙烯滑板4和上支座板1内平面镀致密铬层不锈钢板2构成摩擦系数最大(摩擦系数μ＝0.2)的第三摩擦副。在正常荷载作用时，圆柱体上滑块5和圆柱双凸球面下滑块6间转动来适应上部结构因徐变和温度变化所起转动，以及摩擦系数小的第一摩擦副可动，摩擦系数大的第二摩擦副和第三摩擦副保持不动，此时的自适应双球面弹簧钢板隔震支座相当时普通球形支座工作状态；在设防烈度时，摩擦系数小的第一摩擦副和摩擦系数较大的第二摩擦副可动，而第三摩擦副保持不动，这样可以通过支座两个摩擦滑动耗散更大能量，以及满足桥梁结构有相对较大的位移。当大震发生时，三个摩擦副均可运动，尽可能多通过摩擦耗散能量，使得桥梁的上下部结构有最大可能的相对位移，同时，根据两球面曲率半径的不同，能够自动调节支座刚度和阻尼的变化，具有良好的自适应能力，在上部结构重力作用下，势能形成恢复力，圆柱双凸球面下滑块6靠结构自身重力来自动复位，圆柱体上滑块5利用弓型弹簧的变形来消耗能量并自动复位，使得此隔震支座具有良好的自复位性能。
此外，本实施上支座板1内平面、滑动盘3凹球面以及下支座板9凹球面均为镀致密铬层不锈钢板，圆柱体上滑块5上平面、圆柱双凸球面下滑块6的下凸球面和滑动盘3凸球面均镶嵌聚四氟乙烯滑板4，具有高度自变刚度和自变阻尼能力，自适应性能强。该支座易加工和成型控制，聚四氟乙烯滑板和弓型钢板，价格便宜，安全可靠，对提高强震区建筑、桥梁、渡槽以及其它的构筑物的抗震性能效果明显，值得广泛推广使用。

Claims (4)

1.一种自适应双球面弹簧钢板隔震支座，由上支座板，圆柱体上滑块、圆柱体双凸球面下滑块、滑动盘以及下支座板组成，其特征在于：上支座板下部设置有圆环形密封板，上支座板下部外壁与圆柱体上滑块上表面相接，上支座板下部外壁的圆柱体上滑块与圆环形密封板之间设置有与圆柱体上滑块相联接的弓形弹簧钢板弹性组件，圆柱体上滑块内凹球面与圆柱体双凸球面下滑块的上凸球面相接，圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面坐落于滑动盘凹球面内，且滑动盘凸球面坐落于下支座板凹球面内。
2.根据权利要求1所述的自适应双球面弹簧钢板隔震支座，其特征在于：上支座板平面、滑动盘凹球面以及下支座板凹球面均镀致密铬层不锈钢板。
3.根据权利要求1所述的自适应双球面弹簧钢板隔震支座，其特征在于：圆柱体上滑块上平面、圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面以及滑动盘凸球面均镶嵌聚四氟乙烯滑板。
4.根据权利要求1所述的自适应双球面弹簧钢板隔震支座，其特征在于：圆柱体双凸球面下滑块的下凸球面曲率半径与滑动盘凹球面曲率半径相同，滑动盘凸球面曲率半径与下支座板凹球面曲率半径相同。
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