CN101748686A - 非线性阻尼辐减隔震支座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非线性阻尼辐减隔震支座。目前支座的主体结构相似，但是因其结构和材料方面的各种限制，实际抗震效果不能满足当前使用要求。本发明的一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体，支座本体包括上座板、中衬板和下座板，中衬板和下座板之间夹设有功能板，其还包括减隔震装置，减隔震装置包括限位块和非线性阻尼辐；下座板的表面、中衬板的外侧固定均匀设置有数个限位块，限位块通过限位耗能螺栓与下座板连接；非线性阻尼辐的一端与中衬板固定连接，另一端与下座板固定连接，非线性阻尼辐包括均布绕于中衬板外侧的数个。本发明具有普通支座的全部功能，可以在地震发生时，减小或隔离地震对桥梁或其它建筑结构的影响。

Description

非线性阻尼辐减隔震支座
技术领域
本发明涉及桥梁及其它建筑工程的支撑装置技术领域，具体涉及一种非线性阻尼辐减隔震支座。
背景技术
支座是桥梁及建筑工程中的重要组成部件之一，其作用是将桥梁及建筑结构的上部载荷通过支座传递到墩台上，同时保证结构所要求的受力、位移和转动的需要。
近年来，随着国家对基础设施建设力度的加大，桥梁及建筑工程得到了高速发展，各类新型结构型式和功能性桥梁及建筑不断涌现，同时也对支座的技术性能、功能和造价等提出了更高的要求。特别是5·12汶川大地震后，人们更加清楚地认识到地震灾害的严重性，并对工程建筑的抗震性能提出了更高的要求。国内一些科研机构的专家和学者，先后提出了一些不同类型的抗震、减隔震支座。
目前，国内用于桥梁及其它建筑工程的抗震装置主要有铅芯隔震橡胶支座、隔震板式橡胶支座、聚氨脂弹簧球型支座、大摩擦系数抗震支座以及双曲面球型减隔震支座等，各有特点，也存在一些不足之处。
铅芯隔震橡胶支座，由于耐久性较差、承载能力小、环境污染严重等原因，将逐渐被其它减隔震支座取代。
隔震板式橡胶支座，由于耐久性较差、承载能力较小，使用中受到一定限制。
聚氨脂弹簧球型支座，由于耐久性差、屈后位移小，使用中也受到了一定限制。
大摩擦系数抗震支座，由于传递到下部结构的地震横向力比较大，仅依靠大摩擦系数的摩擦副消耗地震能量，而不能提供恢复力，只能作为一种抗震构造作用，而实际抗震效果也满足不了结构设计的要求。
双曲面球型减隔震支座具有较好的耐久性和承载能力，在一些工程上也得到了应用，但通过对其进行分析以及实际使用的情况发现，该种支座减隔震效果依然不够理想，主要因为其采用了双曲面构造，使用过程中特别是在屈后位移过程中，上部结构会产生较大的竖向位移和转角位移，特别是对于连续梁桥将产生较大的附加弯矩，还有可能与承载主体结构发生共振，从而给结构带来不利的影响，并且在极限地震力作用下，承载主体结构有被抛落或无法复位的可能性。因此，该结构本质上仍属一次抗震设计，实际抗震效果受到一定限制。
目前支座的主体结构类型主要有球型、盆型和板型，它们的结构相似，大体上都包括上座板、中衬板和下座板，以满足支座的基本使用功能。再根据实际应用中的不同需求，在上座板和中衬板之间，中衬板和下座板之间设置相应的功能组件，以满足结构设计的特殊要求。以上描述的各种抗震、减隔震支座，因其结构和材料方面的各种限制，实际抗震效果已经满足不了当前结构设计中的使用要求，迫切需要改进和重新设计。
发明内容
本发明提供一种非线性阻尼辐减隔震支座，以解决现有技术存在的屈后位移较小、恢复力弱、减隔震效果不理想问题。
为有效克服现有技术中存在的问题，本发明的技术解决方案是：一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体，所述支座本体包括上座板、中衬板和下座板，中衬板和下座板之间夹设有功能板，其特殊之处在于：还包括减隔震装置，所述减隔震装置包括限位块和非线性阻尼辐，所述下座板的表面、中衬板的外侧固定均匀设置有数个限位块，限位块通过限位耗能螺栓与下座板连接；所述非线性阻尼辐的一端与中衬板固定连接，另一端与下座板固定连接，非线性阻尼辐包括均布绕于中衬板外侧的数个。
上述支座本体可以采用板式、盆式或球型的结构型式。
上述功能板是高摩擦板，限位块与中衬板贴合紧密。形成固定型支座。
上述功能板是滑动板，所述减隔震装置还包括下座板上设置的垫块，非线性阻尼辐的一端与之联接，其中一对垫块上设置有限位滑槽，长方向与滑动方向一致的非线性阻尼辐的端部卡设于限位滑槽内，滑动方向上的限位块与中衬板之间设有滑动间隔。构成单向活动型支座。
上述功能板是滑动板，所述减隔震装置还包括下座板上设置的垫块，垫块上均设置有限位滑槽，非线性阻尼辐的端部卡设于限位滑槽内，限位块与中衬板之间设有滑动间隔。构成多向活动型支座。
上述限位滑槽的滑槽的倾斜方向与非线性阻尼辐的滑移轨迹相一致。保证支座在正常使用状态下沿活动方向的位移不受约束。
上述限位块设置有四个，相应的非线性阻尼辐也设置有四个。两个作用方向相互垂直。
本发明一方面拥有现有普通支座的全部功能，另一方面可以起到减隔震作用，即在地震发生时，通过支座本体及减隔震构件，减小或隔离地震对桥梁或其它建筑结构的影响。具体来讲，体现在以下几个方面：
本发明增加了限位块、限位螺栓、非线性阻尼辐等减隔震构件，使得在作用水平力或发生地震时，通过限位耗能螺栓消能、往复位移摩擦和非线性阻尼辐的弹塑性变形(阻尼)等方式来消耗能量，延长结构震动周期，从而减小或隔离地震对结构的影响，实现逐级设防和分级耗能。其中：(1)限位块通过限位耗能螺栓与下座板连接，通过调整限位耗能螺栓直径的大小可精确控制支座承受的水平力大小；(2)通过改变限位板的固定位置可满足支座的正常使用位移要求，可以改变支座的使用功能，使之分别为固定型支座、单向活动型支座、双向活动型支座；(3)通过设置限位滑槽可满足支座的正常使用位移要求，其位移量与限位板的固定位置相对应，亦可改变支座的使用功能；(4)通过改变非线性阻尼辐的形状尺寸，可以调整其刚度，以承受地震作用下分级设防的不同水平力。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1)在技术上，减隔震效果更理想：本发明解决了长期以来我国缺少耐久性好、恢复力强、屈后位移大的减隔震支座供工程上使用的难题，实现了结构位移锁定和整体协同抗震，逐级设防、分级耗能，使用效果好；
2)从经济上，造价更合理：由于结构简洁、加工容易，因此制造成本较低，同时施工方便、维修便易、工程投入少，对结构防灾、减灾，尤其是作为生命线工程的桥梁的抗震、救灾，具有非常重要的意义；
3)适宜大规模工业化生产需要：本发明具有很好的社会经济价值，因此适宜大规模工业化生产需要。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是图3的B向视图；
图5是实施例3的示意图。
附图标记说明如下：
1-上座板，2-中衬板，3-非线性阻尼辐，4-下座板，5-限位块，6-功能板，7-垫块，8-限位滑槽。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细地描述。
以下支座本体在实施例中给出的仅为球型结构型式，但并不限于该结构型式。
实施例1，参见图1和图2。一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体、限位块5和非线性阻尼辐3。所说的支座本体包括上座板1、中衬板2和下座板4，中衬板2和下座板4之间夹设有功能板6；所说下座板4的表面、中衬板2的外侧固定均匀设置有四个限位块5，限位块5通过限位耗能螺栓与下座板4连接；所说非线性阻尼辐3包括均布绕于中衬板2外侧的四个，每个非线性阻尼辐3的一端与中衬板2固定连接，另一端与下座板4固定连接。所说的功能板6是高摩擦板，限位块5与中衬板2贴合紧密，形成固定型支座。
在正常状态下，支座通过支座本体实现常规的普通功能，并通过限位块来实现水平力的传递，全部结构均处于较低的弹性工作阶段。
实施例2，参见图3和图4。一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体、限位块5和非线性阻尼辐3。所说的支座本体包括上座板1、中衬板2和下座板4，中衬板2和下座板4之间夹设有功能板6；所说下座板4的表面、中衬板2的外侧固定均匀设置有四个限位块5，限位块5通过限位耗能螺栓与下座板4连接，滑动方向上的限位块5与中衬板2之间设有滑动间隔；所说的功能板6是滑动板，所说非线性阻尼辐3包括均布绕于中衬板2外侧的四个，每个非线性阻尼辐3的一端与中衬板2固定连接，下座板4上设置有垫块7，非线性阻尼辐3的另一端与之联接从而实现与下座板4的连接，其中一对垫块7上设置有限位滑槽8，长方向与滑动方向一致的非线性阻尼辐3的端部卡设于限位滑槽8内，形成单向活动型支座。
使用中，在正常状态下，支座通过支座本体实现常规的普通功能，在非滑动方向上的支座本体的中衬板2与限位块5贴合紧密，并通过限位块来实现水平力的传递；滑动方向上的中衬板2与限位块5之间有间隔，全部结构均处于较低的弹性工作阶段。
实施例3，参见图5。一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体、限位块5和非线性阻尼辐3。所说的支座本体包括上座板1、中衬板2和下座板4，中衬板2和下座板4之间夹设有功能板6；所说下座板4的表面、中衬板2的外侧固定均匀设置有四个限位块5，限位块5通过限位耗能螺栓与下座板4连接，限位块5与中衬板2之间设有滑动间隔；所说的功能板6是滑动板，所说非线性阻尼辐3包括均布绕于中衬板2外侧的四个，每个非线性阻尼辐3的一端与中衬板2固定连接，下座板4上设置有垫块7，垫块7上均设置有限位滑槽8，非线性阻尼辐3的另一端卡设于限位滑槽8内从而实现与下座板4的连接，形成双向活动型支座。
使用时，将支座本体锚固于工程结构的上、下部(主梁或墩台)，且本结构无论正反均可使用。
本发明通过下述减隔震原理来实现“逐级设防、分级耗能”的设计理念：
(1)在正常使用状态下：支座通过限位块来实现水平力的传递，全部结构均处于较低的弹性工作阶段；
(2)在常遇地震状态下：支座本体处于弹性工作阶段，支座限位结构处于弹塑性工作阶段，限位耗能螺栓产生较小的塑性变形，但未断裂；
(3)当少遇地震状态下：支座本体处于弹性工作阶段，支座限位耗能螺栓被剪掉，消耗部分地震能量，同时非线性阻尼辐和摩擦面共同开始工作，但非线性阻尼辐处于弹性工作阶段；
(4)在罕遇地震状态下：支座本体处于弹塑性工作阶段，非线性阻尼辐发生较大的塑性变形，但未断裂，一方面可延长地震反应周期，另一方面通过往复位移摩擦和阻尼来耗散地震能量，并使支座实现有效复位，以防止梁体滑落，确保震时大桥的通畅、救灾。
因此，上述结构可根据桥型结构特点及当地的地质构造进行定制设计或选择。

Claims (7)

1.一种非线性阻尼辐减隔震支座，包括支座本体，所述支座本体包括上座板(1)、中衬板(2)和下座板(4)，中衬板(2)和下座板(4)之间夹设有功能板(6)，其特征在于：还包括减隔震装置，所述减隔震装置包括限位块(5)和非线性阻尼辐(3)，所述下座板(4)的表面、中衬板(2)的外侧固定均匀设置有数个限位块(5)，限位块(5)通过限位耗能螺栓与下座板(4)连接；所述非线性阻尼辐(3)的一端与中衬板(2)固定连接，另一端与下座板(4)固定连接，非线性阻尼辐(3)包括均布绕于中衬板(2)外侧的数个。
2.根据权利要求1所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述支座本体可以采用板式、盆式或球型的结构型式。
3.根据权利要求1所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述功能板(6)是高摩擦板，限位块(5)与中衬板(2)贴合紧密。
4.根据权利要求1或3所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述功能板(6)是滑动板，所述减隔震装置还包括下座板(4)上设置的垫块(7)，非线性阻尼辐(3)的一端与之联接，其中一对垫块(7)上设置有限位滑槽(8)，长方向与滑动方向一致的非线性阻尼辐(4)的端部卡设于限位滑槽(8)内，滑动方向上的限位块(5)与中衬板(2)之间设有滑动间隔。
5.根据权利要求4所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述功能板(6)是滑动板，所述减隔震装置还包括下座板(4)上设置的垫块(7)，垫块(7)上均设置有限位滑槽(8)，非线性阻尼辐(3)的端部卡设于限位滑槽(8)内，限位块(5)与中衬板(2)之间设有滑动间隔。
6.根据权利要求5所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述限位滑槽(8)的滑槽的倾斜方向与非线性阻尼辐(3)的滑移轨迹相一致。
7.根据权利要求6所述的非线性阻尼辐减隔震支座，其特征在于：所述限位块(5)设置有四个，相应的非线性阻尼辐(3)也设置有四个。
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