CN103147393B - 抗拉拔桥梁摩擦隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁工程领域一种抗拉拔摩擦隔震支座，该隔震支座由上、下支座板、上、下滑动体、滑子及抗拉拔外壳组成。上支座板凹曲面与上滑动体上凸曲面相接，下支座板凹曲面为金属板，下支座板凹曲面与下滑动体下凸曲面相接，上、下滑动体通过中间的滑子相接，上滑动体、滑子和下滑动体置于抗拉拔外壳内，且上、下滑动体两个侧面与抗拉拔外壳内壁相接。该抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，适应桥梁在正常荷载作用下变形要求，具有刚度和阻尼自适应性，而且竖向抗拉拔能力强，满足不同设防水准下桥梁抗震性能需求。该支座结构较为简单，竖向承载力强，水平位移大、耐久性好，抗拉拔性能好，适用于抗震性能要求高的桥梁。

Description

抗拉拔桥梁摩擦隔震支座

技术领域

本发明涉及桥梁支座装置，是一种应用于桥梁工程领域的可以满足抗拉拔要求，并具有变刚度和变阻尼特性的抗拉拔桥梁摩擦隔震支座。

背景技术

我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，国土的大部分地区为地震区，特别是我国的西部地区多为强震区，地震活动频繁，我国如此量大面广的桥梁建设必然给桥梁设计提出新的挑战。为了减轻潜在的地震威胁，必须对建造在强震区的桥梁进行抗震设计，其中，采取隔震设计是减小桥梁地震损伤破坏的有效方式之一。在大多数情况下，可以通过延长桥梁的振动周期，减小桥梁上层结构的加速度响应。在近断层或近地震作用下，地震竖向分量大，容易导致桥梁上部结构落梁等震害发生，而且对曲线桥梁、斜交桥梁或者是上部结构的质心与桥梁轴线距离相差较大的不规则桥梁，地震作用下在支座处容易脱空，或者产生拉力。

对于隔震系统一般具有以下特征：首先，延长结构振动周期，错开地震能量集中的频段，达到隔离水平向地震作用；其次，能够利用自身的阻尼特性来耗散部分能量来减少上部结构的位移量。从而达到减小上部结构反应以及桥墩的基底剪力，并实现相邻墩之间力的重分配。目前采用的减隔震支座主要有以下两类：第一类是橡胶类支座，主要包括铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等，另一类是摩擦支座，包括摩擦摆支座、平面滑动支座等。

第一类支座有较好的减隔震性能，但是其承载能力不够强，受环境影响较大，耐久性能差，水平位移小，且难以满足抗拉拔的要求。第二类支座受地面运动频率特性的影响很小，不会发生共振现象，而且具有承载力大、耐久性好，并能够提供可靠的自复位能力的优点，因而受到了研究人员和桥梁工程师的广泛关注。但是现有的摩擦摆支座，目前大多只具有单一摩擦面，支座在运动过程中，位移能力较小，曲率半径、摩擦系数较为单一，不具备刚度和阻尼的自适应性。

发明内容

为了克服上述存在的缺陷，本发明提供了一种抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，解决了工程上亟待解决的承载能力高、耐久性能好，刚度和阻尼具有一定的自适应能力，特别是抗拉拔能力强，在强震作用下水平位移幅值大的减隔震支座，以满足对抗震性要求高的桥梁结构抗震设计。

本发明的提供的一种抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，其特征在于：该支座包括上支座板、上滑动体、滑子、下滑动体、抗拉拔外壳及下支座板；上支座板凹曲面与上滑动体上凸曲面相接触，二者的曲率半径相同，上滑动体上凸曲面可在上支座板凹曲面上滑动，上支座板凹曲面为金属板，上滑动体上凸曲面镶嵌有机滑板；上滑动体形状描述如下，长方体下表面附有部分圆柱体，该部分圆柱体为沿轴向切开的圆柱体的一部分，切面与长方体下表面相接，切面大小与长方体底面大小相同，长方体下底面成为曲面，再将部分实心球体放在与该曲面相对的长方体上表面之上，所得形状为上滑动体形状；

上滑动体放置方向为曲面向上，部分实心球体向下；下滑动体形状与上滑动体形状相同，放置方向为部分实心球体向上，曲面向下，与上滑动体放置方向相反；上滑动体与下滑动体之间为滑子，滑子形状描述如下，在立方体的上、下表面各挖去大小相同，球心所连直线与上、下表面相垂直的部分球体，得到两个相对的凹面曲率半径与上、下滑动体中的部分实心球体相同，立方体挖去部分球体后所得形状为滑子形状；

上、下滑动体部分实心球体与滑子凹面相接触，均可在与滑子相接的凹面上转动；下支座板凹曲面与下滑动体下凸曲面相接，二者的曲率半径相同，下滑动体下凸曲面在下支座板凹曲面上滑动，与上支座板的滑动方向相垂直，下支座板凹曲面为金属板，下滑动体下凸曲面镶嵌有机滑板；上滑动体、滑子和下滑动体置于抗拉拔外壳内；上、下滑动体侧面与抗拉拔外壳内壁相接，当支座发生转动时，上、下滑动体两个侧面可在抗拉拔外壳内壁产生摩擦；上、下支座板在侧面具有U型槽，U型槽曲率半径与上、下支座板曲率半径相同。

所述抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，其特征在于：所述的金属板为不锈钢板，有机滑板为聚四氟乙烯滑板。

本发明提供了一种抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，在正常使用状况下或小震时，抗拉拔桥梁摩擦隔震支座将桥梁上部荷载均匀地传递到下部结构，通过滑子与上、下滑动体间的自由转动以及滑动体与抗拔外壳之间的摩擦，来适应上部结构因徐变、温度变化和小地震等引起的转动，起到普通支座的作用；另一方面，在大、中地震时，通过滑动体在支座板曲面之间的滑动摩擦，来延长结构的自振周期并通过摩擦来耗散地震能量，自适应能力强，起到良好减隔震效果，进而减小或隔离地震对桥梁结构的地震反应。

本发明设有具有抗拉拔用作的抗拉拔板外壳，把上、下支座板连接起来，而且上支座板与下支座板在侧面具有U型槽，抗拉拔外壳的端部伸入U型槽内。在拉力的作用下，抗拉拔外壳限制支座的竖向位移，但并不影响支座在相垂直的两个方向的转动。

本发明在可设计和控制的位移范围内，滑块通过各个球面的自适应行为来自动的改变支座的刚度和阻尼，对于多性能目标或多水准地震动，这种自适性有利于分别优化给定的隔震桥梁体系，适用于基于性能的桥梁抗震设计。而且该支座构造较为简单，竖向承载力大，耐久性好，减隔震机理明确，适于对抗震性能要求高的桥梁抗震设计。

抗拉拔桥梁摩擦隔震支座属于摩擦摆隔震装置，对于该装置预期性能如下所述：自振周期为：1～5s，最大位移值为2.0m，动摩擦系数为:0.03～0.2，支座最大承载力为15000t，抗拉荷载为1000t。对于该类支座，如果地震动的峰值加速度超过了1.00g，上部结构的峰值加速度只有地震动峰值加速度的18%～25%。各参数较其他类型的隔震支座均有明显的提高。

附图说明

图1是抗拉拔桥梁摩擦隔震支座的结构A-A剖视图。

图2是抗拉拔桥梁摩擦隔震支座的结构B-B剖视图。

图3是抗拉拔桥梁摩擦隔震支座的结构侧视图。

图4是抗拉拔桥梁摩擦隔震支座的抗拉拔外壳侧视图。

附图标记说明：

1—上支座板；2—金属板；3—有机滑板；

4—抗拉拔外壳；5—上滑动体；6—下滑动体；7—U形槽；8—下支座板；9—滑子；10—支座限位板。

具体实施方式

抗拉拔桥梁摩擦隔震支座是在球形滑动支座基础上，增加了滑动摩擦面、转动装置、抗拔外壳的一种自适应性能强的新型减隔震支座，主要用于近场地震和近断层区竖向地震分量较大的桥梁抗震设计。

图1是抗拉拔桥梁摩擦隔震支座的结构示意图。如图1所示，上支座板1、上滑动体5、滑子9、下滑动体6、抗拉拔外壳4、下支座板8以及支座限位板10组成。上支座板凹曲面金属板2，上滑动体上凸曲面镶嵌有机滑板3，下支座板凹曲面为金属板2，下滑动体下凸曲面镶嵌有机滑板3，上、下滑动体分别有两个侧面镶嵌有机滑板3。

抗拉拔桥梁摩擦隔震支座在球形支座基础上，增加了滑动摩擦面，形成了两对摩擦副。上、下滑动体两个侧面分别镶嵌有机滑板3，并与抗拉拔外壳内壁相接，抗拉拔外壳内侧为金属板，构成摩擦系数小（摩擦系数μ=0.04）的第一摩擦副；下支座板凹曲面金属板与镶嵌有机滑板的下滑动体下凸曲面，以及上支座板凹曲面金属板与镶嵌有机滑板的上滑动体上凸曲面构成摩擦系数较大（摩擦系数μ=0.1）的第二摩擦副；正常荷载使用或小震时，通过上、下滑动体在滑子上的自由转动以及第一摩擦副滑动，来适应上部结构因徐变、温度变化以及车辆运动等所起的变位，摩擦系数较大的第二摩擦副保持不动，此时的抗拉拔桥梁摩擦隔震支座相当于普通球形支座工作状态。在强震作用下，两个摩擦副在顺桥向和横桥向均发生滑动，尽可能多的耗散能量，这种滑动大位移可适应桥梁结构最大可能的相对位移。同时，根据各球面曲率半径的不同，抗拉拔桥梁摩擦隔震支座具有良好的自动变刚度和阻尼的能力，而且上部结构自重作用下，势能形成恢复力，使得隔震支座具有良好的自复位性能。

此外，本实施上、下支座板均具有U型槽，抗拉拔外壳的端部伸入U型槽内，能够抵抗竖直方向上的拉拔力作用。该支座易加工和成型控制，结构较为简单，竖向承载力强，水平位移大、耐久性好，隔震效果明显，在高烈度区桥梁建造中具有广泛推广使用价值。

Claims (2)

1.一种抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，其特征在于：该支座包括上支座板、上滑动体、滑子、下滑动体、抗拉拔外壳及下支座板；上支座板凹曲面与上滑动体上凸曲面相接触，二者的曲率半径相同，上滑动体上凸曲面可在上支座板凹曲面上滑动，上支座板凹曲面为金属板，上滑动体上凸曲面镶嵌有机滑板；上滑动体形状描述如下，长方体上表面附有部分圆柱体，该部分圆柱体为沿轴向切开的圆柱体的一部分，截面与长方体上表面相接，截面大小与长方体上表面大小相同，长方体上底面成为曲面，再将部分实心球体放在与该曲面相对的长方体下表面之上，所得形状为上滑动体形状；该曲面为部分圆柱体形成的曲面，也就是上滑动体的上凸曲面；

上滑动体放置方向为曲面向上，部分实心球体向下；下滑动体形状与上滑动体形状相同，放置方向为部分实心球体向上，曲面向下，与上滑动体放置方向相反；上滑动体与下滑动体之间为滑子，滑子形状描述如下，在立方体的上、下表面各挖去大小相同，球心所连直线与上、下表面相垂直的部分球体，得到两个相对的凹面曲率半径与上、下滑动体中的部分实心球体相同，立方体挖去部分球体后所得形状为滑子形状；

上、下滑动体部分实心球体与滑子凹面相接触，均可在与滑子相接的凹面上转动；下支座板凹曲面与下滑动体下凸曲面相接，二者的曲率半径相同，下滑动体下凸曲面在下支座板凹曲面上滑动，与上支座板的滑动方向相垂直，下支座板凹曲面为金属板，下滑动体下凸曲面镶嵌有机滑板；上滑动体、滑子和下滑动体置于抗拉拔外壳内；上、下滑动体侧面与抗拉拔外壳内壁相接，当支座发生转动时，上、下滑动体两个侧面可在抗拉拔外壳内壁产生摩擦；上、下支座板在侧面具有U型槽，U型槽曲率半径与上、下支座板曲率半径相同。

2.根据权利要求1所述的抗拉拔桥梁摩擦隔震支座，其特征在于：所述的金属板为不锈钢板，有机滑板为聚四氟乙烯滑板。