CN103147394A - 抗拔双向滑动摩擦支座 - Google Patents
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Abstract
本发明主要是应用于桥梁、渡槽和建筑工程领域的一种抗拔双向滑动摩擦支座。该支座包括上、下支座板、上、下滑块、抗拔系统、和限位抗拔装置。上、下滑块分别可在上、下支座板水平滑动，抗拔圆盘嵌入抗拔球缺，在正常使用荷载和小震时，通过支座抗拔圆盘和抗拔球缺之间的转动适应上部结构在温度和正常使用荷载下的转动。在大震时，可以通过滑块的滑动改变结构体系的振动周期并耗散部分地震能量，减小上部结构的地震反应。抗拔系统可以避免近场和近断层地震作用下，较大竖向地震动分量引起的拉力起控制作用，而引发的上部结构倾覆或倒塌。该支座抗拔能力强，耐久性好，减隔震机理明确，适用于抗震性能要求高的桥梁、渡槽和建筑等各类构筑物。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁、渡槽，建筑以及其它构筑物的减隔震支座装置，尤其是涉及抗拔双向滑动摩擦支座。
背景技术
在地震区修建桥梁、渡槽、建筑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。隔震技术作为一种安全、经济的工程结构减震控制措施，广泛应用于国内外桥梁、建筑等工程结构抗震设计中。
对于近断层地震和近场地震，竖向地震动分量对桥梁结构的地震损伤破坏起着控制作用。在结构抗震分析和设计中，一般只考虑隔震支座水平向剪切刚度和强度对结构地震反应的影响，而很少考虑支座竖向特性对结构的影响。但是，由于存在较大竖向地震动分量，支座受拉状态，引起支座破坏或过大变形，从而引起上部结构落梁或倾覆等严重震害发生。
在现有的滑动摩擦支座中，为了满足支座在正常荷载作用下各个方向转动顺畅，很难能够满足竖向地震作用下对抗拔的要求。现有的城市高架和立交桥梁中，曲线桥梁桥梁日趋增多，扭转作用明显，对支座各方向转动性能要求高。此外，的支座反力容易出现负反力，并且曲线半径越小这种现象越明显。所以满足支座的抗拔能力是曲线桥梁使用中的主要问题。
目前，用于建筑、桥梁及其它构筑物的减隔震装置主要有铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等橡胶类支座、摩擦摆系统以及辅助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、跨海桥梁以及其它大型构筑物时，均存在不足之处。
橡胶类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、跨海大桥以及大型构筑物中。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，不能抵抗拉力，无自适应性，适用范围受到一定限制。特别是强地震作用下，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
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种抗拔双向滑动摩擦支座，解决工程上亟待解决的抗拔能力强、隔震性能好、承载能力高、耐久性能好，既能耗散能量又能在强震作用下位移幅值大的减隔震支座，以满足抗震要求高的桥梁、渡槽、建筑以及等大型构筑物。
该支座包括上支座板、凹球面上滑块、凸球面下滑块、抗拔系统、下支座板以及限位抗拔装置，其中上支座板与下支座板内侧底板具有滑道。凹球面上滑块上凸曲面的曲率半径与上支座板滑道曲面的曲率半径相同，并且二者相接触，凹球面上滑块能够在上支座板滑道方向上移动，上支座板滑道曲面为金属板，凹球面上滑块上凸曲面镶嵌有机滑板。抗拔圆盘为凹球面上滑块底部的一部分，其形状为“碟状”，放置的方向为凹面朝下。抗拔圆盘嵌入抗拔球缺，抗拔球缺为凸球面下滑块上部的一部分，抗拔球缺形状描述如下，在半球顶端表面，挖去一个曲率半径与半球曲率半径相同的碟状表层球壳，再在新露出来的表面上挖去一个曲率半径与半球曲率半径相同，但是较大的碟状球壳，所得形状即为抗拔球缺形状。抗拔球缺挖去部分比抗拔圆盘大，具有转动间隙，但是曲率半径相同，因此二者在接触面上，可以沿任意方向转动。凸球面下滑块的下凸曲面的曲率半径与下支座板滑道的曲率半径相同，并且二者相接触，凸球面下滑块能够在下支座板滑道方向上移动。下支座板滑道曲面为金属板，凸球面下滑块的下凸曲面镶嵌有机滑板。上、下支座板的两端具有限位抗拔装置。
所述的抗拔双向滑动摩擦支座，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拔双向滑动摩擦支座，在正常使用或小震情况下，抗拔双向滑动摩擦支座将桥梁上部荷载均匀地传递到下部结构，通过凹球面上滑块和凸球面下滑块间转动来适应上部结构徐变和温度变化等所引起的转动，起到普通支座的作用；在大、中震时，通过上支座板与凹球面上滑块之间的摩擦滑动和凸球面下滑块与下支座板之间的摩擦滑动，来延长结构的自振周期并通过摩擦来耗散部分地震能量，减小或隔离地震对桥梁、渡槽、建筑等构筑物地震反应。
本发明具有满足支座的抗拔要求的抗拔系统。抗拔圆盘嵌入抗拔球缺之中，且抗拔圆盘与抗拔球缺之间存在空隙即转动间隙。在拉力的作用下，抗拔球缺限制抗拔圆盘的竖向位移，并且能够同时满足支座各个方向的转动。
本发明利用抗拔双向滑动摩擦支座改变结构自振周期、通过摩擦滑动来消耗地震能量，并利用凹球面上滑动块嵌入凸球面下滑动块来满足抗拔能力。该支座结构简单、竖向承载能力大、减隔震机理明确、抗拔能力强、满足各个方向的转动、耐久性好，适用于抗震性能要求高的桥梁、渡槽、建筑以及其它的构筑物。
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:0.02～0.2，支座最大承载力为20000t，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抗拔双向滑动摩擦支座A-A剖视图。
图2抗拔双向滑动摩擦支座B-B剖视图。
图3抗拔双向滑动摩擦支座三维视图。
图4抗拔圆盘三维视图。
图5抗拔球缺及凸球面下滑块三维视图。
附图标记说明：
1—上支座板；2—金属板；3—有机滑板；4—凹球面上滑块；5—凸球面下滑块；6—抗拔系统；6-1—转动间隙；6-2—抗拔圆盘；6-3—抗拔球缺；7—上支座板滑动滑道；8—下支座板滑动滑道；9—下支座板；10—限位抗拔装置。
具体实施方式
图1是抗拔双向滑动摩擦支座的结构示意图。如图1所示，抗拔双向滑动摩擦支座包括上支座板1、凹球面上滑块4、凸球面下滑块5、抗拔系统6、下支座板9、限位抗拔装置10组成，其中上支座板1和下支座板9具有滑道。上支座板滑道金属板2，凹球面上滑块上凸曲面镶嵌有机滑板3、凸球面下滑块5的下凸曲面镶嵌有机滑板3，下支座板滑道金属板2。
凹球面上滑块上曲面镶嵌的有机滑板3和上支座板曲面金属板2构成系数较小（摩擦系数μ=0.05）第一摩擦副，凸球面下滑块下凸曲面镶嵌的有机滑板1和下支座板9滑道金属板2构成摩擦系数较大（摩擦系数μ=0.1）第二摩擦副。在正常荷载作用时，凹球面上滑块4和凸球面下滑块5间转动来适应上部结构徐变和温度变化等所起的转动，以及凹球面上滑块上曲面镶嵌的有机滑板3和上支座板曲面金属板的微小滑动来适应上部结构的正常荷载下的变形。在达到设防烈度之后，第一和第二摩擦副分别沿顺桥向和横桥向滑动，滑动耗散更多的能量，以及满足桥梁结构有相对较大的位移，使得桥梁的上下部结构有最大可能的相对位移。在达到设计最大位移时，可以通过限位抗拔装置10限制支座的位移，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。
抗拔系统6是由三部分组成的，分别为上滑块下凹球面抗拔圆盘6-2、抗拔球缺6-3、转动间隙6-1。抗拔球缺6-3为限制抗拔圆盘6-2竖向位移的装置。转动间隙6-1是为了满足支座在各个方向转动而设置的圆环形间隙。凹球面上滑块下凹球面与凸球面下滑块上凸球面的曲率半径相同，且均为金属板，仅起到满足支座转动的作用。该抗拔系统在通常情况下不仅能满足支座的各个方向转动，而且在竖向地震作用或者在曲线桥梁和斜桥等特殊情况下，也能够满足抗拔要求。
该支座易加工和成型控制，耐久性能强，既能双向滑动，又具有抗能力，安全可靠，对提高强震区桥梁、渡槽、建筑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 (2)
1.一种抗拔双向滑动摩擦支座，其特征在于：该隔震支座包括上支座板、凹球面上滑块、凸球面下滑块、抗拔系统、下支座板以及限位抗拔装置，其中上支座板与下支座板内侧底板具有滑道；凹球面上滑块上凸曲面的曲率半径与上支座板滑道曲面的曲率半径相同，并且二者相接触，凹球面上滑块能够在上支座板滑道方向上移动，上支座板滑道曲面为金属板，凹球面上滑块上凸曲面镶嵌有机滑板；
抗拔圆盘为凹球面上滑块底部的一部分，其形状为“碟状”，放置的方向为凹面朝下；抗拔圆盘嵌入抗拔球缺，抗拔球缺为凸球面下滑块上部的一部分，抗拔球缺形状描述如下，在半球顶端表面，挖去一个曲率半径与半球曲率半径相同的碟状表层球壳，再在新露出来的表面上挖去一个曲率半径与半球曲率半径相同，但是较大的碟状球壳，所得形状即为抗拔球缺形状；抗拔球缺挖去部分比抗拔圆盘大，具有转动间隙，但是曲率半径相同；
凸球面下滑块的下凸曲面的曲率半径与下支座板滑道的曲率半径相同，并且二者相接触，凸球面下滑块能够在下支座板滑道方向上移动；下支座板滑道曲面为金属板，凸球面下滑块的下凸曲面镶嵌有机滑板；上、下支座板的两端具有限位抗拔装置。
2.根据权利要求1所述的抗拔双向滑动摩擦支座，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。
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