CN103741593B - 一种转动摩擦阻尼减震支座装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动摩擦阻尼减震支座装置，属于公路桥梁技术领域，包括上支座、下支座，以及设于两者之间的中间旋转摩擦件，所述中间旋转摩擦件用以由所述上支座的水平位移带动其水平转动的同时与所述上支座和下支座直接或间接摩擦。本发明是一种能实现在地震位移过程中的减震功能，同时又不影响桥梁的受力结构的减震支座。

Description

一种转动摩擦阻尼减震支座装置

技术领域

本发明属于公路桥梁技术领域，涉及一种减隔震支座装置。

背景技术

目前，国内桥梁采用的人员抗震支座主要有高阻尼橡胶支座、抗剪销隔震支座和摩擦摆抗震支座，其主要的性能和特点如下：

1、“高阻尼橡胶支座”能在支座位移时利用橡胶的阻尼特性提供地震阻力，减小和吸收地震荷载，但高阻尼橡胶支座的承载力较小，橡胶易老化，地震位移小和易燃等缺点。

2、现有“抗剪销隔震支座”在地震时，只能控制地震达到支座设计地震荷载时，抗剪销解锁，隔离地震荷载，达到保护桥墩的目的。

3、现有“摩擦摆抗震支座”采用双球面位移，通两球面相互转动来实现抗震，支座正常位移时就可提供摩阻力，由于两球面转动后会引起梁体的抬升，会影响桥梁总体的受力结构，特别是斜拉桥和悬索桥，同时由于两球面半径很大，支座结构尺寸大，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能实现在地震位移过程中的减震功能，同时又不影响桥梁的受力结构的减震支座。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种转动摩擦阻尼减震支座装置，包括上支座、下支座，以及设于两者之间的中间旋转摩擦件，所述中间旋转摩擦件用以由所述上支座的水平位移带动其水平转动的同时与所述上支座和下支座直接或间接摩擦。

上述方案中，在地震载荷作用下，利用梁体的水平位移使上支座产生水平位移，驱动中间旋转摩擦件转动，将地震对上支座的水平位移转化为中间旋转摩擦件的转动。中间旋转摩擦件水平转动时，梁体的重力使中间旋转摩擦件与上支座和下支座之间产生摩擦力，阻止中间旋转摩擦件水平转动，摩阻力的大小可通过调节摩擦面的大小等来调节，通过中间旋转摩擦件水平转动受到的转动阻力来消耗地震力，将地震力转化为热能消耗掉，从而达到减震的目的。

作为选择1，所述中间旋转摩擦件为单层或由至少两层上下叠加组成，各层之间同轴自转，且相邻两层间至少一层对应设有一导向驱动机构，所述导向驱动机构与所述上支座固定驱动对应各层中间旋转摩擦件水平转动。

上述方案中，当中间旋转摩擦件由多层上下叠加组成时，增加了摩擦面数量，摩擦力也随之成倍增加，同时对摩阻力大小的调节也可以除了调节摩擦面的大小之外，还可以进一步调节摩擦面数量，调节更灵活方便；中间旋转摩擦件各层可以一一对应设置导向驱动机构（即相邻两层间每层均对应设有导向驱动机构），也可以相邻两层间只一层对应设有一导向驱动机构，如此同样任意两层间均能产生相对转动。

作为选择1的进一步选择2，所述中间旋转摩擦件相邻两层间反向转动。

上述方案中，相邻两层间每层均对应设有导向驱动机构，反向转动，保证两者间产生相对转动。

作为主方案和选择1的进一步选择3，所述导向驱动机构上设有齿条结构，所述中间旋转摩擦件各层上分别设有对应啮合的齿轮结构。或者，所述导向驱动机构为固定于所述上支座与所述中间旋转摩擦件齿轮结构啮合的一列销柱，或者所述导向驱动机构上设有所述销柱。

上述方案中，由齿条结构带动齿轮结构旋转，将上支座的水平位移经导向驱动机构转化为中间旋转摩擦件的水平旋转。驱动中间旋转摩擦件水平转动不仅限于齿条，也可以采用与上支座相连的销柱等结构拔动中间旋转摩擦件等方式，只需如基本方案所述，能将水平位移转化成水平转动即可。

作为选择4，所述导向驱动机构与所述上支座间通过若干抗剪销连接固定。

上述方案中，通过抗剪销将上支座和导向驱动机构连接在一起，通过调节抗剪销的直径和数量来实现支座的水平解锁载荷，实现不同荷载的水平抗震，当地震力超过水平解锁载荷时，抗剪销剪断，将地震力与墩台隔开，从而实现支座的隔震能力。

作为选择5，所述齿条结构上的齿连续设置，或者仅在其对应所述中间旋转摩擦件各层旋转起始位置的起始段不设置齿。

上述方案中，所述起始段即导向驱动机构齿条结构水平位移之前与中间旋转摩擦件齿轮结构咬合的部位所在段，而中间旋转摩擦件齿轮结构此时的咬合位置就是所述起始位置；当齿条结构上的齿是连续的，可在梁体的整个位移过程中提供阻尼力，实现连续耗能的目的；当齿条结构上的齿是间断的，在支座的正常位移段，齿条结构上的齿不与中间旋转摩擦件上的齿啮合，与普通的钢结构支座一样，中间旋转摩擦件不产生水平转动，不影响支座的正常位移。

作为选择6，所述齿条结构的两端没有齿。

上述方案中，齿条结构的两端没有齿，当中间旋转摩擦件上的齿运动到两端时，中间旋转摩擦件与齿条结构卡死，防止梁体过渡位，防止落梁。

作为选择3的进一步选择7，所述齿轮结构上齿的分布为全齿或部分齿。

上述方案中，齿轮结构齿的分布可以是全齿或部分齿，当齿为部分齿时如同齿条结构的两端没有齿一般可防止落梁；齿轮结构齿的形状可以是弧形齿、梯形齿、圆形齿或矩形齿等形状。

作为选择8，所述下支座为球形支座或盆式支座。

上述方案中，本申请方案可用于球形支座、盆式支座等钢结构支座上。

作为选择9，所述上支座和中间旋转摩擦件之间还设有不锈钢板和耐磨板Ⅰ，所述耐磨板Ⅰ设于所述不锈钢板和中间旋转摩擦件之间，所述中间旋转摩擦件和下支座之间还设有耐磨板Ⅱ。

上述方案中，不锈钢板、耐磨板Ⅰ和耐磨板Ⅱ，耐磨板通过不同的耐磨材料和摩擦面大小控制摩擦力，同时延长使用寿命，此时中间旋转摩擦件与上支座和下支座非直接接触为间接摩擦；当中间旋转摩擦件与上支座和下支座直接接触摩擦时则为直接摩擦。

作为选择9的进一步选择10，所述耐磨板Ⅱ和下支座之间还设有橡胶板。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案：如本发明，各选择即可和主方案及其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

1、通过支座中间旋转摩擦件的水平转动产生转动阻力，阻碍梁体位移，连续消耗地震力，达到减震的目的。

2、可在梁体的整个位移过程中提供阻尼力，实现连续耗能的目的。

3、导向驱动机构上齿条结构的齿是间断的时，在支座的正常位移段，导向驱动机构上的齿不与中间旋转摩擦件上的齿啮合，与普通的钢结构支座一样，中间旋转摩擦件不产生水平转动，不影响支座的正常位移。

4、导向驱动机构上齿条结构的两端没有齿，当中间旋转摩擦件上的齿运动到两端时，中间旋转摩擦件与齿条卡死，防止梁体过渡位移，具有防落梁功能；当中间旋转摩擦件上为部分齿时，齿条运动到中间旋转摩擦件无齿部分会卡死，防止梁体过渡位移，具有防落梁功能。

5、通过抗剪销控制水平解锁载荷，当地震力超过水平解锁载荷时，抗剪销剪断，将地震力与墩台隔开，实现支座的隔震能力。

6、支座的耗能机构采用水平转动耗能，不会引起支座的抬升，支座的总体高度不变。

附图说明

图1是转动摩擦阻尼单驱动减隔震球形支座装置的结构布置图；

图2是转动摩擦阻尼单驱动减隔震球形支座装置的半剖视图；

图3是导向块齿条与中间钢板啮合结构图；

图4是导向块齿条上的齿连续布置时的结构图；

图5是导向块齿条上的齿在中间断开的结构图；

图6是中间钢板上的齿连续分布的结构图；

图7是中间钢板上周边不全为齿的结构图；

图8是采用销柱驱动中间钢板转动的结构图；

图9是转动摩擦阻尼减隔震双驱动球形支座的组合结构图；

图10是转动摩擦阻尼减隔震单驱动盆式支座的组合结构图；

图11为转动摩擦阻尼减隔震双驱动盆式支座的组合结构图。

图中：1.上支座板、2.抗剪销、3.导向块Ⅰ、4.中间钢板、5.不锈钢板、6.耐磨板Ⅰ、7.耐磨板Ⅱ、8.下支座板、9.导向块Ⅱ、10.销柱、11.橡胶板。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

如图1、2、3、4、6所示，一种转动摩擦阻尼单驱动减隔震球形支座装置，包括上支座（作为选择，如本实施例所示的上支座板1）、下支座（作为选择，如本实施例所示的下支座板8），以及设于两者之间的中间旋转摩擦件（作为选择，如本实施例所示的中间钢板4），上、下支座板1、8与桥梁梁体和墩台之间的连接采用焊接方式或螺栓连接方式，可根据设计和施工要求进行选择。本专利结构可用于球形支座、盆式支座等钢结构支座上，作为选择，如本实施例所示下支座板8为球形支座。上支座板1和中间钢板4之间还设有不锈钢板5和耐磨板Ⅰ6，耐磨板Ⅰ6设于不锈钢板5和中间钢板4之间，中间钢板4和下支座板8之间还设有耐磨板Ⅱ7。中间钢板4用以由上支座板1的水平位移带动其水平转动的同时与上支座板1和下支座板8间接摩擦。在地震载荷作用下，利用梁体的水平位移使上支座板1产生水平位移，驱动中间钢板4转动，将地震对上支座板1的水平位移转化为中间钢板4的转动。中间钢板4水平转动时，梁体的重力使中间钢板4与上支座板1（耐磨板Ⅰ6）和下支座板8（耐磨板Ⅱ7）之间产生摩擦力，阻止中间钢板4水平转动，摩阻力的大小可通过调节摩擦面的大小等来调节，通过中间钢板4水平转动受到的转动阻力来消耗地震力，将地震力转化为热能消耗掉，从而达到减震的目的。作为选择，如本实施例所示，中间钢板4为单层，导向驱动机构（作为选择，如本实施例所示的导向块Ⅰ3）与上支座板1固定驱动对应各层中间钢板4水平转动。本方案为单驱动，导向块Ⅰ3和导向块Ⅱ9对称分置中间钢板4两侧，其中导向块Ⅰ3驱动中间钢板4水平转动，而导向块Ⅱ9则起到起导向和限位作用，导向块Ⅰ3和导向块Ⅱ9与上支座板1采用抗剪销2连接，承受支座的水平地震力。驱动中间钢板4水平转动的导向块Ⅰ3与中间钢板4作用结构形式没有更多限制，只需能将上支座板1水平位移转化成中间钢板4水平转动即可，作为选择，如本实施例所示导向块Ⅰ3上设有齿条结构，中间钢板4上设有对应啮合的齿轮结构，如图3所示。如图4所示，导向块Ⅰ3齿条结构上的齿连续设置，齿条结构的两端没有齿，如图6所示，齿轮结构上齿的分布为全齿。

实施例2：

如图9所示，一种转动摩擦阻尼双驱动减隔震球形支座装置，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：中间钢板4由至少两层上下叠加组成，各层之间同轴自转，且相邻两层间至少一层对应设有一导向驱动机构。如中间钢板4由三层上下叠加组成，既可以每层均对应设有一导向驱动机构，且相邻两层间反向转动，即导向驱动机构可在中间钢板4两侧对称设置；也可以按从上支座板1到下支座板8的顺序的第1、3层均设置导向驱动机构，此时上支座板1、下支座板8与中间钢板4之间，以及中间钢板4各层之间均产生相对转动摩擦；还可以仅在第2层设置驱动导向机构，此时则仅在中间钢板4各层之间产生相对转动摩擦。如中间钢板4由四层上下叠加组成，既可以每层均对应设有一导向驱动机构，且相邻两层间反向转动，即导向驱动机构可在中间钢板4两侧对称设置，此时上支座板1、下支座板8与中间钢板4之间，以及中间钢板4各层之间均产生相对转动摩擦；也可以在第1、3层均设置导向驱动机构，此时上支座板1与中间钢板4之间，以及中间钢板4各层之间均产生相对转动摩擦；还可以在第2、4层均设置导向驱动机构，此时下支座板8与中间钢板4之间，以及中间钢板4各层之间均产生相对转动摩擦。更多层数的中间钢板4依此类推。作为选择，如本实施例所示中间钢板4由两层上下叠加组成，每层均对应设有一导向驱动机构，即对应上层中间钢板4位于其左侧的导向块Ⅰ3，以及对应下层中间钢板4位于其右侧的导向块Ⅱ9，两者均起到起驱动、导向和限位作用，为双驱动。导向块Ⅰ3和导向块Ⅱ9与上支座板1采用抗剪销2连接，承受支座的水平地震力。

实施例3：

如图10所示，一种转动摩擦阻尼单驱动减隔震盆式支座装置，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：下支座板8为盆式支座，耐磨板Ⅱ7和下支座板8之间还设有橡胶板11，其中耐磨板Ⅱ7也可以替换为不锈钢板。

实施例4：

如图11所示，一种转动摩擦阻尼双驱动减隔震盆式支座装置，本实施例与实施例2基本相同，其区别在于：下支座板8为盆式支座，耐磨板Ⅱ7和下支座板8之间还设有橡胶板11，其中耐磨板Ⅱ7也可以替换为不锈钢板。

实施例5：

一种转动摩擦阻尼双驱动减隔震盆式支座装置，本实施例与实施例1-4基本相同，其区别在于：导向块Ⅰ3（导向块Ⅱ9）上齿条结构仅在其对应中间钢板4各层旋转起始位置的起始段不设置齿。如图5所示，齿在中间断开，在支座的正常位移段，导向驱动机构上的齿不与中间旋转摩擦件上的齿啮合，与普通的钢结构支座一样，中间旋转摩擦件不产生水平转动，不影响支座的正常位移。

实施例6：

一种转动摩擦阻尼双驱动减隔震盆式支座装置，本实施例与实施例1-4基本相同，其区别在于：中间钢板4上齿轮结构的齿分布为部分齿，如图7所示，齿条运动到中间钢板4无齿部分会卡死，防止梁体过渡位移，具有防落梁功能。

实施例7：

如图8所示，一种转动摩擦阻尼双驱动减隔震盆式支座装置，本实施例与实施例1-4、6基本相同，其区别在于：导向驱动机构为固定于上支座板1与中间钢板4齿轮结构啮合的一列销柱10，或者导向驱动机构上设有销柱10。同样地，如同实施例5，销柱也可以间断分布，防止过度位移。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：包括上支座、下支座，以及设于两者之间的中间旋转摩擦件，所述中间旋转摩擦件用以由所述上支座的水平位移带动其水平转动的同时与所述上支座和下支座直接或间接摩擦；所述中间旋转摩擦件为单层或由至少两层上下叠加组成，各层之间同轴自转，且相邻两层间至少一层对应设有一导向驱动机构，所述导向驱动机构与所述上支座固定驱动对应各层中间旋转摩擦件水平转动；所述导向驱动机构为固定于所述上支座与所述中间旋转摩擦件齿轮结构啮合的一列销柱，或者所述导向驱动机构上设有所述销柱。

2.如权利要求1所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述导向驱动机构上设有齿条结构，所述中间旋转摩擦件各层上分别设有对应啮合的齿轮结构。

3.如权利要求1所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述导向驱动机构与所述上支座间通过若干抗剪销连接固定。

4.如权利要求2所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述齿条结构上的齿连续设置，或者仅在其对应所述中间旋转摩擦件各层旋转起始位置的起始段不设置齿。

5.如权利要求2所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述齿条结构的两端没有齿。

6.如权利要求2所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述齿轮结构上齿的分布为全齿或部分齿。

7.如权利要求1所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述下支座为球形支座或盆式支座。

8.如权利要求1所述的转动摩擦阻尼减震支座装置，其特征在于：所述上支座和中间旋转摩擦件之间还设有不锈钢板和耐磨板Ⅰ，所述耐磨板Ⅰ设于所述不锈钢板和中间旋转摩擦件之间，所述中间旋转摩擦件和下支座之间还设有耐磨板Ⅱ。