CN106049262B - 一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座 - Google Patents

Abstract

一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座，用于解决抗震效果不佳的问题。它由自上而下依次设置的竖向减震机构、单向滑动机构和水平减震机构组成，竖向减震机构包括第一平板、第二平板和设置在两个平板之间的四组碟形弹簧组件，在第一、第二平板的四周设置第一C型软钢I，在第一平板和第二平板之间设置有预锁紧套筒和第一剪力销；单向滑动机构包括第一滑动板和第二滑动板，水平减震机构包括底板和第二C型软钢II。本支座以单向活动球型钢支座为基础改造，增加了剪力销和水平C型软钢阻尼构件并串联了碟形弹簧构件及竖向C型软钢阻尼器，实现斜拉桥、悬索桥结构静力设计要求和横桥向、竖向减震耗能要求同时得以满足。

Description

一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座

技术领域

该发明涉及桥梁支座技术领域，具体地说是一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座。

背景技术

斜拉桥、悬索桥跨越能力强、造型优美，在我国桥梁建设中得到了越来越广泛的应用，尤其在跨越大江、大河或峡谷等特殊地形时十分常见。斜拉桥、悬索桥的结构受力特性有相似的地方：分别是通过斜拉桥和吊杆、主缆将主梁荷载传递至桥塔，因此斜拉桥、悬索桥的桥塔往往较为粗壮，且刚度很大。较大的刚度导致桥塔在地震作用下响应较大，尤其是当桥梁跨度较大或桥梁位于近场地震区时，桥塔抗震性能往往难以满足设计要求，结构设计难度较大。

设计中通常要求斜拉桥、悬索桥的主梁在正常使用状态下沿顺桥向可滑动，桥塔和桥墩处横桥向需进行约束，常见的支承体系如下所述：主梁在桥塔处于梁底和桥塔横梁之间设置顺桥向单向滑动支座和双向滑动支座，另外在梁侧与垫石侧面之间设置顺桥向单向滑动支座作为抗风支座使用；主梁在辅助墩和共用墩处则于梁底与墩顶之间设置顺桥向单向滑动支座和双向滑动支座；作为抗震措施，在主梁与桥塔横梁间沿顺桥向安装粘滞液体阻尼器。上述支承体系可以满足斜拉桥、悬索桥在正常使用状态下的设计要求，也能实现顺桥向的减震设计，但没有针对横桥向和竖向地震的抗震措施。

近场地震与远场地震相比具有强度高、竖向地震分量较大的特点，因此近场地震作用下桥梁结构地震响应也更大，尤其是对于斜拉桥、悬索桥等特殊桥型受竖向地震分量影响较大，在结构设计中不仅要进行水平向抗震设计同时不可忽视竖向地震的影响。目前对于斜拉桥、悬索桥结构顺桥向抗震设计通常采用设置粘滞液体阻尼器的方式来进行减震，而横桥向和竖向抗震往往是采用传统的抗震设计方法，依靠结构的强度去抵御地震作用，没有合理的耗能设计。

斜拉桥、悬索桥结构横桥向和竖向地震采用传统抗震设计方法时，由于桥塔对于维持结构体系的重要性，在地震作用中通常要求保持弹性状态，因此只能依靠桥塔自身强度抵御地震力，缺乏合理的耗能构造，设计中只能采用增大桥塔截面尺寸、配筋、基础规模的手段来满足要求，从而造成大量的材料浪费、建设成本的增加和施工难度加大。尤其在近场地震作用下，竖向地震分量很大，采用传统抗震设计方法往往难以满足设计要求，设计难度很大。

发明内容

为了解决上述技术的不足，本发明提供一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座，其特征在于，由自上而下依次设置的竖向减震机构、单向滑动机构和水平减震机构组成，所述竖向减震机构包括第一平板、第二平板和设置在两个平板之间的四组碟形弹簧组件，其中每一组碟形弹簧组件包括一个导向柱和一系列叠加的碟形片，所述导向柱下端焊接在第二平板上，上端与第一平板上的导向槽配合，并在第一、第二平板的四周设置有若干第一C型软钢I，在第一平板和第二平板之间设置有预锁紧套筒，并在预锁紧套筒之间通过第一剪力销进行锁定；

所述单向滑动机构包括两个彼此配合的第一滑动板和第二滑动板，其中第一滑动板位于第二平板的下侧，第二平板两侧设有使第一滑动板仅沿顺桥向方向滑动的限位板，

所述水平减震机构，包括底板和第二C型软钢II，其中底板位于第二滑动板下侧，底板侧面设有使第二滑动板仅可沿横桥向方向滑动的限位板，且在两者之间使用第二剪力销进行预紧连接，在底板和第二滑动板侧面设置有第二C型软钢II。

进一步的，第一滑动板为球冠型滑动板。

进一步地，第二平板和第一滑动板之间滑动面为平面。

进一步地，第一滑动板和第二滑动板之间滑动面为弧形球面。

进一步地，第二C型软钢II一端铰接于第二滑动板侧面，另一端铰接于底板侧面。

本发明的有益效果是：

在桥塔处将本发明的双向减隔震支座与竖向减隔震支座配合使用，双向减隔震支座和竖向减隔震支座在正常使用状态下分别具备顺桥向滑动和双向滑动功能，在地震作用中分别具备横桥向、竖向减隔震和竖向减隔震功能，在梁底与横梁间使用双向减隔震支座和竖向减隔震支座进行竖向支承，同时，为满足结构静力设计要求和减隔震设计要求，并最大程度发挥减隔震效果，在桥塔处将双向减隔震支座同步用于梁体和侧面垫石之间进行侧向支承。另外，同时在辅助墩和共用墩处将双向减隔震支座和竖向减隔震支座配合使用，对辅助墩和共用墩进行减隔震。

本发明支座主要应用于斜拉桥、悬索桥结构，当结构中未设辅助墩时，不影响桥塔和共用墩处本发明支座的使用。在地震烈度不大的地区，可根据实际情况，仅于桥塔处采用本发明支座，辅助墩和共用墩处配合普通支座使用即可。

与常见支承体系相比，采用本发明的支座后，不仅斜拉桥、悬索桥结构正常使用状态的静力设计要求得以满足，还实现了地震作用下结构的横桥向和竖向减隔震。经估算，采用本发明的支座后，桥塔、辅助墩和共用墩的地震响应可降低20％—30％，在保证结构地震中安全的前提下，使桥塔、辅助墩、共用墩及基础设计更加合理，节约了建造成本并且降低了设计难度和施工难度。

本支座以单向活动球型钢支座为基础，通过较小的构造改变，增加了剪力销和水平C型软钢阻尼构件并串联了碟形弹簧构件及竖向C型软钢阻尼器；并通过在桥塔处梁底及梁侧同时使用该减隔震支座，有机配合发生作用，实现斜拉桥、悬索桥结构静力设计要求和横桥向、竖向减震耗能要求同时得以满足。本发明的支座主要应用于近场地震区斜拉桥、悬索桥结构，但对于远场地震区的情况，在设计人员认为有必要进行横桥向、竖向减震设计时，同样适用。

附图说明

图1为双向减隔震支座的主视图。

图2为双向减隔震支座的侧视图。

图3为双向减隔震支座的俯视图。

图4为图1中F处局部放大图。

图5为竖向减隔震支座的主视图。

图6为竖向减隔震支座的侧视图。

图7为竖向减隔震支座的俯视图。

图8为本发明支座与竖向减隔震支座配合使用的平面布置图。

图9为D--D处的结构示意图。

图10为E—E处的结构示意图。

图11为G—G处的结构示意图。

图中：11竖向减震机构，111第一平板，112第二平板，113碟形弹簧组件，114第一C型软钢I，115第一剪力销，12单向滑动机构，121第一滑动板，122第二滑动板，123聚四氟乙烯垫片，13水平减震机构，131底板，132第二C型软钢II，133第二剪力销。

具体实施方式

如图1至图11所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下：

采用本发明支座构成的支承体系采用了两种减隔震支座，

第一种为本发明所提供的双向减隔震支座A，为改进型产品，该支座分为上、中、下三部分，分别为竖向减震机构11、单向滑动机构12、水平减震机构13，正常使用状态可实现顺桥向滑动，地震中可实现横桥向和竖向减隔震。其中，上部的竖向减震机构11为碟形弹簧及竖向C型软钢阻尼器(第一C型软钢I)，中间部分的单向滑动机构12与单向滑动支座相同，下部水平减震机构13为水平C型软钢阻尼器(第二C型软钢II)，且在上部、下部分别设有第一、第二剪力销，分别限制支座在正常使用情况下的竖向和横向位移。

竖向减震机构11包括第一平板111、第二平板112和设置在两个平板之间的四组碟形弹簧组件113，其中每一组碟形弹簧组件包括一个导向柱和一系列叠加的碟形弹簧片，导向柱下端焊接在第二平板上，上端与第一平板上的导向槽配合，并在第一、第二平板的四周设置有若干第一C型软钢I114，在第一平板和第二平板之间设置有预锁紧套筒，并在预锁紧套筒之间通过第一剪力销115进行初步锁定。

单向滑动机构12包括两个彼此通过弧形球面配合的第一滑动板121和第二滑动板122，其中第一滑动板121位于第二平板的下侧，且两者之间通过聚四氟乙烯垫片123进行过渡配合，在第一滑动板和第二滑动板之间也使用聚四氟乙烯垫片配合。

水平减震机构13，包括底板131和第二C型软钢II132，其中底板位于第二滑动板下侧，且在两者之间使用第二剪力133销进行预紧连接，在底板和第二滑动板侧面设置有第二C型软钢II 132。C型软钢II一端铰接于第二滑动板侧面，另一端铰接于底板侧面。

第二平板两侧设有两块限位板，限位板与第一滑动板(球冠型滑动板)的边沿进行配合使用，使第一滑动板仅沿一个单方向滑动，此处的单方向是指顺桥向方向滑动。底板侧面设有限位板，使第二滑动板仅可沿单方向滑动，此处单方向是指横桥向方向滑动。

本支座以单向活动球型钢支座为基础增加了剪力销和水平C型软钢阻尼构件并串联了碟形弹簧构件及竖向C型软钢阻尼器，类似的改进亦适用于其他类型单向活动支座(如单向活动盆式橡胶支座)均为本发明相同原理，应受到保护。

第二种为竖向减隔震支座B，正常使用状态可实现双向滑动，地震中可实现竖向减隔震。该支座上部为碟形弹簧及竖向C型软钢阻尼器，结构与上述的双向减隔震支座中的竖向减震机构11结构相同，为便于描述，采用不同的名称进行标记，所述第一竖向减隔震支座由上部竖向减震机构和下部的双向滑动机构组成，所述竖向减震机构包括第一板、第二板和设置在两个平板之间的四组碟形弹簧组件，其中每一组碟形弹簧组件包括一个导向柱和一系列叠加的碟形片，所述导向柱下端焊接在第二板上，上端与第一板上的导向槽配合，并在第一、第二板的四周设置有若干C型软钢，在第一板和第二板之间设置有预锁紧套筒，并在预锁紧套筒之间通过剪力销进行锁定；参考图5到图7。

下部为双向滑动支座，结构上与上述的双向减隔震支座中的单向滑动机构12略有不同，该处的双向滑动机构包括两个彼此通过弧形球面配合的第一滑板(球冠型滑板)和第二滑板，其中第一滑板位于第二板的下侧，可以沿着两个方向进行滑动，两个方向指横桥向和顺桥向。双向减隔震支座中的单向滑动机构的不同之处在于，没有限位构造。

本发明的支座与竖向减隔震支座配合使用构成的支承体系如下所述：主梁L在桥塔处于梁底和桥塔横梁H之间设置双向减隔震支座(顺桥向滑动)A1和竖向减隔震支座B1，另外于主梁L梁侧与垫石M侧面之间设置小吨位双向减隔震支座(顺桥向滑动)A2，侧向设置；主梁L在辅助墩N和共用墩J处于梁底与墩顶之间设置双向减隔震支座A3(顺桥向滑动)和竖向减隔震支座B2(双向滑动)；另外，在主梁L与桥塔横梁间延顺桥向安装粘滞液体阻尼器C,上述的A1和A3在顺桥向是共线设置的，B1和B2在顺桥向是共线布置的。

上述的双向减隔震支座根据位置不同，按序号进行标注，分别标记为第一至第三双向减隔震支座(A1至A3),上述的三个支座结构相同，规格大小有所差别。

上述的竖向减隔震支座根据位置不同，按序号进行标注，分别标记为第一至第二竖向减隔震支座(B1至B2)上述的两个支座结构相同，规格大小有所差别。

正常使用情况下，桥塔、辅助墩和共用墩处支座的碟形弹簧组件、第一C型软钢I和支座下部的第二C型软钢II的运动分别被其对应的剪力销锁住，主梁仅可沿顺桥向滑动，且桥塔、辅助墩和共用墩处主梁横桥向均被约束，满足静力设计要求。

在地震作用下，桥塔、辅助墩和共用墩处支座碟形弹簧组件、下部第二C型软钢II的剪力销均被剪断，碟形弹簧部件可发生竖向变形并带动第一C型软钢I发生塑性拉伸、压缩变形，底板与支座中部之间可发生横向滑动，带动底板处的第二C型软钢II发生塑性拉伸、压缩变形。此时，桥塔处横桥向地震能量通过梁底支座A1的第二C型软钢II的塑性变形和梁侧支座A2的碟形弹簧及第一C型软钢I的塑性变形来耗散；而桥塔处竖向地震能量则通过梁底支座A1、B1的碟形弹簧及第一C型软钢I的塑性变形和梁侧支座A2的第二C型软钢II的塑性变形来耗散。辅助墩和共用墩处横桥向地震能量通过双向减隔震支座A3底板的第二C型软钢II发生塑性拉伸、压缩变形来耗散；竖向地震能量则通过双向减隔震支座A3和竖向减隔震支座(双向滑动)B2的碟形弹簧构件及第一C型软钢I发生塑性变形来耗散。另外，整体结构的顺桥向地震能量则由梁底与横梁间的粘滞液体阻尼器C来耗散。

使用时，在桥塔处主梁底部与横梁间以及主梁侧面与垫石间同时采用本发明的支座(梁侧支座为小吨位支座)。正常使用情况下，梁底、梁侧支座的碟形弹簧及第一C型软钢I和第二C型软钢II的运动分别被其对应的剪力销锁住，不发挥作用，主梁仅可沿顺桥向滑动，满足静力设计要求；在地震作用下，支座碟形弹簧、底板第二C型软钢II的剪力销均被剪断，碟形弹簧组件可发生竖向变形并带动其外设的第一C型软钢I发生拉伸、压缩塑性变形，底板与支座上部间可发生横向滑动，带动底板C型软钢II发生拉伸、压缩塑性变形。此时，结构竖向地震能量的有效耗散通过梁底支座的碟形弹簧和第一C型软钢I塑性变形及梁侧支座第二C型软钢II的塑性变形来实现；结构横桥向地震能量耗散则由梁底支座第二C型软钢II的塑性变形和梁侧支座的碟形弹簧和第一C型软钢I塑性变形来实现。与传统抗震设计方法相比，采用本专利的支座后，斜拉桥、悬索桥正常使用状态的静力设计要求得以满足，地震作用下的横桥向和竖向地震响应亦可得到显著降低，经估算，结构地震响应减小程度约可达20％-30％，可见，采用本发明的减隔震支座后，在保证结构安全的前提下，可使桥塔截面尺寸更加合理，节约了建造成本并且降低了设计难度和施工难度。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座，其特征在于，由自上而下依次设置的竖向减震机构(11)、单向滑动机构(12)和水平减震机构(13)组成，所述竖向减震机构(11)包括第一平板(111)、第二平板(112)和设置在两个平板之间的四组碟形弹簧组件(113)，其中每一组碟形弹簧组件包括一个导向柱和一系列叠加的碟形片，所述导向柱下端焊接在第二平板上，上端与第一平板上的导向槽配合，并在第一、第二平板的四周设置有若干第一C型软钢I(114)，在第一平板和第二平板之间设置有预锁紧套筒，并在预锁紧套筒之间通过第一剪力销(115)进行锁定；

所述单向滑动机构(12)包括两个彼此滑动配合的第一滑动板(121)和第二滑动板(122)，其中第一滑动板(121)位于第二平板的下侧，第二平板两侧设有使第一滑动板仅沿顺桥向方向滑动的限位板，所述的第一滑动板为球冠型滑动板，

所述水平减震机构(13)，包括底板(131)和第二C型软钢II(132)，其中底板位于第二滑动板下侧，底板侧面设有使第二滑动板仅可沿横桥向方向滑动的限位板，且在两者之间使用第二剪力(133)销进行预紧连接，在底板和第二滑动板侧面设置有第二C型软钢II(132)，所述的第二C型软钢II(132)一端铰接于第二滑动板(122)侧面，另一端铰接于底板(131)侧面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座，其特征在于，第二平板(112)和第一滑动板(121)之间滑动面为平面。

3.根据权利要求1所述的一种适用于斜拉桥、悬索桥的双向减隔震支座，其特征在于，第一滑动板(121)和第二滑动板(122)之间滑动面为弧形球面。