CN106351119B - 双滑移曲面支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双滑移曲面支座，其上支座板的下侧形成有球心在下的上滑移球面，而下支座板则形成有球心在上的下滑移球面；所述滑移结构包括：上球面，该上球面与上滑移球面间形成上滑移结构；下球面，该下球面与下滑移球面间形成下滑移结构；本体部，用于构建相背离的上球面和下球面，并使上球面与下球面间保持给定的距离；其中，下滑移球面的曲率大于上滑移球面的曲率；围绕滑移结构，在上支座板和下支座板间设有转动密封结构。依据本发明具有比较强的转动能力且使用可靠。

Description

双滑移曲面支座

技术领域

本发明涉及一种桥梁支座，具体是一种具有双滑移曲面的桥梁支座。

背景技术

桥梁支座有多种类型，例如球型支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座等，桥梁支座的作用主要有两点，其一是将桥梁载荷（动载和静载）有效传递到桥墩，其二则是用以克服梁体因受制动力、环境温度、混凝土收缩或徐变以及载荷作用等引起的位移产生的梁体偏压。例如在桥体横向，如果因环境温度发生变化，导致梁体边长变化，而墩柱之间的间距不变，若梁体与墩柱之间是刚性的连接，则刚性连接的部分有可能会被剪断或者梁体对连接部分产生很大的剪切力。桥梁支座则使梁体尽可能正压在墩柱上。

因桥梁与墩柱之间的连接结构不仅需要面对水平方向的位移，还会因竖向压缩变形或者不同部分变形幅度不一致而产生转角变化，因此，桥梁支座中的球型桥梁支座具有适应转角变化的球面。尽管桥梁支座具有多种类型，但同时具有平滑移面和曲滑移面的桥梁支座应用越来越广泛。

滑移面的数量与桥梁支座的稳定性存在一定的负相关关系，即滑移面过多，一方面会增加桥梁支座的高度，另一方面，滑移面太多也容易产生滑移控制度的问题，整体而言会产生桥梁稳定性的问题。因此，在滑移面相对较少，且能够满足一定程度的平移适应和一定程度上的转动适应，是比较重要的设计要素。

中国专利文献CN101705722A公开了一种双曲面减震抗拉支座，是一种球型支座的变形，其等效的具有两个球型支座，同时为了保证在增加了滑移面或者转动配合面的条件下，具有比较高承载能力，其所提供的是滑移球面，尽管为了保持较高的稳定性，但由于提供了用于约束上面的滑移曲面的约束结构，在上部会增加容纳尘灰槽，槽底则是一个滑移面，该种结构不利于滑移面的密封。此外，基于传统的设计，此类结构中滑移面与球冠衬板的关系表现在滑移面的面积比球冠衬板上与该滑移面配合的部分的面积小，一方面会影响整体的承载能力，另一方面，球冠衬板产生偏移后，会进一步的降低接合面积。

中国专利文献CN105755953A公开了一种三重摩擦摆支座，也是一种球型支座，该球型支座区别于现有的具有单球冠结构的球冠衬板，而采用了具有上下两个球冠的球冠衬板，该种结构有效的简化了桥梁支座的结构，不过，两个正反的球冠在支撑的中心不在球冠的轴心时，会产生与下支座板成一定偏斜角度的附加力矩，该附加力矩属于有害分力，当偏斜较大时可能会对支座产生损伤。此外，其上下支座板之间也欠缺尘土的防护，影响其整体的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在具有比较强的转动能力且使用可靠的双滑移曲面支座。

本发明采用以下技术方案：

一种双滑移曲面支座，包括上支座板和与该上支座板对位设置的下支座板，以及设置在上支座板和下支座板之间的滑移结构，所述上支座板的下侧形成有球心在下的上滑移球面，而下支座板则形成有球心在上的下滑移球面；

所述滑移结构包括：

上球面，该上球面与上滑移球面间形成上滑移结构；

下球面，该下球面与下滑移球面间形成下滑移结构；

本体部，用于构建相背离的上球面和下球面，并使上球面与下球面间保持给定的距离；

其中，下滑移球面的曲率大于上滑移球面的曲率；

围绕滑移结构，在上支座板和下支座板间设有转动密封结构。

上述双滑移曲面支座，可选地，下滑移球面的半径是上滑移球面半径与两滑移球面间距平方根的差。

可选地，所述滑移结构构造为：

上球面板，该上球面板的上表面为所述上球面；

下球面板，该下球面板的下表面为所述下球面；以及

连接板，用于上球面板与下球面板之间的刚性连接。

可选地，所述连接板包括竖直设置的第一连接板和竖直设置并与第一连接板垂直的第二连接板，从而形成十字形连接板；

十字形连接板的上缘与上球面板焊接；相应地，十字形连接板的下缘与下球面板焊接；

十字形连接板的中心在两球面板的连心线上。

可选地，第一连接板与第二连接板几何形状相同；

上球面板的球心角小于下球面板的球心角。

可选地，上球面板的球心角为下球面板球心角的二分之一到四分之三。

可选地，上球面板上叠置有第一聚四氟乙烯板，而上滑移球面则敷有第一不锈钢板；

下球面板上叠置有第二聚四氟乙烯板，而下滑移球面则敷有第二不锈钢板。

可选地，围绕滑移结构，上支座板设有向下延伸的上围堰，相应地，下支座板设有向上延伸的下围堰；

所述转动密封结构上端连接在上围堰，下端连接在下围堰；

转动密封结构为弹性密封环。

可选地，所述上围堰开有上凹槽，下围堰开有下凹槽，弹性密封环上端设有嵌入到上凹槽的上舌部，弹性密封环的下端则设有嵌入到下凹槽的下舌部。

可选地，弹性密封环本体在支座径向的宽度与下围堰的宽度相等，从而在下端与下围堰端上端面配合，下舌部探入到下凹槽。

依据本发明，具有两个基础的滑移球面，所构造的下滑移球面的曲率大于上滑移球面的曲率，换言之，相对而言，上滑移球面更平直，当产生横向滑移时，上滑移球面作用于上球面的横向力小于下滑移球面作用于下球面的横向力，从而产生本体部的微量倾斜，该微量倾斜有利于使上球面与上滑移球面间，以及下球面与下滑移球面间形成相对稳定的球面配合，从而即便是产生了一定的横移，也能够使桥梁支座具有比较好的稳定性，因此，使用可靠性相对比较好。此外，由于具有两个球面配合，并具有前述的稳定性，即便是产生了一定量的横移，因球面配合仍然保持的较好，从而保持良好的转动性能。

附图说明

图1为依据本发明的一种双滑移曲面支座的主剖结构示意图。

图中：1.上支座板，2.弹性密封圈，3.第一不锈钢板，4.第一聚四氟乙烯板，5.上球面板，6.第一连接板，7.第二连接板，8.下支座板，9.第二不锈钢板，10.第二聚四氟乙烯板，11.下球面板。

具体实施方式

参见背景技术所引用的现有技术，例如中国专利文献CN105755953A，其附图2所表示的滑移条件下球面板与滑移球面的配合关系，图中可见，具有双球面的球冠衬板的轴线仍然保持竖直。其具有相对较小的桥梁支座高度，所用以解决的也是桥梁支座的稳定性问题，并表现在一个球冠衬板具有两个球面，从而整体的高度降低。

在本发明中则反其道而行之，相对而言，如附图1所示，其整体高度相对于中国专利文献CN105755953A所要求保护的支座要高一些，但这个高出的部分是适配两个球面曲率不一致时功能实现所依赖的技术条件，并通过合适的配置实现在增高了的情况下的桥梁支座的相对稳定性。

如图1所示的一种双滑移曲面支座，其具有两个基本结构，一个是周边的密封支撑结构，如图中所示的弹性密封环2和形成在上下支座板上的支撑连接部分，另一个则是为周边的密封支撑结构所围绕的滑移结构。

桥梁支座都会有上支座板1和下支座板8，上支座板1与下支座板8间是一种对合结构，加以对合的部分就是滑移部分，即下面所说的滑移结构，据此结构才能够将上支座板1所承载的载荷转嫁到下支座板8。

通常上支座板1用于承载例如桥梁的梁体，而下支座板8则安装在例如桥梁的墩柱上，上支座板1与下支座板8通过滑移结构的对合可以将因例如梁体变形所产生的移动或者转动在对合部分消除掉，减少因梁体变形或者外力所导致的梁体的移动对桥梁支座的剪切，避免直接将桥梁支座剪断或者使桥梁支座受到比较大的非竖直向的力。

关于滑移结构，首先要构造滑移面，其中，在上支座板1的下侧形成有球心在下（具体是正下方）的上滑移球面，如图1所示的上部位于上支座板1上的弓形结构（球面的横剖面表现为弓形，其圆心在下面，或者说在弓形结构的正下方法），下支座板8则形成有球心在上的下滑移球面，如图1下部所示的位于下支座板11上的弓形结构，两个弓形结构所对应的几何结构是球窝。

上支座板1和下支座板11一般是铸造件，其自身作为座体而不直接提供滑移面，而是通过附加其他部件以构造滑移面，例如图1中所示的第一不锈钢板3（一般称为不锈钢滑板）和第二不锈钢板9。

相适应的滑移结构包括上球面、下球面和用以提供下上球面附着结构的本体部。

关于上球面，该上球面与上滑移球面间形成上滑移结构，形成第一滑移曲面。

而下球面则与下滑移球面间形成下滑移结构，用于形成第二滑移曲面。

上述的曲面均为球面。

关于本体部，用于构建相背离的上球面和下球面，并使上球面与下球面间保持给定的距离。

可理解的是，如CN105755953A直接提供球冠衬板，以构建球面，球冠衬板一般是钢材质件，在CN105755953A中由于其具有比较小的高度，其整体重量也不会很大。在本发明中，由于发明原理与CN105755953A不同，需要两个球面之间具有一定的距离，从而应当使本体具备一定的高度，该高度上的差异在于当在水平方向上产生相同量的移动式，上球面和下球面受到的相应滑移球面反作用力的压力角不同，因此，不能使其在竖直方向上平衡，而产生偏斜。偏斜的最终结构就是趋于相同，从而趋稳。

使趋稳的再一个条件则是下滑移球面的曲率大于上滑移球面的曲率，从而实现压力角的变化不相同。

此外，围绕滑移结构，在上支座板1和下支座板8间设有转动密封结构。如图1中所示的弹性密封环2，其一方面提供被围绕的滑移结构的防尘，另一方面密封结构普遍具有一定的弹性，弹性则在微量的平移中产生耗能，起到减震耗能作用，用于保护桥梁支座。

此外，压力角的变化，会使上支座板1处于一种亚稳态支撑状态，当外力消除，例如震动消除后，会产生自动复位。

惯知地，曲率是半径的倒数，在不同的表述中使用不同的表示方法，仅在于便于表述，例如，设计量度变化时，曲率就不适合，尤其是与其他部件的尺寸规格上的关系。

经过长期的研究发现，下滑移球面的半径是上滑移球面半径与两滑移球面间距平方根的差时，所表现出的桥梁支座的性能最佳，两者曲率的差与两者间距的平方根正相关。

这里的间距，应知两者作为球面的中心距（不是球心距，而是球面型心距）。

为了减轻桥梁支座的总重量，具体是减轻滑移结构的重量，匹配为所述滑移结构的特定构造，表现在：

上球面板5，该上球面板5的上表面为所述上球面；

下球面板11，该下球面板11的下表面为所述下球面；以及

连接板，用于上球面板5与下球面板11之间的刚性连接。

常规条件下，即便是需要构造出上下两个球面，也是直接在一个刚形体上加工出来，如背景技术部分引用的两份专利文献所公开的结构，通常使用一块球冠衬板来构造。整体结构非常笨重，尤其是，在本发明的发明原理中，上下球面板间需要保持一定的距离，从而满足压力角变化条件下的转角变化问题，如果整体是实体的，会造成整体结构过于笨重。

有鉴于此，在本发明中，首次提出采用板件间的例如焊接成型替换实体整体加工，通过合适的板件间的配置，整体的刚度也可以满足其支撑能力要求。

关于支撑能力，显然对球面板的球面形成全方位的支撑，其支撑强度会非常高，但整体支撑就类同于实心结构，会造成整体结构的笨重。在图1所示的结构中，所述连接板包括竖直设置的第一连接板6和竖直设置并与第一连接板6垂直的第二连接板7，从而形成十字形连接板，十字形连接板可以形成支撑结构，支撑结构间，也就是两个十字形结构的臂间支撑强度会逐渐减弱，但能够在可接受的范围内。

进而，十字形连接板的上缘与上球面板5焊接；相应地，十字形连接板的下缘与下球面板11焊接；焊接结构强度高，并且连接可靠。

图中第一连接板6所示出的板面厚度与例如上球面板5的厚度大致一致，其中第一连接板6可以稍厚，但厚度也不易大于球面板厚度的两倍。

此外，十字形结构自身属于一种结构相对紧凑，且支撑强度高的结构，其具有比较高的抗剪截面系数。

在一些实施例中，还可以采用例如圆管或者矩形管作为连接板，均具有比较高的抗剪截面系数。

关于支撑的构造，十字形连接板的中心在两球面板的连心线上。

优选地，第一连接板6与第二连接板7几何形状相同，利于构造轴对称的十字形连接板结构。此外，对于构造结构，例如第一连接板6可以是一整块板，第二连接板7由两块板拼合而成，以第一连接板为基体，焊接在第一连接板6上。

上球面板5的球心角小于下球面板11的球心角。

首先，关于球心角，与圆心角的弧度表示方法类似，从几何图形状可以认为底面是球面的圆锥，圆锥的母线即为球面的半径，球心角即为作为底面的球面的面积除去球半径的平方。

下球面板11侧重于支撑，且十字形连接板产生偏斜时较大的下球面板11具有相对更强的支撑能力。

优选地，上球面板5的球心角为下球面板11球心角的二分之一到四分之三。选择因素之一是整体结构紧凑性，设计基础则是上球面板5，在上球面板5支撑强度条件下设计的上球面板5，再去考虑整体的结构紧凑性，显然上下球面板在水平方向上延伸出的长度相等时，结构最紧凑。但如前所述，下球面板11较小时，整体的稳定性不足，因此，藉此产生第二个因素，即稳定性，综合考虑这两个因素，产生上述的上球面板5与下球面板11以球心角为约束条件的构造关系。

可选地，上球面板5上叠置有第一聚四氟乙烯板4，而上滑移球面则敷有第一不锈钢板3。

下球面板11上叠置有第二聚四氟乙烯板10，而下滑移球面则敷有第二不锈钢板9。

此外，再一个核心要点在于围绕滑移结构所配置的结构，如前所述，一方面提供为滑移结构保护，另一方面也具有耗能作用，如图1所示，上支座板1设有向下延伸的上围堰，相应地，下支座板11设有向上延伸的下围堰。

所述转动密封结构上端连接在上围堰，下端连接在下围堰。

转动密封结构为弹性密封环2，当产生较小的水平方向上的滑移时，弹性密封环2基于与上下围堰的连接，以及自身的变形产生一定的耗能作用，提高整个桥梁支座的抗震能力和为外部变形提供耗能。

关于连接结构，所述上围堰开有上凹槽，下围堰开有下凹槽，弹性密封环2上端设有嵌入到上凹槽的上舌部，弹性密封环2的下端则设有嵌入到下凹槽的下舌部。嵌入结构可以提高密封能力，表现在所形成的迷宫结构。另一方面，嵌入结构的结合面比较大，结合强度相对较高。

弹性密封环2本体在支座径向的宽度与下围堰的宽度相等，从而在下端与下围堰端上端面配合，下舌部探入到下凹槽。

Claims (7)

1.一种双滑移曲面支座，包括上支座板（1）和与该上支座板（1）对位设置的下支座板（8），以及设置在上支座板（1）和下支座板（8）之间的滑移结构，其特征在于，所述上支座板（1）的下侧形成有球心在下的上滑移球面，而下支座板（8）则形成有球心在上的下滑移球面；

所述滑移结构包括：

上球面，该上球面与上滑移球面间形成上滑移结构；

下球面，该下球面与下滑移球面间形成下滑移结构；

本体部，用于构建相背离的上球面和下球面，并使上球面与下球面间保持给定的距离；

其中，下滑移球面的曲率大于上滑移球面的曲率；

围绕滑移结构，在上支座板（1）和下支座板（8）间设有转动密封结构；

下滑移球面的半径是上滑移球面半径与两滑移球面间距平方根的差；

所述滑移结构构造为：

上球面板（5），该上球面板（5）的上表面为所述上球面；

下球面板（11），该下球面板（11）的下表面为所述下球面；以及

连接板，用于上球面板（5）与下球面板（11）之间的刚性连接；

所述连接板包括竖直设置的第一连接板（6）和竖直设置并与第一连接板（6）垂直的第二连接板（7），从而形成十字形连接板；

十字形连接板的上缘与上球面板（5）焊接；相应地，十字形连接板的下缘与下球面板（11）焊接；

十字形连接板的中心在两球面板的连心线上。

2.根据权利要求1所述的双滑移曲面支座，其特征在于，第一连接板（6）与第二连接板（7）几何形状相同；

上球面板（5）的球心角小于下球面板（11）的球心角。

3.根据权利要求1所述的双滑移曲面支座，其特征在于，上球面板（5）的球心角为下球面板（11）球心角的二分之一到四分之三。

4.根据权利要求1所述的双滑移曲面支座，其特征在于，上球面板（5）上叠置有第一聚四氟乙烯板（4），而上滑移球面则敷有第一不锈钢板（3）；

下球面板（11）上叠置有第二聚四氟乙烯板（10），而下滑移球面则敷有第二不锈钢板（9）。

5.根据权利要求1所述的双滑移曲面支座，其特征在于，围绕滑移结构，上支座板（1）设有向下延伸的上围堰，相应地，下支座板（11）设有向上延伸的下围堰；

所述转动密封结构上端连接在上围堰，下端连接在下围堰；

转动密封结构为弹性密封环（2）。

6.根据权利要求5所述的双滑移曲面支座，其特征在于，所述上围堰开有上凹槽，下围堰开有下凹槽，弹性密封环（2）上端设有嵌入到上凹槽的上舌部，弹性密封环（2）的下端则设有嵌入到下凹槽的下舌部。

7.根据权利要求6所述的双滑移曲面支座，其特征在于，弹性密封环（2）本体在支座径向的宽度与下围堰的宽度相等，从而在下端与下围堰端上端面配合，下舌部探入到下凹槽。