CN106436919A - 环向钢丝绳‑曲面钢盆复合阻尼支座 - Google Patents

环向钢丝绳‑曲面钢盆复合阻尼支座 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环向钢丝绳‑曲面钢盆复合阻尼支座。它包括上支座板和下支座板，所述上支座板与下支座板之间设有支承体、钢盆和阻尼器，所述钢盆内设置橡胶板，所述支承体支承于橡胶板顶部，支承体下端周面与钢盆内壁配合，所述钢盆底部底部通过剪力钉与下支座板连接，所述钢盆底面为球形面，钢盆的球形面与下支座板的球形凹面相配合，所述阻尼器为钢丝绳阻尼器，所述钢丝绳阻尼器呈环状布置在所述支承体和所述钢盆的外围。本发明兼具普通钢盆式支座、拉力支座和阻尼抗震支座的功能，能抵御水平面内来自各个方向的地震惯性力，起到消能减震的作用，且具有较大的回复力，震后较容易复位，具有广阔的市场前景及良好的经济效益。

Description

环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座
技术领域
本发明属于桥梁、房屋建筑、核电站、机械工程抗震技术领域，具体涉及一种环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座。
背景技术
地震是频发的自然灾害之一，长期以来，人类在这一自然灾害面前“无能为力”。地震造成生命和财产损失的直接原因是建筑物的剧烈震动、破坏和倒塌。自二十世纪以来，人类对建筑物的抗震、消能、减震的结构控制技术进行不断的探索，先后发明和创造了如下相应的产品和技术。
铅芯橡胶支座：通过铅芯和橡胶的剪切变形吸收和耗散地震能量。
液压粘滞阻尼器：通过液态或半固态的粘滞材料在缸体内的流动产生阻尼力来耗散、吸收地震能量。
摩擦型阻尼支座：采用上下不同半径的两个球面与配合位形成两个滑动摩擦副，保证支座正常的转动和滑移功能，当地震水平力超过阀值时，支座摩擦副间克服摩擦力产生相对滑动，由于有球面高差的存在，地震产生的动能转换为势能，起到了“减震”作用。同时由于摩擦阻力的存在，起到了“阻尼”作用，消耗了一部分地震能量。
上述铅芯橡胶支座和摩擦型阻尼支座虽然能起到环向减隔震的作用，但水平刚度过低，对软弱地基或者桥墩过柔时，减震效果降低，甚至会加大结构的地震响应。而液压粘滞阻尼器是一种杆式结构，具有方向性，对减少轴向的地震作用效果明显，但地震对桥梁的地震作用方向事先是无法预知的，因而它的设置带有一定的盲目性，通常的做法是在桥梁的顺桥向和横桥向都安装液压阻尼器，这样一定程度上限制了其力学运动，降低了减震效果。
另外，现有的拉力支座大体上都是通过上支座板和下支座板之间直接或间接的凸凹连接抵抗拉力，其连接方式为刚性，当拉力足够大，支座的破坏没有任何预兆，需要更换时，只能整个支座更换，成本较高且周期长。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其能够吸收、耗散水平面内各个方向的地震能量，回复力大。
本发明采用的技术方案是：一种环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，包括上支座板和下支座板，所述上支座板与下支座板之间设有支承体、钢盆和阻尼器，所述钢盆的盆腔内设置橡胶板，所述支承体支承于橡胶板顶部，支承体下端位于钢盆的盆腔内，支承体下端周面与钢盆内壁配合，所述钢盆底面为球形面，钢盆的球形面与下支座板的球形凹面相配合，所述钢盆底部底部通过剪力钉与下支座板连接，所述阻尼器为钢丝绳阻尼器，所述钢丝绳阻尼器呈环状布置在所述支承体和所述钢盆的外围。
进一步地，所述支承体上端与上支座板底部一体化连接。
进一步地，所述上支座板底部设有环形的盆腔构造，所述支承体上端位于盆腔构造的盆腔内部。
进一步地，所述支承体上端周面为圆柱面，所述盆腔构造的内壁为圆柱面，所述支承体上端周面贴合盆腔构造内壁。
进一步地，所述支承体上端周面为圆柱面，所述盆腔构造的内壁为圆柱面，所述支承体上端周面与盆腔构造内壁周面之间设置滑动间隙。
进一步地，所述盆腔构造的内壁包括平行且对称设置的两个平面和对称设置的两个圆弧面，所述两个平面贴合支承体上端周面，所述两个圆弧面与支承体上端周面之间设置滑动间隙，所述支承体上端周面上贴合盆腔构造内壁的两个平面的位置设有滑条。
进一步地，所述支承体上端周面包括平行且对称设置的两个平面和对称设置的两个圆弧面，两个平面分别贴合盆腔构造内壁的两个平面，两个圆弧面与盆腔构造内壁的两个圆弧面之间设置滑动间隙。
进一步地，所述钢丝绳阻尼器包括钢丝绳和分别固定在所述上支座板上、下支座板上的两套绳夹，所述钢丝绳固定在所述两套绳夹之间；钢丝绳为由多根钢丝绳股绕制而成的环状螺旋形结构，所述钢丝绳为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构；所述绳夹为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构。
更进一步地，还包括防尘罩，所述防尘罩上下两端分别与所述上支座板与下支座板连接。
本发明可同时作为普通钢盆式支座、拉力支座和阻尼抗震支座使用：
支承体和钢盆之间设置橡胶板，橡胶板上缘安装有黄铜密封圈，支座工作时，支座需要的转角变形通过橡胶板的非均匀压缩变形实现。所以该支座具有普通钢盆式支座需要具备的承重功能，即能当普通钢盆式支座使用。
由于钢丝绳阻尼器固定在上、下支座板之间，为环状构造，能够承受拉、压、剪等力的作用，同时产生相应的变形。在荷载作用下，当支座产生拉力，上、下支座板之间就会有分离的运动趋势，但该运动趋势受到钢丝绳的约束，拉力由钢丝绳承受，钢丝绳产生了竖向变位。所以该支座能作为拉力支座使用。该支座克服了既有拉力支座通过上、下支座板之间凸凹刚性连接的缺陷，通过柔性的钢丝绳来承受拉力，在拉力作用下，能产生较明显的竖向变位，使部分拉力得到释放，同时破坏之前能产生明显的预兆，维修或更换都极为方便，成本较低。
由于上支座板固定在梁底、下支座板固定在墩顶或台顶，在地震惯性力作用下，当水平剪力达到剪力钉剪断的阀值时，剪力钉被剪断，不管这个力来自何方，墩、梁之间就会产生相对运动，也即下支座板和上支座板之间会产生相对运动，支承体在下支座板的曲面上滑动，同时环状钢丝绳阻尼器受到剪切和拉伸，产生剪切变形和拉伸变形，内部钢丝绳的钢丝之间产生干摩擦，从而耗散、吸收地震能量。
本发明兼具普通钢盆式支座、拉力支座和阻尼抗震支座的功能，能抵御水平面内来自各个方向的地震惯性力，起到消能减震的作用，且具有较大的回复力，震后较容易复位，能吸收、耗散水平面内各个方向的地震能量，适用于各类桥梁、房屋建筑结构、核电站结构等，具有广阔的市场前景及良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明固定型支座的一种剖面示意图。
图2为本发明固定型支座的另一种剖面示意图。
图3为图2中固定型支座的俯视图。
图4为本发明单向滑动支座的滑动侧剖面示意图。
图5为本发明单向滑动支座的固定侧剖面示意图。
图6为本发明单向滑动支座的俯视图。
图7为本发明钢丝绳阻尼器的结构示意图。
图8为图7的俯视图。
图9为本发明绳夹的局部结构示意图。
图10为图9的俯视图。
图中：1-上支座板；2-下支座板；2.1-球形凹面；3-支承体；3.1-圆柱面；3.2-平面；3.3-圆弧面；4-钢盆；4.1-球形面；5-橡胶板；6-钢丝绳阻尼器；7-滑板；8-盆腔构造；8.1-圆柱面；8.2-平面；8.3-圆弧面；9-滑动间隙；10-剪力钉；11-滑条；12-不锈钢板；13-防尘圈；14-钢丝绳；15-绳夹；16-环形钢板；17-绳夹孔；18-防尘罩；19-黄铜密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1-10所示，本发明包括上支座板1和下支座板2，所述上支座板1与下支座板2之间设有支承体3、钢盆4和阻尼器，所述钢盆4的盆腔内设置橡胶板5，所述支承体3支承于橡胶板5顶部，支承体3底部与橡胶板5顶部之间设有黄铜密封圈19，支承体下端位于钢盆的盆腔内，支承体3下端周面与钢盆4内壁配合，钢盆4顶部与上支座板1之间设置防尘圈13，所述钢盆4底面为球形面4.1，钢盆4的球形面与下支座板2的球形凹面2.1相配合，所述钢盆4底部通过剪力钉10与下支座板2连接，所述阻尼器为钢丝绳阻尼器6，所述钢丝绳阻尼器6呈环状布置在所述支承体3和所述钢盆4的外围。
本发明根据上述支承体3与上支座板1的固定方式的不同，可以分为单向滑动支座、固定支座和多向滑动支座。
如图1所示，支承体3上端与上支座板1底部一体化连接，该支座为固定型支座，即支座不具备滑动功能，只有在地震力作用下，剪力钉10被剪断后，钢盆4才能在下支座板2的凹球面上滑动，消耗地震能量。
如图2、图3所示，是固定型支座的另一种形式，上支座板1底部设有环形的盆腔构造8，盆腔构造8的内壁为圆柱面8.1，所述支承体3上端周面为圆柱面3.1，所述支承体3上端周面贴合盆腔构造8内壁。其也不具备滑动功能，上支座板1的盆腔构造8限制了支承体3的滑动。但是，在地震力作用下，剪力钉10被剪断时，钢盆4能在下支座板2的凹球面上滑动，消耗地震能量。
如图4、图5所示，为单向滑动型的支座形式，支承体3上端位于上支座板1底部的盆腔构造8的盆腔内部，盆腔构造8的内壁包括平行且对称设置的两个平面8.2和对称设置的两个圆弧面8.3，所述两个平面8.2贴合支承体3上端周面，所述两个圆弧面8.3与支承体3上端周面之间设置滑动间隙9，所述支承体3上端周面上贴合盆腔构造8内壁的两个平面的位置设有滑条11；所述钢盆4底部通过剪力钉10固定于下支座板2上。该种形式支承体3只能在上支座板的盆腔构造8内沿单一方向滑动，另一方向通过设置的平面与支承体贴合限制住。
单向型滑动时，其俯视图如图6所示，支承体3上端周面包括平行且对称设置的两个平面3.2和对称设置的两个圆弧面3.3，支承体的两个平面3.2分别贴合盆腔构造内壁的两个平面8.2，支承体的两个圆弧面3.3与盆腔构造内壁的两个圆弧面8.3之间设置滑动间隙9。
多向滑动型的支座的形式为：支承体3上端位于上支座板1底部的盆腔构造8的盆腔内部，盆腔构造8的内壁为圆柱面8.1，支承体3上端周面也为圆柱面3.1，盆腔构造8的周边内壁与支承体3上端周面之间设置滑动间隙9，且在各方向上的滑动间隙均相等。该种形式的纵向剖面图与单向滑动支座滑动侧的剖面图(即图4)相同，俯视图未在图中显示。支承体3能在上支座板的盆腔构造8内沿任意方向滑动。当振动幅度比较大，支承体滑动位移超过滑动间隙时，底部的剪力钉10被剪断，可以加大滑动位移，消耗地震能量。
如图7-10所示，钢丝绳阻尼器6为环状结构，环绕在所述支承体3和所述钢盆4的外围。所述钢丝绳阻尼器6包括钢丝绳14和分别固定在所述上支座板1、下支座板2的两套绳夹15，所述钢丝绳14固定在所述两套绳夹15之间，钢丝绳14由多根钢丝绳股绕制而成，成型后再盘成环状螺旋形结构。所述钢丝绳14为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构，该环状结构可为圆形或椭圆形的环状结构，也可为其它形状的环状结构。
上述绳夹15由两块环形钢板16组成，所述两块环形钢板16通过螺栓连接，所述两块环形钢板相对的两个面上沿圆周分别设有可容纳钢丝绳穿过的半圆孔，所述两块环形钢板上对应位置的半圆孔扣合形成固定钢丝绳的绳夹孔17。所述绳夹15为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构，该环状结构可为圆形或椭圆形的环状结构，也可为其它形状的环状结构。由多节段拼接成环状结构的绳夹15为封闭的环状结构或节段与节段之间留有空隙，做成不封闭结构，即环状绳夹如果由三节段组成，而这三段又不连续，则节段与节段之间留有空隙，为间断的环状结构，对应的钢丝绳也为间断的环状结构。所述两套绳夹分别为顶点绳夹和底点绳夹，所述顶点绳夹通过螺栓固定在所述上支座板上，所述底点绳夹通过螺栓固定在所述下支座板上。
上支座板1和所述下支座板2之间还安装有防尘罩18，所述防尘罩18上下两端分别与所述上支座板1与下支座板2连接，将所述钢丝绳阻尼器6罩住。
本发明阻尼支座能在水平面内的各个方向对地震作用提供同样大小的阻尼力，依靠钢丝绳阻尼器的剪切变形吸收、耗散地震能量，同时兼具普通钢盆式支座、拉力支座和阻尼抗震支座的功能。
对单向滑动型阻尼支座，本发明在上支座板1与支承体3之间构造了滑动面，在上支座板1盆腔构造内侧敷设不锈钢板12，支承体3上面内嵌滑板7(滑板可以是聚四氟乙烯板)，不锈钢板与滑板配对形成滑动摩擦副。单向滑动支座通过盆腔构造8内壁设置的平面8.2贴合支承体3周面，从而限制支承体3只能在该盆腔内单向滑动。盆腔构造同时起导向和限位作用，在平面上设置有不锈钢板，在支承体与盆腔构造的平面接触的位置安装有SF-1滑条11，不锈钢板和SF-1滑条配对构成滑动摩擦面，该摩擦面起导向作用。
无论是单向滑动支座、多向滑动支座还是固定支座，支承体和钢盆之间均设置橡胶板，橡胶板上缘安装有黄铜密封圈，支座工作时，支座需要的转角变形通过橡胶板的非均匀压缩变形实现。由于钢盆与下支座板之间通过剪力钉固定连接，钢盆底部与下支座板之间构造了滑动摩擦副。钢盆底部内滑板(嵌聚四氟乙烯板)，在剪力钉剪断之后，钢盆能在下支承板上滑动。
本发明的钢丝绳阻尼器固定在上、下支座板之间，为环状构造，能够承受拉、压、剪等力的作用，同时产生相应的变形。在荷载作用下，当支座产生拉力，上、下支座板之间就会有分离的运动趋势，但该运动趋势受到钢丝绳的约束，拉力由钢丝绳承受，钢丝绳产生了竖向变位。所以该支座能作为拉力支座使用。该支座克服了既有拉力支座通过上、下支座板之间凸凹刚性连接的缺陷，通过柔性的钢丝绳来承受拉力，在拉力作用下，能产生较明显的竖向变位，使部分拉力得到释放，同时结构破坏之前能产生明显的预兆，维修或更换都极为方便，成本较低。
由于上支座板固定在梁底、下支座板固定在墩顶或台顶，在地震惯性力作用下，不管这个力来自何方，墩、梁之间就会产生相对运动，如果有剪力钉约束，则剪力钉被剪断，也即下支座板和上支座板之间会产生相对运动。由于下支座板设置的凹球面的特殊构造，这个运动除了平动之外，还有相对转动，导致环状钢丝绳阻尼器产生剪切变形之外，还有拉压变形，相互缠绕的钢丝之间产生干摩擦，从而耗散、吸收地震能量。同时，钢盆在下支座板的凹球面内滑动时，有一部分地震动能转化为摩擦热能，还有动能和重力势能相互转化，减小结构的动力响应。
本发明的安装方法如下：
在工厂预制钢盆式抗震支座：1)先预制钢丝绳阻尼器节段，将一定规格的钢丝绳绕成环状，用顶点、底点绳夹夹紧，且用绳夹螺栓固定；2)加工下支座板，将钢丝绳阻尼器节段用连接螺栓固定在下支座板上；3)将钢盆(如果有，连同滑动面构件)安装在下支座板上，用剪力钉固定；4)在钢盆内安装橡胶块和黄铜密封圈；5)安装支承体及防尘圈(如果有)；6)安装上支座板，用连接螺栓将钢丝绳阻尼器和上支座板固定；7)安装防尘罩。
将整个钢球型抗震支座运抵现场，用螺栓将上支座板固定在梁底，下支座板固定在墩顶。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：包括上支座板(1)和下支座板(2)，所述上支座板(1)与下支座板(2)之间设有支承体(3)、钢盆(4)和阻尼器，所述钢盆(4)的盆腔内设置橡胶板(5)，所述支承体(3)支承于橡胶板(5)顶部，支承体下端位于钢盆的盆腔内，支承体(3)下端周面与钢盆(4)内壁配合，所述钢盆(4)底面为球形面(4.1)，钢盆(4)的球形面与下支座板(2)的球形凹面(2.1)相配合，所述钢盆(4)底部通过剪力钉(10)与下支座板(2)连接，所述阻尼器为钢丝绳阻尼器(6)，所述钢丝绳阻尼器(6)呈环状布置在所述支承体(3)和所述钢盆(4)的外围。
2.根据权利要求1所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述支承体(3)上端与上支座板(1)底部一体化连接。
3.根据权利要求1所述的一种环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述上支座板(1)底部设有环形的盆腔构造(8)，所述支承体(3)上端位于盆腔构造(8)的盆腔内部。
4.根据权利要求3所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述支承体(3)上端周面为圆柱面，所述盆腔构造(8)的内壁为圆柱面，所述支承体(3)上端周面贴合盆腔构造(8)内壁。
5.根据权利要求3所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述支承体(3)上端周面为圆柱面，所述盆腔构造(8)的内壁为圆柱面，所述支承体(3)上端周面与盆腔构造(8)内壁周面之间设置滑动间隙(9)。
6.根据权利要求3所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述盆腔构造(8)的内壁包括平行且对称设置的两个平面(8.2)和对称设置的两个圆弧面(8.3)，所述两个平面(8.2)贴合支承体(3)上端周面，所述两个圆弧面(8.3)与支承体(3)上端周面之间设置滑动间隙(9)，所述支承体(3)上端周面上贴合盆腔构造内壁的两个平面的位置设有滑条(11)。
7.根据权利要求6所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述支承体(3)上端周面包括平行且对称设置的两个平面(3.2)和对称设置的两个圆弧面(3.3)，支承体的两个平面(3.2)分别贴合盆腔构造内壁的两个平面(8.2)，支承体的两个圆弧面(3.3)与盆腔构造内壁的两个圆弧面(8.3)之间设置滑动间隙(9)。
8.根据权利要求1所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：所述钢丝绳阻尼器(5)包括钢丝绳(14)和分别固定在所述上支座板上、下支座板上的两套绳夹(15)，所述钢丝绳(14)固定在所述两套绳夹(15)之间；钢丝绳为由多根钢丝绳股绕制而成的环状螺旋形结构，所述钢丝绳(14)为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构；所述绳夹(15)为整体环状结构或由多节段拼接成的环状结构。
9.根据权利要求1所述的环向钢丝绳-曲面钢盆复合阻尼支座，其特征在于：还包括防尘罩(18)，所述防尘罩(18)上下两端分别与所述上支座板(1)与下支座板(2)连接。
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