CN107165041A - 一种减隔震钢支座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减隔震钢支座，其特征在于，包括支座本体，所述支座本体由下而上包括下支座板、中间座板、球冠衬板和上支座板，所述上支座板与球冠衬板之间通过第一摩擦副滑动接触，所述球冠衬板与中间座板之间通过第二摩擦副滑动接触，所述支座本体设置于框架结构内腔，所述框架结构通过外侧减震榫组与下支座板连接，所述框架结构通过内侧减震榫组与中间座板连接。本发明提供的减震钢支座能够有效的减小地震动力作用对桥梁结构的损伤和破坏，且方便震后对阻尼耗能部件的更换。

Description

一种减隔震钢支座
技术领域
本发明涉及桥梁支座技术领域，尤其涉及一种桥梁用减隔震钢支座。
背景技术
桥梁支座是架设于墩台上、顶面支承桥梁上部结构的重要连接装置，其功能为将上部结构固定于墩台，承受作用在上部结构的各种力，并将它可靠地传给墩台；在荷载、温度、混凝土收缩和徐变作用下，支座适应上部结构的转角和位移，使上部可自由变形而不产生额外的附加内力。传统的桥梁支座通常因为材料或者结构等原因，容易发生产品的损坏或异常移位等问题，尤其是针对地震发生时，传统的桥梁支座往往不能够产生理想的耗能，不具有好的桥梁结构的隔震和阻尼耗能减震作用，不能够产生足够的位移，容易使桥梁支座结构发生较大的损坏，极易发生桥梁损坏，导致道路的瘫痪，所以桥梁支座一旦发生损坏都需要及时更换桥梁支座，因此更换桥梁支座是桥梁维护中的重要步骤。但是通常传统的桥梁支座在进行部分结构的更换或者全部更换时，更换过程较复杂，成本也较高。所以亟需一种各向同性、耗能效果理想、能够实现大位移要求且减震元件方便更换的桥梁支座。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减隔震钢支座，其各向同性、耗能强、刚度大、经济性好且减震元件能更换的支座。
为了实现上述目的，本发明的提供了一种减隔震钢支座，其特征在于，包括支座本体，所述支座本体由下而上包括下支座板、中间座板、球冠衬板和上支座板，所述上支座板与球冠衬板之间通过第一摩擦副滑动接触，所述球冠衬板与中间座板之间通过第二摩擦副滑动接触，所述支座本体设置于框架结构内腔，所述框架结构通过外侧减震榫组与下支座板连接，所述框架结构通过内侧减震榫组与中间座板连接。
优选地，所述中间座板与下支座板之间通过第三摩擦副滑动接触。
优选地，所述第一摩擦副是由设置于上支座板下表面的不锈钢板与设置于球冠衬板上平面的超高分子量聚乙烯板组成。
优选地，所述第二摩擦副是由设置于球面衬板的下球面的球面不锈钢板与设置于中间座板上球面的超高分子量聚乙烯板组成。
优选地，所述第三摩擦副是由设置于中间座板下平面上的耐磨滑板与设置于下支座板上平面的不锈钢板组成。
优选地，所述中间座板的前、后侧分别连接有内侧榫下连接板，所述内侧减震榫组安装于两个所述内侧榫下连接板与所述框架结构之间。
优选地，所述框架结构由前、后布置的内侧榫上连接板与左、右布置的外侧榫连接板连接组成的矩形框结构，所述内侧减震榫组安装于两个内侧榫上连接板与两个内侧榫下连接板之间，所述外侧减震榫组连接于两个外侧榫连接板与下支座板之间。
优选地，所述框架结构的内腔四个角部位均连接有连接角板。
优选地，所述内侧减震榫组由多个第一减震榫组成，各所述内侧榫上连接板与对应的内侧榫下连接板之间安装有多排第一减震榫，所述外侧减震榫组由多个第二减震榫组成，各所述外侧榫连接板与下支座板之间安装有至少一列第二减震榫。
优选地，所述第一减震榫与第二减震榫均采用双端固结减震榫，所述第一减震榫、第二减震榫均为中部内凹的腰鼓形。
优选地，所述第一减震榫与内侧榫上连接板、内侧榫下连接板之间、所述第二减震榫与外侧榫连接板、下支座板之间均设置有榫连接垫。
优选地，所述内侧榫上连接板、外侧榫连接板的横截面均为U形，所述所述内侧榫下连接板的横截面为倒U形，所述第一减震榫的两端分别连接于内侧榫上连接板与内侧榫下连接板的凹槽内，所述第二减震榫的一端连接于外侧榫连接板的凹槽内。
优选地，所述第三摩擦副的摩擦系数为0.07-0.1。
采用上述方案后，本发明减隔震钢支座具有以下有益效果：
1、将本发明减隔震钢支座与若干减震榫合为一个整体时，群榫结构在地震时同步实现屈服，并具有各向同性的阻尼耗能特点；内外侧榫群组采用同种规格尺寸并以串联方式连接，可实现支座隔震的大位移要求。从而地震发生时，本发明所提供的钢支座通过减震榫组与摩擦副的变形实现桥梁结构隔震和阻尼耗能减震作用；有效的减小地震动力作用对桥梁结构的损伤和破坏；
2、减隔震钢支座内部构件例如内侧和外侧减震榫组通过螺栓与中间座板和下支座板连接，方便震后对阻尼耗能部件的更换。
附图说明
图1为本发明涉及的减隔震钢支座的主视示意图；
图2为本发明涉及的减隔震钢支座的左视示意图；
图3为本发明涉及的减隔震钢支座的俯视示意图；
图4为本发明涉及的减震榫的示意图。
具体实施方式
下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。
下面结合附图对本发明所涉及的减隔震钢支座的结构进行说明。
本发明所涉及的减隔震钢支座主要用于支撑桥梁等大型建筑的支座，如图1、2所示，减隔震钢支座由下而上包括下支座板16、中间座板5、球冠衬板3和上支座板1，下支座板16的下表面固定连接于建筑基础上，上支座板1固定连接于建筑下面，例如为桥梁等建筑。上支座板1的下表面焊接有不锈钢板（未图示），该不锈钢板与镶嵌于球冠衬板3上表面的平面超高分子量聚乙烯板2形成第一平面摩擦副，实现钢支座在水平方向上的正常位移；球冠衬板3的下凸面上焊接有球面不锈钢板（未图示），该球面不锈钢板与中间座板5上凹面上镶嵌的球面超高分子量聚乙烯板4形成第二球面摩擦副，实现钢支座的正常转动，其中球冠衬板3的下凸面和中间座板5的上凹面形状相适配。在第一平面摩擦副和第二球面摩擦副的作用下，减隔震钢支座能够实现其正常使用状态时的水平位移和转角的要求。中间座板5的下平面镶嵌有耐磨滑板15，其与下支座板16的上平面上焊接的平面不锈钢板（未图示）组成第三平面摩擦副，该第三平面摩擦副相比于第一平面摩擦副和第二球面摩擦副来说，具有高的摩擦系数，摩擦系数为0.07-0.1，其通常比由超高分子量聚乙烯板所形成的摩擦副的摩擦系数提高一倍或以上。例如，其中球冠衬板3上表面和中间座板5上凹面上铺设的超高分子量聚乙烯滑板可以由若干小的正六边形超高分子量聚乙烯滑板拼接，采用沉头螺钉固定的方式固定组成；优选地，超高分子量聚乙烯分子量大于600万。
上述减隔震钢支座上还设置内侧榫上连接板6、内侧榫下连接板10和外侧榫连接板8，其中内侧榫上连接板6、外侧榫连接板8的横截面均为倒U型，内侧榫下连接板10的横截面为U形，以提高钢支座的整体刚度。如图1、2和3所示，在前后方向上两内侧榫上连接板6和在左右方向上的两外侧榫连接板8通过若干个螺栓7固定连接成一个矩形框架结构，其中内侧榫上连接板6的长度小于外侧榫连接板8的长度；同时在矩形框架结构的四个内直角连接处分别通过螺栓12连接有角板11，以提高矩形框架结构的整体刚度。如图3所示，上支座板1的横截面为正方形，其上表面的四个直角部位分别设置一个固定孔17，通过固定孔17，减隔震钢支座与其上方的建筑固定连接。上支座板1的下方通过球冠衬板3与中间座板5连接，在中间座板5的前、后两侧面底部分别设置有连接过渡件18，连接过渡件18可以为如图3所示的采用镂空结构设计的具有多个穿孔结构的部件，连接过渡件18一侧可以与中间座板5的前、后两侧面一体成型，也可以通过螺栓固定方式连接在中间座板5的前、后两侧面上。连接过渡件18的另一侧通过螺栓固定的方式与内侧榫下连接板10固定连接。上述连接过渡件18的镂空结构不仅是为了减少钢材的用量，减轻钢支座的重量，还能够方便该连接过渡件18通过螺栓固定于中间座板5和内侧榫下连接板10之间，以方便钢支座的安装和更换拆卸。优选地，内侧榫下连接板10与内侧榫上连接板6结构相同，但内侧榫下连接板10的开口向上，而内侧榫上连接板6的开口向下，二者呈相对设置。两内侧榫上连接板6分别通过若干减震榫9与两内侧榫下连接板10焊接固定在一起，组成两组内侧减震榫组；优选地，每组内侧减震榫组优选地由8根减震榫9沿左右方向排成两排组成。下支座板16的横截面为矩形，其沿左右方向延伸的边长比沿前后方向延伸的边长要大，其沿左右方向延伸的边长与由内侧榫上连接板6、外侧榫连接板8连接组成的矩形框架结构在沿左右方向延伸的边长相当，其沿前后方向延伸的边长与上支座板1的边长相当，这样可以使得两外侧榫连接板8和下支座板16之间通过若干减震榫9焊接固定在一起，组成两组外侧减震榫组；优选地，每组外侧减震榫组由沿前后方向排列成一列的8根减震榫9组成。上述减震榫组中减震榫的个数不限于8根，可以根据实际需求进行调整。
上述所使用的减震榫的规格尺寸相同，所组成的内侧减震榫组和外侧减震榫组的强度等也相同，上述内侧减震榫组、外侧减震榫组通过内侧榫上连接板6和外侧榫连接板8连接成的矩形框架结构串联为一个整体。同时，通过串联的内侧减震榫组、外侧减震榫组和螺栓的固定连接作用使得中间座板5和下支座板16连接起来，使减隔震钢支座连接成一个整体，从而可以通过减震榫组的串联方式实现钢支座的大位移设计的要求。在上述结构中，减震榫9焊接到上述结构上时，需通过榫连接垫13分别将减震榫9的上下两端焊接于内侧榫上连接板6和内侧榫下连接板10之间、外侧榫连接板8与下支座板16之间；上述榫连接垫13的厚度可以根据实际的安装进行调整，例如可以通过增减榫连接垫13的数量或采用不同厚度规格的榫连接垫13以改变整体榫连接垫的厚度，使得减震榫9能恰好焊接于内侧榫上连接板6和内侧榫下连接板10之间、外侧榫连接板8与下支座板16之间，而不使减震榫9在正常使用状态下时发生压缩或拉伸等变形。
在减隔震钢支座处于正常使用状态时，减震榫9不发生变形，钢支座为活动支座，桥梁梁体传来的力及桥梁的转角位移均主要由钢支座实现。通过上支座板1下表面的不锈钢板与球面衬板3上表面的平面超高分子量聚乙烯板2形成的第一平面摩擦副实现正常位移，通过球冠衬板3下凸面的不锈钢板与中间座板5上凹面的球面超高分子量聚乙烯板4形成的第二球面摩擦副实现正常转动。在正常使用状态下支座受到的水平载荷由减震榫9形成的榫组和下支座板16上焊接的平面不锈钢板和中间座板5下平面镶嵌的耐磨滑板15形成的大摩擦系数的第三平面摩擦副提供平衡载荷。
地震发生后，地震水平方向的力通过桥梁上部结构进行传导，减隔震钢支座在焊接有平面不锈钢板的下支座板16和镶嵌有耐磨滑板15的中间座板5形成的大摩擦系数的第三平面摩擦副上实现滑移的同时，地震水平方向的力通过中间座板5连接的内侧榫下连接板10传导到内侧减震榫组，然后通过内侧榫上连接板6和外侧榫连接板8将水平方向的力再传导到外侧减震榫组。使内、外两组减震榫通过上述连接同步变形并实现位移的串联传递，减震榫9受力变形过程中首先发生弹性变形，继而发生塑性变形，为支座提供阻尼耗能；减隔震钢支座的黏滞阻尼比大于0.4，设计位移条件下的低周疲劳循环次数不小于15次。
上述实施方式中所涉及的减隔震钢支座的减震榫通常采用双端固结减震榫，如图4所示，采用该双端固结减震榫配合悬空连接板结构能够减震榫的串联和轴向变形释放。具体的，该减震榫上下两端可分别通过焊接的方式固定于内侧榫上连接板和内侧榫下连接板上以及外侧榫连接板和下支座板之间，以此形成内侧减震榫组和外侧减震榫组，且所形成的内、外侧减震榫组采用串联式连接方式，在满足地震阻尼的条件下能够实现更大的变形能力和减隔震钢支座的大位移要求；悬空的内侧榫上连接板6和外侧榫连接板8释放减震榫几何非线性变形引起轴向变形，可以有效地释放其在纵向的变形，起到减震的作用。
上述减震榫的上下端分别通过焊接的方式固定于内侧榫上连接板和内侧榫下连接板上以及外侧榫连接板和下支座板之间，但不仅限于此，还可以通过螺栓固定的方式进行连接。此外，上述减隔震钢支座中的中间座板与内侧榫下连接板之间、内侧榫上连接板和外侧榫连接板之间主要使用螺栓或焊接的方式进行组件之间的固定，从而在安装阶段和地震后维修阶段均能够实现阻尼耗能部件的快速安装和拆卸。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种减隔震钢支座，其特征在于，包括支座本体，所述支座本体由下而上包括下支座板、中间座板、球冠衬板和上支座板，所述上支座板与球冠衬板之间通过第一摩擦副滑动接触，所述球冠衬板与中间座板之间通过第二摩擦副滑动接触，所述支座本体设置于框架结构内腔，所述框架结构通过外侧减震榫组与下支座板连接，所述框架结构通过内侧减震榫组与中间座板连接。
2.根据权利要求1所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述中间座板与下支座板之间通过第三摩擦副滑动接触。
3.根据权利要求2所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第一摩擦副是由设置于上支座板下表面的不锈钢板与设置于球冠衬板上平面的超高分子量聚乙烯板组成。
4.根据权利要求3所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第二摩擦副是由设置于球面衬板的下球面的球面不锈钢板与设置于中间座板上球面的超高分子量聚乙烯板组成。
5.根据权利要求4所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第三摩擦副是由设置于中间座板下平面上的耐磨滑板与设置于下支座板上平面的不锈钢板组成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述中间座板的前、后侧分别连接有内侧榫下连接板，所述内侧减震榫组安装于两个所述内侧榫下连接板与所述框架结构之间。
7.根据权利要求6所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述框架结构由前、后布置的内侧榫上连接板与左、右布置的外侧榫连接板连接组成的矩形框结构，所述内侧减震榫组安装于两个内侧榫上连接板与两个内侧榫下连接板之间，所述外侧减震榫组连接于两个外侧榫连接板与下支座板之间。
8.根据权利要求7所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述框架结构的内腔四个角部位均连接有连接角板。
9.根据权利要求8所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述内侧减震榫组由多个第一减震榫组成，各所述内侧榫上连接板与对应的内侧榫下连接板之间安装有多排第一减震榫，所述外侧减震榫组由多个第二减震榫组成，各所述外侧榫连接板与下支座板之间安装有至少一列第二减震榫。
10.根据权利要求9所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第一减震榫与第二减震榫均采用双端固结减震榫，所述第一减震榫、第二减震榫均为中部内凹的腰鼓形。
11.根据权利要求10所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第一减震榫与内侧榫上连接板、内侧榫下连接板之间、所述第二减震榫与外侧榫连接板、下支座板之间均设置有榫连接垫。
12.根据权利要求11所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述内侧榫上连接板、外侧榫连接板的横截面均为U形，所述所述内侧榫下连接板的横截面为倒U形，所述第一减震榫的两端分别连接于内侧榫上连接板与内侧榫下连接板的凹槽内，所述第二减震榫的一端连接于外侧榫连接板的凹槽内。
13.根据权利要求12所述的减隔震钢支座，其特征在于，所述第三摩擦副的摩擦系数为0.07-0.1。
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