CN107761556B - 耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座，包括上支座板、下支座板、滑块、滑板、限位挡块和绞线。在正常使用状态下，能够将上部荷载均匀传递到下部结构；在承受车辆荷载和风荷载等可变荷载时，滑块在第一分段曲线构成的凹曲面内滑动以适应上部结构的微小的变位，起到普通支座的作用；本发明控制不同地震烈度下支座的位移，并设计不同位移下支座的刚度和阻尼，对于多性能目标或多水准地震动，这种分阶段设计有利于分别优化给定的抗震设防标准，适用于基于性能的桥梁抗震设计。而且该支座构造较为简单，竖向承载力大，耐久性好，减隔震机理明确，适于对抗震性能要求高的桥梁及建筑结构。

Description

耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座
技术领域
本发明涉及支座装置，是一种可以满足隔震、耗能以及限位要求，并具有变刚度特性的滑动摩擦隔震支座。
背景技术
我国处于环太平洋地震带和亚欧地震带中间，特别是我国西部地区多为强震区，地震活动较为频繁，抗震形势严峻。传统抗震方法主要是通过提高结构构件强度(如增大截面)或屈服后的塑性变形来耗散地震能量(如塑性铰)，造成的结果是造价的不经济和造型的不美观；而减隔震技术是将刚度较小的隔震支座放置于结构和基础之间，使其可以发生相对变形。通过这种方式增大结构的基本周期，避开地震动的卓越周期。此外，依靠隔震支座的阻尼消耗部分能量，提高结构整体抗震性能，从而达到较好隔震的效果。
现有减隔震支座可以分为两类：橡胶类隔震支座和摩擦类隔震支座。橡胶类支座减隔震性能较好，应用广泛，但是其承载能力低，受环境影响较大，耐久性能差，水平位移小。滑动摩擦隔震支座具有承载能力大、耐久性好，对地震动敏感性较低等优点。然而，目前广泛应用的滑动摩擦隔震支座为单曲率摩擦摆，即具有确定曲率的滑动球面，因而其隔震周期为一定值，在长周期地震动的激励下，容易发生共振现象。变曲率摩擦摆支座采用椭圆曲线等能够改变隔震支座的特征周期，减小长周期分量地震动的影响，扩大了摩擦摆支座的适用范围。但是，此类支座没有针对不同的地震强度进行分段隔震设计，与现有的基于性能的抗震设计理念不符，且支座耗能能力较差。
发明内容
为了满足上述工程需要，本发明提供了一种耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座，旨在提供一种具有自适应及耗能限位特性的隔震支座，以满足高烈度区桥梁及建筑结构减隔震设计需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座，包括上支座板1、下支座板3、滑块2、滑板5、限位挡块4和绞线6。
上支座板1的下表面为凹曲面，沿支座对称轴所截凹曲面得到的曲线由五段不同曲率半径的曲线组成。曲线分为三个分段，第一分段曲线L1位于中心，第二分段曲线L2两条曲线分别与中心段曲线左右相接，第三分段曲线L3两条曲线分别对称连接在第二分段曲线L2上，整条曲线处处都有切线，且切线随切点的移动而连续转动，即为光滑曲线。
上支座板1上的凹曲面与滑块2上的凸曲面相接触，滑块2上的凸曲面能在上支座板1的凹曲面内滑动，上支座板1的凹曲面为金属板，滑块2上的凸曲面镶嵌滑板；滑块2底部凸球面与下支座板3凹球面相接触，凸球面曲率半径与凹球面曲率半径相同，能够相对转动；下支座板3顶面为凹球面，凹球面为圆台上表面挖去部分球体形成，圆台的轴线与支座的轴线相重合。上支座板1、下支座板3外边缘预留若干孔洞，每个孔洞两侧设置加劲肋7；绞线6的上、下两端分别穿过上支座板1、下支座板3预留孔洞，然后锚固于上下支座板3上。
滑板5为聚四氟乙烯滑板或纤维布滑板。
绞线6为形状记忆合金。
本发明的有益效果是：耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座在正常使用状态下，能够将上部荷载均匀传递到下部结构；在承受车辆荷载和风荷载等可变荷载时，滑块在第一分段曲线(L1)构成的凹曲面内滑动以适应上部结构的微小的变位，起到普通支座的作用；在E1地震作用下，滑块最大滑动范围可能超过中心段曲线构成的凹曲面但不超过第二分段曲线(L2)构成的曲面，当滑块在第二分段曲面(L2)上滑动时，支座水平刚度改变，并通过摩擦耗散地震能量；在E2地震及巨震作用下，滑块最大滑动范围可能超过第一、二分段曲线构成的凹曲面，滑块运动到第三分段曲线(L3)构成的曲面内时，支座水平刚度再次改变，绞线同时受到拉伸，绞线通过变形耗能并且提供限位及自复位能力。绞线的长度需要满足在正常使用和E1地震情况下，不影响支座运动，在大震情况下提供耗能和限位能力的要求。
本发明控制不同地震烈度下支座的位移，并设计不同位移下支座的刚度和阻尼，对于多性能目标或多水准地震动，这种分阶段设计有利于分别优化给定的抗震设防标准，适用于基于性能的桥梁抗震设计。而且该支座构造较为简单，竖向承载力大，耐久性好，减隔震机理明确，适于对抗震性能要求高的桥梁及建筑结构。
附图说明
图1为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座结构前视图；
图2为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座剖视图；
图3为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座滑动面曲线图
图4为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座俯视图；
图5为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座三维视图。
图中：1—上支座板；2—滑块；3—下支座板；4—限位挡板；5—滑板；6—绞线；7—加劲肋。
具体实施方式
耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座在滑动摩擦隔震支座的基础上，设计了由分段曲率曲线构成的摩擦面，增加了能够耗能限位的绞线。本发明具有自适应及耗能限位特性等优点。
图1为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座结构示意图。图2为耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座剖面示意图。如图2所示，该隔震支座包括上支座板1、下支座板3、滑块2、滑板5、限位挡板4和绞线6。
耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座在摩擦摆支座的基础上，将传统单一曲率的滑面改为变曲率滑面，并且增加了能够在大震作用下与支座协同作用，并起到限位耗能作用的绞线。如图3所示，上支座板1的下表面为凹曲面，沿支座对称轴所截凹曲面得到的曲线由五段不同曲率半径的曲线组成，曲线分为三个分段，第一分段曲线(L1)位于中心，第二分段曲线(L2)两条曲线分别与中心段曲线左右相接，第三分段(L3)两条曲线分别对称连接在第二分段曲线(L2)上，整条曲线连续且任意点上都存在过该点的切线，即为光滑曲线。此外，支座周围设有绞线，在极限情况下可以耗能并提供限位能力。
在正常使用下状态下，耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座能够将上部荷载均匀传递到下部结构，在承受车辆荷载和风荷载等可变荷载时，滑块在第一分段曲线(L1)构成的凹曲面内滑动以适应上部结构的微小的变位，起到普通支座的作用；在E1地震作用下，滑块最大滑动范围可能超过中心段曲线构成的凹曲面但不超过第二分段曲线(L2)构成的曲面，当滑块在第二分段曲面上滑动时，支座水平刚度改变，并通过摩擦耗散地震能量；在E2地震及巨震作用下，滑块最大滑动范围可能超过第一、二分段曲线构成的凹曲面，滑块运动到第三分段曲线(L3)构成的曲面内时，支座水平刚度再次改变，绞线同时受到拉伸，绞线通过变形耗能并且提供限位济自复位能力。绞线的长度需要满足在正常使用和E1地震情况下，不影响支座运动，在大震情况下提供耗能和限位能力的要求。
本发明利用耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座通过变曲率滑动面改变结构自振周期、支座针对不同的地震强度提供不同水平刚度，并利用绞线在大震情况下耗能限位。该支座可控制设计位移范围内的刚度和阻尼，适用于基于性能的桥梁设计理念，符合现有桥梁抗震设计规范的要求。而且该支座构造较为简单，且设有可限位的金属绞线，适用于抗震性能要求高的桥梁及建筑结构。

Claims (1)

1.耗能限位变曲率滑动摩擦隔震支座，其特征在于：包括上支座板(1)、下支座板(3)、滑块(2)、滑板(5)、限位挡块(4)和绞线(6)；
上支座板(1)的下表面为凹曲面，沿支座对称轴所截凹曲面得到的曲线由五段不同曲率半径的曲线组成；曲线分为三个分段，第一分段曲线L1位于中心，第二分段曲线L2两条曲线分别与中心段曲线左右相接，第三分段曲线L3两条曲线分别对称连接在第二分段曲线L2上，整条曲线处处都有切线，且切线随切点的移动而连续转动，即为光滑曲线；
上支座板(1)上的凹曲面与滑块(2)上的凸曲面相接触，滑块(2)上的凸曲面能在上支座板(1)的凹曲面内滑动，上支座板(1)的凹曲面为金属板，滑块(2)上的凸曲面镶嵌滑板；滑块(2)底部凸球面与下支座板(3)凹球面相接触，凸球面曲率半径与凹球面曲率半径相同，能够相对转动；下支座板(3)顶面为凹球面，凹球面为圆台上表面挖去部分球体形成，圆台的轴线与支座的轴线相重合；上支座板(1)、下支座板(3)外边缘预留若干孔洞，每个孔洞两侧设置加劲肋(7)；绞线(6)的上、下两端分别穿过上支座板(1)、下支座板(3)预留孔洞，然后锚固于上下支座板(3)上；
滑板(5)为聚四氟乙烯滑板或纤维布滑板；
绞线(6)为形状记忆合金。
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