CN107794839B - 一种减隔震支座的限位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减隔震支座的限位装置，包括设置在上支座板和下支座板之间的若干个剪力键，其中所述剪力键包括沿横桥向设有的横向剪力键或/和沿纵桥向设有的纵向剪力键，其中所述横向剪力键可沿横桥向自由运动但在纵桥向的运动受限，所述纵向剪力键可沿纵桥向自由运动但在横桥向的运动受限。本发明将纵向剪力键和横向剪力键分离，在纵向地震作用下，由于横向剪力键在纵桥向运动受限，横向剪力键断裂，而纵向剪力键在纵桥向可自由运动，不会发生断裂；在横向地震作用下，由于纵向剪力键在横桥向的运动受限，纵向剪力键断裂，而横向剪力键在横桥向可自由运动，不会发生断裂，仍可以满足正常的使用位移要求，从而可提高支座的减隔震能力。

Description

一种减隔震支座的限位装置

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种减隔震支座的限位装置。

背景技术

近年来，桥梁由于遭受地震而受到损害的例子屡见不鲜。桥梁作为我国重要的交通运输载体，承担着巨大的交通运输作用。地震不仅会破坏桥梁本身的结构，同时由于桥梁受损而导致的次生灾害也很常见。因此，桥梁抗震一直是我国桥梁研究的热点。

目前我国建造的桥梁中应用的支座主要有以下几种：

(1)盆式橡胶支座：盆式橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上进一步改进后更为完善的一种橡胶支座。该支座的工作原理是利用半封闭钢制盆腔内的弹性橡胶块，在三向受力状态下具有流体的性质，来实现上部结构的转动同时依靠中间钢板上的聚四氟乙烯板与上座板上的不锈钢板之间的低磨擦系数来实现上部结构的水平位移。因此，盆式橡胶支座具有承载力大、水平位移大、摩擦系数小、转角大、支座建筑高度低、节省钢材等优点。但是，该支座构件中的橡胶容易老化，需要经常进行更换，增加了支座的成本。另一方面，为满足橡胶支座的正常使用，常常在支座周围设置挡块类型的剪力键，而在实际地震作用下，支座的剪力键只有一边断裂而造成单边效应的情况时有发生。

(2)球型钢支座：球型钢支座是在盆式橡胶支座的基础上发展起来的一种新型桥梁支座。其特点是设计转角远大于一般盆式支座。目前球型钢支座已在国内城市立交桥及公路桥梁上广泛使用。而目前球型钢支座的剪力键研究也与盆式橡胶支座类似。

(3)摩擦摆支座：摩擦摆支座作为一种性能优良的新型减隔震装置，由于其隔震效果明显以及自复位的特性，在中小跨度桥梁中应用广泛。该支座的工作原理是上部结构利用自身的重力在摩擦力系数较小的滑动圆弧面上滑动，通过滑动层之间的摩擦力对输入的地震能量进行消耗，亦能减少向上部结构传递的地震能量。但目前国内的桥梁支座设计中对摩擦摆支座的剪力键研究较少，无法分析在纵向地震或是横向地震作用下相应的剪力键断裂的情况，且尚未对桥梁在纵向地震或是横向地震作用下相应的剪力键断裂的状况进行深入研究。

综上所述，目前国内的大部分桥梁支座均有设置剪力键，但无论是哪一种支座，对剪力键部分的改进方案鲜有涉及。目前国内常见支座的剪力键类型主要有以下两种：

(1)挡块或是类似挡块的断裂型剪力键：该类剪力键在橡胶滑板式支座(如聚四氟乙烯滑板橡胶支座)和摩擦摆支座设计中较为常见。该类剪力键能够满足在正常使用工况下和多遇地震工况下支座的位移要求；在罕遇地震作用下，挡块被撞断，支座的上部结构和梁体能够开始运动，从而起到隔震的作用。

但在实际使用过程中，经常会出现只有一侧的挡块被撞断而另一侧的挡块未被撞断的情况。在该情况下，支座的上部结构会偏撞断挡块一侧振动，而不会撞断相对一侧的挡块，即产生“单边效应”。在该类支座的实验过程中，可能还会发生支座与两侧挡块卡住而未能正常移动的情况。

(2)剪切螺栓类剪力键：该类剪力键主要出现于摩擦摆类支座的设计中。该类剪力键通常将支座的上部构件和下部构件通过螺栓锚固连接，从而满足支座在正常使用中的位移限值；在罕遇地震作用下，该支座四周的螺栓同时断裂，支座开始水平运动，从而发挥隔震作用。对于该类剪力键设计，虽然不会出现“单边断裂”的情况，但由于所有的剪力键同时断裂，难以针对纵向地震和横向地震做出不同的行为。

因此，若对桥梁支座的剪力键有一个更好的设计，不仅能够在正常使用状态下满足桥梁本身的位移要求，而且能更好的发挥支座本身的减震或隔震效果，从而有利于改善桥梁在地震作用下的受力情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种减隔震支座的限位装置，采用该限位装置时，当地震动沿纵向输入时，只有沿横桥向布置的剪力键被剪断；当地震动沿横桥向输入时，只有纵桥向布置的剪力键被剪断，而且杜绝了桥梁在地震中的“单边效应”，能更好的发挥支座本身的减震或隔震效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种减隔震支座的限位装置，包括设置在上支座板和下支座板之间的若干个剪力键，其中所述剪力键包括沿横桥向设有的横向剪力键或/和沿纵桥向设有的纵向剪力键，其中所述横向剪力键可沿横桥向自由运动但在纵桥向的运动受限，所述纵向剪力键可沿纵桥向自由运动但在横桥向的运动受限。

与通常的支座相比，本发明将纵向剪力键和横向剪力键分离。在正常使用工况下，滑块被横向剪力键或纵向剪力键阻挡，能够满足桥梁的正常使用位移要求。在纵向地震作用下，由于横向剪力键在纵桥向运动受限，横向剪力键断裂，而纵向剪力键在纵桥向可自由运动，不会发生断裂；在横向地震作用下，由于纵向剪力键在横桥向的运动受限，纵向剪力键断裂，而横向剪力键在横桥向可自由运动，不会发生断裂。因此，在单一方向地震波作用下，本发明的支座总是有一个方向的剪力键不受破坏，仍可以满足正常的使用位移要求，从而可提高支座的减隔震能力。

另外，本发明可以通过改变纵向剪力键或横向剪力键的数量或材料，以适应沿纵、横桥向的水平地震力限值(或刚度)不同的要求，既可实现“单边效应”的分离，明确将纵横向地震力和影响区分开来，又可灵活的设计和配置耗能构件。本发明的剪力键一旦被破坏，滑块可以在滑道上双向移动，不会产生“单边效应”。根据每座桥梁的减隔震需求，如果需要设计一侧固定一侧滑动的支座，则只需在滑动的那侧上安装此种横向剪力键或纵向剪力键。

优选的，各个所述剪力键分别设置在所述支座板的四周，通过在四周同时设置两组横向剪力键和两组纵向剪力键，可大大提高支座的抗震能力。

优选的，所述横向剪力键或纵向剪力键包括连接在滑块外侧的附加挡板，所述附加挡板两侧分别设有挡块，且两个所述挡块与对应所述附加挡板之间具有间隙，所述挡块限制沿横桥向设置的所述附加挡板只能沿横桥向方向进行运动，所述挡块限制沿纵桥向设置的所述附加挡板只能沿纵桥向方向进行运动。

在正常使用工况下，滑块的附加挡板被两边的挡块阻挡，能够满足桥梁的正常使用位移要求；在纵向地震作用下，纵向地震力足以破坏滑块和附加挡板之间的连接关系，沿横桥向设置的两个附加挡板由于撞击挡块而被破坏，从而被抛弃，此时滑块在纵桥向上没有阻挡，可以沿纵桥向自由运动，但沿纵桥向设置的附加挡板由于横向地震力不足而不会被破坏，滑块仍无法在横向方向上移动；在横向地震作用下，则是纵向的附加挡板被破坏，不影响横向的附加挡板。另一方面，附加挡板一旦被破坏，滑块可以在该滑道上双向移动，不会产生“单边效应”。

优选的，所述附加挡板通过剪切螺栓安装在所述滑块上，不仅安装拆卸方便，且可以通过提高或降低所述剪切螺栓的强度，控制支座的减隔震效果。

优选的，所述挡块预埋在所述上支座板或下支座板中，安装加工方便，且强度高。

优选的，所述挡块为楔形块结构，加工安装面积小。

优选的，所述横向剪力键或纵向剪力键包括在所述滑块的周向设有的锯齿状剪力齿，所述锯齿状剪力齿包括在上支座板下方设有的若干上锯齿状剪力齿，以及在所述下支座板上方也对应设有的若干下锯齿状剪力齿，所有上下两排的所述上锯齿状剪力齿和下锯齿状剪力齿的位置相对设置并且相互适配，相互适配后的所述上锯齿状剪力齿和下锯齿状剪力齿的相邻剪力齿之间具有间隙。

当较大烈度地震动沿纵向输入时，只有沿横桥向布置的两横向剪力齿被剪断，而纵桥向布置的上、下锯齿在空间上相对错开而不会碰撞；当较大烈度地震动沿横桥向输入时，只有纵桥向布置的剪力齿被剪断，而横桥向布置的上、下锯齿在空间上相对错开而不会碰撞。即纵桥向(或横桥向)布置的剪力齿并不会影响上、下支座板的纵向(或横向)相对位移。

优选的，所述锯齿状剪力齿通过剪力齿底板安装在上支座板或下支座板上，性能可靠，可更换性好。

优选的，所述锯齿状剪力齿和剪力齿底板焊接连接，施工方便，连接可靠。

优选的，所述剪力齿底板和上支座板栓接，且所述剪力齿底板和下支座板栓接，螺栓提供的设计承载力大于剪力齿极限承载力之和，通过螺栓连接，可更换性更好，方便拆装。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)与通常的支座相比，本发明将纵向剪力键和横向剪力键分离。在正常使用工况下，滑块被横向剪力键或纵向剪力键阻挡，能够满足桥梁的正常使用位移要求。在纵向地震作用下，由于横向剪力键在纵桥向运动受限，横向剪力键断裂，而纵向剪力键在纵桥向可自由运动，不会发生断裂；在横向地震作用下，由于纵向剪力键在横桥向的运动受限，纵向剪力键断裂，而横向剪力键在横桥向可自由运动，不会发生断裂。因此，在单一方向地震波作用下，本发明的支座总是有一个方向的剪力键不受破坏，仍可以满足正常的使用位移要求，从而可提高支座的减隔震能力。

(2)本发明可以通过改变纵向剪力键或横向剪力键的数量或材料，以适应沿纵、横桥向的水平地震力限值(或刚度)不同的要求，既可实现“单边效应”的分离，明确将纵横向地震力和影响区分开来，又可灵活的设计和配置耗能构件。本发明的剪力键一旦被破坏，滑块可以在滑道上双向移动，不会产生“单边效应”。根据每座桥梁的减隔震需求，如果需要设计一侧固定一侧滑动的支座，则只需在滑动的那侧上安装此种横向剪力键或纵向剪力键。

附图说明：

图1是本发明实施例1所述的限位装置的正视图。

图2是本发明实施例1所述的限位装置的侧视图。

图3是本发明实施例1所述的限位装置的安装示意图。

图4是本发明实施例2所述的限位装置的结构示意图。

图5是本发明实施例2所述的下支座板的结构示意图。

图6是本发明实施例2所述的安装在上支座板上的锯齿状剪力齿的三视图。

图7是本发明实施例2所述的安装在下支座板上的锯齿状剪力齿的三视图

图中标记：1-下支座板，2-锚固螺栓孔，3-剪力齿底板，4-限位挡块，5-锯齿状剪力齿，51-上锯齿状剪力齿，52-下锯齿状剪力齿，6-竖向螺栓孔，7-滑块，8-上支座板，9-水平向螺栓孔，10-滑道，11-挡块，12-附加挡板，13-剪切螺栓，14-锚固螺栓。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1-图3所示，一种减隔震支座的限位装置，包括设置在上支座板8和下支座板1之间的若干个剪力键，其中所述剪力键包括沿横桥向设有的横向剪力键或/和沿纵桥向设有的纵向剪力键，其中所述横向剪力键可沿横桥向自由运动但在纵桥向的运动受限，所述纵向剪力键可沿纵桥向自由运动但在横桥向的运动受限。

所述横向剪力键或纵向剪力键包括连接在滑块7外侧的附加挡板12，所述附加挡板12通过剪切螺栓13安装在所述滑块7上。所述附加挡板12两侧分别设有挡块11，且两个所述挡块11与对应所述附加挡板12之间具有间隙，所述挡块11限制沿横桥向设置的所述附加挡板12只能沿横桥向方向进行运动，所述挡块11限制沿纵桥向设置的所述附加挡板12只能沿纵桥向方向进行运动。所述挡块11为楔形块结构，所述挡块11预埋在所述上支座板8或下支座板1中。

所述上支座板8和下支座板1上分别设有滑道10，两条所述滑道10分别沿桥梁的横桥向和纵桥向设置，所述滑道10为圆弧形结构，并通过锚固螺栓14与所述上支座板8或下支座板1相连接，所述滑道10的两侧设有引导槽，使得所述滑块7正向滑动而不倾斜。

该限位装置的工作原理如下：

(1)在正常使用工况下，支座处于静止状态，滑块7的附加挡板12被两侧的挡块11夹住，阻挡了滑块7的纵向和横向运动，当然由于相互适配后的附加挡板12和挡块11之间具有间隙，滑块7并非是绝对的静止不动，在外力作用下滑块7可以在规定的范围内微位移；

(2)在多遇地震作用下，滑块7可能会产生微小的震动，但由于其附加挡板12被挡块11夹住，且多遇地震下的地震力不足以破坏滑块7和附加挡板12之间的剪切螺栓13，因此滑块几乎不会运动；

(3)在罕遇地震作用下，以纵向地震作用为例，此时纵向地震力足以破坏滑块7和附加挡板12之间的剪切螺栓13，沿横桥向设置的两个附加挡板12由于撞击挡块11而被破坏，从而被抛弃，此时滑块7在纵桥向上没有阻挡，可以沿纵桥向自由运动，但沿纵桥向设置的附加挡板12由于横向地震力不足而不会被破坏，滑块7仍无法在横向方向上移动。

若纵向地震力和横向地震力均较大，则滑块7的四个附加挡板12均会被剪断，滑块7可以同时在纵向和横向上自由运动，运用其钟摆机制和滑道上的摩擦耗能达到减震效果。

与通常的支座相比，本发明将纵向剪力键和横向剪力键分离，能够针对横向地震和纵向地震作出不同的“行为”，可以做到在纵向地震下纵向剪力键不断裂；在横向地震下横向剪力键不断裂。因此，在单一方向地震波作用下，本发明的支座总是有一个方向的剪力键不受破坏，仍可以满足正常的使用位移要求，从而可提高支座的减隔震能力。另一方面，附加挡板一旦被破坏，滑块可以在该滑道上双向移动，克服了普通支座剪力键可能会产生的“单边效应”，且在正常使用工况下，该支座稳定不易产生位移，震后具有自复位的能力。

实施例2

如图4-图7所示，一种减隔震支座的限位装置，包括设置在上支座板8和下支座板1之间的若干个剪力键，其中所述剪力键包括沿横桥向设有的横向剪力键或/和沿纵桥向设有的纵向剪力键，其中所述横向剪力键可沿横桥向自由运动但在纵桥向的运动受限，所述纵向剪力键可沿纵桥向自由运动但在横桥向的运动受限。

所述横向剪力键或纵向剪力键包括在所述滑块7的周向设有的锯齿状剪力齿5，所述锯齿状剪力齿5包括在上支座板8下方设有的上锯齿状剪力齿51，以及在所述下支座板1上方也对应设有的若干下锯齿状剪力齿52，所有上下两排的所述上锯齿状剪力齿51和下锯齿状剪力齿52的位置相对设置并且相互适配，相互适配后的所述上锯齿状剪力齿51和下锯齿状剪力齿52的相邻剪力齿之间具有间隙。

所述锯齿状剪力齿5通过剪力齿底板3安装在上支座板8或下支座板1上，所述锯齿状剪力齿5和剪力齿底板3焊接连接，性能可靠。

所述剪力齿底板3为L型钢板结构，且设有竖向螺栓孔6和水平螺栓孔9，所述剪力齿底板3和上支座板8栓接，且所述剪力齿底板3和下支座板1栓接，性能可靠，方便拆装，可更换性好。

所述上支座板8和下支座板1上均设有锚固螺栓孔2，并可通过锚固螺栓与墩梁进行连接。在所述上支座板8和下支座板1之间设有滑块7。在所述下支座板1的四周还设有附加挡块4，所述附加挡块4焊接在所述剪力齿底板3上。当支座沿纵桥向(或横桥向)位移过大时，安装在下座板的纵桥向(或横桥向)锯齿状剪力齿5和和附加挡块4会起到限位作用，以防止支座完全毁坏乃至落梁。

安装在所述上支座板8上的上锯齿状剪力齿51的强度大于安装在下支座1上的下锯齿状剪力齿52的强度。安装在所述上支座板8上的上锯齿状剪力齿51的数量比安装在下支座1上的下锯齿状剪力齿52的数量多一个。以保证下支座板1上的锯齿状剪力齿5全部剪断而上支座板8上的锯齿状剪力齿5完好。否则，上、下锯齿状剪力齿5可能交错剪断，使得摩擦摆支座刚起作用一段距离，“幸存”的上、下锯齿状剪力齿5又发生第二次碰撞。

该支座的工作原理如下：

(1)在正常使用工况下，该支座处于静止状态，上下两排锯齿状剪力齿5相互啮合，阻挡了滑块7的纵桥向和横桥向运动，当然由于相互适配后的上锯齿状剪力齿51和下锯齿状剪力齿52的相邻剪力齿之间具有间隙，滑块7并非是绝对的静止不动，在外力作用下滑块7可以在规定的范围内微位移；

(2)在多遇地震作用下，滑块可能会产生微小的震动，但由于上下两排锯齿状剪力齿5相互啮合，且多遇地震下的地震力不足以破坏上下两排锯齿状剪力齿5之间的连接关系，因此滑块7几乎不会运动；

(3)在罕遇地震作用下，以纵桥向地震作用为例，此时纵桥向地震力足以破坏上下两排锯齿状剪力齿5之间的连接关系，滑块7受到较大作用力，沿横桥向布置的上下两排锯齿状剪力齿5相互撞击而被剪断，而纵桥向布置的上、下锯齿状剪力齿5在纵桥向空间上相对错开而不会碰撞；当较大烈度的地震动沿横桥向输入时，纵桥向布置的上下两排锯齿状剪力齿5相互撞击而被剪断，而横桥向布置的上、下锯齿状剪力齿5在横桥向空间上相对错开。即纵桥向(或横桥向)布置的锯齿状剪力齿5并不会影响上、下支座板的纵桥向(或横桥向)相对位移。

若纵桥向地震力和横桥向地震力均较大，则滑块7四周的锯齿状剪力齿5均会被剪断，滑块7可以同时在纵桥向和横桥向上自由运动，运用其钟摆机制和滑道上的摩擦耗能达到减震效果。

本发明可以通过改变纵桥向或横桥向锯齿状剪力齿的数量或材料，以适应沿纵、横桥向的水平地震力限值(或刚度)不同的要求，以及可以实现支座的单向滑动。另一方面，杜绝了设置挡块型减隔震支座“单边效应”的现象发生，也能避免挡块与上座板之间产生摩擦。由于上支座板上安装的锯齿状剪力齿与下支座板上安装的锯齿状剪力齿没有紧密啮合，而特意留下一定孔隙，从而减轻乃至避免了上、下锯齿状剪力齿间的摩擦。如果需要一边固定一边滑动的支座，只需在滑动的那一方向上安装这种锯齿状剪力齿即可。另外，对于固定支座而言，上、下支座板相互定位组装时，若某一方向有较大偏差，则另一方向上的上、下剪力齿会产生挤压，从而限制定位偏差过大。本发明结构简单、传力明确、性能可靠，可更换性好。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，包括设置在上支座板(8)和下支座板(1)之间的若干个剪力键，其中所述剪力键包括沿横桥向设有的横向剪力键或/和沿纵桥向设有的纵向剪力键，其中所述横向剪力键可沿横桥向自由运动但在纵桥向的运动受限，所述纵向剪力键可沿纵桥向自由运动但在横桥向的运动受限；

所述横向剪力键或纵向剪力键包括连接在滑块(7)外侧的附加挡板(12)，所述附加挡板(12)两侧分别设有挡块(11)，且两个所述挡块(11)与对应所述附加挡板(12)之间具有间隙，所述挡块(11)限制沿横桥向设置的所述附加挡板(12)只能沿横桥向方向进行运动，所述挡块(11)限制沿纵桥向设置的所述附加挡板(12)只能沿纵桥向方向进行运动；

或者，所述横向剪力键或纵向剪力键包括在所述滑块(7)的周向设有的锯齿状剪力齿(5)，所述锯齿状剪力齿(5)包括在所述上支座板(8)下方设有的若干上锯齿状剪力齿(51)，以及在所述下支座板(1)上方也对应设有的若干下锯齿状剪力齿(52)，所有上下两排的所述上锯齿状剪力齿(51)和下锯齿状剪力齿(52)的位置相对设置并且相互适配，相互适配后的所述上锯齿状剪力齿(51)和下锯齿状剪力齿(52)的相邻剪力齿之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，各个所述剪力键分别设置在支座板的四周。

3.根据权利要求2所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述附加挡板(12)通过剪切螺栓(13)安装在所述滑块(7)上。

4.根据权利要求2所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述挡块(11)预埋在所述上支座板(8)或下支座板(1)中。

5.根据权利要求2-4任一所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述挡块(11)为楔形块结构。

6.根据权利要求1所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述锯齿状剪力齿(5)通过剪力齿底板(3)安装在所述上支座板(8)或下支座板(1)上。

7.根据权利要求6所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述锯齿状剪力齿(5)和剪力齿底板(3)焊接连接。

8.根据权利要求6所述的一种减隔震支座的限位装置，其特征在于，所述剪力齿底板(3)和上支座板(8)栓接，且所述剪力齿底板(3)和下支座板(1)栓接。