CN107841942B - 一种双曲面摩擦摆支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双曲面摩擦摆支座，包括上支座板和下支座板，在所述上支座板和下支座板之间设有滑块，在所述滑块的周向设有锯齿状剪力齿，所述锯齿状剪力齿包括在所述上支座板的周向设有的若干排上锯齿状剪力齿，在所述下支座板的周向也对应设有的若干排下锯齿状剪力齿，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。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，杜绝了挡块型减隔震支座“单边效应”的现象发生。

Description

一种双曲面摩擦摆支座

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种双曲面摩擦摆支座。

背景技术

传统的抗震方法设计主要是进行强度型、延性型的加固措施来增强结构本身的抗震性能，但是由于地震动的强随机性，这种不具有自我调节能力的的结构设计可能不满足实际地震发生时的安全性要求或超出预计导致浪费成本。而合理使用减隔震装置，通过延长结构的基本周期，降低地震力，同时通过阻尼、摩擦等机制消耗地震能量，往往能保证在罕遇地下结构物的完整性。设置摩擦摆减隔震，就是桥梁减震隔震系统中应用较为广泛、实用的方法。

摩擦摆支座通过特定的弧面，利用一个简单的钟摆机理延长结构的基本自振周期，通过高耐磨、耐高温和摩擦系数稳定可调的材料将地震能量转化为热能，从而实现隔震及耗能的目的。双凹面摩擦摆与摩擦单摆支座的基本特性相似，不过前者分别在支座的顶面、底面设置摆式底座，系统的等效半径等于上下两个底座板的等效曲率半径之和减去中间滑块高。与性能相近的单摆支座相比，它可以大大减小支座总体尺寸，因此得到了更广泛的运用。

双曲面球型减隔震支座是在普通球型支座的基础上，用大半径球面摩擦副取代平面摩擦副，并设置剪力螺栓而形成的一种新型支座。主要由上支座板、中座板、下支座板、上球面不锈钢滑板、下球面不锈钢滑板、上四氟滑板、下四氟滑板、剪力螺栓及防尘密封裙等几部分组成。在正常使用条件下，上支座板被抗剪螺栓固定住，保证在风荷载、制动力等使用荷载下支座几乎不发生位移。在发生一定烈度水平的地震时，地震水平力超过一定限制(通常取竖向承载力的20％)，脆性抗剪螺栓被迅速剪断，限位约束被解除，上支座板、中座板和下支座板之间相对滑动。在滑移的过程中，摩擦阻力逐渐消耗地震能量，同时摆动球面板在沿下支座板摆动时，标高发生变化使上部结构抬升，通过势能做功以消耗地震产生的动能。地震结束后，势能又可形成恢复力，使支座复位，减小残余位移。

对于在四周或单向(纵桥向或横桥向)装置抗剪螺栓的双凹面摩擦摆支座，无论地震动从何方向输入，地震力达到各剪力螺栓限值总和后，所有的剪力螺栓同时被切断。实际上，对于沿纵、横桥向的水平地震力限值的要求是不同的。此外，从桥梁的平面支座布置来看，需要有单向固定(纵桥向或横桥向)支座。针对上述的情况或要求，采用抗剪螺栓作为正常使用状态下的限位装置是无法满足要求的。

有些减隔震支座，通过在单向(纵桥向或横桥向)两侧或双向四侧固定限位挡块，以保证结构在风荷载、制动力等低水平力下正常工作。这种方式看似可以弥补上述不足，不过在实际测试中出现了新的问题。在地震发生时，首先主梁相对桥墩顶部某一方向运动，将撞断一侧的限位挡块，随后主梁可能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”。对于在双向四侧固定限位挡块的固定支座，若主梁有一定倾斜而使上支座板倚靠在一侧的挡块上，从而有较大的压力产生，那么当地震动沿与该挡块方向正交的方向输入时，该挡块会产生较大的摩擦力阻碍主梁的位移，影响摩擦摆作用的发挥。严重时，甚至地震过程中，挡块未被剪断，造成桥墩产生较大损伤。

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，提供一种双曲面摩擦摆支座，可以杜绝“单边效应”发生，也能避免挡块与上支座板之间产生摩擦；相比于装配抗剪螺栓的双凹面摩擦摆支座，可满足纵、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。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种双曲面摩擦摆支座，包括上支座板和下支座板，在所述上支座板和下支座板之间设有滑块，在所述滑块的周向设有锯齿状剪力齿，所述锯齿状剪力齿包括在所述上支座板的周向设有的若干排上锯齿状剪力齿，在所述下支座板的周向也对应设有的若干排下锯齿状剪力齿，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。

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相互啮合，阻挡了滑块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和下锯齿状剪力齿的相邻剪力齿之间具有间隙，滑块并非是绝对的静止不动，在外力作用下滑块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之间的连接关系，因此滑块几乎不会运动；

(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之间的连接关系，滑块受到较大作用力，沿横桥向布置的上下两排锯齿状剪力齿相互撞击而被剪断，而纵桥向布置的上、下锯齿状剪力齿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相互撞击而被剪断，而横桥向布置的上、下锯齿状剪力齿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，则滑块周向的锯齿状剪力齿均会被剪断，滑块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，也能避免挡块与上支座板之间产生摩擦，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。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，而特意留下一定间隙，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。

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

优选的，所述剪力齿底板为L型钢板结构，且通过螺栓与所述上支座板或下支座板相连接。所述螺栓包括多个水平向螺栓和竖向螺栓，且所有所述螺栓的设计承载力大于锯齿状剪力齿的承载力之和。

优选的，所述锯齿状剪力齿和剪力齿底板焊接连接。可事先将锯齿状剪力齿焊接在剪力齿底板上，性能可靠，加工安装方便。

优选的，在所述下支座板的周向还设有附加挡块。当支座沿纵桥向(或横桥向)位移过大时，安装在下支座板的纵桥向(或横桥向)锯齿状剪力齿和和附加挡块会起到限位作用，以防止支座完全毁坏乃至落梁。

优选的，所述附加挡块焊接在所述剪力齿底板上。可事先将附加挡块焊接在剪力齿底板上，性能可靠，加工安装方便。

优选的，安装在所述上支座板上的上锯齿状剪力齿的强度大于安装在下支座上的下锯齿状剪力齿的强度，以保证下支座板上的下锯齿状剪力齿全部剪断而上支座板上的上锯齿状剪力齿完好。否则，上、下锯齿状剪力齿可能交错剪断，使得摩擦摆支座刚起作用一段距离，“幸存”的上、下锯齿状剪力齿又发生第二次碰撞。

优选的，安装在所述上支座板上的上锯齿状剪力齿的数量比安装在下支座上的下锯齿状剪力齿的数量多一个，可保证安装在下支座上的下锯齿状剪力齿全部被剪断。

优选的，相互适配后的上锯齿状剪力齿和下锯齿状剪力齿的相邻剪力齿之间的间隙为1mm-8mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

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，也能避免挡块与上支座板之间产生摩擦，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。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，而特意留下一定间隙，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。

附图说明：

图1是本发明所述的双曲面摩擦摆支座的结构示意图。

图2是本发明所述的双曲面摩擦摆支座的下支座板的结构示意图。

图3是本发明所述的安装在上支座板上的锯齿状剪力齿的三视图。

图4是本发明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-附加挡块，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。

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。

如图1-图4所示，一种双曲面摩擦摆支座，包括上支座板8和下支座板1，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，在所述滑块7的周向设有锯齿状剪力齿5，所述锯齿状剪力齿5包括在所述上支座板8的周向设有的若干排上锯齿状剪力齿51，在所述下支座板1的周向也对应设有的若干排下锯齿状剪力齿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1mm-8mm的间隙。

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，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，通过螺栓与所述上支座板8或下支座板1相连接，性能可靠，方便拆装，可更换性好。

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，安装在下支座板的纵桥向(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上的下锯齿状剪力齿52全部剪断而上支座板8上的上锯齿状剪力齿51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7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，也能避免挡块与上支座板之间产生摩擦，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。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，而特意留下一定间隙，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。

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 (6)

1.一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，包括上支座板(8)和下支座板(1)，在所述上支座板(8)和下支座板(1)之间设有滑块(7)，在所述滑块(7)的周向设有锯齿状剪力齿(5)，所述锯齿状剪力齿(5)包括在所述上支座板(8)的周向设有的若干排上锯齿状剪力齿(51)，在所述下支座板(1)的周向也对应设有的若干排下锯齿状剪力齿(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)安装在所述上支座板(8)或下支座板(1)上；所述剪力齿底板(3)为L型钢板结构，且通过螺栓与所述上支座板(8)或下支座板(1)相连接；所述锯齿状剪力齿(5)和剪力齿底板(3)焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，在所述下支座板(1)的周向还设有附加挡块(4)。

3.根据权利要求2所述的一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，所述附加挡块(4)焊接在所述剪力齿底板(3)上。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，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板(1)上的下锯齿状剪力齿(52)的强度。

5.根据权利要求4所述的一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，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板(1)上的下锯齿状剪力齿(52)的数量多一个。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种双曲面摩擦摆支座，其特征在于，相互适配后的上锯齿状剪力齿(51)和下锯齿状剪力齿(52)的相邻剪力齿之间的间隙为1mm-8mm。