CN108004916B - 一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，包含底座和顶座，所述底座上设置至少三个耗能支柱，所有所述耗能支柱上设有限位部件，所述限位部件连接于所述底座，每个所述耗能支柱上连接有一个的连接部件，每个所述连接部件上转动连接有一个滑块，每个所述滑块适配一个滑槽，所有所述滑槽连接于所述顶座的下表面，每个所述滑块能够相对于对应的所述滑槽滑动，所有所述滑槽共面，至少两个所述滑槽相互不平行，所有所述耗能支柱为软钢构件。采用本装置突破了传统支座摩擦耗能的原理，充分发挥材料自身的变形能力，有效消耗地震动能量，避免现有设计安装过程中的盲目性和方向性，提高支座耗能效果，提升结构的整体抗震性能和安全性。

Description

一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座

技术领域

本发明涉及桥梁抗震技术领域，特别涉及一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座。

背景技术

我国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一，随着我国交通运输的大力发展，尤其在西部山区、东部沿海有多条高速铁路重点规划或建设，线路中桥梁的占比不断增加，但是由于桥梁跨度一般较大，在遇有地震、强风等灾害情况时，桥梁常常会出现扭转、拉扯、上下沉降、倾覆等现象而导致破坏，地震区域桥梁的损坏坍塌，不仅阻碍当时的救灾行动，而且影响灾后桥梁的恢复重建工作。

现有技术中通常采用能够有效地增加结构阻尼，延长结构的自振周期的减隔震支座来减轻地震对桥梁结构的破坏作用，主要是通过橡胶或摩擦副来缓冲和耗能，目前隔震支座主要包括橡胶减隔震支座和摩擦摆减隔震支座，橡胶减隔震支座耐久性差，耗能效果不显著，滑动局限性大，抗扭转性能差，自复位能力低，上部结构的扭转变形传递到本身抗扭能力很弱的橡胶支座上会对橡胶支座造成致命的损坏，加剧降低了结构的整体抗震能力及抗扭能力。而摩擦摆式支座能够通过摩擦耗能方式将地震能量转化为热能，同时通过摆式结构实现将能量转化为势能，延长结构基本自振周期，进而实现阻尼功效，尽管摩擦摆支座可以消耗部分横向振动，但水平刚度过低，对于软弱地基或者较柔的桥墩，会降低其减振效果，甚至会加大结构的地震响应。另外也有通过设置阻尼器进一步增加桥梁的阻尼比，在振动过程中消耗振动能量，从而减少梁端的位移，降低桥梁的墩底地震剪力，减少桥梁的受力，进而提高桥梁的抗地震能力，但现有的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无法事先预知，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，但这样在一定程度上限制了其力学运动，降低了减震效果，并且它不具备回位功能，地震过后需要靠外力作用才能回位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的桥梁支座耗能效果差，抗震能力不足，容易造成桥梁破坏等上述不足，提供一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，包含底座和顶座，所述底座上设置至少三个耗能支柱，所有所述耗能支柱上设有限位部件，所述限位部件连接于所述底座，每个所述耗能支柱上连接有一个的连接部件，每个所述连接部件上转动连接有一个滑块，每个所述滑块适配一个滑槽，所有所述滑槽连接于所述顶座的下表面，每个所述滑块能够相对于对应的所述滑槽滑动，所有所述滑槽共面，至少两个所述滑槽相互不平行，所有所述耗能支柱为软钢构件。

其中，所述耗能支柱为实心软钢构件或者空心软钢构件，所述空心软钢构件中填充铅或者橡胶，填充铅或者橡胶能够增大所述耗能支柱的阻尼特性、增大扭转变形能力，同时由于铅能够通过再结晶过程恢复到变形前的状态，能够重复使用，能够节约更换所述耗能支柱的成本。

采用本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，使用时，将所述底座连接构件一，如桥墩，所述顶座连接构件二，如主梁，能够有利于均匀的传递所述构件二的受力和均匀的向所述构件一传力，当受到外力作用时所述构件二会相对所述构件一滑动，滑动的方向能够是任意方向，然后带动所述顶座发生滑动，此时连接于所述顶座上的所述滑槽相对于所述滑块发生滑动和偏移，带动所述滑块和连接部件转动，所述连接部件的转动又带动所述耗能支柱发生扭转，由于所述顶座未与所述滑块直接接触，有效降对于竖向不均匀位移的灵敏度，而所述耗能支柱为软钢构件，即碳量较低、硬度稍小的钢、有物理屈服点的钢材，屈服后能产生较大的塑性变形，将所述构件二发生的位移转化为所述耗能支柱的扭转，有效利用钢材延性能力实现耗能，由于所述耗能支柱至少有三个，即所述滑槽也有至少有三个，其中至少两个所述滑槽相互不平行，即至少两个所述连接部件的初始状态相互不平行，因此不论所述构件二向哪个方向进行滑移时，都能使至少一个所述连接部件绕对应的所述耗能支柱发生转动，进而带动对应的所述耗能支柱发生不同程度的扭转，即能够将所述构件二向各个方向(即全方向，该全方向即是指所述构件二受到各个方向的力，其对支座产生的横向作用力)的滑移都能传递至所述耗能支柱进行扭转，从而实现耗能，尤其符合于自然灾害作用方向的不可预估性，采用本装置能够有效缓冲所受外力作用，提高支座的耗能能力和效果，提升结构的整体抗震性能和安全性，有效降低发生滑移构件的惯性力，保护相对构件，如桥墩等重要构件，同时保证支座本身不受严重破坏，降低灾后的维养成本，提高灾后的恢复效率和可维修性，相较于现有支座，突破了传统支座摩擦耗能的原理，充分发挥材料自身的变形能力，有效消耗地震动能量，避免现有设计安装过程中的盲目性和方向性，降低结构设计难度，提高设计效率，有利于结构的精细化设计和控制，便于安装，广泛适用于地震区域的抗震设防。

优选的，所有所述耗能支柱垂直于所述底座，所有所述连接部件垂直于所有所述耗能支柱，所述底座和顶座相互平行。

有利于所述顶座能够将受力均匀的传递给所有所述连接部件，再传递到对应的所述耗能支柱，使所述耗能支柱发生扭转变形，提升支座耗能能力。

优选的，所述限位部件位于所有所述连接部件下方，所述限位部件为隔板，所述隔板上设有与每个所述耗能支柱适配的通孔，所述限位部件垂直于所有所述耗能支柱，所述限位部件通过中柱连接于所述底座。

采用上述设置方式，即所述耗能支柱一端连接所述底座，另一端穿过所述限位部件上的通孔与所述连接部件连接，所述限位部件能够有效限制所述耗能支柱在扭转时发生偏移、倾斜或弯曲，有利于保证所述耗能支柱的扭转能力，提升结构抗震能力。

优选的，所述中柱采用中空结构。

采用上述设置方式，有利于节省材料，降低成本。

优选的，所有所述耗能支柱的底部伸入所述底座中。

优选的，每个所述耗能支柱上套设有滚动轴承，所述滚动轴承设于所述通孔中。

采用上述设置方式，便于所述耗能支柱的上端发生扭转，并进一步限制所述耗能支柱的下端发生扭转，增大所述耗能支柱的扭转幅度，提高耗能效果。

优选的，所有所述耗能支柱连接于对应所述连接部件一端的端部，所有所述滑块连接于对应所述连接部件另一端的端部。

采用上述设置方式，所述滑块远离所述耗能支柱连接的一端，有利于提高所述连接部件的转动范围，增大所述耗能支柱的扭转变形，提高所述耗能支柱的耗能能力。

优选的，所述耗能支柱连接于所述连接部件的一端的截面为多边形。

优选的，所有所述耗能支柱在所述底座上投影的形心位于同一圆周上。

进一步优选的，所有所述滑槽沿周向均匀分布，所有所述滑槽的长度相等。

优选的，所有所述滑块的形心位于同一圆周上。

优选的，初始状态下，每个所述连接部件和对应的所述滑槽相互平行，所有所述滑块位于对应所述滑槽的中心。

采用上述设置方式，有利于提高所述连接部件的转动幅度，进一步增大所述耗能支柱的扭转变形程度，进而提升支座的耗能能力，降低抗震设计难度，加快安装速度，提高施工效率。

优选的，所有所述滑块的上表面与所述顶座之间具有空隙，所有所述滑块的下表面与所述连接部件之间具有空隙。

避免所述滑块与顶座下表面和连接部件上表面的接触，有利于减小摩擦，增大所述滑块的滑动和扭转幅度，提高支座的耗能效果。

一种桥梁，包含如上述任一所述的一种耗能阻尼支座，所述底座螺栓连接于桥墩上表面，所述顶座螺栓连接于梁体下表面。

采用本发明所述的一种桥梁，桥梁的支座采用本发明任一所述的一种耗能阻尼支座，所述支座安装于梁体与桥墩之间，所述底座螺栓连接于桥墩上表面，所述顶座螺栓连接于梁体下表面，在地震或强风灾害来袭时，所述梁体发生位移，能够通过所述支座的扭转，有效缓冲桥梁所受外力作用，消耗震动能量，特别适合于高烈度地震区的桥梁抗震体系，有利于提高桥梁抗震性能，加强桥梁的安全性，有利于减轻震后损失，降低震后桥梁维养成本，提高桥梁震后的可修性。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，能够有效缓冲所受外力作用，改善支座的耗能能力和效果，提升结构的整体抗震性能和安全性，有效降低发生滑移构件的惯性力，保护相对构件，同时保证支座本身不受严重破坏，降低灾后的维养成本，提高灾后的恢复效率和可维修性，相较于现有支座，突破了传统支座摩擦耗能的原理，充分发挥材料自身的变形能力，有效消耗地震动能量，避免现有支座在设计安装过程中的盲目性和方向性，降低结构设计难度，提高设计效率，有利于结构的精细化设计和控制，便于安装，广泛适用于地震区域的抗震设防。

2、采用本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，能够有效限制所述耗能支柱在扭转时发生偏移、倾斜或弯曲，有利于保证所述耗能支柱的扭转能力，提升结构抗震能力。

3、采用本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，有利于提高所述连接部件的转动范围，增大所述耗能支柱的扭转变形，提高所述耗能支柱的耗能能力，降低抗震设计难度，加快安装速度，提高施工效率。

4、采用本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，有利于减小摩擦，增大所述耗能支柱的扭转幅度，提高支座的耗能效果。

5、采用本发明所述的一种桥梁，能够有效缓冲桥梁所受外力作用，消耗震动能量，特别适合于高烈度地震区的桥梁抗震体系，有利于提高桥梁抗震性能，加强桥梁的安全性，有利于减轻震后损失，降低震后桥梁维养成本，提高桥梁震后的可修性。

附图说明：

图1为本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座的结构立体图；

图2为图1中扭转部件的结构剖视图；

图3为实施例1中的耗能阻尼支座扭转时的结构俯视图；

图4为本发明所述的一种桥梁的结构示意图。

图中标记：1-底座，2-顶座，3-耗能支柱，4-限位部件，5-连接部件，6-滑块，7-滑槽，8-中柱，9-桥墩，10-梁体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例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1-2所示，本发明所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，包含相互平行的圆形的底座1和圆形的顶座2，所述底座1上垂直设置八个耗能支柱3，所有所述耗能支柱3在所述底座1上投影的的形心位于同一圆周上，所有所述耗能支柱3的底部伸入所述底座1中，伸入所述底座1中的部分的截面为多边形，所有所述耗能支柱3上设有限位部件4，所述限位部件4位于所有所述连接部件5下方，所述限位部件4为隔板，所有所述连接部件5与隔板之间具有间隙，所述隔板上设有与每个所述耗能支柱3适配的通孔，所述限位部件4垂直于所有所述耗能支柱3，所述限位部件4通过中柱8连接于所述底座1，所述中柱8采用中空结构，每个所述耗能支柱3的上部套设有滚动轴承，所述滚动轴承设于所述通孔中，每个所述耗能支柱3顶端连接有一个连接部件5，所述连接部件5垂直于对应的所述耗能支柱3，所述耗能支柱3伸入所述连接部件5的一端的截面为多边形，每个所述连接部件5上转动连接有一个滑块6，所述滑块6是由安装有垫片的实心塑料块或钢块制成，所有所述耗能支柱3连接于对应所述连接部件5一端的端部，所有所述滑块6连接于对应所述连接部件5另一端的端部，每个所述滑块6适配一个滑槽7，所有所述滑槽7连接于所述顶座2的下表面，每个所述滑块6能够相对于对应的所述滑槽7滑动，所有所述滑槽7沿周向均匀分布，所有所述滑槽7的长度相等，所有所述耗能支柱3为软钢构件，初始状态下，每个所述连接部件5和对应的所述滑槽7相互平行且同轴，所有所述滑块6位于对应所述滑槽7的中心，所有所述滑块6的形心位于同一圆周上，所有所述滑块6的上表面与所述顶座之间具有空隙，所有所述滑块6的下表面与所述连接部件5之间具有空隙，使用时，将所述底座1连接构件一，将所述顶座2连接构件二。

其中，所述耗能支柱3为实心软钢构件或者空心软钢构件，所述空心软钢构件中填充铅或者橡胶，填充铅或者橡胶能够增大所述耗能支柱3的阻尼特性、增大扭转变形能力，同时由于铅能够通过再结晶过程恢复到变形前的状态，能够重复使用，能够节约更换所述耗能支柱3的成本。

当所述构件二发生滑移，即带动其连接的所述顶座2滑移，如图3所示，所述顶座2下表面的所有所述滑槽7随即滑动，每个所述滑槽7带动对应所述滑块6转动和滑动，每个所述滑块6又带动对应所述连接部件5绕所述连接部件5与对应所述耗能支柱3连接的端部转动，每个所述连接部件5的转动使得其对应连接的所述耗能支柱3发生扭转，所述耗能支柱3发生变形，消耗使所述顶座2发生滑移的外力作用，消耗不掉的能量再通过所述底座1均匀传递给所述构件一，有效保护所述构件一。

采用本装置能够有效改善支座的耗能能力和效果，提升结构的整体抗震性能和安全性，有效降低发生滑移构件的惯性力，防止耗能支柱在扭转时发生偏移、倾斜或弯曲，同时保证支座本身不受严重破坏，降低灾后的维养成本，提高灾后的恢复效率和可维修性，相较于现有支座，突破了传统支座摩擦耗能的原理，充分发挥材料自身的变形能力，有效消耗地震动能量，避免现有支座在设计安装过程中的盲目性和方向性，降低结构设计难度，提高设计效率，有利于结构的精细化设计和控制，加快安装速度，提高施工效率，实现对全方位外力的耗能，广泛适用于地震区域的抗震设防。

实施例2

如图4所述，本发明所述的一种桥梁，包含如实施例1所述的一种支座，所述底座1螺栓连接于桥墩9上表面的预埋件上，所述顶座2螺栓连接于梁体10下表面的预埋件上，所述梁体10与顶座2之间连接有速度锁定器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，包含底座(1)和顶座(2)，所述底座(1)上设置至少三个耗能支柱(3)，所有所述耗能支柱(3)上设有限位部件(4)，所述限位部件(4)连接于所述底座(1)，每个所述耗能支柱(3)上连接有一个的连接部件(5)，每个所述连接部件(5)上转动连接有一个滑块(6)，每个所述滑块(6)适配一个滑槽(7)，所有所述滑槽(7)连接于所述顶座(2)的下表面，每个所述滑块(6)能够相对于对应的所述滑槽(7)滑动，所有所述滑槽(7)共面，至少两个所述滑槽(7)相互不平行，所有所述耗能支柱(3)为空心软钢构件，所述空心软钢构件中填充铅或者橡胶。

2.根据权利要求1所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所有所述耗能支柱(3)垂直于所述底座(1)，所有所述连接部件(5)垂直于所有所述耗能支柱(3)，所述底座(1)和顶座(2)相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所述限位部件(4)位于所有所述连接部件(5)下方，所述限位部件(4)为隔板，所述隔板上设有与每个所述耗能支柱(3)适配的通孔，所述限位部件(4)垂直于所有所述耗能支柱(3)，所述限位部件(4)通过中柱(8)连接于所述底座(1)。

4.根据权利要求1所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所有所述耗能支柱(3)连接于对应所述连接部件(5)一端的端部，所有所述滑块(6)连接于对应所述连接部件(5)另一端的端部。

5.根据权利要求1所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所述耗能支柱(3)连接于所述连接部件(5)的一端的截面为多边形。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所有所述耗能支柱(3)在所述底座(1)上投影的形心位于同一圆周上。

7.根据权利要求6所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所有所述滑槽(7)沿周向均匀分布，所有所述滑槽(7)的长度相等。

8.根据权利要求1-5任一所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，所有所述滑块(6)的形心位于同一圆周上。

9.根据权利要求1-5任一所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，其特征在于，初始状态下，每个所述连接部件(5)和对应的所述滑槽(7)相互平行且同轴，所有所述滑块(6)位于对应所述滑槽(7)的中心。

10.一种桥梁，其特征在于，包含如权利要求1-9任一所述的一种新型的全方位扭转耗能阻尼支座，所述底座(1)螺栓连接于桥墩(9)上表面，所述顶座(2)螺栓连接于梁体(10)下表面。

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