CN108730394B - 一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座 - Google Patents

Abstract

一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，盘式结构隔振器设置在竖向球型钢支座最上方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座最下方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座任意相临的两座板之间，盘式结构隔振器为轴对称结构，使盘式结构隔振器的侧面与所处位置的座板内侧壁之间设有变形量间隙，该专利是在球型钢支座的基础上，通过增加一个具有隔振功能的盘式结构隔振器，使与支座形成上、下串联结构，适当减小支座整体竖向刚度，竖向基频远离支座上部结构振动的主频，从而实现竖向隔振功能。

Description

一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座

技术领域

本发明属于桥梁结构或建筑技术领域，具体说的是一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座。

背景技术

轨道交通列车所引起的环境振动干扰人们的日常生活，还能损害建筑物，影响精密机床和仪器的正常运行，造成设备事故。工程上主要通过三种途径实现轨道交通的减振降噪，即减小振源强度、削弱振动传播及建筑物隔振。降低振源的振动强度和削弱振动的传播控制措施主要有：包括浮置板、弹性支承块、高弹性扣件、道碴垫、钢轨下橡胶垫板、铁垫板下橡胶垫板、钢轨和车轮的处理、声屏障、隔振沟、缓冲带、围栏桩、钢轨粘贴阻尼材料等。建筑物隔振是在建筑基础增加弹性支撑实现的。

如果将整体梁体与基础结构分离，再放置于隔振支座上，即构成轨道交通铁路减隔振结构。它是一种质量－弹簧隔振系统，是降低基础传振和传声的最有效方法。其基本原理就是在上部结构和基础之间设置一个线性隔振器，防止振动透入基础。轨道交通铁路减隔振结构设计成功关键在于其自振频率、隔振支座刚度及阻尼的设计是否恰当。综合目前国内外文献资料，为了解决工厂精密仪器、音乐大厅、核电站、建筑物和交通桥梁等隔振与防振问题，所应用的竖向隔振支座主要是橡胶类支座与弹簧的组合，主要有橡胶支座+叠簧/空气弹簧/锥形弹簧/螺旋弹簧；铅芯橡胶支座+碟簧；橡胶隔振支座+蝶形弹簧+粘弹性阻尼器；水平隔震橡胶支座+竖向隔振橡胶支座。上述隔振支座的缺点主要是橡胶类支座的橡胶老化问题，基于国内橡胶支座的实际生产状况和轨道交通荷载的长期性，桥梁隔振支座的疲劳寿命是个难以解决的问题。球型钢支座目前在铁路和轨道交通桥梁已大规模使用，具备承载力高、转动灵活、耐久性好，寿命长等优点，但具备竖向隔振功能的球型钢支座国内外都是空白。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，是在球型钢支座的基础上，通过增加一个具有隔振功能的盘式结构隔振器，使与支座形成上、下串联结构，适当减小支座整体竖向刚度，竖向基频远离支座上部结构振动的主频，从而实现竖向隔振功能。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，盘式结构隔振器设置在竖向球型钢支座最上方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座最下方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座任意相临的两座板之间，盘式结构隔振器为轴对称结构，使盘式结构隔振器的侧面与所处位置的座板内侧壁之间设有变形量间隙，盘式结构隔振器的上表面由位于中心的外中心顶面和位于外中心顶面外围的外倾斜面组成，外中心顶面与盘式结构隔振器上方部件的底面相匹配并贴合在一起，外中心顶面的中心线应与支座中心线重合，外倾斜面向下倾斜不与盘式结构隔振器上方部件的底面相接触，盘式结构隔振器的下表面由位于中心的内中心底面、与内中心底面相连的内倾斜面和位于最外围的底部支撑面组成，内中心底面和内倾斜面不与盘式结构隔振器下方部件的顶面相接触，底部支撑面与盘式结构隔振器下方部件的底板顶面相贴，底部支撑面的中心线应与支座中心线重合。

进一步，所述的盘式结构隔振器的底部支撑面与盘式结构隔振器下方部件的顶面的相贴处设有支撑滑板。

进一步，所述的支撑滑板为非金属滑板，并涂抹润滑脂。

进一步，所述的内中心底面正下方的底座板上对应设有凸台，凸台的顶面与内中心底面之间设有竖向间隙，凸台的顶面大小小于内中心底面大小。

进一步，所述的盘式结构隔振器的各面交界处为倒角。

本发明的有益效果是：

1）本发明提供的一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，通过在正常球型钢支座的基础上，增加一个盘式结构隔振器、支撑滑板。在竖向荷载下，盘式结构隔振器产生一定的竖向弹性变形，同时下部的带有润滑功能的非金属滑板与盘式结构隔振器底部的摩擦系数非常小，能够较好的释放因竖向力而产生的径向变形，更好的保证盘式结构隔振器的竖向变形和弹性能力，有效减小支座的整体竖向刚度，使支座的竖向基频远离支座上部结构振动的主频，从而实现上部结构的竖向隔振功能。

2）本发明中的盘式结构隔振器整体呈轴对称形状，相比标准的碟簧结构，竖向承载力大幅增加，很好的满足支座竖向大承载的需求；同时，在盘式结构隔振器结构的交界面上做了倒角处理，有效降低应力和增加疲劳性能。

3）本发明支座中的底座板中间凸台设置，即在支座过载的情况下实现硬接触，保证支座的正常竖向承载能力，不影响支座正常功能的发挥。

4）本发明支座底座板的内侧壁和盘式结构隔振器的侧面预留有一定间隙，适应盘式结构隔振器由于竖向压缩而产生的径向变形。

5）本发明，支座正常运行时，支座滑动摩擦副实现结构的位移功能；球面摩擦副实现结构竖向转动功能；支座的竖向荷载经盘式结构隔振器与各座板传递给垫石；支座的水平荷载经上座板、导向摩擦副、下座板、底座板传递给垫石。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明的盘式结构隔振器的结构示意图；

图4为实施例二的结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图；

图中：1、上座板，2、滑动摩擦副，3、中座板，4、球面摩擦副，5、下座板，6、盘式结构隔振器，6-1、外中心顶面，6-2、外倾斜面，6-3、侧面，6-4、底部支撑面，6-5、内倾斜面，6-6、内中心底面，7、底座板，8、支撑滑板，9、导向摩擦副，10、凸台，11、限位板。

具体实施方式

下面结合附图给出发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。这里，将给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。

桥梁支座一般分为板式橡胶支座、盆式橡胶支座以及球型钢支座。球型钢支座从功能上可分为普通球型支座和双曲面球型减隔震支座（或摩擦摆球型减隔震支座）。支座从结构型式上又分为单向活动型、多向活动型和固定三类。上述盆式橡胶支座、球型支座和双曲面球型减隔震支座（或摩擦摆球型减隔震支座）以及其他类型支座，均可以增加本发明的盘式结构隔振器实现竖向隔振功能。

盘式结构隔振器一体成型，采用弹簧钢材质制成。盘式结构隔振器6为轴对称结构，使盘式结构隔振器6的侧面6-3与所处位置的座板内侧壁之间设有变形量间隙，盘式结构隔振器6的上表面由位于中心的外中心顶面6-1和位于外中心顶面6-1外围的外倾斜面6-2组成，外中心顶面6-1与盘式结构隔振器上方部件的底面相匹配并贴合在一起，外中心顶面6-1的中心线应与支座中心线重合，外倾斜面6-2向下倾斜不与盘式结构隔振器上方部件的底面相接触，盘式结构隔振器6的下表面由位于中心的内中心底面6-6、与内中心底面6-6相连的内倾斜面6-5和位于最外围的底部支撑面6-4组成，内中心底面6-6和内倾斜面6-5不与盘式结构隔振器下方部件的顶面相接触，底部支撑面6-4与盘式结构隔振器下方部件的底板顶面相贴，底部支撑面6-4的中心线应与支座中心线重合。

一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，置在竖向球型钢支座最上方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座最下方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座任意相临的两座板之间，具体说的是，盘式结构隔振器6设置在竖向球型钢支座的底座板7（最下方座板）下方，盘式结构隔振器6的上表面的外中心顶面6-1与底座板7接触，下表面的底部支撑面6-4与桥墩接触，底座板7的下表面上要增加进行限位的侧板，侧板与底座板7围成用于安装盘式结构隔振器的空间，盘式结构隔振器6与底座板7的侧板之间具有变形量间隙，同理，盘式结构隔振器6设置在竖向球型钢支座的上座板1（最上方座板）上方，盘式结构隔振器6的上表面的外中心顶面6-1与桥梁底面接触，下表面的底部支撑面6-4与上座板1接触，上座板1的上表面上要增加进行限位的侧板，侧板与上座板1围成用于安装盘式结构隔振器的空间，盘式结构隔振器与上座板1的侧板之间具有变形量间隙，同理，盘式结构隔振器6设置在上座板1和中座板3之间，或者下座板5和底座板7之间、相临的座板之间预留安装盘式结构隔振器的空间，在不影响其隔振性能情况下，也可设置在其他位置。

如图3所示，盘式结构隔振器6为轴对称结构，最优选择为俯视时，盘式结构隔振器6为正圆形，以盘式结构隔振器6设置在底座板7围成的空间内为例，使盘式结构隔振器6的侧面6-3与底座板7的内侧壁之间设有变形量间隙。盘式结构隔振器6的上表面由位于中心的外中心顶面6-1和位于外中心顶面6-1外围的外倾斜面6-2组成，外中心顶面6-1与下座板5底面相匹配并贴合在一起，外中心顶面6-1的中心线应与支座中心线重合，外倾斜面6-2向下倾斜不与下座板5的底面相接触，外中心顶面6-1按形状可以为圆形顶面、方形顶面等轴中心对称的平面，也可以为曲面，相应的下座板5的与外中心顶面6-1相贴的部分为相匹配的平面或曲面，外倾斜面6-2向下倾斜，或以采用同倾斜度的平面，或者进行多次弯折的折面，或者为平滑曲面等，只要保证外倾斜面6-2不与下座板5的底面接触，只需盘式结构隔振器6的顶面的中心与下座板5相接触。盘式结构隔振器6的下表面由位于中心的内中心底面6-6、与内中心底面6-6相连的内倾斜面6-5和位于最外围的底部支撑面6-4组成，内中心底面6-6和内倾斜面6-5不与底座板7的顶面相接触，底部支撑面6-4与底座板7的底板顶面相贴，底部支撑面6-4的中心线应与支座中心线重合。即采用除底部支撑面6-4之外的底面均不与底座板7相接触的形式，内中心底面6-6相连的内倾斜面6-5的形状不定，可采用平面加锥面的形式组合而成，也可采用整体为曲面的形式。底部支撑面6-4与底座板7相贴的部分宜为面接触，接触形成的贴合形状为环形。

盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与盘式结构隔振器下方部件的顶面的相贴处设有支撑滑板8，支撑滑板8为非金属滑板，并涂抹润滑脂，以盘式结构隔振器6设置在下座板5和底座板7之间为例，盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与底座板7顶面的相贴处设有支撑滑板8。

盘式结构隔振器6的内中心底面6-6正下方的下方部件上对应设有凸台10，凸台10的顶面与内中心底面6-6之间设有竖向间隙，凸台10的顶面大小小于内中心底面6-6大小。凸台10用于支座过载情况下对盘式结构隔振器6进行支撑，不影响支座的继续使用。

盘式结构隔振器6的各面交界处为倒角，有效降低应力和增加疲劳性能。

实施例一

单向活动型的具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，如图1、2所示。其主要由上座板1、中座板3、下座板5、盘式结构隔振器6、底座板7和多个摩擦副组成。盘式结构隔振器6设置在底座板7围成的空间内，盘式结构隔振器6为轴对称结构，盘式结构隔振器6的外表面主要有外中心顶面6-1、外倾斜面6-2、侧面6-3、底部支撑面6-4、内倾斜面6-5、内中心底面6-6等组成。盘式结构隔振器6的侧面6-3与底座板7的内侧壁之间设有变形量间隙，变形量间隙用于盘式结构隔振器6竖向受力变形时不受影响，同时，也受到径向限位，防止盘式结构隔振器6水平移动。盘式隔振器外中心顶面6-1为与下座板5底面贴合，贴合面的中心应与支座中心轴线重合，盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与底座板7中心顶面之间设有支撑滑板8，盘式结构隔振器6仅有底部支撑面6-4为下部支撑面。可在盘式结构隔振器6的各交界面处设置相应倒角。

盘式结构隔振器6的内中心底面6-6的下方，设有底座板7的中心凸台10，中心凸台10的顶面与盘式结构隔振器6的内中心底面6-7中心之间设有竖向间隙，该间隙不影响盘式结构隔振器6的受力变形，在盘式结构隔振器6竖向变形时，不与中心凸台10的顶面相接触，最优设计形式为中心凸台10的中心线与在盘式结构隔振器6的内中心底面6-6中心线重合，且中心凸台10的顶面大小略小于盘式结构隔振器6的内中心底面6-6的大小。即底座板7中心设有一定厚度的圆形凸台10，支座组装后此凸台10和盘式结构隔振器6的内圆台圆面6-6存在一定的合适的竖向间隙，同时圆形凸台10的直径要略小于盘式结构隔振器6的内中心底面6-6的直径，也可设置成其它结构平面或曲面，只要满足支撑即可，例如、方形、环形、长方形等，底座板7的盆环完全包住盘式结构隔振器6，并留有一定间隙。

盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与底座板7之间设有支撑滑板8，滑板可采用环形非金属滑板，当采用非金属滑板时，非金属滑板与环形面之间设有润滑脂。

如图1所示，该支座的上座板1与中座板3之间设置有平面滑动摩擦副2；中座板3与下座板5之间设置有球面摩擦副4；上座板1与下座板5之间设置有导向摩擦副9；底座板7上表面镶嵌有非金属滑板，盘式结构隔振器6位于下座板5和非金属滑板之间。上座板1和中座板3的底部分别焊接有平面/导向、球面不锈钢滑板，中座板3和下座板5表面分别镶嵌有滑动、球面/导向非金属滑板。平面滑动摩擦副2、球面摩擦副4和导向摩擦副9分别均包括不锈钢和非金属滑板，平面滑动摩擦副2和球面摩擦副4共同承担支座的竖向承载、滑动和竖向转动功能，导向摩擦副9承担水平力传递作用。

本实施例给出的单向活动型具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，通过在正常球型钢支座的基础上，增加一个盘式结构隔振器6、支撑滑板8和底座板7。在竖向荷载下，盘式结构隔振器6产生一定的竖向弹性变形，同时下部的具有润滑功能的支撑滑板8与盘式结构隔振器6底部的摩擦系数非常小，能够较好的释放因竖向力而产生的径向变形，更好的保证盘式结构隔振器6的竖向变形和弹性能力，有效减小支座的整体竖向刚度，使支座的竖向基频远离支座上部结构振动的主频，从而实现支座上部结构的竖向隔振功能。支座中的盘式结构隔振器6相比标准的碟簧，竖向承载力大幅增加，很好的满足支座竖向大承载的需求；同时，在盘式结构隔振器6结构的交界面上做了倒角处理，有效降低的应力水平和增加疲劳性能。支座中的底座板7中间凸台10设置，即在支座过载情况下实现硬接触，保证支座的正常竖向承载能力，不影响支座正常功能的发挥。支座底座板7和盘式结构隔振器6预留有一定间隙，适应盘式结构隔振器6由于竖向压缩而产生的径向变形。

实施例二

给出单向活动型的具有盘式结构隔振器的竖向隔振双曲面球型减隔震钢支座，如图4、5所示。其主要由上座板1、中座板3、下座板5、盘式结构隔振器6、底座板7和限位板11以及多个摩擦副组成。盘式结构隔振器6设置在底座板7围成的空间内，盘式结构隔振器6为轴对称结构，盘式结构隔振器6的外表面主要有外中心顶面6-1、外倾斜面6-2、侧面6-3、底部支撑面6-4、内倾斜面6-5、内中心底面6-6等组成。盘式结构隔振器6的侧面6-3与底座板7的内侧壁之间设有变形量间隙，变形量间隙用于盘式结构隔振器6竖向受力变形时不受影响，同时，也受到径向限位，防止盘式结构隔振器6水平移动。盘式隔振器外中心顶面6-1为与下座板5底面贴合，贴合面的中心应与支座中心轴线重合，盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与底座板7中心顶面之间设有支撑滑板8，盘式结构隔振器6仅有底部支撑面6-4为下部支撑面。可在盘式结构隔振器6的各交界面处设置相应倒角。

盘式结构隔振器6的内中心底面6-6的下方，设有底座板7的中心凸台10，中心凸台10的顶面与盘式结构隔振器6的内中心底面6-7中心之间设有竖向间隙，该间隙不影响盘式结构隔振器6的受力变形，在盘式结构隔振器6竖向变形时，不与中心凸台10的顶面相接触，最优设计形式为中心凸台10的中心线与在盘式结构隔振器6的内中心底面6-6中心线重合，且中心凸台10的顶面大小略小于盘式结构隔振器6的内中心底面6-6的大小。即底座板7中心设有一定厚度的圆形凸台10，支座组装后此凸台10和盘式结构隔振器6的内圆台圆面6-6存在一定的合适的竖向间隙，同时圆形凸台10的直径要略小于盘式结构隔振器6内中心底面6-6的直径，也可设置成其它结构平面或曲面，只要满足支撑即可，例如、方形、环形、长方形等，底座板7的盆环完全包住盘式结构隔振器6，并留有一定间隙。

盘式结构隔振器6的底部支撑面6-4与底座板7之间设有支撑滑板8，滑板可采用环形非金属滑板，当采用非金属滑板时，非金属滑板与环形面之间设有润滑脂。

如图4所示，该支座的上座板1与中座板3之间设置有上球面滑动摩擦副2；中座板3与下座板5之间设置有下球面摩擦副4；上座板1与底座板7之间设置有导向摩擦副9；底座板7上表面镶嵌有非金属滑板，盘式结构隔振器6位于下座板5和非金属滑板之间。上座板1和中座板3的底部分别焊接有球面、导向不锈钢滑板，中座板3和下座板5表面分别镶嵌有球面滑动、导向非金属滑板。上球面滑动摩擦副2、下球面摩擦副4和导向摩擦副9分别均包括不锈钢和非金属滑板，上球面滑动摩擦副2和下球面摩擦副4共同承担支座的竖向承载、水平滑动、竖向转动和减隔震功能，导向摩擦副9承担水平力传递作用。

本实施例给出的单向活动型具有盘式结构隔振器的竖向隔振双曲面球型减隔震钢支座，通过在正常双曲面球型减隔震钢支座的基础上，增加一个盘式结构隔振器6、支撑滑板8和底座板7。在竖向荷载下，盘式结构隔振器6产生一定的竖向弹性变形，同时下部的具有润滑功能的支撑环形非金属滑板8与盘式结构隔振器6底部的摩擦系数非常小，能够较好的释放因竖向力而产生的径向变形，更好的保证盘式结构隔振器6的竖向变形和弹性能力，有效减小支座的整体竖向刚度，使支座的竖向基频远离支座上部结构振动的主频，从而实现支座上部结构的竖向隔振功能。支座中的盘式结构隔振器6相比标准的碟簧，竖向承载力大幅增加，很好的满足支座竖向大承载的需求；同时，在盘式结构隔振器6结构的交界面上做了倒角处理，有效降低的应力水平和增加疲劳性能。支座中的底座板7中间凸台10设置，即在支座过载情况下实现硬接触，保证支座的正常竖向承载能力，不影响支座正常功能的发挥。支座底座板7和盘式结构隔振器6的底面之间预留有一定间隙，适应盘式结构隔振器6由于竖向压缩而产生的径向变形。支座同时具有水平向的减隔震功能，当地震力超过限位板11的水平极限力时，限位板11剪断破坏，上座板1在原限位方向的约束解除，依靠两个球面摩擦副2和4延长上部结构的隔震周期，同时摩擦耗能实现减隔震功能。

以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，其特征在于：盘式结构隔振器（6）设置在竖向球型钢支座最上方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座最下方座板围成的空间内、或竖向球型钢支座任意相临的两座板之间，盘式结构隔振器（6）为轴对称结构，使盘式结构隔振器（6）的侧面（6-3）与所处位置的座板内侧壁之间设有变形量间隙，盘式结构隔振器（6）的上表面由位于中心的外中心顶面（6-1）和位于外中心顶面（6-1）外围的外倾斜面（6-2）组成，外中心顶面（6-1）与盘式结构隔振器上方部件的底面相匹配并贴合在一起，外中心顶面（6-1）的中心线应与支座中心线重合，外倾斜面（6-2）向下倾斜不与盘式结构隔振器上方部件的底面相接触，盘式结构隔振器（6）的下表面由位于中心的内中心底面（6-6）、与内中心底面（6-6）相连的内倾斜面（6-5）和位于最外围的底部支撑面（6-4）组成，内中心底面（6-6）和内倾斜面（6-5）不与盘式结构隔振器下方部件的顶面相接触，底部支撑面（6-4）与盘式结构隔振器下方部件的底板顶面相贴，底部支撑面（6-4）的中心线应与支座中心线重合。

2.如权利要求1所述的一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，其特征在于：所述的盘式结构隔振器（6）的底部支撑面（6-4）与盘式结构隔振器下方部件的顶面的相贴处设有支撑滑板（8）。

3.如权利要求2所述的一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，其特征在于：所述的支撑滑板（8）为涂抹润滑脂非金属滑板。

4.如权利要求1所述的一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，其特征在于：所述的内中心底面（6-6）正下方的下方部件上对应设有凸台（10），凸台（10）的顶面与内中心底面（6-6）之间设有竖向间隙，凸台（10）的顶面大小小于内中心底面（6-6）大小。

5.如权利要求1所述的一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座，其特征在于：所述的盘式结构隔振器（6）的各面交界处为倒角。