CN109235241A - 提高速度锁定力的协同减震、隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，包括上座板、中座板和下座板，上座板底面为上凹球面，中座板顶面为下凹球面，上座板与中座板之间设置有上下两面均呈凸球面的球冠衬板，中座板横向两侧均设置有前后两个活塞杆挡板，两个活塞杆挡板之间安装有纵向的活塞式速度锁定器；速度锁定器横向外侧设置有“3”字形的阻尼元件，其中支点固定于速度锁定器横向外侧设置的焊接耳板，前后两个支点固定于下座板横向两侧的前后两端。本发明基于双曲面减隔震支座的构造，通过增加速度锁定器来实现桥梁协同抗震功能，进而实现摆动，产生减震、隔震功能，并通过弹塑性阻尼元件，提高其速度锁定力，强化整联桥协同抗震。

Description

提高速度锁定力的协同减震、隔震支座

技术领域

本发明涉及一种桥梁支座，具体涉及一种提高速度锁定力的协同减震、隔震支座。

背景技术

在地震高烈度地区建设城镇桥梁、公路桥梁或铁路桥梁时，必须考虑减隔震设计，改变以往硬抗的方式，以柔克刚，不仅可以降低成本，还可以保护人民生命财产安全，有利于地震时的救灾通道不被阻断，在有限的救援时间内，进行快速响应。位于桥墩与梁体之间的桥梁支座，具有传递竖向承载力、水平承载力的功能，也可具有减隔震功能，如高阻尼隔震橡胶支座、铅芯隔震橡胶支座、锡芯隔震橡胶支座、弹塑性钢减震支座、摩擦摆支座等。以上桥梁支座在不同桥梁类型中有限定的应用范围，以长联大跨径桥梁为例，其恒载大、支座承载力大，应用以摩擦摆支座为主。

目前的摩擦摆支座主要分两类，一种是交通行业标准《公路桥梁摩擦摆式减隔震支座》（JT/T 852-2013），另一种是《桥梁双曲面球型减隔震支座》（JT/T 927-2014）标准。前者在常规球型支座的基础上增加了一个用限位挡板固定的大曲率板，常规条件下梁体不抬高，地震时一联桥的所有限位板剪力栓同时剪断，进而发生摆动，实现减隔震功能；但对于长联大跨度桥梁，由于行波作用的存在，很难或者几乎不能实现限位板剪力栓的同时剪断，因此摆动功能很难实现，造成地震时受力体系功能紊乱，进而危及桥梁承力安全；同时，由于上部空行程的存在，导致各个单向支座、双向支座、固定支座无法实现同步摆动，核心功能难以实现。另一种标准结构是将球型支座的上平面演变为球面，通过下球面转动、上球面摆动的原理实现减隔震功能，但常规条件下的梁体温度伸缩也是通过摆动来实现，梁体出现抬高，久而久之，对摩擦面的耐久性能要求较高，容易出现滑板表面磨损严重，摩擦系数增大，出现钢对钢的摩擦，进而影响桥梁支座的功能；同时由于固定支座的存在，导致固定桥墩出现弯矩，桥梁底部出现裂纹，危及桥梁安全。即使目前出现了改性滑板或者复合材料滑板，但尚未经受长时间的考验，耐久性未知。结构上的缺陷导致桥梁设计人员在选型时较为盲从，两种标准之间来回选择，给桥梁设计造成了一定的影响。

在某些具体的摩擦摆减隔震支座设计中，桥梁支座设计人员在双曲面结构下部增加平面滑动，常规条件下梁体不抬高，但依然存在摆动时的空行程，与标准《公路桥梁摩擦摆式减隔震支座》的原理无异；个别厂家甚至在标准结构中常规位移行程中增加了复合材料，依靠其刚度，拜托空行程的存在，但在长期温度伸缩作用下，复合材料刚度容易失效，与桥梁支座受力明确的设计思想相悖，亦不能解决目前存在问题，反而正常功能受到影响。

目前也有个别双曲面摩擦摆结构中增加了速度锁定器结构，但速度锁定器油缸尺寸巨大，冲程有限，在高速情况下提供的锁定力有限，无法满足较稳定的锁定功能，整联桥减震、隔震功能受到影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，基于双曲面减隔震支座的构造，通过增加速度锁定器来实现桥梁协同抗震功能，进而实现摆动，产生减震、隔震功能，并通过弹塑性阻尼元件，提高其速度锁定力，强化整联桥协同抗震，实现桥梁支座应有的功能。

本发明所采用的技术方案为：

提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，包括上座板、中座板和下座板，上座板底面为上凹球面，中座板顶面为下凹球面，上座板与中座板之间设置有上下两面均呈凸球面的球冠衬板，其特征在于：

中座板横向两侧均设置有前后两个活塞杆挡板，两个活塞杆挡板之间安装有纵向的活塞式速度锁定器；

速度锁定器横向外侧设置有“3”字形的阻尼元件，其中支点固定于速度锁定器横向外侧设置的焊接耳板，前后两个支点固定于下座板横向两侧的前后两端。

速度锁定器包括油缸，油缸内设置有活塞，活塞前后两侧设置有纵向的活塞杆，活塞杆伸出油缸，端部固定于活塞杆挡板内侧的活塞杆槽内。

阻尼元件外侧为直线，内侧有弧度，且弧度两侧与中支点具有倒角。

上座板横向两侧底部设置有纵向的限位挡板，限位挡板位于中座板的外侧，通过剪力销和侧向螺栓固定到上座板底部；

侧向螺栓头部设置有凸台。

上座板的上凹球面设置有上球面不锈钢板，球冠衬板的上凸球面设置有上球面滑板，二者形成上球面摩擦副；

中座板的下凹球面设置有下球面不锈钢板，球冠衬板的下凸球面设置有下球面滑板，二者形成下球面摩擦副；

中座板底面设置有平面不锈钢板，下座板顶面设置有平面滑板，二者形成平面摩擦副。

限位挡板内侧设置有侧向不锈钢板，对应位置的中座板上设置有侧向SF-I板，二者形成侧向平面摩擦副；

中座板横向两侧的侧向SF-I板下方设置有纵向的卸载槽。

阻尼元件的中支点中间开槽，与焊接耳板插接后通过阻尼销固定，并通过压紧栓与压紧板配合紧固；

阻尼元件前后两个支点与下座板之间垫有高度调节板，通过阻尼销固定，并通过压紧栓与压紧板配合紧固。

中座板底部中央设置有纵向的上导轨槽，上导轨槽内通过下连接螺栓安装有纵向的导轨；

导轨上宽下窄，上部位于中座板的上导轨槽内，下部位于下座板顶面对应设置的下导轨槽中。

导轨窄部横向两侧设置有下SF-I板，下座板下导轨槽对应位置设置有平面不锈钢板，二者形成滑动摩擦副。

上座板顶面通过上锚固螺栓安装有上锚杆；

下座板底面通过下锚固螺栓安装有下锚杆。

本发明具有以下优点：

一、采用常规温度伸缩位移与地震时阻尼位移的分离式设计，避免了常规条件下高频次梁体抬高，延长了支座使用寿命。

二、在速度锁定器的外部连接有阻尼元件，避免了速度锁定器在高速工况下锁定力不足的现象，提高了锁定力，使得整联桥协同抗震功能得到实现。

三、梁体在常规温度伸缩条件下弹塑性钢与油缸采用紧固连接，并不发生变形或变形很小，在可控范围内。

四、限位挡板出增加了侧向螺栓凸台，使得发生侧向力时剪力销与侧向螺栓的受力同步进行，前者承受水平剪力，后者承受水平弯矩。

五、本构造自上而下，采用上球面、下球面与平面结合的竖向传力路线，传力明确，避免了垫石出现颈缩的受力现象，提高了垫石受力强度。

六、本构造的阻尼元件与速度锁定器更换方便，地震时配合发挥各自功能，震后便于修复，避免了更换支座的顶梁施工作业，降低了使用成本。

七、提供了一种阻尼力大、不易断裂的带弧度阻尼元件，改进了以往阻尼元件尺寸较大、易断裂的缺点，亦可用于其他弹塑性钢阻尼支座或梁端耗能阻尼元件等。

附图说明

图1是一种提高速度锁定力的协同减震、隔震支座的结构示意图。

图2是图1中M的局部放大图。

图3是图1中N的局部放大图。

图4是图1中P的局部放大图。

图5是图1中Q的局部放大图。

图6是该构造俯视图。

图7是该构造轴侧图。

图8是该构造阻尼元件示意图。

图9是该构造上座板示意图。

图10是该构造中座板组件示意图。

图11是该构造下座板示意图。

图12是配合该构造布置的双向支座示意图。

图中标记：

1-1—上锚杆，1-2—下锚杆，2—上座板，3-1—上球面不锈钢板，3-2—下球面不锈钢板，3-3—平面不锈钢板，4-1—限位挡板，4-2—侧向不锈钢板，5-1—上球面滑板，5-2—下球面滑板，5-3—平面滑板，6—球冠衬板，7—阻尼元件，8—速度锁定器，8-1—活塞杆，8-2—油缸，8-3—焊接耳板，8-4—活塞，9-1—中座板，9-2—活塞杆挡板，9-3—侧向SF-I板，10—下座板，11—剪力销，12—侧向螺栓，13—压紧栓，14—压紧板，15—阻尼销，16—下连接螺栓，17—导轨，18—下SF-I板，19—高度调节板，20-卸载槽，21-上锚固螺栓，22-下锚固螺栓，23-阻尼销孔，24-剪力销孔，25-连接螺纹孔，26-上锚固孔，27-活塞杆槽，28-上导轨槽，29-下锚固孔，30-下导轨槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，包括上座板2、中座板9-1和下座板10，上座板2底面为上凹球面，中座板9-1顶面为下凹球面，上座板2与中座板9-1之间形成中空球腔，设置有上下两面均呈凸球面的球冠衬板6，上球径不小于下球径。球冠衬板6可在中空球腔内来回摆动，极限阻尼位移不超越球腔的设计范围。

中座板9-1横向两侧均设置有前后两个活塞杆挡板9-2，两个活塞杆挡板9-2之间安装有纵向的活塞式速度锁定器8；速度锁定器8横向外侧设置有“3”字形的阻尼元件7，其中支点固定于速度锁定器8横向外侧设置的焊接耳板8-3，前后两个支点固定于下座板10横向两侧的前后两端。活塞杆挡板(9-2)开有活塞杆槽27，与中座板9-1可整体铸造，亦可采用焊接。

速度锁定器8包括油缸8-2，油缸8-2内设置有活塞8-4，活塞8-4前后两侧设置有纵向的活塞杆8-1，活塞杆8-1伸出油缸8-2，端部固定于活塞杆挡板9-2内侧的活塞杆槽27内。阻尼元件7外侧为直线，内侧有弧度R，且弧度两侧与中支点具有倒角r1、r2，防止了应力集中。为提高地震时速度锁定器的锁定力，阻尼元件可用其他阻尼元件替代。中座板9-1带动速度锁定器8的活塞杆8-1与活塞8-4在油缸8-2内来回往复与下座板10下部与上座板2上部构成的平面摩擦副同步滑动，实现正常温度伸缩位移。

上座板2横向两侧底部设置有纵向的限位挡板4-1，限位挡板4-1位于中座板9-1的外侧，通过剪力销11和侧向螺栓12固定到上座板2底部；为充分发挥地震作用下侧向螺栓12的弯矩作用，侧向螺栓12头部设置有凸台。侧向螺栓12与限位挡板4-1之间有一定的间隙，剪力销11与侧向螺栓12亦可替换为可更换的其他限位零件或部件。上座板2与限位挡板4-1连接的剪力销11地震时发生剪断、侧向螺栓12承受弯矩作用，剪力销11与侧向螺栓12可替换为具有紧配合的剪断螺栓连接。

上座板2的上凹球面设置有上球面不锈钢板3-1，球冠衬板6的上凸球面设置有上球面滑板5-1，二者形成上球面摩擦副；中座板9-1的下凹球面设置有下球面不锈钢板3-2，球冠衬板6的下凸球面设置有下球面滑板5-2，二者形成下球面摩擦副；中座板9-1底面设置有平面不锈钢板3-3，下座板10顶面设置有平面滑板5-3，二者形成平面摩擦副。限位挡板4-1内侧设置有侧向不锈钢板4-2，对应位置的中座板9-1上设置有侧向SF-I板9-3，二者形成侧向平面摩擦副。摩擦副表面可涂抹硅脂、表面镀铬或复合材料曲面处理。限位挡板4-1内侧的侧向不锈钢板4-2与中座板9-1上缘两侧的侧向SF-I板9-3之间存在一定的转动间隙。曲面摩擦系数为0.02～0.05，平面摩擦副与侧向平面摩擦副为0.02～0.03。上球面滑板5-1及下球面滑板5-2的直径比值不小于1.45。

中座板9-1横向两侧的侧向SF-I板9-3下方设置有纵向的卸载槽20，防止限位挡板4-1内侧的侧向不锈钢板4-2与中座板9-1上缘两侧的侧向SF-I板9-3在发生转动时出现卡死现象，卸载槽20深度不大于5mm，竖向宽度大于侧向SF-I板9-3宽度。

阻尼元件7的中支点中间开槽，与焊接耳板8-3插接后通过阻尼销15固定，并通过压紧栓13与压紧板14配合紧固，防止中支点上跳，阻尼元件7发生扭曲。阻尼元件7前后两个支点与下座板10之间垫有高度调节板19，通过阻尼销15固定，并通过压紧栓13与压紧板14配合紧固。高度调节板19位于下座板10四角上部，采用角焊或其他沉头螺栓连接。阻尼元件7的端支点、中支点可不在同一条直线上，各阻尼销15直径不同，中支点阻尼销孔径大于端支点。中支点在地震作用下与速度锁定器油缸8-2同时作用，阻尼元件7发生弹塑性作用，提高速度锁定力。

中座板9-1底部中央设置有纵向的上导轨槽28，上导轨槽28内通过下连接螺栓16安装有纵向的导轨17；导轨17上宽下窄，上部位于中座板9-1的上导轨槽28内，下部位于下座板10顶面对应设置的下导轨槽30中，滑动方向嵌位。导轨17窄部横向两侧设置有下SF-I板18，下座板10下导轨槽30对应位置设置有平面不锈钢板3-3，二者形成滑动摩擦副，并保持0.4mm的间隙，实现正常温度伸缩位移，与速度锁定器8的活塞杆8-1与活塞8-4在油缸8-1之间的冲程相同。

上座板2顶面通过上锚固螺栓21安装有上锚杆1-1，下座板10底面通过下锚固螺栓22安装有下锚杆1-2，分别预埋在梁体、墩身上部垫石中，亦可用套筒锚杆结构、螺柱结构或其他具有一定长度的锚固零部件替代。

上座板2的两侧加工有连接螺纹孔、剪力销孔、上锚固孔，并在四角设计了沉槽，减轻上座板2重量，沉槽宽度应需满足上锚固螺栓头的扳手空间。

下座板10两侧有连接高度调节板19的直线槽，并在前后加工有下锚固螺栓孔，并在上座板10中部有上导轨槽。

中座板9-1上部四角有大倒角，前后倒角间加工有卸载槽，中座板9-1下部设置有上导轨槽，活塞杆槽设置在活塞杆挡板9-2内侧。

图12为同一联桥、同一桩号配合本发明构造使用的双向支座，该构造去掉了限位挡板及剪力销、侧向螺栓、侧向不锈钢板，侧向SF-I板，并在中座板两侧去掉了卸载槽，常规条件下，该构造与横向支座布置在同一受力体系直线范围，在发生常规条件下，上部双曲面结构在横桥发生摆动实现梁体横向位移。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，包括上座板（2）、中座板（9-1）和下座板（10），上座板（2）底面为上凹球面，中座板（9-1）顶面为下凹球面，上座板（2）与中座板（9-1）之间设置有上下两面均呈凸球面的球冠衬板（6），其特征在于：

中座板（9-1）横向两侧均设置有前后两个活塞杆挡板（9-2），两个活塞杆挡板（9-2）之间安装有纵向的活塞式速度锁定器（8）；

速度锁定器（8）横向外侧设置有“3”字形的阻尼元件（7），其中支点固定于速度锁定器（8）横向外侧设置的焊接耳板（8-3），前后两个支点固定于下座板（10）横向两侧的前后两端。

2.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

速度锁定器（8）包括油缸（8-2），油缸（8-2）内设置有活塞（8-4），活塞（8-4）前后两侧设置有纵向的活塞杆（8-1），活塞杆（8-1）伸出油缸（8-2），端部固定于活塞杆挡板（9-2）内侧的活塞杆槽（27）内。

3.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

阻尼元件（7）外侧为直线，内侧有弧度，且弧度两侧与中支点具有倒角。

4.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

上座板（2）横向两侧底部设置有纵向的限位挡板（4-1），限位挡板（4-1）位于中座板（9-1）的外侧，通过剪力销（11）和侧向螺栓（12）固定到上座板（2）底部；

侧向螺栓（12）头部设置有凸台。

5.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

上座板（2）的上凹球面设置有上球面不锈钢板（3-1），球冠衬板（6）的上凸球面设置有上球面滑板（5-1），二者形成上球面摩擦副；

中座板（9-1）的下凹球面设置有下球面不锈钢板（3-2），球冠衬板（6）的下凸球面设置有下球面滑板（5-2），二者形成下球面摩擦副；

中座板（9-1）底面设置有平面不锈钢板（3-3），下座板（10）顶面设置有平面滑板（5-3），二者形成平面摩擦副。

6.根据权利要求4所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

限位挡板（4-1）内侧设置有侧向不锈钢板（4-2），对应位置的中座板（9-1）上设置有侧向SF-I板（9-3），二者形成侧向平面摩擦副；

中座板（9-1）横向两侧的侧向SF-I板（9-3）下方设置有纵向的卸载槽（20）。

7.根据权利要求2所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

阻尼元件（7）的中支点中间开槽，与焊接耳板（8-3）插接后通过阻尼销（15）固定，并通过压紧栓（13）与压紧板（14）配合紧固；

阻尼元件（7）前后两个支点与下座板（10）之间垫有高度调节板（19），通过阻尼销（15）固定，并通过压紧栓（13）与压紧板（14）配合紧固。

8.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

中座板（9-1）底部中央设置有纵向的上导轨槽（28），上导轨槽（28）内通过下连接螺栓（16）安装有纵向的导轨（17）；

导轨（17）上宽下窄，上部位于中座板（9-1）的上导轨槽（28）内，下部位于下座板（10）顶面对应设置的下导轨槽（30）中。

9.根据权利要求8所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

导轨（17）窄部横向两侧设置有下SF-I板（18），下座板（10）下导轨槽（30）对应位置设置有平面不锈钢板（3-3），二者形成滑动摩擦副。

10.根据权利要求1所述的提高速度锁定力的协同减震、隔震支座，其特征在于：

上座板（2）顶面通过上锚固螺栓（21）安装有上锚杆（1-1）；

下座板（10）底面通过下锚固螺栓（22）安装有下锚杆（1-2）。