CN109440635A - 一种水平异性刚度隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平异性刚度隔震支座，两个耗能板水平设置在底座上，且两个耗能板的外圆弧面相邻设置，底座横桥向的两侧设置有顺桥向滑槽，耗能板的两端分别与顺桥向滑槽连接，耗能板能够沿顺桥向滑槽移动，用于消耗顺桥向的地震力，支撑柱的下端卡接在耗能板上，并且能够沿耗能板的长度方向移动，用于消耗横桥向使我地震力，支撑柱的顶部通过阻尼装置与连接柱连接，连接柱的顶部设置有顶板。该水平异性刚度隔震支座，结构设计合理，且结构简单，容易实现，能充分发挥减轻结构动力反应的作用。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁建筑领域，具体为一种水平异性刚度隔震支座。
背景技术
桥梁支座作为连接桥梁上部构造和下部构造的结构构件，考虑到其在于实际运用中对于传递结构受力和位移的重要作用，为提高桥梁的耐久性和安全性，对支座进行隔震性设计已经成为现有桥梁设计中不可或缺的一部分。采用适当的隔震支座，可以在提供稳定的竖向刚度的同时以偏柔性的横向刚度耗散汽车荷载和地震荷载的振动响应，以减少振动对梁体和桥墩造成的不利影响。因此，如何既能保证足够的竖向承载力又能在水平方向协调上部结构和下部结构的变形就成了隔震支座的设计核心。
传统的板式橡胶支座，虽然具有足够的竖向变形和较大的剪切变形能力，但囿于其形状和材料的限制，一方面，板式橡胶支座在水平方向对于顺桥向和横桥向所提供的刚度是相同的，而桥梁在纵向和横向对于汽车荷载和地震荷载的动力响应是不同的，因此，板式橡胶支座无法同时满足两个方向对变形协调的要求；另一方面，橡胶支座的竖向刚度不足，长期承受上部构造传递的竖向压力，塑性增大而弹性降低，在发生竖向变形后不能很快的恢复，竖向耗能能力较差。另外，现有橡胶支座局限性在于对不同方向的振动响应单一，难以同时协调荷载作用下纵桥向和横桥向的不同变形。且设计工艺繁琐，生产难度大，不易投入到实际应用中。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种水平异性刚度隔震支座，在顺桥向和横桥向有不同剪切刚度并有较强复位能力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种水平异性刚度隔震支座，包括底座、支撑柱、弧形的耗能板、连接柱和用于消耗竖向地震力的阻尼装置；
两个耗能板水平设置在底座上，且两个耗能板的外圆弧面相邻设置，底座横桥向的两侧设置有顺桥向滑槽，耗能板的两端分别与顺桥向滑槽连接，耗能板能够沿顺桥向滑槽移动，用于消耗顺桥向的地震力，支撑柱的下端卡接在耗能板上，并且能够沿耗能板的长度方向移动，用于消耗横桥向使我地震力，支撑柱的顶部通过阻尼装置与连接柱连接，连接柱的顶部设置有顶板。
可选的，所述顺桥向滑槽的两端嵌装有改性橡胶，改性橡胶的端部设置有挡板，耗能板的端部通过第一导杆与顺桥向滑槽连接，第一导杆的下端插入顺桥向滑槽中，并位于两个挡板之间。
可选的，所述顺桥向滑槽的顶部设置有密封板，密封板与底座连接，第一导杆位于密封板的底部。
可选的，所述底座的顶面涂敷有聚四氟乙烯涂层，耗能板在聚四氟乙烯涂层上移动。
可选的，所述支撑柱的底部设置有两个与耗能板相匹配的凹槽，支撑柱通过凹槽卡接在耗能板的顶部。
可选的，所述耗能板的中部设置有横桥向滑槽，支撑柱的底部的凹槽中设置有第二导杆，第二导杆设置在横桥向滑槽中，且第二导杆的长度小于横桥向滑槽的长度。
可选的，所述横桥向滑槽的两端嵌装有改性橡胶，改性橡胶的端部设置有挡板，第二导杆位于两个挡板之间。
可选的，所述支撑柱的顶部还设置有高弹橡胶，连接柱设置在高弹橡胶的顶部。
可选的，所述阻尼装置包括两个阻尼器，阻尼器包括钢板和连接板，钢板和连接板之间填充有天然橡胶，钢板和连接板的两端通过橡胶保护层连接；
连接柱下端的中心设置有固定板，固定板上设置有多个水平的横杆，两个阻尼器对称设置在固定板的两侧，阻尼器的连接板与横杆连接；
支撑柱的中心设置有用于安装阻尼装置的台阶孔，台阶孔包括第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔位于第二安装孔的上方且直径大于第二安装孔，钢板的下端设置在台阶面上，连接板悬空设置在第二安装孔上。
可选的，所述天然橡胶中预埋有多个波浪板，波浪板的波纹沿水平方向设置，阻尼器中设置有多个水平的铅芯杆，铅芯杆的一端与钢板连接，另一端穿过天然橡胶与连接板连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种水平异性刚度隔震支座，包括底座、弧形的耗能板、阻尼装置和顶板；发生地震时，耗能板能够带动支撑柱沿顺桥向发生位移，并在其滞洄变形特性和改性橡胶的弹力下回复，因此能够消耗顺桥向的地震力，同时支撑柱能够沿耗能板的长度方向移动，既横桥向移动，达到消耗横桥向的地震力的目的，通过支撑柱的顺桥向和横桥向的移动进而实现水平地震力的消耗，起到水平隔震的作用；其次，通过阻尼装置消耗垂直方向的地震力，阻止地震力传到至桥梁，起到竖向隔震的作用。
进一步在顺桥向滑槽中设置改性橡胶和挡板，挡板对改性橡胶起到保护的作用，改性橡胶能够产生水平的阻尼力，同时给耗能板在顺桥向上提供位移空间，避免由于耗能板由于被限制位移而过早破坏，同时，耗能板产生的大位移能够消耗水平的地震力，起到隔震效果。
进一步在底座的顶面设置聚四氟乙烯涂层，降低底座与耗能板之间的摩擦系数。
在支撑柱的顶部设置高弹橡胶，给隔震装置提供竖向刚度，同时消耗竖向的地震力，起到隔震作用。
该阻尼装置通过天然橡胶的变形消耗竖向的地震力，起到竖向隔震的作用。
该阻尼装置由钢板、天然橡胶、波浪板及铅芯杆组成的对称分布的结构，且厚钢板和部分天然橡胶，上部和下部设有密封橡胶，防止内部构件老化，用横向刚性杆与连接柱连接，形成一个设置在支撑柱内，简化与支撑住的连接且发挥竖向隔震作用；橡胶内有波浪形多孔钢板，波浪形多空钢板用于增强与橡胶的连接能力、提供竖向刚度和弹性恢复力。
附图说明
图1为本发明隔震支座的俯视图；
图2为本发明隔震支座的剖视图；
图3是图2中A-A剖面图；
图4是波浪板的结构示意图。
图中：其中：1-底座，2-连接柱，3-顺桥向滑槽，4-聚四氟乙烯涂层，5-第一导杆，6-支撑柱，7-天然橡胶，8-波浪板，9-高弹橡胶，10-螺栓，11-橡胶保护层，12-横杆，13-铅芯杆，14-钢板，16-螺栓孔，17-密封板，19限位卡件，20-插杆，21-耗能板，22-第二导杆，23-挡板，24-改性橡胶，25-横桥向滑槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种水平异性刚度隔震支座，包括水平隔震机构和安装在顶部的垂直隔震机构；
水平隔震机构包括底座1、支撑柱6和两个耗能板21；耗能板21为采用软钢材料制备的弧形结构，耗能板21水平且对称安装在底座1上，两个耗能板21的外弧面相邻。
如图1所示，底座1的两侧设置有顺桥向滑槽3，耗能板21的端部通过第一导杆5与顺桥向滑槽3连接，并能够沿顺桥向滑槽3移动，顺桥向滑槽3中嵌装有两个改性橡胶24，两个改性橡胶24分别位于顺桥向滑槽3的两端，每个改性橡胶24的端部还设置有挡板23，第一导杆5位于两个挡板23之间，第一导杆5在移动的过程中通过挡板23压缩改性橡胶24，这样能够避免第一导杆5直接压缩改性橡胶导致其容易损坏的问题，延长使用寿命。耗能板21和第一导杆5形成滑动铰，当受到地震作用力时，挡板23和改性橡胶24共同作用限制滑动铰的位移，耗能板在卸载后，耗能板在滞洄变形特性下缓慢恢复后复位。
底座1的表面涂覆有聚四氟乙烯涂层4，用于降低底座1与耗能板21之间的摩擦系数。
顺桥向滑槽3的顶部还设置有密封板17，密封板17位于第一导杆5的顶部，防止第一导杆5自顺桥向滑槽3中脱离，密封板17的两端分别设置有一个限位卡件19，通过限位卡件19将密封板17固定在底座1上，限位卡件19通过插杆20固定在底边上，也可以通过螺栓固定。密封板17覆盖于顺桥向线性滑槽之上，起到防止橡胶弹出和避免橡胶老化的作用。
支撑柱6设置在耗能板21的顶部，支撑柱6的底面设置有与耗能板相匹配的两个凹槽，通过凹槽将支撑柱6卡装在耗能板上，耗能板21沿顺桥向移动时能够带动支撑柱6同步移动。
耗能板21的中部设置有横桥向滑槽25，横桥向滑槽25沿耗能板21长度方向设置，横桥向滑槽25中嵌装有两个改性橡胶24，两个改性橡胶24分别位于横桥向滑槽25的两端，每个改性橡胶24的端部还设置有挡板23，支撑柱6底部凹槽中设置有第二导杆22，第二导杆22插入横桥向滑槽25中，并位于两个挡板23之间，第二导杆22在移动的过程中通过挡板23压缩改性橡胶24。与支撑柱6通过第二导杆22与横桥向滑轨25连接，第二导杆22能在横桥向滑轨25中发生滑动，并在挡板23和改性橡胶24作用下复位。
如图2所示，支撑柱6的顶部设置有两个高弹橡胶9，两个高弹橡胶9沿顺桥向轴线对称设置，高弹橡胶9为弧形结构，外弧面的直径与支撑柱的直径相同，两个高弹橡胶9的两端设置有间隙。高弹橡胶9的底部通过螺栓与支撑柱6连接。高弹橡胶9的顶部设置有连接柱2，连接柱2与支撑轴同轴设置，连接柱2通过螺栓10固定与高弹橡胶9连接。
连接柱2的下端还设置有阻尼装置，支撑柱6中设置有同轴的安装孔，阻尼装置安装在安装孔中，阻尼装置包括两个对称设置的阻尼器。
如图3所示，阻尼器包括弧形的钢板14和连接板，钢板14和连接板之间填充有天然橡胶7，天然橡胶7中填充有波浪板8，波浪板8的波纹沿水平方向设置，波浪板8用于增强与天然橡胶的连接能力并提供竖向刚度和弹性恢复力；天然橡胶7的顶部和底部分别设置有密封橡胶，防止天然橡胶老化，钢板14和连接板的两端通过橡胶保护层11连接。天然橡胶中还设置有水平的铅芯杆13，铅芯杆13的两端分别与钢板14和连接板连接。
如图4所示，波浪板8为波浪形多空钢板。
连接柱2的下端设置有固定板，阻尼器设置在固定板的两侧，固定板中安装有多个水平的横杆12，横杆的两端分别与阻尼器的连接板连接。该安装孔为台阶孔，包括第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔位于第二安装孔的上部且直径大于第二安装孔，阻尼器的钢板14的下端与台阶孔的台阶面上，阻尼器的连接板悬空在第二安装孔的上方。
本实施例中，底座1的上还设置有螺栓孔16，底座通过螺栓与桥墩连接。连接柱2的顶部设置有顶板，顶板通过螺栓与桥体的底面连接。
下面对本发明体用的一种水平异性刚度隔震支座的工作原理进行详细的阐述。
安装有所述水平异性刚度立体隔震支座的桥梁，工作工况分为：桥梁恒载和地震荷载，地震荷载分为小震和设防地震；
当隔震支座仅受桥梁恒载作用时，桥梁恒载通过连接柱2传导至高弹橡胶9，然后传导至支撑柱6，连接柱2、高弹橡胶9、支撑柱6协同提供竖向刚度，承受桥梁竖向荷载。
当隔震支座受地震作用时，支撑柱会同时会发生顺桥向位移和横桥向位移，起到消耗地震力的作用。
当支撑柱顺桥向位移时，支撑柱6相对于底座1产生顺桥向位移，由于支撑柱6与耗能板连接，支撑柱6在移动的过程中带动耗能板21移动，耗能板通过导杆沿顺桥向滑槽3移动，在移动的过程中导杆对顺桥向滑槽3中的改性橡胶24压缩，达到消耗地震能量的目的，同时由于耗能板21采用软钢材料制作，因此耗能板具有良好的滞洄变形性能，在支撑柱6移动的过程中耗能板21产生变形，进一步消耗地震能量，并且支撑柱在耗能板的滞洄性能和改性橡胶24的回弹力的作用下回复至初始位置，进而起到消耗地震作用力的目的。
当支撑柱顺桥向位移时，支撑柱通过第二导杆22安装在耗能板的横桥向滑槽25中，支撑柱6在移动的过程中带动耗能板21沿横桥向移动，同时在移动的过程中导杆对横桥向滑槽25中的改性橡胶24压缩，达到消耗地震能量的目的，在支撑柱6移动的过程中耗能板21产生变形，进一步消耗地震能量，并且支撑柱在耗能板的滞洄性能和改性橡胶24的回弹力的作用下回复至初始位置，进而起到消耗地震作用力的目的。
在垂直方向上，连接杆收到地震力向下移动，首先高弹橡胶受力压缩，同时连接杆带动耗能装置向下移动，在移动的过程中，天然橡胶7和波纹板8受到向下的压力产生变形，进而消耗地震的能力，其次天然橡胶7中设置的铅芯杆13通过变形消耗竖向地震能量，通过高弹橡胶和阻尼装置卸载地震力后，在弹性的作用下恢复到恒载工作工况。
该隔震支座通过在底座和支撑柱之间的聚四氟氯乙烯涂层，降低摩擦因数，底座和支撑柱可以发生较大相对位移，即使遇到较大地震，也可以很容易的耗散上部结构和下部结构的水平方向剪力，阻隔地震能量向上传递；
其次，支撑柱通过横桥向滑槽与耗能板连接，耗能板通过顺桥向滑槽与底座连接，在滑槽中设置改性橡胶，在支撑柱和耗能板的移动过程中挤改性压橡胶发生滑动，改性橡胶的弹性可以限制支撑柱发生骤然位移，提高了支座的抗冲击能力，避免支座发生剪切破坏；同时，橡胶和耗能板可以在发生变形后提供很好的恢复力，使支撑柱在外荷载撤去后回复原位，保证在反复荷载作用下正常工作。
当耗能板失效后，仅需松开第一导杆取下失效后的耗能板，即可进行更耗能板，解决了耗能板失效后维修困难的问题。
另外，连接柱和支撑柱通过高弹橡胶和阻尼器连接，在高弹橡胶和阻尼器协同作用下使连接柱和支撑柱竖向回复作用，解决传统隔震支座竖向恢复力不足的问题，减轻地震造成的竖向震动。
综上所示，该水平异性刚度隔震支座，结构设计合理，且结构简单，容易实现，能充分发挥减轻结构动力反应的作用。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水平异性刚度隔震支座，其特征在于，包括底座(1)、支撑柱(6)、弧形的耗能板(21)、连接柱(2)和用于消耗竖向地震力的阻尼装置；
两个耗能板水平设置在底座(1)上，且两个耗能板的外圆弧面相邻设置，底座(1)横桥向的两侧设置有顺桥向滑槽(3)，耗能板(21)的两端分别与顺桥向滑槽(3)连接，耗能板(21)能够沿顺桥向滑槽(3)移动，用于消耗顺桥向的地震力，支撑柱(6)的下端卡接在耗能板(21)上，并且能够沿耗能板(21)的长度方向移动，用于消耗横桥向使我地震力，支撑柱(6)的顶部通过阻尼装置与连接柱(2)连接，连接柱(2)的顶部设置有顶板。
2.根据权利要求1所述异性刚度隔震支座，其特征在于，所述顺桥向滑槽(3)的两端嵌装有改性橡胶(24)，改性橡胶的端部设置有挡板，耗能板(21)的端部通过第一导杆(5)与顺桥向滑槽(3)连接，第一导杆(5)的下端插入顺桥向滑槽(3)中，并位于两个挡板之间。
3.根据权利要求2所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述顺桥向滑槽(3)的顶部设置有密封板(17)，密封板(17)与底座(1)连接，第一导杆(5)位于密封板(17)的底部。
4.根据权利要求1所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述底座(1)的顶面涂敷有聚四氟乙烯涂层(4)，耗能板(21)在聚四氟乙烯涂层(4)上移动。
5.根据权利要求1所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述支撑柱(6)的底部设置有两个与耗能板相匹配的凹槽，支撑柱(6)通过凹槽卡接在耗能板(21)的顶部。
6.根据权利要求5所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述耗能板(21)的中部设置有横桥向滑槽(25)，支撑柱的底部的凹槽中设置有第二导杆(22)，第二导杆(22)设置在横桥向滑槽(25)中，且第二导杆(22)的长度小于横桥向滑槽(25)的长度。
7.根据权利要求6所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述横桥向滑槽(25)的两端嵌装有改性橡胶，改性橡胶的端部设置有挡板，第二导杆(22)位于两个挡板之间。
8.根据权利要求1所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述支撑柱(6)的顶部还设置有高弹橡胶(9)，连接柱(2)设置在高弹橡胶(9)的顶部。
9.根据权利要求1所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述阻尼装置包括两个阻尼器，阻尼器包括钢板(14)和连接板，钢板(14)和连接板之间填充有天然橡胶(7)，钢板(14)和连接板的两端通过橡胶保护层(11)连接；
连接柱(2)下端的中心设置有固定板，固定板上设置有多个水平的横杆，两个阻尼器对称设置在固定板的两侧，阻尼器的连接板与横杆连接；
支撑柱的中心设置有用于安装阻尼装置的台阶孔，台阶孔包括第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔位于第二安装孔的上方且直径大于第二安装孔，钢板(14)的下端设置在台阶面上，连接板悬空设置在第二安装孔上。
10.根据权利要求9所述水平异性刚度隔震支座，其特征在于，所述天然橡胶(7)中预埋有多个波浪板，波浪板(8)的波纹沿水平方向设置，阻尼器中设置有多个水平的铅芯杆(13)，铅芯杆(13)的一端与钢板(14)连接，另一端穿过天然橡胶(7)与连接板连接。
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