CN109577178A - 一种自复位三向限位橡胶支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自复位三向限位橡胶支座，包括上支座板(3)、下支座板(14)、放置在上支座板(3)和下支座板(14)之间的橡胶叠层，以及围绕所述橡胶叠层布置且两端分别连接所述上支座板(3)和下支座板(14)的形状记忆合金绞线(8)。与现有技术相比，本发明不仅在水平与竖向地震作用下具有良好的减震和限位能力，防止桥梁落梁破坏，同时可以在地震时促进桥梁的自复位，并且提供耗能能力，最大程度地降低桥墩的损伤，提高桥梁的可恢复性能。

Description

一种自复位三向限位橡胶支座

技术领域

本发明涉及一种减震支座，尤其是涉及一种自复位三向限位橡胶支座。

背景技术

在桥梁结构中，通常需要在桥梁上部结构和下部结构之间安装支座来抵抗外荷载、温度变化、地震等作用。现在应用较广的例如橡胶支座能够稳定地支承上部结构，能够减少地震能量在竖向的传递，但是其水平刚度较低，容易在大震下产生不可控的剪切变形，造成支座损坏，甚至落梁，引发严重后果。

中国专利CN201410385289.3公开了一种单向减隔震铅芯橡胶支座，橡胶钢板叠层下端固定在下支座板，上端叠放聚四氟乙烯板和镜面不锈钢板，被限制在具有一定纵向长度的限位板中，限位板通过螺栓与上支座板固定，支座中央设置预留孔，由上支座板插入通长的铅芯至橡胶钢板叠层底部。这种支座在正常使用过程中是一个固定支座，在较大水平力作用下铅芯被剪断，利用上支座板的滑动和橡胶钢板叠层整体的剪切变形抵抗水平向的作用，但是这种抗震支座设计有三个非常突出的问题：第一，上支座板的滑动只能产生一定的位移，并不能实现有效的耗能，由于无缓冲机制，在位移瞬间达到极限时会产生冲击。第二，橡胶钢板叠层整体产生虽然能产生剪切变形，但是这种变形是不可控的因素，当横向地震作用过大，很可能发生剪切破坏，造成严重的后果。第三，该种支座形式在竖向未提供相应的限位装置，在较大的竖向作用下，上支座板和限位板很容易与下部结构脱离，如果同时存在水平位移则会出现支座的破坏。

中国专利CN201510645626.2公开了一种可调式钢索限位隔震橡胶支座，钢索两端通过螺栓固接在上下支座板预留孔中。该支座同样有两个较为严重的问题存在：首先是使用钢索进行限位，由于钢索耗能性能较低，在水平作用下并不能起到很好的减震效果，同时在高应力状态下会产生较大的塑性变形，在受到一定的水平作用后不易恢复。其次，这种绞线安装形式未充分考虑上下支座板的移动，当相对移动产生时，上、下支座板内边缘就会产生两个剪切面，极容易造成钢索剪切破坏，降低了支座的可靠性。最后，钢索的耐久性较差，在长期使用过程中增加了检修和更换成本，同时这种钢索安装形式过于简单，灵活性极差，在复杂多变的地震作用条件下不具有广泛的适用性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自复位三向限位橡胶支座。

本发明采用基于形状记忆合金绞线的一种三向自复位的橡胶支座能够更好地抵抗地震作用，同时具有良好的耐久性，解决目前桥梁支座水平和竖直两个方向抗震性能和限位能力方面的不足。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自复位三向限位橡胶支座，包括上支座板、下支座板、放置在上支座板和下支座板之间的橡胶叠层，以及围绕所述橡胶叠层布置且两端分别连接所述上支座板和下支座板的形状记忆合金绞线。

进一步的，所述形状记忆合金绞线的两端分别通过球铰螺母固定在上支座板和下支座板上。

更进一步的，所述形状记忆合金绞线两端用高温液态金属固接在空心螺杆内，所述空心螺杆外部螺纹与球铰螺母相连接。

进一步的，所述空心螺杆尾部还安装有紧固螺母，使连接更加可靠稳固，同时可通过调节紧固螺母实现形状记忆合金绞线长度的调整，也可以实现拆卸和更换。

进一步的，所述上支座板和下支座板上预留多个用于放置球铰螺母的孔，所述孔的剖面形状为酒杯型，能够实现球铰螺母的大角度的自由转动以及孔内球铰螺母上下移动的灵活性。

进一步的，所述形状记忆合金绞线采用超弹性形状记忆合金单丝缠绕而成。

进一步的，所述形状记忆合金绞线的长度大于上支座板和下支座板的间距，所述形状记忆合金绞线的直径、长度、数量应根据设计需求及结构具体地震响应合理选取。

进一步的，所述橡胶叠层包括上封板和下封板，所述上封板和下封板之间形成空腔，所述空腔内交替放置有夹层钢板和夹层橡胶，所述橡胶叠层四周包裹有保护层橡胶。

进一步的，所述上支座板的下表面和上支座板的上表面均设置有凹槽，所述凹槽直径与橡胶叠层直径一致，所述凹槽深度为1cm。

进一步的，所述上支座板和下支座板上均垂直固定有与桥梁结构锚固连接的端部弯曲锚固件，所述端部弯曲锚固件通过锚固螺栓固定在上支座板和下支座板上，采用端部弯曲锚固件不仅能够保证水平向的可靠锚固，同时也可以增加竖向的抗拔能力，相较传统的套筒锚固性能更加优秀。

更进一步的，所述端部弯曲锚固件与上支座板和下支座板的连接处均设有橡胶垫圈进行缓冲保护。

进一步的，形状记忆合金绞线的安装位置不限于橡胶的两侧，其可以安装在橡胶叠层四周的任意部位。

进一步的，形状记忆合金绞线的安装数量可以为满足设计参数条件下的合适数量。

进一步的，安装形状记忆合金绞线的支座本体也可以采用其他支座形式，例如铅芯橡胶支座等，同时可以设计成固定或者半固定支座。

超弹性形状记忆合金绞线作为一种新型智能材料，具有强度高、耐久性好、变形耗能能力强以及能够实现自复位等优良特性。在地震产生较大横向或竖向作用时，将其合理安装于桥梁支座上可以限制上、下支座板相对位移，防止桥面板脱落，利用其优良的变形耗能能力大幅降低传递到桥墩上的能量，利用其超弹性特性可实现震后支座的自复位，同时根据其耐久性高的特性可减少支座拉索构件的检修和更换。

本发明的自复位三向限位橡胶支座，在自然状态下，形状记忆合金绞线自然松弛，下支座板中的球铰螺母未与孔圆弧接触面紧密接触；工作状态下，形状记忆合金绞线处于绷紧的高应力状态，下支座板中的球铰螺母与板孔圆弧接触面紧密接触，且球铰螺母随形状记忆合金绞线伸长自适应转动一个角度。

在小震和一般荷载作用下，通过剪切变形的形式，支座可在任意方向产生一定范围的相对位移；在大震作用过程中，水平作用下，上支座板和下支座板由于剪切变形所产生的相对位移达到预留形状记忆合金绞线的长度极限，形状记忆合金绞线承受较大的瞬时应力同时产生一定的变形，实现有效耗能和位移控制，避免桥面板的脱落，震后具有较好的自复位能力，且经过更换损伤构件之后，支座能够快速恢复使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、形状记忆合金绞线由于连接在可实现多角度自由转动球铰螺母上，不仅能够使得形状记忆合金绞线能够限制上支座板和下支座板之间任意方向的水平相对位移，同时也可以有效限制上支座板和下支座板之间竖直方向的相对位移；

2、本发明能够在正常使用时或者较小地震水平作用下保持一定的水平位移灵活性，当地震作用较大时，其能够有效限制上下支座板之间水平和竖直方向的相对位移；

3、在允许支座一定量水平向和竖直向相对位移的情况下，大幅提高了其在地震作用下的耗能能力以及可靠性，还增加了震后自复位和桥面板多向限位功能，这对抗震桥梁支座的设计提供了更好的技术支持；

4、形状记忆合金绞线在支座长期服役过程中性能的耐久性，形状记忆合金不仅自身耐久性能非常好，同时该方案的连接方式更方便检修和更换；

5、形状记忆合金绞线不仅可以实现自复位与耗能，同时可以实现方便的替换和检修，避免了震后不可逆破坏造成的桥梁的大修，从技术上解决了桥梁震后可恢复的问题。

附图说明

图1是本发明一种自复位三向限位橡胶支座俯视图；

图2是本发明一种自复位三向限位橡胶支座图1中A-A截面的剖视图；

图3是本发明一种自复位三向限位橡胶支座图1中B-B截面的剖视图；

图4是本发明一种自复位三向限位橡胶支座水平作用下的滑移变形俯视图；

图5是本发明一种自复位三向限位橡胶支座图4中C-C截面的变形剖视图；

图6是本发明一种自复位三向限位橡胶支座竖直作用下图1中A-A截面的变形剖视图；

图7是本发明一种自复位三向限位橡胶支座球铰螺母连接的细节示意图。

图中标号所示：

1、端部弯曲锚固件，2、橡胶垫圈，3、上支座板，4、紧固螺母，5、球铰螺母，6、空心螺杆，7、锚固螺栓，8、形状记忆合金绞线，9、上封板，10、夹层橡胶，11、夹层钢板，12、保护层橡胶，13、下封板，14、下支座板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种自复位三向限位橡胶支座，如图1-3所示，包括：端部弯曲锚固件1、橡胶垫圈2、上支座板3、紧固螺母4、球铰螺母5、空心螺杆6、锚固螺栓7、形状记忆合金绞线8、上封板9、夹层橡胶10、夹层钢板11、保护层橡胶12、下封板13、下支座板14。夹层钢板11、夹层橡胶10交替叠层放置，底部和上部分别用下封板13和上封板9进行保护，四周包裹保护层橡胶12构成橡胶叠层，橡胶叠层对应放置在上支座板3下表面和下支座板14上表面预留的1cm深的凹槽内；端部弯曲锚固件1利用锚固螺栓7通过对孔安装可靠固定在上支座板3和下支座板14表面，在端部弯曲锚固件1与上支座板3和下支座板14接触的地方都分别用橡胶垫圈2隔离保护。

如图7所示，形状记忆合金绞线8两端用高温液态金属技术固连在空心螺杆6内，空心螺杆6外部螺纹与上支座板3和下支座板14预留孔中球铰螺母5进行连接，并在球铰螺母5尾部安装紧固螺母4实现可靠连接。

如图4-5所示，上支座板3和下支座板14之间产生了较大的水平相对位移，橡胶叠层产生了较大的剪切相对位移，形状记忆合金绞线8被拉紧，球铰螺母5与孔壁紧密接触并均旋转相应的角度以适应水平极限相对位移。由于形状记忆合金绞线8在加载过程中表现出优良的滞回性能，其在此瞬时加载过程中起到良好的缓冲消能效果和限位效果，又因为其具有的超弹性效应，其能够在震后使支座复位，避免了震后支座的复位加工。

如图6所示，上支座板3和下支座板14受到了垂直方向的作用，形状记忆合金绞线8处于绷紧的高应力状态，下支座板14中的球铰螺母5与板孔圆弧接触面紧密接触，且球铰螺母5随形状记忆合金绞线8伸长自适应转动一个角度。形状记忆合金绞线8承受较大的瞬时应力同时产生一定的变形，实现有效耗能和位移控制，避免桥面板的脱落，震后具有较好的自复位能力，且经过更换损伤构件之后，支座能够快速恢复使用。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，包括上支座板(3)、下支座板(14)、放置在上支座板(3)和下支座板(14)之间的橡胶叠层，以及围绕所述橡胶叠层布置且两端分别连接所述上支座板(3)和下支座板(14)的形状记忆合金绞线(8)。

2.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述形状记忆合金绞线(8)的两端分别通过球铰螺母(5)固定在上支座板(3)和下支座板(14)上。

3.根据权利要求2所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述形状记忆合金绞线(8)两端固接在空心螺杆(6)内，所述空心螺杆(6)外部螺纹与球铰螺母(5)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述空心螺杆(6)尾部还安装有紧固螺母(4)。

5.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述上支座板(3)和下支座板(14)上预留多个用于放置球铰螺母(5)的孔，所述孔的剖面形状为酒杯型。

6.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述形状记忆合金绞线(8)采用超弹性形状记忆合金单丝缠绕而成。

7.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述形状记忆合金绞线(8)的长度大于上支座板(3)和下支座板(14)的间距。

8.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述橡胶叠层包括上封板(9)和下封板(13)，所述上封板(9)和下封板(13)之间形成空腔，所述空腔内交替放置有夹层钢板(11)和夹层橡胶(10)，所述橡胶叠层四周包裹有保护层橡胶(12)。

9.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述上支座板(3)的下表面和上支座板(3)的上表面均设置有凹槽，所述凹槽直径与橡胶叠层直径一致。

10.根据权利要求1所述的一种自复位三向限位橡胶支座，其特征在于，所述上支座板(3)和下支座板(14)上均垂直固定有与桥梁结构锚固连接的端部弯曲锚固件(1)，所述端部弯曲锚固件(1)通过锚固螺栓(7)固定在上支座板(3)和下支座板(14)上，所述端部弯曲锚固件(1)与上支座板(3)和下支座板(14)的连接处均设有橡胶垫圈(2)。