CN109811651A - 一种大阻尼双曲面减隔震球型支座 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提出一种具有大阻尼的双曲面减隔震球型支座，通过在现有双曲面减隔震球型支座的基础上增设阻尼装置及相应的运动装置以增加支座在地震时的阻尼，消耗地震能量，从而实现支座减震与隔震的有效结合，大幅度提高支座的减隔震功能，达到有效控制支座震后位移的目的。本发明具备双曲面减隔震球型支座的良好隔震功能及地震后自动复位功能，同时通过阻尼装置增加了支座的阻尼力，降低桥梁地震动峰值加速度，有效保证桥梁结构安全，同时由于阻尼装置具有良好的耗能作用，可大幅度减小桥梁地震能量。本发明滞回曲线饱满，耗能能力远大于双曲面减隔震球型支座及其他抗震产品，特别适用于高烈度、长场地周期区域桥梁抗震结构。
Description
技术领域
本发明属于桥梁及建筑结构领域，涉及一种具有大阻尼功能的双曲面球型减隔震支座产品。
背景技术
近年来，随着桥梁抗震设技术的发展，越来越多的桥梁需要采用减隔震设计方案，目前常见的减震产品有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座以及金属非线性耗能支座等，其中铅芯支座及高阻尼橡胶支座初始刚度低、地震位移小，耐久性差等缺点在重要桥梁中应用较少，金属非线性耗能支座有较大的初始刚度和优异的耗能性，但震后阻尼副发生明显弹朔性变形，不能自动复位，需要更换金属阻尼副，使用受到限制，摩擦摆支座具有良好的减震功能及隔震功能，并且震后具有自回复功能，是一种较为理想的桥梁抗震产品，但由于摩擦摆支座摩擦系数较小，阻尼较小，耗能能力有限，在高烈度地区难以控制桥梁震后位移。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有大阻尼的双曲面减隔震球型支座，通过在现有双曲面减隔震球型支座的基础上增设阻尼装置及相应的运动装置以增加支座在地震时的阻尼，消耗地震能量，从而实现支座减震与隔震的有效结合，大幅度提高支座的减隔震功能，达到有效控制支座震后位移的目的。本发明具备双曲面减隔震球型支座的良好隔震功能及地震后自动复位功能，同时通过阻尼装置增加了支座的阻尼力，减少支座在地震时的冲突力，降低桥梁地震动峰值加速度，有效保证桥梁结构安全，同时由于阻尼装置具有良好的耗能作用，可大幅度减小桥梁地震能量。本发明滞回曲线饱满，耗能能力远大于双曲面减隔震球型支座及其他抗震产品，特别适用于高烈度、长场地周期区域桥梁抗震结构。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，包括下座板、上座板、球冠衬板、阻尼装置，所述下座板与上座板之间形成容纳部，球冠衬板在容纳部内转动运动，球冠衬板与下座板的接触处形成金属滑板--非金属滑板的摩擦副，球冠衬板与上座板的接触处形成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副，在上座板的上方设置顶座板，上座板与顶座板在接触处形成非金属滑板--金属滑板的平面滑动摩擦副，在下座板上设置限位装置，限位装置被配置为第一使用状态下传递水平方向的作用力。
优选的，下座板的凹球面与球冠衬板的下凸球面、上座板的凹球面与球冠衬板的上凸球面形成支座的转动机构，在下座板的凹球面及上座板的凹球面上分别包覆球面不锈钢滑板，与球冠衬板上、下凸球面凹坑内镶嵌的球面非金属滑板组成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副。
优选的，所述支座的上座板的上平面与顶座板的下平面形成支座平面滑动机构，上座板上平面凹坑内镶嵌的平面非金属滑板与顶座板下平面包覆的平面不锈钢滑板组成平面滑动摩擦副。
优选的，所述的限位装置包括限位板和剪切销，剪切销被配置为将限位板固定，限位板在第一使用状态下对减隔震摩擦副水平方向的运动限位约束。
优选的，在限位板上设置有连接螺栓，在地震力作用下，连接螺栓与剪切销能够被剪断，限位装置约束解除时，支座的两曲面摩擦副之间进行复合运动。
优选的，所述支座的上座板的侧平面与顶座板的侧平面形成支座导向平面滑动机构，上座板侧平面凹坑内镶嵌的平导向滑板与顶座板侧平面包覆的导向不锈钢滑板组成导向平面滑动摩擦副。
优选的，所述阻尼装置包括在上座板上设置粘滞阻尼器，粘滞阻尼器的两端分别设有滑块，滑块与的挡块形成滑动摩擦副和反力传递机构，挡块固定在下座板上，支座的滑块与挡块之间形成滑动摩擦副。
优选的，所述粘滞阻尼器的活塞杆两端与滑块形成转动铰接结构，适应支座在地震状态发生曲面运动产生的转角。
优选的，所述支座的滑块与挡块形成滑动摩擦副，滑块侧平面凹坑内镶嵌的滑块滑板与挡块侧面包覆的不锈钢滑板组成滑动摩擦副。
优选的，所述的支座分为单向(纵向或横向)支座、多向支座或固定支座结构型式；阻尼装置呈纵横桥向设置，或者单桥向设置。
本发明的有益效果如下：
1)本发明提出的大阻尼双曲面减隔震球型支座，正常运行时，支座上板通过固定于下座板上的限位销进行限位，支座在曲面上只发生转动而不发生相对滑动，此时粘滞阻尼器活塞与缸体不发生相对运动，阻尼器不进行工作，支座的转动由上、下支座板间的曲面摩擦副实现，同时阻尼器与挡块之间的转动由滑块与活塞杆间的球面转动摩擦副实现。支座正常位移由支座顶座板与上座板之间的平面摩擦副来实现，保证桥梁正常运行的要求。
2)发生小震时，支座的限位装置被剪断，支座曲面摩擦副滑移约束被解除，支座上座板相对于下座板在曲面上发生滑移，通过梁部结构在曲面上滑动将动能转变为势能，降低地震动峰值加速度，并且在支座滑移过程中通过摩擦副间的摩擦进行耗能，实现支座的减隔震功能。另一方面，随着支座上座板的滑动，带动阻尼器的缸体相对于阻尼器活塞进行滑动，阻尼器产生较大的粘滞阻尼力，并随着运动速度增大，阻尼力增大，在运动中耗散地震能量，大幅度提高支座的减隔震效果，实现支座良好的减隔震功能。
通过本发明，实现了大阻尼、高耗能双曲面减隔震球型支座功能，克服了普通双面减隔震球型支座耗能小，对高烈度、长震动周期场地不适应问题，解决了高烈度、长震动周期场地桥梁抗震设计难题，是一种较为理想的抗震产品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的大阻尼双曲面减隔震球型支座结构示意图；
图2为本发明的大阻尼双曲面减隔震球型支座俯视示意图；
图3为本发明的大阻尼双曲面减隔震球型支座阻尼器滑动装置局部放大示意图；
图4为本发明的大阻尼双曲面减隔震球型支座的阻尼器固定块主视结构示意图；
图5为本发明的大阻尼双曲面减隔震球型支座的阻尼器固定块右视结构示意图；
图6为本发明的多向型大阻尼双曲面减隔震球型支座结构示意图。
图7为本发明的固定型大阻尼双曲面减隔震球型支座结构示意图。
图8为本发明的单方向布置阻尼装置的大阻尼双曲面减隔震球型支座结构示意图。
其中：1、下座板，2、键，3、螺栓，4、挡块，5、挡块不锈钢滑板，6、滑块滑板，7、滑块，8、阻尼器固定块，9、螺栓，10、粘滞阻尼器，11、上座板，12、顶座板，13、平面不锈钢滑板，14、平面非金属滑板，15、导向滑板，16、导向不锈钢滑板，17、球冠衬板，18、球面非金属滑板，19、球面不锈钢滑板，20、转动滑板，21、转动不锈钢滑板，22、限位板，23、连接螺栓，24、剪切销。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1～图5所示，本发明公开了一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，包括下座板1、上座板11、球冠衬板17、阻尼装置，所述下座板1与上座板11之间形成容纳部，在容纳部内设置球冠衬板17，球冠衬板17能够在容纳部内转动运动，球冠衬板17与下座板1的接触处形成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副，球冠衬板17与上座板11的接触处形成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副，球冠衬板17与下座板1、上座板11形成双曲面的摩擦副，在上座板11的上方设置顶座板12，上座板11与顶座板12在接触处形成非金属滑板--金属滑板的平面滑动摩擦副，在下座板1上设置限位装置，限位装置被配置为第一使用状态下传递水平方向的作用力。
所述的第一使用状态即为支座在没有受到地震力作用时，正常使用的使用状态，第二使用状态为支座受到地震力破坏后的使用状态。
优选的，所述的限位装置包括限位板22和剪切销24，剪切销24被配置为将限位板22固定，限位板22在第一使用状态下对减隔震摩擦副水平方向的运动限位约束，所述的减隔震摩擦副包括曲面滑动摩擦副和平面滑动摩擦副。
作为本发明的一些实施例，所述限位板22与球冠衬板17在接触处形成转动摩擦副。具体的，在球冠衬板17上设置转动滑板20，对应的，在限位板22上设置转动不锈钢滑板21，配和的保证支座在曲面上只发生转动而不发生相对滑动。
进一步的，在限位板22上设置有连接螺栓23，连接螺栓23进一步保证了限位板22与下座板1连接的稳定性。
在地震力作用下，连接螺栓23与剪切销24被剪断，支座限位约束解除时，处于第二使用状态，支座在两曲面摩擦副之间进行复合运动，实现梁部结构在曲面上摆动，达到减隔震功能。
优选的，作为本发明的一些实施例，所述阻尼装置包括在上座板11上设置粘滞阻尼器10，粘滞阻尼器10的两端分别设有滑块7，滑块7与的挡块4形成滑动摩擦副和反力传递机构，挡块4固定在下座板1上。
作为本发明的一些实施例，所述粘滞阻尼器10至少设置两个，两个粘滞阻尼器10设置在上座板11的两侧，并沿着上座板11的中心线对称布置，避免梁部结构在摆动时，粘滞阻尼器10耗能能力的可靠性与安全性。
进一步的，支座的滑块7与挡块4之间形成滑动摩擦副，适应粘滞阻尼器10在支座上的横向滑移。具体的，在滑块7侧平面凹坑内镶嵌的滑块滑板6，在挡块4侧面包覆不锈钢滑板5，滑块滑板6与不锈钢滑板5组成该滑动摩擦副。
优选的，所述粘滞阻尼器10的活塞杆两端与滑块7形成转动铰接结构，适应支座在地震状态发生曲面运动产生的相对转角。具体的，所述粘滞阻尼器10的活塞杆两端分别设置为凸球面结构，凸球面结构与滑块7的凹球面相配合，形成转动铰接结构。
作为本发明的一些实施例，所述的粘滞阻尼器10在上座板11上可以为单桥向设置，也可以多向设置。
实施例2，具体的，所述支座主要由下座板1、键2、挡块4、挡块不锈钢滑板5、滑块滑板6、滑块7、阻尼器固定块8、粘滞阻尼器10、上座板11、顶座板12、平面不锈钢滑板13、平面非金属滑板14、导向滑板15、导向不锈钢滑板16、球冠衬板17、球面非金属滑板18、球面不锈钢滑板19、限位板22、连接螺栓23、剪切销24等部件组成。
本发明的下座板1的凹球面与球冠衬板17的下凸球面、上座板11的凹球面与球冠衬板17的上凸球面形成支座的转动机构，下座板1的凹球面与上座板11的凹球面形成容纳球冠衬板17转动运动的容纳部，下座板1的凹球面及上座板11的凹球面上分别包覆球面不锈钢滑板19，与球冠衬板17上、下凸球面凹坑内镶嵌的球面非金属滑板18组成转动摩擦副，适应上部梁体结构的转动需求。在地震力作用下，连接螺栓23与剪切销24被剪断，支座限位约束解除时支座在两曲面摩擦副之间进行复合运动，实现梁部结构在曲面上摆动，达到减隔震功能。
本发明的支座的上座板11的上平面与顶座板12的下平面形成支座平面滑动机构，上座板11上平面凹坑内镶嵌的平面非金属滑板14与顶座板12下平面包覆的平面不锈钢滑板13组成平面滑动摩擦副，适应上部梁体结构的水平滑移需求。
本发明的支座的限位板22与剪切销24组成支座的限位装置，在正常运行状态下传递水平方向的作用力；在地震状态下限位销发生剪断破坏，支座减隔震摩擦副约束解除并在球面上进行钟摆式滑动从而达到支座减隔震的目的。
本发明的支座的两侧分别设有粘滞阻尼器10，粘滞阻尼器10的缸体部分固定于上座板11的卡槽中并用阻尼器固定块8及螺栓9进行固定，粘滞阻尼器10的活塞杆两端分别设有滑块7与下座板1上面固定的挡块4形成滑动摩擦副和反力传递机构。
本发明的支座的滑块7与挡块4形成滑动摩擦副，滑块7侧平面凹坑内镶嵌的滑块滑板6与挡块4侧面包覆的不锈钢滑板5组成滑动摩擦副，适应粘滞阻尼器10在支座上的横向滑移。
本发明的支座在粘滞阻尼器10的活塞杆两端分别设置为凸球面结构与滑块7的凹球面相配合，形成转动铰接结构，适应支座在地震状态发生曲面运动产生的相对转角，实现传力平稳。
本发明的支座可分为单向(纵向或横向)支座、多向支座和固定支座结构型式。
图6和图7公开了多向型大阻尼双曲面减隔震球型支座结构和固定型大阻尼双曲面减隔震球型支座结构。
本发明可以根据桥梁抗震计算具体情况设置纵横桥向阻尼装置，也可单桥向布置阻尼装置。
图8公开了本发明的单方向布置阻尼装置的大阻尼双曲面减隔震球型支座的一种结构。
本发明可以大大提高支座地震运动时的阻尼力，大大提高了支座的耗能能力，解决了高烈度、长震动周期场地桥梁抗震设计难题。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于，包括下座板(1)、上座板(11)、球冠衬板(17)、阻尼装置，所述下座板(1)与上座板(11)之间形成容纳部，球冠衬板(17)能够在容纳部内转动运动，球冠衬板(17)与下座板(1)的接触处形成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副，球冠衬板(17)与上座板(11)的接触处形成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副，在上座板(11)的上方设置顶座板(12)，上座板(11)与顶座板(12)在接触处形成非金属滑板--金属滑板的平面滑动摩擦副，在下座板(1)上设置限位装置，限位装置被配置为第一使用状态下传递水平方向的作用力。
2.根据权利要求1所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：下座板(1)的凹球面与球冠衬板(17)的下凸球面、上座板(11)的凹球面与球冠衬板(17)的上凸球面形成支座的转动机构，在下座板(1)的凹球面及上座板(11)的凹球面上分别包覆球面不锈钢滑板(19)，与球冠衬板(17)上、下凸球面凹坑内镶嵌的球面非金属滑板(18)组成金属滑板--非金属滑板的曲面转动摩擦副。
3.根据权利要求1所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述支座的上座板(11)的上平面与顶座板(12)的下平面形成支座平面滑动机构，上座板(11)上平面凹坑内镶嵌的平面非金属滑板(14)与顶座板(12)下平面包覆的平面不锈钢滑板(13)组成平面滑动摩擦副。
4.根据权利要求1所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述的限位装置包括限位板(22)和剪切销(24)，剪切销(24)被配置为将限位板(22)固定，限位板(22)在第一使用状态下对减隔震摩擦副水平方向的运动限位约束。
5.根据权利要求4所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：在限位板(22)上设置有连接螺栓(23)，在地震力作用下，连接螺栓(23)与剪切销(24)能够被剪断，限位装置约束解除时，支座的两曲面摩擦副之间进行复合运动。
6.根据权利要求3所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述支座的上座板(11)的侧平面与顶座板(12)的侧平面形成支座导向平面滑动机构，上座板(11)侧平面凹坑内镶嵌的平导向滑板(15)与顶座板(12)侧平面包覆的导向不锈钢滑板(16)组成导向平面滑动摩擦副。
7.根据权利要求1～6之一所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述阻尼装置包括在上座板(11)上设置粘滞阻尼器(10)，粘滞阻尼器(10)的两端分别设有滑块(7)，滑块(7)与的挡块(4)形成滑动摩擦副和反力传递机构，挡块(4)固定在下座板(1)上，支座的滑块(7)与挡块(4)之间形成滑动摩擦副。
8.根据权利要求7所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述粘滞阻尼器(10)的活塞杆两端与滑块(7)形成转动铰接结构，适应支座在地震状态发生曲面运动产生的转角。
9.根据权利要求7所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述支座的滑块(7)与挡块(4)形成滑动摩擦副，滑块(7)侧平面凹坑内镶嵌的滑块滑板(6)与挡块(4)侧面包覆的不锈钢滑板(5)组成滑动摩擦副。
10.根据权利要求8或9所述的一种大阻尼双曲面减隔震球型支座，其特征在于：所述的支座分为单向(纵向或横向)支座、多向支座或固定支座结构型式；阻尼装置呈纵横桥向设置，或者单桥向设置。
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