CN109898411A - 一种滚球支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁支座领域，公开了一种滚球支座，包括上支座体和下支座体，上支座体和下支座体之间设有支撑构件，支撑构件包括：钢球；上支座体的底面中间部位为凸面，下支座体的顶面中间部位为凹面，下支座体的凹面上放置若干个钢球，上支座体放置在钢球上。本发明提供的一种滚球支座，在上支座体和下支座体之间设置钢球，既可实现支座的竖向支撑功能，同时使得上支座体可相对下支座体进行任意方向的位移，还可实现支座的水平变位、扭转变位等功能。由于利用钢珠采用滚动接触条件，大大提升了支座的地震适应频率范围，同时具有良好的耗能能力，因而有效提高了减隔震效果。

Description

一种滚球支座

技术领域

本发明涉及桥梁支座领域，特别是涉及一种滚球支座。

背景技术

桥梁支座是组成桥梁结构的重要构件之一。常用的桥梁支座有板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球型支座。其中，球型支座因其承载能力大、平动能力大、转动能力大、耐久性能优等特点而得到广泛应用。

桥梁球型支座根据是否容许滑动而分为双向滑动球型支座、单向滑动球型支座和固定球型支座。双向滑动球型支座是指在两个水平方向均可自由滑动的球型支座；单向滑动球型支座是指在一个水平方向可自由滑动、在另一个水平方向不允许滑动的球型支座；固定球型支座是指在两个水平方向均不允许滑动的球型支座。

桥梁在结构设计时需要使用支座作为桥跨结构的支撑部分，能够传递上部结构作用到下部结构的垂直力和水平力，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩等因素作用下的自由变形，以使结构符合实际受力情况，并保护梁端、墩台帽不受损伤，适应梁端位移和转角，因而支座应具有足够的竖向刚度和弹性，能将桥梁上部结构的全部荷载可靠地传递到墩台上。为满足桥梁抗震的需求，桥梁支座往往设置为具有一定减震功能，常见的减隔震支座通常有铅芯橡胶支座、摩擦摆隔震支座(FPS)、高阻尼橡胶支座等。虽然现有减隔震支座具有一定的减隔震效果，但随着时间的推移，往往出现地震残余位移大、仅适用特定频率地震等问题，因而亟待提出频率适应范围大、自回复能力强的新型支座。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种滚球支座，用于解决或部分解决现有桥梁支座存在的减隔震效果不佳、适应地震频率范围小、地震后残余位移较大等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种滚球支座，包括上支座体和下支座体，所述上支座体和所述下支座体之间设有支撑构件，所述支撑构件包括：钢球；所述上支座体的底面中间部位为凸面，所述下支座体的顶面中间部位为凹面，所述下支座体的凹面上放置若干个钢球，所述上支座体放置在所述钢球上。

在上述方案的基础上，所述支撑构件还包括：转动块；所述转动块设置在所述上支座体的凸面和钢球之间，所述转动块的底面为凸面且与钢球接触，所述转动块的顶面为平面且中间部位设有表面呈球面的第一凸出部，所述上支座体的凸面中间部位设有与所述第一凸出部的表面相适应的凹球槽，所述第一凸出部插入所述凹球槽中形成关节状连接结构。

在上述方案的基础上，所述支撑构件还包括：限位环；在所述钢球的外围设置一圈限位环，所述限位环的顶端与所述转动块的凸面贴合相接，所述限位环的底端与所述下支座体的凹面紧密贴合相接或者刚性固定连接。

在上述方案的基础上，所述上支座体的凸面上与所述转动块顶面的边缘位置对应处、沿所述转动块的周向间隔设有若干个盲孔，所述盲孔中设有高强弹簧，所述高强弹簧的顶端插入所述盲孔中且与所述盲孔的孔底相连。

在上述方案的基础上，所述高强弹簧的底端伸出所述盲孔与碰撞件相连，所述碰撞件呈顶端开口的圆筒结构，所述高强弹簧的底端插入所述碰撞件中与所述碰撞件的底端固定连接，所述碰撞件的顶部插入所述盲孔中；所述碰撞件的材质包括缓冲材料。

在上述方案的基础上，在所述第一凸出部与所述凹球槽的连接处以及所述限位环的顶端分别设置摩擦耗能材料层；所述限位环的内侧面设置碰撞缓冲材料层；所述转动块的顶面与所述上支座体的凸面之间粘贴设置碰撞缓冲材料层。

在上述方案的基础上，所述摩擦耗能材料层包括聚四氟乙烯层；所述碰撞缓冲材料层包括柔性填充物层。

在上述方案的基础上，所述上支座体的底面的中间部位设有第二凸出部，所述第二凸出部的底面设为凸面；所述下支座体的顶面的中间部位设有第三凸出部，所述第三凸出部的顶面设为凹面。

在上述方案的基础上，所述上支座体在边缘部位通过高强螺栓与桥梁上部结构相连，所述下支座体在边缘部位通过高强螺栓与桥梁下部结构相连。

在上述方案的基础上，所述第二凸出部和所述第三凸出部的两侧均设有连接件，所述上支座体和所述下支座体在两侧连接件处分别可拆卸连接。

(三)有益效果

本发明提供的一种滚球支座，在上支座体和下支座体之间设置钢球，既可实现支座的竖向支撑功能，同时使得上支座体可相对下支座体进行任意方向的位移，还可实现支座的水平变位、扭转变位等功能。由于采用滚动接触条件，大大提升了支座的地震适应频率范围，同时有效的提高了减隔震效果。且钢球设置在凹面上，钢球整体会产生向心回复力，从而使支座在移位后具有一定的自复位功能，这样可保证该滚球支座地震后具有良好的使用性能。

附图说明

图1为本发明实施例的一种滚球支座的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例的沿图1中B-B面的半剖视示意图；

图3为本发明实施例的沿图1中A-A面和B-B面各一半的剖视示意图；

图4为本发明实施例中碰撞件的局部放大示意图。

附图标记说明：

1—上支座体； 2—下支座体； 3—转动块；

4—第三凸出部； 5—钢球； 6—限位环；

7—第一凸出部； 8—高强弹簧； 9—摩擦耗能材料层；

10—碰撞缓冲材料层； 11—连接件； 12—连接螺栓；

13—第二凸出部； 14—高强螺栓孔； 15—碰撞件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例提供一种滚球支座，参考图1、图2和图3，该支座包括上支座体1和下支座体2，上支座体1和下支座体2之间设有支撑构件，支撑构件包括：钢球5；上支座体1的底面中间部位为凸面，下支座体2的顶面中间部位为凹面，下支座体2的凹面上放置若干个钢球5，上支座体1放置在钢球5上。

本实施例提供的一种滚球支座，在上支座体1和下支座体2之间钢球5，通过钢球5对上支座体1进行支撑。上支座体1底面中间部位的凸面与下支座体2顶面中间部位的凹面相对设置。在上支座体1的凸面和下支座体2的凹面之间设置若干个相同半径的钢球5。

若干个钢球5放置在下支座体2的凹面上，对上支座体1进行支撑。上支座体1的凸面与钢球5接触。该滚球支座在上支座体1和下支座体2之间设置钢球5，既可实现支座的竖向支撑功能，同时使得上支座体1可相对下支座体2进行任意方向的偏转位移，可实现支座的水平变位功能以及增大地震适应频率的范围，提高减隔震效果。

且钢球5设置在凹面上，会对钢球5产生向心回复力，钢球5发生位移后具有自动复位功能，可保证该滚球支座支撑的稳定性，减小或消除地震后结构的残余位移。

进一步地，上支座体1底面的凸面弧度应与下支座体2顶面的凹面弧度相同。即上支座体1的凸面可与下支座体2的凹面贴合在一起。便于钢球5对上支座体1进行稳定的支撑，提高整体结构的稳定牢固性。此时，在钢球5的支撑下，上支座体1的凸面与下支座体2的凹面之间形成等宽均匀的间隙。

进一步地，可根据实际压力需要来设置钢球5的数量。

在上述实施例的基础上，进一步地，支撑构件还包括：转动块3。转动块3设置在上支座体1的凸面和钢球5之间，转动块3的底面为凸面且与钢球5接触，转动块3的顶面为平面且中间部位设有表面呈球面的第一凸出部7，上支座体1的凸面中间部位设有与第一凸出部7的表面相适应的凹球槽，第一凸出部7插入凹球槽中形成关节状连接结构。

即第一凸出部7和凹球槽以关节状连接结构的形式相连。关节状连接结构即关节轴承结构。该连接结构使得第一凸出部7与凹球槽之间可进行任意方向的转动位移，进而上支座体1与转动块3之间可进行任意方向的转动位移，形成一种转动摩擦耗能的结构。

转动块3放置在钢球5上，且底面与钢球5接触。上支座体1放置在转动块3上，且上支座体1的底面中间部位的凸面与转动块3之间以关节状连接。进一步地，转动块3的底面为凸面，且凸面弧度可与下支座体2顶面凹面的弧度一致，使得钢球5可与转动块3进行良好接触以实现稳定牢固支撑。

设置转动块3与上支座体1之间以类似关节连接的结构进行连接，使得上支座体1与转动块3之间的相对位移更加灵活。在转动块3相对下支座体2进行转动位移的同时，上支座体1可始终保持水平状态，以保证与上支座体1连接的桥面的平稳。

在上述实施例的基础上，进一步地，支撑构件还包括：限位环6；在钢球5的外围设置一圈限位环6，限位环6的顶端与转动块3的凸面贴合相接，限位环6的底端与下支座体2的凹面紧密贴合相接或者刚性固定连接。

在转动块3的底面凸面和下支座体2顶面的凹面之间设置一圈限位环6。限位环6的顶端与转动块3接触；限位环6的底端和下支座体2刚性连接。且限位环6的顶端形状与转动块3的凸面形状相适应，即限位环6顶端应为凹面，使得限位环6的顶端可与转动块3贴合接触。

限位环6底端形状与下支座体2的凹面形状相适应，即限位环6底端应为凸面，使得限位环6的底端与下支座体2的凹面贴合接触。进一步地，限位环6可设置在钢球5的外围。限位环6呈一圈环状将钢球5包围起来。设置限位环6可对转动块3和上支座体1进行更加平稳牢固的支撑，保证支座的刚度要求；且可防止钢球5从转动块3与下支座体2之间掉落。

进一步地，限位环6可为呈环状的钢柱结构。

设置限位环6可使钢球5处于密封环境，从而提高使用寿命，保证支座的正常使用。进一步地，限位环6的顶部与转动块3之间活动相接，限位环6的顶部通过摩擦耗能材料层9与转动块3的凸面相连。

限位环6的顶部可不与转动块3固定连接，而是活动相接。这是因为在滚球支座使用过程中，转动块3相对下支座体2会发生各个角度的位移或转动，如果将限位环6的顶部直接与转动块3相连，则限位环6不仅会受到挤压，还会发生扭转，容易造成损坏而影响密封效果。

因此，可设置限位环6的顶部不与转动块3固定相连。为了保证转动块3和下支座体2之间形成密封环境，可在限位环6的顶部与转动块3之间设置摩擦耗能材料层9。摩擦耗能材料层9底部与限位环6的顶部相接，摩擦耗能材料层9的顶部与转动块3相接。

设置摩擦耗能材料不仅可满足密封要求，同时可使限位环6适应转动块3的转动，从而可提高限位环6的使用寿命，提高整个支座结构的稳定性。

进一步地，还可在限位环6的外缘、转动块3和下支座体2之间设置密封圈。密封圈可一端与转动块3或下支座体2固定连接，另一端与下支座体2或转动块3可活动连接，以适应支座的位移或转动。设置密封圈可更好的形成密封环境，有利于提高钢球5以及限位环6的使用寿命。

在上述实施例的基础上，进一步地，上支座体1的凸面上与转动块3顶面的边缘位置对应处、沿转动块3的周向间隔设有若干个盲孔，盲孔中设有高强弹簧8，高强弹簧8的顶端插入盲孔中且与盲孔的孔底相连。

高强弹簧8可呈竖直态。高强弹簧8的顶端插入上支座体1的底面中进行固定、底端伸出上支座体1的底面。高强弹簧8在上支座体1的底面和转动块3的顶面之间，位于转动块3的边缘，沿转动块3的周向间隔设置一圈。

设置高强弹簧8可起到缓冲作用，可减缓地震中转动块3与上支座体1之间的碰撞。进一步地，可在每个高强弹簧8的顶端、上支座体1的底面对应位置处设置一个盲孔用于固定高强弹簧8。也可设置一个环形盲孔，若干个高强弹簧8间隔设置在一个环形盲孔中。具体不做限定。

参考图4，高强弹簧8的底端伸出盲孔与碰撞件15相连。碰撞件15呈顶端开口的圆筒结构。高强弹簧8的底端从碰撞件15的顶端开口插入碰撞件15中与碰撞件15的底端固定连接。即碰撞件15的底端与高强弹簧8的底端固定连接，碰撞件15的侧壁在高强弹簧8底部的四周围绕一圈。设置碰撞件15可增大与转动块3的顶面之间的接触面积，更有效的起到缓冲作用。

碰撞件15的顶部插入盲孔中。可设置高强弹簧8初始状态即没有受力时，碰撞件15的顶部插入盲孔中。使得在高强弹簧8上下伸缩时，碰撞件15在盲孔内上下移动。盲孔可对碰撞件15的移动路径进行限制，进而对高强弹簧8的移动路径进行限制。使高强弹簧8在直线上运动从而有效起到缓冲作用。碰撞件15的材质包括缓冲材料。

在上述实施例的基础上，进一步地，在第一凸出部7与凹球槽的连接处以及限位环6的顶端分别设置摩擦耗能材料层9；可提供摩擦耗能的性能。在钢球5的表面也可设置摩擦耗能材料层9。摩擦耗能材料层9包括四氟乙烯，也可为其他，对此不做限定。

限位环6的内侧面设置碰撞缓冲材料层10。转动块3的顶面与上支座体1的凸面之间粘贴设置碰撞缓冲材料层10。可提供碰撞缓冲性能。转动块3的顶面与上支座体1的底面之间的碰撞缓冲材料层10可粘贴在转动块3的顶面上、填充在转动块3的顶面与上支座体1的底面之间。碰撞缓冲材料包括柔性填充物。柔性填充物13可为聚酯海绵。用于减缓地震中钢球5与限位环6内侧以及转动块3与上支座体1之间的碰撞。

本实施例提供的滚球支座为一种滚动体系，通过设置转动块3和钢球5作为支撑构件，在实现支座竖向支撑传力功能的同时，还使得转动块3和下支座体2之间能够发生任意方向的位移。另外由于上支座体1和转动块3的第一凸出部7之间采用类似关节似的连接，使得与上支座体1连接的桥面总能保持水平。涂抹在钢球5表面的聚四氟乙烯材料使钢球5在滚动时也能消耗地震的能量，同时限位环6顶部与转动块3之间和第一凸出部7与上支座体底部凹球槽之间设置的摩擦耗能材料层9，在转动块3转动时也能通过摩擦来耗能。这种支座构造能实现支座的多方向水平变位，扩大地震中支座适应频率的范围，同时使得支座具有良好的自回复能力，提高减隔震效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例对上支座体1底面中间部位的凸面以及下支座体2顶面中间部位的凹面的具体设置进行了说明。上支座体1的底面的中间部位设有第二凸出部13，第二凸出部13的底面设为凸面。即上支座体1包括平面部分和第二凸出部13部分，平面部分为方形支座板，凸出部分为圆柱形。第二凸出部13可为设置在上支座体1平面部分底部中间部位的凸台。通过将第二凸出部13的底面设置为凸面，从而在上支座体1底面的中间部位形成凸面。第二凸出部13与上支座体1可一体成型。

下支座体2的顶面的中间部位设有第三凸出部4，第三凸出部4的顶面设为凹面。即下支座体2同样包括平面部分和第三凸出部4部分。第三凸出部4可为设置在下支座体2平面部分顶部中间部位的凸台。通过将第三凸出部4的顶面设置为凹面，从而在下支座体2顶面的中间部位形成凹面。第三凸出部4与下支座体2可一体成型。

在上述实施例的基础上，进一步地，上支座体1在边缘部位通过高强螺栓与桥梁上部结构相连，下支座体2在边缘部位通过高强螺栓与桥梁下部结构相连。可在上支座体1的四周边缘处设置高强螺栓孔14，上支座体1在高强螺栓孔14处与桥梁上部结构相连。同样，可在下支座体2的四周边缘处设置高强螺栓孔14，下支座体2在高强螺栓孔14处与桥梁下部结构相连。

进一步地，第二凸出部13和第三凸出部4的两侧均设有连接件11，上支座体1和下支座体2在两侧连接件1处分别可拆卸连接。

上支座体1的底面第二凸出部13的面积可小于顶面平面部分的面积。下支座体2顶面第三凸出部4的面积同样可小于底面平面部分的面积。可在上支座体1底面第二凸出部13的两侧分别设置连接件11。在下支座体2顶面第三凸出部4的两侧同样分别设置连接件11。第二凸出部13两侧的连接件11与第三凸出部4两侧的连接件11位置一一上下对应。

在滚球支座的两侧，可分别通过连接螺栓12连接上支座体1上的连接件11和下支座体2上的连接件11，实现上支座体1和下支座体2的连接，以保证结构体稳定，以便于安装运输，防止运输时构件滑脱和散落。与桥梁结构连接好后，在地震发生前，需将连接螺栓去掉，以实现自由变位。

进一步地，上支座体1和下支座体2也可通过其他方式进行可拆卸连接，对此不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种滚球支座包括上支座体1和下支座体2，上支座体1和下支座体2之间设置支撑构件，支撑构件包括钢球5、转动块3和限位环6。转动块3与上支座体1之间通过第一凸出部7和凹球槽以类似关节状结构连接。钢球5为若干个相同半径的钢球体，设置在转动块3和第三凸出部4的凹面之间。下支座体2顶面的凹面对钢球5进行支撑，钢球5对上方的转动块3和上支座体1进行支撑。

上支座体1和下支座体2连接有连接件11可为连接板，上支座体1连接板和下支座体2连接板通过连接螺栓12连接。

该滚球支座既具备常规支座的竖向支撑功能、水平变位功能，并且还具备比一般支座更大地震适应频率，可以满足桥梁设计的要求，减隔震效果更好。具体采用转动块3、钢球5和限位环6来传递上部结构的竖向荷载；采用聚四氟乙烯层适应桥梁在运营阶段的水平变位要求；采用外围限位环6来保证支座刚度要求，并提供摩擦耗能的性能；采用多个钢球5以及转动块3和上支座体1的关节状连接来适应桥梁在运营阶段的多方向运动和变形要求。

该滚球支座能获得更好的减隔震效果，适应地震频率范围更大，支座可以通过聚四氟乙烯板来耗散能量，钢球5可以通过位移来抵抗水平力，并且总能产生向心回复力。

该滚球支座可用作桥梁支座，是一种新型的桥梁支座，具有较大的承载能力和较好的抵抗水平力的能力，同时还具有自回复力和抗平扭的能力，并且滚球支座较滑动摩擦摆支座(FPS)具有更大的减隔震频率范围，减隔震效果更好，且能具有良好的可靠性，因此能适用于广大桥梁体系中。

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)

1.一种滚球支座，包括上支座体和下支座体，所述上支座体和所述下支座体之间设有支撑构件，其特征在于，所述支撑构件包括：钢球；所述上支座体的底面中间部位为凸面，所述下支座体的顶面中间部位为凹面，所述下支座体的凹面上放置若干个钢球，所述上支座体放置在所述钢球上。

2.根据权利要求1所述的滚球支座，其特征在于，所述支撑构件还包括：转动块；所述转动块设置在所述上支座体的凸面和钢球之间，所述转动块的底面为凸面且与钢球接触，所述转动块的顶面为平面且中间部位设有表面呈球面的第一凸出部，所述上支座体的凸面中间部位设有与所述第一凸出部的表面相适应的凹球槽，所述第一凸出部插入所述凹球槽中形成关节状连接结构。

3.根据权利要求2所述的滚球支座，其特征在于，所述支撑构件还包括：限位环；在所述钢球的外围设置一圈限位环，所述限位环的顶端与所述转动块的凸面贴合相接，所述限位环的底端与所述下支座体的凹面紧密贴合相接或者刚性固定连接。

4.根据权利要求2所述的滚球支座，其特征在于，所述上支座体的凸面上与所述转动块顶面的边缘位置对应处、沿所述转动块的周向间隔设有若干个盲孔，所述盲孔中设有高强弹簧，所述高强弹簧的顶端插入所述盲孔中且与所述盲孔的孔底相连。

5.根据权利要求4所述的滚球支座，其特征在于，所述高强弹簧的底端伸出所述盲孔与碰撞件相连，所述碰撞件呈顶端开口的圆筒结构，所述高强弹簧的底端插入所述碰撞件中与所述碰撞件的底端固定连接，所述碰撞件的顶部插入所述盲孔中；所述碰撞件的材质包括缓冲材料。

6.根据权利要求3所述的滚球支座，其特征在于，在所述第一凸出部与所述凹球槽的连接处以及所述限位环的顶端分别设置摩擦耗能材料层；所述限位环的内侧面设置碰撞缓冲材料层；所述转动块的顶面与所述上支座体的凸面之间粘贴设置碰撞缓冲材料层。

7.根据权利要求6所述的滚球支座，其特征在于，所述摩擦耗能材料层包括聚四氟乙烯层；所述碰撞缓冲材料层包括柔性填充物层。

8.根据权利要求1至7任一所述的滚球支座，其特征在于，所述上支座体的底面的中间部位设有第二凸出部，所述第二凸出部的底面设为凸面；所述下支座体的顶面的中间部位设有第三凸出部，所述第三凸出部的顶面设为凹面。

9.根据权利要求8所述的滚球支座，其特征在于，所述上支座体在边缘部位通过高强螺栓与桥梁上部结构相连，所述下支座体在边缘部位通过高强螺栓与桥梁下部结构相连。

10.根据权利要求8所述的滚球支座，其特征在于，所述第二凸出部和所述第三凸出部的两侧均设有连接件，所述上支座体和所述下支座体在两侧连接件处分别可拆卸连接。