CN110485282A - 一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗震技术领域，尤其涉及一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座。包括上支座板、下支座板、上橡胶钢板层、下橡胶钢板层、上带齿曲面块、下带齿曲面块、带齿椭圆柱、剪力键、中部上限位块、中部下限位块、上挡块、下挡块、横桥向挡块；所述上、下支座板与横桥向挡块刚接；所述上橡胶钢板层与上挡块相接，所述下橡胶钢板层与下挡块相接；所述上橡胶钢板层与上带齿曲面块刚接，所述下橡胶钢板层与下带齿曲面块刚接；本发明能满足多级设防的需求，在多遇地震作用下，支座通过所述剪力键耗能，在罕遇地震作用下，支座通过带齿椭圆柱的转动和上、下带齿曲面块的相对位移造成支座上部结构的抬升进而进行有效耗能。
Description
技术领域
本发明涉及抗震技术领域，尤其涉及一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座。
背景技术
随着汶川、玉树等大地震接连发生，我国对桥梁抗震技术及装置日益重视，各种抗震技术及装置逐渐大量应用于工程实践中，给人民的生产和财产安全提供了必要保障。在连续梁桥中，由于支座占据了桥墩顶大部分的安装空间，其它抗震装置常常难以找到合适的安装位置。因此，各种抗震装置与支座结合而成的抗震支座成为连续梁桥一种常规抗震装置。抗震支座不仅同时具备支座与抗震装置的功能，还具有安装空间小、经济性好的优点，近年来在我国发展迅速，形成了系列化产品并即将发布相关规范，目前已成为连续梁桥首选的抗震方案。然而，支座作为桥梁中的薄弱环节，地震作用下支座容易发生失效，支座损坏甚至引起主梁破坏的情况不甚枚举。因此，改进支座性能、延长支座使用寿命在现阶段显得更为关键。
摩擦摆支座作为一种典型的减隔震支座，其主要原理是通过特定的圆弧面，大大延长了结构基本自振周期，通过具有高耐磨，高耐温及摩擦系数稳定可调的材料将地震能量转化为热能，从而实现了隔震及耗能的目的。然而，现有的摩擦摆支座存在不少问题。一方面，现有的摩擦摆支座在工作过程中摩擦系数无法有效适应桥梁主体的温度应变；另一方面，现有的结构平面滑动至尽头才能带动摆动块滑动，在整体摆动过程中支座内部将产生碰撞冲击，运行安全可靠性低、支座使用寿命低；更严重的一点是，现有的摩擦摆支座在地震作用下，结构发生位移进行耗能时，受力面积较小，受力不均匀，容易造成结构损坏。另外，传统的摩擦摆支座只具有一个单摆的耗能面，另一球面用于摆动时满足转角的需要，同时，传统摩擦摆支座需要的位移量很大，在水平方向上占用空间相对较大，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，包括上支座板(11)、下支座板(12)、上橡胶钢板层(21)、下橡胶钢板层(22)、上带齿曲面块(3)、下带齿曲面块(4)、带齿椭圆柱(6)、剪力键(7)、中部上限位块(51)、中部下限位块(52)、上挡块(91)、下挡块(92)、横桥向挡块(10)；所述上、下支座板(11、12)与横桥向挡块(10)刚接；所述上橡胶钢板层(21)与上挡块(91)相接，所述下橡胶钢板层(22)与下挡块(92)相接；所述上橡胶钢板层(21)与上带齿曲面块(3)刚接，所述下橡胶钢板层(22)与下带齿曲面块(4)刚接；所述上带齿曲面块(3)的带齿面与带齿椭圆柱(6)的上方中部的直条型齿相啮合；所述下带齿曲面块(4)的带齿面与带齿椭圆柱(6)的下方中部的直条型齿相啮合；所述上带齿曲面块(3)与下带齿曲面块(4)通过剪力键(7)相连接；所述上带齿曲面块(3)与下带齿曲面块(4)两侧安装有防尘罩(8)；上带齿曲面块(3)与中部上限位块(51)相接；中部下限位块(52)与下带齿曲面块(4)相接。
在支座两侧横桥向上，所述横桥向挡块(10)与上、下支座板(11、12)刚接，在纵桥向上，所述上挡块(91)与上支座板(11)刚接，下挡块(92)与下支座板(12)刚接。
在纵桥向上，上挡块(91)与上橡胶钢板层(21)之间留有一定间隙，下挡块(92)与下橡胶钢板层(22)之间留有一定间隙。
所述上、下带齿曲面块(3、4)和带齿椭圆柱(6)设置有相互适应的直条型齿。
支座正常工作状态下，所述上、下带齿曲面块(3、4)与带齿椭圆柱(6)中部齿条相啮合。
所述上、下带齿曲面块(3、4)两侧通过设置的中部上、下限位块(51、52)限制带齿椭圆柱(6)位移。
所述上、下带齿曲面块(3、4)通过适当强度的剪力键相连接。
所述上、下带齿曲面块(3、4)两侧设置有保护内部结构的防尘罩(8)。
本发明的有益效果在于：
1.本发明设置有上、下橡胶钢板层，且上、下橡胶钢板层与上、下挡块间留有一定间隙，以适应主梁和盖梁的温度应变。
2.本发明通过齿轮之间的啮合作用进行转动，转动空间要求较低，转动过程中不易发生碰撞，安全可靠性高。
3.本发明在上、下带齿曲面块凹齿两侧设置了中部上、下限位块，限制带齿椭圆柱转动角度，减小倾覆危险，有效避免了不同构件间相互脱离的现象
4.本发明采用带齿椭圆柱构件进行转动，受力面积较大，受力较均匀，构件不易损坏，且减隔震性能较强，支座使用寿命较长。
5.本发明可以通过重力作用和齿轮的啮合作用在地震后实现良好的自复位功能。
6.本发明能满足多级设防的需求，在多遇地震作用下，支座通过所述剪力键耗能，在罕遇地震作用下，支座通过带齿椭圆柱的转动和上、下带齿曲面块的相对位移造成支座上部结构的抬升进而进行有效耗能。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座的正剖面图。
图2是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座的俯视图。
图3是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座的侧视图。
图4、图5是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座在罕遇地震作用下的转动示意图。
图6、7是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座的带齿椭圆柱细部图。
图8是本发明所述的柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座的栓钉布置示意图。
其中，11上支座板12下支座板21上橡胶钢板层22下橡胶钢板层3上带齿曲面块4下带齿曲面块51中部上限位块52中部下限位块6带齿椭圆柱7剪力键8防尘罩91上挡块92下挡块10横桥向挡块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1-8。
本发明公开了一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，包括上挡块和下挡块，上橡胶钢板层和下橡胶钢板层，在所述上橡胶钢板层和下橡胶钢板层之间设有上、下带齿曲面块，在所述上、下带齿曲面块中间设有一带齿椭圆柱，上、下带齿曲面块与带齿椭圆柱之间通过中部的齿条啮合相接触，上、下带齿曲面块通过剪力键相连，在所述上、下带齿曲面块两侧横桥向上设有横桥向挡块。
该支座的工作原理如下：
(1)在正常使用工况下，上、下橡胶钢板层与上、下支座板相连，适应桥梁的温度应变，上、下带齿曲面块与带齿椭圆柱中部的齿条相互啮合，作为支撑，相互适应后的上、下带齿曲面块和带齿椭圆柱中部相邻的齿条之间具有间隙，上、下橡胶钢板层横桥向上设有横桥向挡块，限制了支座的横桥向位移，上、下带齿曲面块通过剪力键相连，限制了上、下带齿曲面块的纵桥向上位移。
(2)在多遇地震作用下，由于上、下带齿曲面块通过剪力键相互约束，上、下带齿曲面块不会有相对位移，且多遇地震下的作用力不足以破坏连接上、下带齿曲面块的剪力键，因此带齿椭圆柱不会产生位移。
(3)在罕遇地震作用下，纵桥向地震力足以破坏连接上、下带齿曲面块之间的剪力键，带齿椭圆柱受到较大作用力，沿纵桥向发生转动，由于齿条间相互啮合，在转动过程中带齿椭圆柱会使上带齿曲面块进行抬升，将地震的能量通过转换为势能来进行消耗，上、下带齿曲面块两侧设置的中部上、下限位块将会限制上、下带齿曲面块纵桥向上的相对位移，避免发生倾覆，上、下带齿曲面块两侧的横桥向挡块将限制支座沿横桥向上的位移，在地震过后，带齿椭圆柱将由于重力原因与齿轮啮合作用进行自复位。
本发明可以通过改变剪力键的强度、带齿椭圆柱的尺寸或材料、带齿曲面块的尺寸和材料与上、下挡块、横桥向挡块的强度或材料，以适应纵、横桥向的水平地震力限值(或刚度)不同的要求。在不同等级的地震作用下，可以做到多级设防，在多遇地震作用下通过剪力键限制位移，而在罕遇地震作用下，能够通过带齿椭圆柱转动抬升上部构件进行有效消耗地震能量。由于上、下带齿曲面块设置有中部上、下限位块，可以很好地限制带齿椭圆柱的转动角度，防止发生倾覆现象，同时也能增强带齿椭圆柱的自复位功能。另一方面，上、下橡胶钢板层能够适应桥梁温度变化所带来的的变形，在带齿曲面块两侧设置的沿横桥向的横桥向挡块能够限制支座横桥向上的位移。
优选的，所述上支座板与上橡胶钢板层通过栓钉连接，所述上支座板通过栓钉与主梁相连，下支座板与下橡胶钢板层通过栓钉连接，所述下支座板通过栓钉与盖梁连接。
优选的，所述上橡胶钢板层通过栓钉与上带齿曲面块相连，所述下橡胶钢板层通过栓钉与下带齿曲面块相连，上、下橡胶钢板层与上、下挡块间留有一定间隙，以适应桥梁在温度变化时的伸缩。
优选的，上带齿曲面块下部设置与带齿椭圆柱相适应的环形带齿槽凹面，齿槽两侧设置限位的中部上、下限位块。
优选的，下带齿曲面块上部设置与带齿椭圆柱相适应的环形带齿槽凹面，齿槽两侧设置限位的中部上、下限位块。
优选的，所述上、下带齿曲面块的两侧沿横桥向方向上会设置横桥向挡块，限制支座横桥向上的位移。
优选的，所述连接上、下带齿曲面块的剪力键将会采用合适强度且方便更换的剪力键。保证在多遇地震作用下能够多次使用。
优选的，所述中部上、下限位块会焊接在所述上、下带齿曲面块上，设置合适的尺寸以便限制上、下带齿曲面块和带齿椭圆柱的位移。
优选的，上、下带齿曲面块与带齿椭圆柱的相邻齿条间进行限位适配，方便带齿椭圆柱在罕遇地震作用下沿纵桥向转动耗能。
优选的，带齿椭圆柱的尺寸与齿条间距、尺寸与上、下带齿曲面块的齿条间距、尺寸会采取合理间距与尺寸，方便带齿椭圆柱转动与上、下带齿曲面块发生相对位移耗能，同时也能防止发生倾覆现象，并便于装置自复位。
所述上、下挡块与上、下支座板刚接。
所述上、下支座板与横桥向挡块刚接。
所述上、下支座板与上、下橡胶钢板层通过栓钉相连接。
所述上、下橡胶钢板层与上、下带齿曲面块通过栓钉相连接。
所述上、下带齿曲面块通过剪力键相连。
所述上、下带齿曲面块两侧设置有防尘罩。
所述上、下带齿曲面块设置有与带齿椭圆柱形状尺寸适配的中部上、下限位块，所述中部上、下限位块与上、下带齿曲面块刚接。
支座正常使用工况下，支座通过所述上、下橡胶钢板层来适应桥梁的温度应变。所述上带齿曲面块下部凹齿齿槽与带齿椭圆柱上部的中间处齿条啮合，所述下带齿曲面块上部凹齿齿槽与带齿椭圆柱下部的中间处齿条啮合，作为支撑。剪力键限制上、下带齿曲面块之间的位移。
罕遇地震作用下，所述剪力键断裂，带齿椭圆柱沿纵桥向上发生转动，通过抬升主梁消耗地震能量。所述中部上、下限位块限制带齿椭圆柱的转动角度，防止倾覆现象发生。所述上、下挡块限制地震时支座纵桥向上的位移。所述横桥向挡块限制地震时支座横桥向上的位移。地震过后，带齿椭圆柱通过重力作用以及齿轮啮合作用进行自复位。地震过后，可通过更换剪力键以实现支座的重复使用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于：包括上支座板(11)、下支座板(12)、上橡胶钢板层(21)、下橡胶钢板层(22)、上带齿曲面块(3)、下带齿曲面块(4)、带齿椭圆柱(6)、剪力键(7)、中部上限位块(51)、中部下限位块(52)、上挡块(91)、下挡块(92)、横桥向挡块(10)；所述上、下支座板(11、12)与横桥向挡块(10)刚接；所述上橡胶钢板层(21)与上挡块(91)相接，所述下橡胶钢板层(22)与下挡块(92)相接；所述上橡胶钢板层(21)与上带齿曲面块(3)刚接，所述下橡胶钢板层(22)与下带齿曲面块(4)刚接；所述上带齿曲面块(3)的带齿面与带齿椭圆柱(6)的上方中部的直条型齿相啮合；所述下带齿曲面块(4)的带齿面与带齿椭圆柱(6)的下方中部的直条型齿相啮合；所述上带齿曲面块(3)与下带齿曲面块(4)通过剪力键(7)相连接；所述上带齿曲面块(3)与下带齿曲面块(4)两侧安装有防尘罩(8)；上带齿曲面块(3)与中部上限位块(51)相接；中部下限位块(52)与下带齿曲面块(4)相接。
2.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，在支座两侧横桥向上，所述横桥向挡块(10)与上、下支座板(11、12)刚接，在纵桥向上，所述上挡块(91)与上支座板(11)刚接，下挡块(92)与下支座板(12)刚接。
3.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，在纵桥向上，上挡块(91)与上橡胶钢板层(21)之间留有一定间隙，下挡块(92)与下橡胶钢板层(22)之间留有一定间隙。
4.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，所述上、下带齿曲面块(3、4)和带齿椭圆柱(6)设置有相互适应的直条型齿。
5.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，支座正常工作状态下，所述上、下带齿曲面块(3、4)与带齿椭圆柱(6)中部齿条相啮合。
6.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，所述上、下带齿曲面块(3、4)两侧通过设置的中部上、下限位块(51、52)限制带齿椭圆柱(6)位移。
7.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，所述上、下带齿曲面块(3、4)通过适当强度的剪力键相连接。
8.根据权利要求1所述的一种柱齿型自复位耗能桥梁隔震支座，其特征在于，所述上、下带齿曲面块(3、4)两侧设置有保护内部结构的防尘罩(8)。
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