CN110528383B - 无附加竖向力缓冲型拉索减震支座 - Google Patents

Abstract

本申请属于土木工程、抗震领域，提供一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，包括减震支座、缓冲型锚固装置、拉索、导向块；减震支座又包括上、下座板；减震支座的侧面增设拉索，拉索以贯穿形式直接与上支座板连接，并通过缓冲型锚固装置与下支座板连接，缓冲型锚固装置与拉索的连接锚固点应靠近上支座板。本申请在地震作用下，可允许支座发生大变形，减小结构地震内力，并通过设置拉索控制支座水平滑动位移，实现支座位移的合理可控，防止桥梁上部结构落梁以及不利碰撞，同时避免了拉索限位时产生竖向分力；而且在缓冲型锚固装置设置有软钢缓冲耗能构件，允许软钢发生有限制的弹塑性变形，减小拉索限位时产生的冲击力，降低结构内力响应。

Description

无附加竖向力缓冲型拉索减震支座

技术领域

本申请属于土木工程、抗震领域，具体地说涉及一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座。

背景技术

地震灾害是一种对人类社会影响极大的自然灾害，具有突发性和不可预测性。为保证人民的生命财产安全，工程师致力于结构的抗震设计，桥梁结构的减隔震设计是桥梁抗震设计的主要手段，而基于支座的减隔震设计也不断的得到发展与应用。

目前，国内外主要的支座形式有盆式橡胶支座、球钢支座、双曲面(摩擦摆)支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座以及板式橡胶支座。在上述常用的桥梁支座中，球钢支座与盆式橡胶支座由于竖向承载力高、支座性能稳定而得到广泛的应用，但是这种支座缺乏位移约束装置，地震下容易发生落梁灾害，在地震高烈度区的应用受到制约；双曲面(摩擦摆)支座是一种减隔震支座，具有较好的自复位能力与摩擦耗能能力，但是正常运营阶段会发生抬梁现象，结构受力不利；对于铅芯与高阻尼橡胶支座，一般用于支座竖向承载力需求不大的情况，在具有多频谱效应地震动中存在减隔震效率不高的问题，而且铅是一种对人体有毒的物质，容易对环境造成污染；对于板式橡胶支座，在中小跨径桥梁中应用广泛，但地震作用下支座容易发生滑动，导致支座位移的不可控，容易发生落梁灾害。

发明内容

本申请的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，无附加竖向力，能有效限制支座位移，且具有良好的限位缓冲性能与耗能能力。

为达到以上目的，本申请提出了如下设计思路：在普通支座的基础上设置拉索，将拉索与上支座板以及缓冲型锚固装置连接，并通过设置导向块，使拉索在受拉张紧时刻，与缓冲型锚固装置连接处的拉索轴向为水平方向，避免拉索限位时产生竖向分力，同时在缓冲型锚固装置中还设置了软钢缓冲耗能构件，允许软钢构件发生弹塑性变形，并可限制其最大弹塑性变形，以实现支座良好的缓冲耗能能力与限位约束能力。

进一步，本申请提供的技术方案如下：

一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，包括减震支座、缓冲型锚固装置、拉索、导向块；

减震支座包括上座板、下座板；上座板中开设有若干沿水平方向的通长槽道，每根拉索穿过一个通长槽道，其两端分别伸出通长槽道后各自转向并通过缓冲型锚固装置与下座板连接；对应于每个通长槽道两端的外侧位置，在上座板下缘还安装有导向块；

缓冲型锚固装置包括软钢缓冲耗能构件、装置基座、限位约束盖板、限位约束盖板固定螺栓、拉索锚头；装置基座安装在下座板上，限位约束盖板通过限位约束盖板固定螺栓与装置基座连接，装置基座与限位约束盖板之间安装管状的软钢缓冲耗能构件，拉索的两端穿过软钢缓冲耗能构件与拉索锚头连接。

在本申请中，减震支座可以是多向活动型、双向活动型、单向活动型或固定型中的任一种。单向活动型可通过设置单向抗剪挡块实现，固定型可通过设置双向抗剪挡块实现。作为举例而非限定，减震支座可以采用球钢支座或盆式橡胶支座。

若采用球钢支座，球钢支座包括下座板、球面非金属滑板、球冠、平面非金属滑板、上座板；上座板通过上固定螺栓与上部梁体固定，且上座板与上部梁体之间设置有上盖板，上盖板的平面尺寸与上座板相同，可通过栓接方式与上座板连接，下座板通过下固定螺栓与桥梁的桥墩固定连接，下座板朝向上的一侧的中央设计有一凹球面状的座腔，座腔与上座板之间自下而上依次布置球面非金属滑板、球冠以及平面非金属滑板。

在优选的实施方式中，上座板中开设的若干通长槽道之间相互平行。

进一步，上座板中开设的通长槽道的内径应略大于拉索的直径，以保证拉索能在通长槽道内滑动。

进一步，拉索可采用钢绞线、或高强度钢丝绳、或碳纤维束制成；且其数目可根据需要设置；拉索与拉索锚头的连接方式可以采用浇筑式、或索夹式，但不限于上述连接方式。

作为本实施例的一种变换，拉索锚固装置的缓冲耗能的形式还可以有：软钢弯曲弹塑性变形、软钢拉压弹塑性变形、软钢扭转弹塑性变形，也可以组合利用上述形式。拉索锚固装置允许软钢缓冲耗能构件发生弯曲弹塑性变形、端部拉压弹塑性变形，可单独利用所述软钢构件的弹塑性耗能能力，也可以组合利用所述软钢构件的弹塑性耗能能力。

进一步，软钢缓冲耗能构件可竖直放置，也可以倾斜放置，且不限于上述放置方式；作为举例而非限定，软钢缓冲耗能构件可以采用双端设置，也可以单端设置，或交错式单端设置；且软钢缓冲耗能构件可以是单根构件也可以是多根并列组合构件；软钢缓冲耗能构件的径向截面可以是矩形、或圆形、或多边形等；其主要受力部位可以是等截面也可也是变截面。

本申请提供的无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，上座板和下座板之间可设定一个初始相对位移值，当上座板和下座板之间相对位移小于该初始相对位移值时，拉索在正常使用阶段处于松弛状态，软钢缓冲耗能构件基本不受力。当上座板和下座板之间相对位移达到该初始相对位移值时，拉索水平张紧，承受拉力，呈水平受拉状态，随着相对位移的增加，软钢缓冲耗能构件开始发生水平向弯曲，产生弹塑性变形，发挥缓冲耗能作用，当软钢缓冲耗能构件的弹塑性变形增加到一定值后，装置基座与限位约束盖板将限制软钢缓冲耗能构件继续发生弹塑性变形，以确保这种弹塑性变形的可控性，同时拉索发挥强限位约束作用，限制上座板、下座板之间的相对位移在一个可控的范围之内；而且通过缓冲型锚固装置与导向块的设置，使拉索在受拉张紧时，其位于通长槽道与缓冲型锚固装置之间的转向段的轴向为水平方向，避免了拉索限位时产生竖向分力。

本申请适用于城市高架桥、公路桥、铁路桥以及各种大型悬架结构之类的建筑物上，起减隔震作用。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案的有益效果如下：

(1)不但保留了普通球钢支座的优点，而且满足了支座在小变形状态下不受约束，诸如温度、汽车制动力等荷载作用下；同时允许在地震作用下发生大变形，减小结构地震内力，并通过设置拉索有效限制支座上、下座板的相对水平滑动位移在可控范围，实现支座位移的合理可控，防止桥梁上部结构落梁以及不利碰撞；

(2)通过缓冲型锚固装置与导向块的设置，可使拉索在受拉张紧时刻，且位于通长槽道与缓冲型锚固装置之间的转向段的轴向为水平方向，避免了拉索限位时产生竖向分力。

(3)通过软钢缓冲耗能构件的设置，可减小水平位移约束导致的冲击作用，增加地震下的能量耗散能力，有利于减小地震作用下的结构内力。

(4)缓冲型锚固装置的基座及其限位约束盖板，可允许软钢缓冲耗能构件在一个限定的范围内发生弹塑性变形，保证了支座上下座板相对位移的可控性。

(5)拉索可预先与软钢缓冲耗能构件锚固连接，再通过装置基座以及限位约束盖板组装而成，尺寸加工精度有保证，安装方便，且易更换。

(6)相比于混凝土或者钢结构挡块等限位装置，拉索限位与软钢缓冲耗能装置的力学本构关系清晰，传力途径明确，可通过计算确定设计位移，实现力与位移的平衡，保护墩底不发生弯曲破坏和剪切破坏。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无附加竖向力缓冲型拉索减震支座的纵向结构示意图。

图2为本申请实施例提供的无附加竖向力缓冲型拉索减震支座的横向结构示意图。

图3为本申请实施例提供的缓冲型锚固装置的平面构造示意图。

图4为本申请实施例提供的缓冲型锚固装置限位缓冲状态下的结构示意图。

图5本申请实施例提供的缓冲型锚固装置限位缓冲状态下的局部大样图。

图中标号：1为上座板，2为下座板，3为上盖板，4为球冠，5为平面非金属滑板，6为球面非金属滑板，7为座腔，8为拉索，9为装置基座，10为限位约束盖板，11为软钢缓冲耗能构件，12为上固定螺栓，13为下固定螺栓，14为限位约束盖板固定螺栓，15为拉索锚头，16为导向块。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本申请的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。但是对实施例的描述均不是对本申请方案的限制，任何依据本申请构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本申请的技术方案范畴。

如图1至图5所示，一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，包括球钢支座、缓冲型锚固装置、拉索8、导向块16。

球钢支座包括下座板2、球面非金属滑板6、球冠4、平面非金属滑板5、上座板1；上座板1通过上固定螺栓12与上部梁体固定，且上座板1与上部梁体之间设置有上盖板3，上盖板3的平面尺寸与上座板1相同，可通过栓接方式与上座板1连接，下座板2通过下固定螺栓13与桥梁的桥墩固定连接，下座板2朝向上的一侧的中央设计有一凹球面状的座腔7，座腔7与上座板1之间自下而上依次布置球面非金属滑板6、球冠4以及平面非金属滑板5。

球钢支座可以是多向活动型、双向活动型、单向活动型或固定型中的任一种。单向活动型可通过设置单向抗剪挡块实现，固定型可通过设置双向抗剪挡块实现。在本实施例中，未设置水平抗剪组件，属于多向活动支座。作为本实施例的一种变换，球钢支座还可替换为盆式橡胶支座。

上座板1中开设有若干沿水平方向的通长槽道，若干通长槽道之间相互平行，且通长槽道的数目与拉索8根数相同，每根拉索8穿过一个通长槽道，拉索8穿过通长槽道后，其两端各自转向并通过缓冲型锚固装置与下座板2连接。

进一步，上座板1中开设的通长槽道的内径应略大于拉索8的直径，以保证拉索8能在通长槽道内滑动。

进一步，对应于每个通长槽道两端的外侧位置，在上座板1下缘还安装有导向块16。

在本申请中，缓冲型锚固装置采用拼装式安装工艺，安装和更换方便，其包括软钢缓冲耗能构件11、装置基座9、限位约束盖板10、限位约束盖板固定螺栓14、拉索锚头15；对应于拉索8的两端所在位置，下座板1的左右两端分别采用焊接或栓接安装一个装置基座9，限位约束盖板10通过限位约束盖板固定螺栓14固定在装置基座9上，装置基座9与限位约束盖板10之间设置管状的软钢缓冲耗能构件11，软钢缓冲耗能构件11固定在装置基座9上，拉索8的末端穿过软钢缓冲耗能构件11与拉索锚头15连接。

进一步，拉索8可采用钢绞线、或高强度钢丝绳、或碳纤维束制成；且其数目可根据需要设置；拉索8与拉索锚头15的连接方式可以采用浇筑式、或索夹式，但不限于上述连接方式。

作为本实施例的一种变换，拉索锚固装置的缓冲耗能的形式还可以有：软钢弯曲弹塑性变形、软钢拉压弹塑性变形、软钢扭转弹塑性变形，也可以组合利用上述形式。拉索锚固装置允许软钢缓冲耗能构件11发生弯曲弹塑性变形、端部拉压弹塑性变形，可单独利用所述软钢构件的弹塑性耗能能力，也可以组合利用所述软钢构件的弹塑性耗能能力。

进一步，软钢缓冲耗能构件11可竖直放置，也可以倾斜放置，且不限于上述放置方式；作为举例而非限定，软钢缓冲耗能构件11可以采用双端设置，在单根拉索两端的对应位置均有设置，也可以单端设置，或交错式单端设置，所述单端设置是指单根拉索8一端穿过软钢缓冲耗能构件11与装置基座9连接，另一端不设置软钢缓冲耗能构件11直接与装置基座9连接。且软钢缓冲耗能构件11可以是单根构件也可以是多根并列组合构件，所述多根并列组合构件采用多根软钢缓冲耗能构件11由内至外套管式连接，也可以将单根拉索8一端分散为多个锚固接头，分别设置软钢缓冲耗能构件11；软钢缓冲耗能构件11的径向截面可以是矩形、或圆形、或多边形等；其主要受力部位可以是等截面也可也是变截面。

本申请提供的无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，上座板1和下座板2之间可设定一个初始相对位移值，当上座板1和下座板2之间相对位移小于该初始相对位移值时，拉索8在正常使用阶段处于松弛状态，软钢缓冲耗能构件11基本不受力；当上座板1和下座板2之间相对位移达到该初始相对位移值时，拉索8水平张紧，承受拉力，呈水平受拉状态，随着相对位移的增加，软钢缓冲耗能构件11开始发生水平向弯曲，产生弹塑性变形，发挥缓冲耗能作用，当软钢缓冲耗能构件11的弹塑性变形增加到一定值后，装置基座9与限位约束盖板10将限制软钢缓冲耗能构件11继续发生弹塑性变形，以确保这种弹塑性变形的可控性，同时拉索8发挥强限位约束作用，限制上座板1、下座板2之间的相对位移在一个可控的范围之内，如图4、图5所示。

在本申请中，拉索8的锚固端与转向段直接与软钢缓冲耗能构件11受压接触，软钢缓冲耗能构件11可发生屈曲挤压，有利于缓冲耗能。

进一步，通过缓冲型锚固装置与导向块的设置，可使拉索8在受拉张紧时，其位于通长槽道与缓冲型锚固装置之间的转向段的轴向为水平方向，避免了拉索限位时产生竖向分力。

综上可知，本申请鉴于现有不同类型支座的特点，及其存在的种种不足，设计了一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，不但具备普通球钢支座竖向承载力高、允许位移大、转动能力好、传力性能稳定可靠的特点，而且通过设置拉索，可以有效约束上、下座板的水平相对位移，从而控制墩梁相对位移，防止落梁灾害发生；进一步，地震作用下，对于采用减隔震支座的结构而言，其它条件一致情况下，一定范围内，支座水平位移越大，结构地震内力越小，本申请可以通过平衡地震力与支座位移的关系，合理利用墩柱强度进行减隔震设计。

但在拉索8提供良好的限位能力同时，由于拉索8与水平方向成较大的夹角会产生竖向附加压力，不利于支座的竖向承载；而且拉索8发挥限位作用时，支座的水平刚度会突然增大而产生一定程度上的冲击。为了消除这种不利效应，在本申请中拉索8不直接与下座板2连接，拉索8两端与软钢缓冲耗能构件11连接，缓冲耗能构件11再通过基座与下座板2连接。

进一步，通过设置缓冲型锚固装置，抬高了拉索的传力点，通过设置导向块16，使拉索8在受拉张紧时刻，避免了拉索限位时产生竖向分力。同时，通过软钢缓冲耗能构件的弹塑性变形可以减小冲击效应，增加支座的耗能能力；且由于软钢的强度低、塑性变形能力大，对支座的位移限制能力较弱；为了保证支座良好的限位能力，本申请通过缓冲型锚固装置的基座及其限位约束盖板，将软钢缓冲耗能构件的弹塑性变形控制在一个合理的范围之内，保证支座的位移可控。

上述的对实施例的描述均不是对本申请方案的限制，因此，本申请的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本申请构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无附加竖向力缓冲型拉索减震支座，其特征在于：包括减震支座、缓冲型锚固装置、拉索(8)、导向块(16)；

减震支座包括上座板(1)、下座板(2)；上座板(1)中开设有若干沿水平方向的通长槽道，每根拉索(8)穿过一个通长槽道，拉索(8)两端分别伸出通长槽道后各自转向并通过缓冲型锚固装置与下座板(2)连接；对应于每个通长槽道两端的外侧位置，在上座板(1)下缘还安装有导向块(16)；

缓冲型锚固装置包括软钢缓冲耗能构件(11)、装置基座(9)、限位约束盖板(10)、限位约束盖板固定螺栓(14)、拉索锚头(15)；装置基座(9)安装在下座板(2)上，限位约束盖板(10)通过限位约束盖板固定螺栓(14)与装置基座(9)连接，装置基座(9)与限位约束盖板(10)之间安装管状的软钢缓冲耗能构件(11)，拉索(8)的两端穿过软钢缓冲耗能构件(11)与拉索锚头(15)连接；

上座板(1)中开设的若干通长槽道之间相互平行；

上座板(1)中开设的通长槽道的内径略大于拉索(8)的直径；

拉索(8)采用钢绞线、或高强度钢丝绳、或碳纤维束；

拉索(8)与拉索锚头(15)的连接方式采用浇筑式、或索夹式；

软钢缓冲耗能构件(11)竖直放置，或倾斜放置；

软钢缓冲耗能构件(11)采用双端设置，分别设置在单根拉索(8)两端的对应位置；或采用单端设置，所述单端设置是指单根拉索一端穿过软钢缓冲耗能构件(11)与装置基座(9)连接，另一端不设置软钢缓冲耗能构件(11)直接与装置基座(9)连接；

软钢缓冲耗能构件(11)采用单根构件，或多根并列组合构件；

减震支座是多向活动型、双向活动型、单向活动型或固定型中的任一种；采用球钢支座或盆式橡胶支座。