CN110847024A - 一种复合耗能的减隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合耗能的减隔震装置。包括上支座板、下支座板、摩擦滑块和缓冲单元；下支座板的上表面为内凹面，内凹面为盆状结构，内凹面的中心为圆形平面，圆形平面周围为曲面；摩擦滑块一端活动设置在下支座板内凹面的中心，摩擦滑块的另一端与上支座板活动连接；缓冲单元一端伸入在上支座板的下表面，缓冲单元另一端与下支座板的内凹面接触。本发明采用平面关节式摩擦滑块，有效避免了“抬梁”问题的出现。摆动过程中，关节式摩擦滑块与下支座板发生相对运动，关节式摩擦滑块下部的聚四氟乙烯板与下支座板的圆形平面滑动面产生滑动摩擦，消耗地震能量；引入了由弹簧、阻尼器、滑块和钢球组成的缓冲单元，极大提高了消耗地震能量的能力。

Description

一种复合耗能的减隔震装置

技术领域

本发明涉及桥梁减隔震技术领域，具体涉及一种复合耗能的减隔震装置。

背景技术

近年来的地震灾害表明，一旦地震使交通线遭到严重破坏，可能导致的生命财产和间接经济损失会越来越巨大。桥梁作为交通网络的重要咽喉，其抗震性能关系到整个交通生命线的畅通与否，进而影响抗震救灾和灾后重建的速度。因此，桥梁结构的抗震研究一直都是学者关注的热点问题。

桥梁抗震设计方法经历了传统的强度抗震理论、延性抗震理论和减隔震技术理论等阶段。其中，减隔震技术是一种简便、经济、先进的工程抗震手段。通过选择合适的减隔震装置和设置位置，能有效地控制结构的内力分布。

目前桥梁结构上广泛使用的减隔震支座主要有以下几类：盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆式隔震支座等。

盆式橡胶支座利用半封闭钢制盆腔内的弹性橡胶块，在三向受力状态下具有流体的性质，来实现上部结构的转动；同时依靠中间钢板上的聚四氟乙烯板与上座板上的不锈钢板之间的低摩擦系数来实现上部结构的水平位移。盆式橡胶支座具有承载力大、水平位移大、摩擦系数小、转角大、支座建筑高度低、节省钢材等优点。但是，该支座构件中的橡胶容易老化，需要经常进行更换，增加了支座的成本；为满足橡胶支座的正常使用，常常在支座周围设置挡块类型的剪力键，而在实际地震作用下，支座与两侧挡块卡住而未能正常移动的情况也时有发生；不仅如此，其在震后很难实现自复位。

铅芯橡胶支座是在普通的板式橡胶支座里面插入一根或者多根铅棒，铅棒的加入增加了支座的水平抗剪力，也使得支座的阻尼性能得到了良好的改进。铅芯橡胶支座承受竖向荷载及水平荷载，使铅芯产生滞后阻尼的塑性变形，通过橡胶提供水平恢复力。铅芯橡胶支座滞回曲线饱满，使得其具有良好的阻尼效果。但是，在低温条件下橡胶存在硬化现象，铅芯在生产和使用的过程中对环境会造成无法弥补的污染，单根铅芯的稳定性差，在温度和交通荷载(低周疲劳)作用下铅芯会发生疲劳剪切破坏，从而导致支座的阻尼性能大幅下降。

摩擦摆式隔震支座本质是一种摩擦阻尼支座，其工作原理是，地震时支座中心部分的摆动滑块沿下支座板的凹球面发生摆动位移，利用钟摆机理延长结构的自振周期，利用滑动层之间的摩擦力对地震能量进行消耗，从而减小地震力的作用，震后支座在上部结构的重力作用下具有良好的自复位能力。但一般的摩擦摆式支座在地震作用下会使上部结构抬升，可能导致铺装层或者轨道结构的破坏。而且可能出现一侧的限位装置被剪断，而另一侧的限位装置未被剪断的情况，将导致上部结构始终在初始位置的一侧摆动。

综上所述，急需一种复合耗能的减隔震装置以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合耗能的减隔震装置，以解决现有减隔震技术存在的一些问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合耗能的减隔震装置，包括上支座板、下支座板、摩擦滑块和缓冲单元；下支座板的上表面为内凹面，内凹面为盆状结构，内凹面的中心为圆形平面，圆形平面周围为曲面；摩擦滑块一端活动设置在下支座板内凹面的中心，摩擦滑块的另一端与上支座板活动连接。

优选地，所述上支座板的下表面具有凸台，凸台表面开了多个盲孔，缓冲单元一端伸入在盲孔中，缓冲单元另一端与下支座板的内凹面接触。

优选地，所述下支座板的上表面设有挡环，挡环位于下支座板的内凹面周围。

优选地，所述挡环的周围为销钉支撑平台，上支座板与销钉支撑平台相对处设有销钉孔；销钉一端伸入到销钉孔中，销钉另一端支撑在销钉支撑平台上。

优选地，所述摩擦滑块与下支座板接触的下表面为平面，下表面上附有一层聚四氟乙烯板；摩擦滑块上表面为凸球面，凸球面上附有一层聚四氟乙烯板；上支座板的下表面中心具有与摩擦滑块凸球面相匹配的凹球面。

优选地，所述缓冲单元包括弹簧、阻尼器、滑块和钢球；滑块一端与阻尼器一端连接，滑块另一端具有与钢球相匹配的凹球面；阻尼器另一端设置在盲孔内；弹簧套设在阻尼器上，弹簧一端与滑块抵触，弹簧另一端设置在盲孔内。

优选地，所述阻尼器采用流体粘滞阻尼器。

优选地，所述弹簧采用螺旋式。

优选地，所述滑块的外侧表面以及凹球面均附有一层聚四氟乙烯板，滑块的外径大小与盲孔的内径相匹配。

优选地，所述上支座板上设有第一锚固螺栓孔，用于连接桥梁上部结构；下支座板上设有第二锚固螺栓孔，用于连接桥梁下部结构。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明主体结构采用钢材和高分子等材料。避免使用橡胶和铅芯，不存在橡胶老化、铅芯污染严重以及铅芯疲劳破坏的问题。钢材属于各项同性材料，具有很高的抗拉抗压抗剪能力，而且制造技术成熟；高分子材料优选为聚四氟乙烯，其与不锈钢板或钢球形成活动摩擦副，具有良好的滑动摩擦性能。

(2)本发明采用平面关节式摩擦滑块，有效避免了“抬梁”问题的出现。摆动过程中，关节式摩擦滑块与下支座板发生相对运动，关节式摩擦滑块下部的聚四氟乙烯板与下支座板的圆形平面滑动面产生滑动摩擦，消耗地震能量。

(3)本发明引入了由弹簧、阻尼器、滑块和钢球组成的缓冲单元。弹簧采用螺旋式，当上、下部结构位移较大时，一侧弹簧被高度压缩，提供较大的反力以自复位。阻尼器采用流体粘滞阻尼器，正常使用状态下不工作，地震作用下与弹簧并联工作，消耗地震能量。弹簧和阻尼器上部连接于盲孔底部。滑块与弹簧和阻尼器形成的并联系统串联，滑块外侧环向附一层聚四氟乙烯板，下部凹球面附一层聚四氟乙烯板，通过摩擦消耗地震能量。

(4)本发明采用了脱落式剪力销钉设计，销钉一端伸入到销钉孔中，销钉另一端支撑在销钉支撑平台上。地震作用下，当一侧剪力销钉被剪断，另一侧剪力销钉孔的位置位于销钉支撑平台外侧时，另一侧的剪力销钉在重力作用下掉落，上部结构能在初始位置的两侧自由摆动。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是支座的拆解三维图；

图2是支座的中心剖切正视图；

图3是缓冲单元的三维图；

图4是缓冲单元的剖切三维图；

其中，1-上支座板，11-第一锚固螺栓孔，12-销钉孔，13-凸台，14-盲孔，15-凹球面，2-下支座板，21-第二锚固螺栓孔，22-销钉支撑平台，23-挡环，3-摩擦滑块，4-钢球，5-阻尼器，6-弹簧，7-滑块，8-销钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1～图4，一种复合耗能的减隔震装置，本实施例应用于桥梁结构。

一种复合耗能的减隔震装置包括上支座板1、下支座板2、摩擦滑块3和缓冲单元；下支座板2的上表面为内凹面，内凹面为盆状结构，内凹面中心为一圆形平面，圆形平面周围为曲面；摩擦滑块3一端活动设置在下支座板2内凹面的中心，摩擦滑块3的另一端与上支座板1活动连接。

所述上支座板1的下表面具有凸台13，凸台13表面开了多个盲孔14，缓冲单元一端伸入在盲孔中，缓冲单元另一端与下支座板的内凹面接触。

所述下支座板2的上表面设有挡环23，挡环23位于下支座板2的内凹面周围。挡环23的周围为销钉支撑平台22，上支座板1与销钉支撑平台22相对处设有销钉孔12；销钉8一端伸入到销钉孔12中，销钉8另一端支撑在销钉支撑平台22上。所述销钉8为剪力销钉。

上支座板的剪力销钉孔仅在水平向约束剪力销钉，下支座板的销钉支撑平台仅在竖向约束剪力销钉。就固定支座而言，剪力销钉能承受各种正常使用状态下产生的水平力而不破坏。地震作用下，当一侧剪力销钉被剪断，另一侧剪力销钉孔的位置位于销钉支撑平台外侧时，另一侧的剪力销钉在重力作用下掉落，上部结构能在初始位置的两侧自由摆动。

本发明用于固定支座时，在两个水平方向上均设置剪力销钉。本发明用于单向滑动支座时，在固定方向上设置剪力销钉。本发明用于双向滑动支座时，不设置剪力销钉。

所述摩擦滑块3为平面关节式摩擦滑块，摩擦滑块3与下支座板2接触的下表面为平面，下表面附有一层聚四氟乙烯板，以便和下支座板平面滑动面形成活动摩擦副，消耗地震能量。摩擦滑块3上表面为凸球面，凸球面上附有一层聚四氟乙烯板；上支座板1的下表面中心具有与摩擦滑块3凸球面相匹配的凹球面15。

通过调整上支座板凹球面的大小和关节式摩擦滑块的大小，满足竖向的承载力。上支座板凹球面和关节式摩擦滑块上侧的凸球面采用相同的曲率半径，以保证安全可靠的竖向传力途径，配合上支座板与下支座板挡环之间留有间隙的设计，能释放梁端的转角。

所述缓冲单元包括弹簧6、阻尼器5、滑块7和钢球4；滑块7一端与阻尼器5一端连接，滑块7另一端具有与钢球4相匹配的凹球面；阻尼器5另一端设置在盲孔14内；弹簧6套设在阻尼器5上，弹簧6一端与滑块7抵触，弹簧6另一端设置在盲孔14内。

所述阻尼器5采用流体粘滞阻尼器；正常使用状态下不工作，地震作用下与弹簧并联工作，消耗地震能量。

所述弹簧6采用螺旋式；当上、下部结构位移较大时，一侧弹簧被高度压缩，提供较大的反力以自复位。

滑块7的外侧表面以及凹球面均附有一层聚四氟乙烯板，通过摩擦消耗地震能量；滑块7的外径大小与盲孔14的内径相匹配。

上支座板1上设有第一锚固螺栓孔11，用于连接桥梁上部结构；下支座板2上设有第二锚固螺栓孔21，用于连接桥梁下部结构。

地震作用下，剪力销钉被剪断或者脱落后，上部结构可以在支座允许的位移范围内自由摆动。摆动过程中，关节式摩擦滑块与下支座板发生相对运动，关节式摩擦滑块下部的聚四氟乙烯板与下支座板的圆形平面滑动面产生滑动摩擦，消耗地震能量。摆动过程中，由弹簧、阻尼器、滑块和钢球组成的缓冲单元始终位于下支座板的曲面上，设计螺旋弹簧在支座使用过程中均处于压缩状态，当钢球和滑块相对位置快速上升或下降时，螺旋弹簧被压缩产生的反力作用能很好地保证滑块和钢球以及钢球和下支座板曲面的紧密接触。钢球与下支座板的曲面点接触，在曲面上滚动；钢球与滑块之间产生滑动摩擦，消耗地震能量。当钢球和滑块相对位置快速上升或下降时，粘滞阻尼器活塞和油缸产生快速的相对位移，消耗地震能量，同时滑块外侧环向的聚四氟乙烯板与盲孔内壁既有径向的相互挤压，又有竖向的相对位移，产生的滑动摩擦能消耗地震能量。支座的极限位移为初始位置上支座板凸台边缘至下支座板挡环内侧的距离，其小于或等于初始位置关节式摩擦滑块边缘至下支座板平面滑动面边缘的距离，以保证极限位移状态下关节式摩擦滑块处于圆形平面滑动面的范围内，避免上部结构的抬升。震后，各弹簧压缩程度不一样，上部结构在不平衡的弹簧压缩反力作用下往初始位置方向移动，具有良好的自复位能力。

本发明采用了由弹簧、阻尼器、滑块和钢球组成的缓冲单元以及脱落式剪力销钉的设计。由弹簧、阻尼器、滑块和钢球组成的缓冲单元配合平面关节式摩擦滑块使用，能有效延长结构的自振周期，消耗地震能量，并避免抬梁问题的出现。当一侧剪力销钉被剪断，另一侧剪力销钉孔的位置位于销钉支撑平台外侧时，另一侧的剪力销钉在重力作用下掉落，上部结构能在初始位置的两侧自由摆动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，包括上支座板(1)、下支座板(2)、摩擦滑块(3)和缓冲单元；下支座板(2)的上表面为内凹面，内凹面为盆状结构，内凹面的中心为圆形平面，圆形平面周围为曲面；摩擦滑块(3)一端活动设置在下支座板(2)内凹面的中心，摩擦滑块(3)的另一端与上支座板(1)活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述上支座板(1)的下表面具有凸台(13)，凸台(13)表面开了多个盲孔(14)，缓冲单元一端伸入在盲孔(14)中，缓冲单元另一端与下支座板(2)的内凹面接触。

3.根据权利要求2所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述下支座板(2)的上表面设有挡环(23)，挡环(23)位于下支座板(2)的内凹面周围。

4.根据权利要求3所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述挡环(23)的周围为销钉支撑平台(22)，上支座板(1)与销钉支撑平台(22)相对处设有销钉孔(12)；销钉(8)一端伸入到销钉孔(12)中，销钉(8)另一端支撑在销钉支撑平台(22)上。

5.根据权利要求4所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述摩擦滑块(3)与下支座板(2)接触的下表面为平面，下表面上附有一层聚四氟乙烯板；摩擦滑块(3)上表面为凸球面，凸球面上附有一层聚四氟乙烯板；上支座板(1)的下表面中心具有与摩擦滑块(3)凸球面相匹配的凹球面(15)。

6.根据权利要求5所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述缓冲单元包括弹簧(6)、阻尼器(5)、滑块(7)和钢球(4)；滑块(7)一端与阻尼器(5)一端连接，滑块(7)另一端具有与钢球(4)相匹配的凹球面；阻尼器(5)另一端设置在盲孔(14)内；弹簧(6)套设在阻尼器(5)上，弹簧(6)一端与滑块(7)抵触，弹簧(6)另一端设置在盲孔(14)内。

7.根据权利要求6所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述阻尼器(5)采用流体粘滞阻尼器。

8.根据权利要求7所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述弹簧(6)采用螺旋式。

9.根据权利要求8所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述滑块(7)的外侧表面以及凹球面均附有一层聚四氟乙烯板，滑块(7)的外径大小与盲孔(14)的内径相匹配。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种复合耗能的减隔震装置，其特征在于，所述上支座板(1)上设有第一锚固螺栓孔(11)，用于连接桥梁上部结构；下支座板(2)上设有第二锚固螺栓孔(21)，用于连接桥梁下部结构。

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