CN110965462A - 一种带空气阻尼管的减隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带空气阻尼管的减隔震支座，包括中座板、上座板、下座板以及至少两件空气阻尼管，上座板设置于中座板上且两者之间相接触的平面形成平面摩擦副，多件所述空气阻尼管均布设置于上座板和中座板之间，且空气阻尼管一端连接上座板而另一端连接中座板，中座板与上座板相接触平面的摩擦系数从平面中心往平面四周逐渐增大；中座板设置于所述下座板上且两者之间形成球面摩擦副。使用本发明的减隔震支座不会造成梁体明显升高的情况，通过弹簧可以实现震后的支座复位，减少残余位移；中座板与上座板相接触平面上摩擦系数变化和空气阻尼管的这种组合，使得本发明减隔震支座的减隔震作用在空间上分布相对均匀，能够更好的起到减隔震作用。

Description

一种带空气阻尼管的减隔震支座

技术领域

本发明涉及支座技术领域，具体涉及一种带空气阻尼管的减隔震支座。

背景技术

地震属于突发性自然灾害，我国处于环太平洋带和亚欧带两大强烈地震多发区的影响地区，是一个地震多发国。为了避免地震对人们生命财产造成巨大损失，目前，工程结构常采取减隔震措施来减弱地震对于工程结构的损失。

在桥梁工程中，减隔震支座的运用，可以既经济又有效地减弱地震对于桥梁结构的损害，目前运用于桥梁的减隔震支座有铅芯橡胶支座、双曲面球型支座、摩擦摆支座、液体阻尼支座等，各种支座存在的问题有：

1、铅芯橡胶支座主要靠铅芯的耗能来实现减隔震，但是铅的存在容易对环境造成破坏。

2、双曲面球型支座和摩擦摆支座，虽然可以通过摩擦来耗能，但是其周期固定，可能引起共振，且地震位移常常很大，地震下的相对运动会引起梁体的明显抬升，引起支座失效。

3、液体阻尼支座的密封性差，存在漏油现象。

综上所述，急需一种带空气阻尼管的减隔震支座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带空气阻尼管的减隔震支座，具体技术方案如下：

一种带空气阻尼管的减隔震支座，包括中座板、上座板以及至少两件空气阻尼管，所述上座板设置于中座板上且两者之间相接触的平面形成平面摩擦副，多件所述空气阻尼管均布设置于上座板和中座板之间，且空气阻尼管一端连接上座板而另一端连接中座板，所述中座板与上座板相接触平面的摩擦系数从平面中心往平面四周逐渐增大。

以上技术方案中优选的，还包括下座板，所述中座板设置于所述下座板上，在二者的接触位置处，所述中座板设有球形外凸面，所述下座板设有球形内凹面，所述球形外凸面与所述球形内凹面相匹配设置且两者形成球面摩擦副，从而实现中座板和下座板间相对转动。

以上技术方案中优选的，还包括弹性件，所述中座板平面中心竖向设有通孔，所述弹性件竖直设置于所述通孔中，且弹性件的一端与下座板球形内凹面的表面中心连接，另一端连接上座板上与中座板相接触平面的中心位置。

以上技术方案中优选的，在所述上座板上与中座板相接触平面的中心位置处设有盲孔，所述弹性件的两端均通过第一固定器分别连接所述盲孔的内壁以及所述球形内凹面的表面中心。

以上技术方案中优选的，所述弹性件为弹簧。

以上技术方案中优选的，还包括限位环和至少三件销钉，所述限位环设置于中座板上且限位环的中心与中座板和上座板相接触平面的中心位于同一条轴线上，多件所述销钉沿着所述限位环的外径周向设置于中座板上，实现对限位环进行限位；

所述上座板为圆柱体，所述上座板的下端设置于限位环中，所述限位环的内径大于或等于上座板的外径。

以上技术方案中优选的，所述销钉竖直设置在中座板上，在所述销钉上还设有剪断环，通过剪断环实现销钉受冲击被剪断。

以上技术方案中优选的，所述中座板上设有圆柱形的腔体，所述上座板设置于所述腔体中，所述腔体的内侧壁上设有中座板缓冲垫，所述上座板的外侧壁上还设有上座板缓冲垫。

以上技术方案中优选的，所述上座板中部设有环形的安装槽，所述空气阻尼管的一端通过第二固定器与所述腔体的内侧壁连接，另一端通过第三固定器与所述安装槽的内壁连接。

以上技术方案中优选的，所述第二固定器为半圆形拉钩，所述半圆形拉钩设置于所述腔体的内侧壁上，所述第三固定器包括两件连接块和一件连接杆，两件所述连接块设置于所述安装槽中，两件所述连接块分别设置于连接杆的两端形成工字结构，空气阻尼管的一端与所述连接杆连接。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明带空气阻尼管的减隔震支座包括下座板、中座板、上座板以及空气阻尼管，中座板和上座板之间为平面摩擦副且两者之间通过空气阻尼管进行连接，所述下座板和中座板之间为球面摩擦副，并且在中座板之间设置通孔安装弹簧，通过弹簧竖向连接下座板和上座板；通过平面摩擦副实现梁体水平面上的移动，通过球面摩擦副实现梁体的转动，使用本发明的带空气阻尼管的减隔震支座在桥梁遇到地震时基本不会产生主梁明显升高的问题。

(2)本发明带空气阻尼管的减隔震支座由于设有弹簧，随着上座板与下座板相对位移的增加，弹簧刚度会发生变化，使得减隔震支座的水平刚度是一个变化的值，避免共振的发生。同时，配合中座板与上座板相接触平面的摩擦系数变化可以实现地震后(或者是减隔震支座发生偏移后)减隔震支座进行复位，减少残余位移；同时弹簧可以将上座板、中座板和下座板进行连接，避免竖向地震各座板之间出现脱离的情况。

(3)本发明带空气阻尼管的减隔震支座，所述中座板平面中心竖向设有通孔，设置通孔有利于球面摩擦副之间的自复位，由于球形外凸面的中心和球形内凹面的中心接近平面，而球面摩擦副是通过重力进行自复位的，因此当中座板和下座板之间摆动的位移很大时，重力势能也会很大，当中座板和下座板摆动的位移很小时，重力势能也会很小。因此当中座板和下座板快要完全复位时(或者是位移很小时)，此时重力的作用很小，球形外凸面和球形内凹面上两个平面相互接触且没有重力的作用完全复位就会困难；而在中座板平面中心竖向设置通孔可以去除球型外凸面的中心平面，因此可以避免快要完全复位时存在复位困难的问题。

(4)本发明带空气阻尼管的减隔震支座在销钉上设有剪断环，当销钉受到的冲击(主要由于地震产生)大于销钉的设计强度时，销钉会从剪断环处被剪断，从而实现上座板可以有更大的摩擦位移，以便更好地实现摩擦耗能。

(5)本发明带空气阻尼管的减隔震支座设有中座板缓冲垫和上座板缓冲垫。设置缓冲垫可以防止上座板与中座板的极速硬碰撞并实现减隔震功能，防止减隔震支座被损坏，减低地震产生的损害。

(6)本发明带空气阻尼管的减隔震支座所述中座板与上座板相接触平面的摩擦系数从平面中心往平面四周逐渐增大。在中座板与上座板相接触平面的中心处，摩擦系数最小，摩擦力最小，中座板与上座板之间的运动速度最大，阻抗力最大；在中座板与上座板相接触平面的四周，摩擦系数最大，摩擦力最大，中座板和上座板之间的运动速度最小，阻抗力最小。中座板与上座板相接触平面上摩擦系数变化和空气阻尼管的这种组合，使得本发明支座的减隔震作用在空间上分布相对均匀，能够更好的起到减隔震作用，同时有利于震后自复位。

(7)本发明带空气阻尼管的减隔震支座可以根据实际情况设置空气阻尼管的数量，空气阻尼管避免了常规粘滞阻尼管的漏油现象，且空气阻尼管的阻尼介质为空气，成本低，使用寿命长，且本发明可以通过调整阻尼管的数量，以调节阻尼比。

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

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是本发明减隔震支座的剖视图；

图2是本发明减隔震支座的轴测图；

图3是图1中空气阻尼管的结构示意图；

图4是图1中A处的局部放大图；

其中，1、下座板，2、弹簧，3、第一固定器，4、球面摩擦副，5、中座板，6、中座板缓冲垫，7、空气阻尼管，7.1、第二固定器，7.2、第三固定器，8、上座板缓冲垫，9、上座板，10、平面摩擦副，11、限位环，12、销钉，12.1、剪断环，13、安装槽。

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1～4，一种带空气阻尼管的减隔震支座，具体是用于对桥梁进行支撑作用的减隔震支座，包括中座板5、上座板9以及至少两件空气阻尼管7，所述上座板9设置于中座板5上且两者之间相接触的平面形成平面摩擦副10，多件所述空气阻尼管7均布设置于上座板9和中座板5之间，且空气阻尼管7一端连接上座板9，另一端连接中座板5，所述中座板5与上座板9相接触平面的摩擦系数从平面中心往平面四周逐渐增大。

优选的，所述空气阻尼管的数量为至少三件，空气阻尼管均匀布置在上座板和中座板之间可以实现上座板在平面上任意滑动。当空气阻尼管的数量为两件时，仅可以满足上座板做直线往复运动。

参见图2，所述空气阻尼管7均布设置8件，针对不同的使用情况，空气阻尼管的数量应该根据实际进行设置。

此处针对空气阻尼管的阻抗力特性进行说明，正常使用情况下，上座板和中座板相对位移速度慢时，空气阻尼管产生的阻抗力很小；当上座板和中座板相对位移速度快时(例如地震情况下)，空气阻尼管可以产生很大的阻抗力。(一般认为阻抗力与速度的关系为：F＝CV^α，其中C为阻尼系数，V为中座板与上座板的相对速度，α为阻尼指数，根据不同的阻尼，α的数值也会不同)

所述摩擦系数的变化可以通过接触面的选材以及控制中座板上相接触平面的表面粗糙度来实现。

在中座板与上座板相接触平面的中心处，摩擦系数最小，摩擦力最小，中座板与上座板之间的运动速度最大，阻抗力最大；在中座板与上座板相接触平面的四周，摩擦系数最大，摩擦力最大，中座板和上座板之间的运动速度最小，阻抗力最小。中座板与上座板相接触平面上摩擦系数变化和空气阻尼管的这种组合，使得本发明支座的减隔震作用在空间上分布相对均匀，同时有利于震后自复位。

所述带空气阻尼管的减隔震支座还包括下座板1，所述中座板5设置于所述下座板1上，在二者的接触位置处，所述中座板5设有球形外凸面，所述下座板1设有球形内凹面，所述球形外凸面与所述球形内凹面相匹配设置且两者形成球面摩擦副4，从而实现中座板和下座板间相对转动。优选的，所述球面摩擦副的摩擦系数为均匀分布的。

通过上座板和中座板之间的平面摩擦副满足桥梁在水平面上的滑动位移，通过中座板和下座板之间的球面摩擦副能够满足桥梁的转动位移。

所述带空气阻尼管的减隔震支座还包括弹性件，所述中座板5平面中心竖向设有通孔，所述弹性件竖直设置于所述通孔中，且弹性件的一端与下座板1球形内凹面的表面中心连接，另一端连接上座板9上与中座板5相接触平面的中心位置。

在所述上座板9上与中座板5相接触平面的中心位置处设有盲孔，所述弹性件的两端均通过第一固定器3分别连接所述盲孔的内壁以及所述球形内凹面的表面中心。

参见图1，所述第一固定器为现有技术中窗户风钩常用的结构，可以直接购买，第一固定器通过螺纹直接固定安装在上座板和下座板上。

优选的，所述弹性件为弹簧2。设置弹簧可以实现，随着上座板与下座板相对位移的增加，弹簧刚度会发生变化，使得减隔震支座的水平刚度是一个变化的值，避免共振的发生。同时，配合中座板与上座板相接触平面的摩擦系数变化可以实现地震后(或者是减隔震支座发生偏移后)减隔震支座进行复位，减少残余位移。

当上座板和中座板发生相对位移之后(例如在地震发生后)，上座板与中座板的相对速度为零，相对位移最大，此时弹簧的伸长量最大，产生的恢复力也最大；相对速度为零，阻抗力为零，此时弹簧力只要克服摩擦力就可以使得支座复位(虽然恢复过程中上座板和中座板相对运动会产生阻抗力，但是由于恢复过程运动速度很小，其阻抗力可以忽略不计)。

另外，在设计中座板上的通孔时应该考虑通孔的大小或形状，需要满足当上座板和中座板出现最大位移量时，弹簧发生弯曲后不会与上座板或中座板产生干涉，即通孔有足够的空间来容纳弹簧的弯曲变形。

所述带空气阻尼管的减隔震支座还包括限位环11和至少三件销钉12，所述限位环11设置于中座板5与上座板9相接触平面上，且限位环11的中心与中座板5和上座板9相接触平面的中心位于同一条轴线上，多件所述销钉12沿着所述限位环11的外径周向设置于中座板5上，实现对限位环11进行限位；

所述上座板9为圆柱体，所述上座板9的下端设置于限位环11中，所述限位环11的内径大于或等于上座板9的外径。

所述销钉12竖直设置在中座板5上(具体是竖直插入中座板上的销钉孔中)，在所述销钉12上还设有剪断环12.1，通过剪断环12.1实现销钉12受冲击被剪断，所述剪断环为销钉表面上的一个环形槽。

当销钉受到的冲击(主要由于地震产生)大于销钉的设计强度时，销钉会从剪断环处被剪断，从而实现上座板可以有更大的摩擦位移，以便更好地实现摩擦耗能。

限位环用于限制上座板的平动位移，当限位环的内径与上座板的直径相同时(具体是上座板下端的直径)，本发明减隔震支座为固定支座(即在限位环的作用下上座板无法在限位环中自由活动，只有在销钉剪断后才能运动)；当限位环的内径大于上座板的直径时，减隔震支座为活动支座(在销钉未被剪断的情况下上座板在限位环中有一定的活动空间)。

所述中座板5上设有圆柱形的腔体，所述上座板9设置于所述腔体中，所述腔体的内侧壁上设有中座板缓冲垫6，所述上座板9的外侧壁上(具体是上座板上端的外侧壁上)还设有上座板缓冲垫8。设置缓冲垫可以防止上座板与中座板的极速硬碰撞，防止减隔震支座被损坏。

所述上座板9中部设有环形的安装槽13，所述空气阻尼管7的一端通过第二固定器7.1与所述腔体的内侧壁连接，另一端通过第三固定器7.2与所述安装槽13的内壁连接。

所述第二固定器7.1为半圆形拉钩，所述半圆形拉钩设置于所述腔体的内侧壁上，所述第三固定器7.2包括两件连接块和一件连接杆，两件所述连接块设置于所述安装槽13中，两件所述连接块分别设置于连接杆的两端形成工字结构，空气阻尼管7的一端与所述连接杆连接。

所述空气阻尼管7上的挂钩与半圆形拉钩配合实现勾住，空气阻尼管上的挂钩勾住连接杆实现与第三固定器连接。

本发明减隔震支座的工作原理为：

正常使用情况下，上座板被限制在限位环内且可以在中座板的平面摩擦副上滑动，中座板可以在下座板的球面摩擦副上转动，由于正常使用情况下上座板滑动速度很慢且位移较小(主要是由于温度作用或者桥梁行车的影响，会使支座的上座板与中座板之间产生相对位移，产生相对位移的速度很小且相对位移的数值也不大)，所以空气阻尼管产生的阻抗力很小，以实现正常使用情况下的支座位移需求；

地震情况下，固定限位环的销钉被剪断，桥梁受到的地震能量主要通过平面摩擦和空气阻尼管来消耗，在中座板与上座板相接触平面中心位置时空气阻尼管的阻抗力最大，用于补偿平面摩擦副处耗能不足的缺陷；在中座板与上座板相接触平面的边缘位置时摩擦力很大，用于补偿空气阻尼管在最大位移处耗能不足的缺陷。在地震后，由于竖向弹簧和球面摩擦副的存在，支座可以实现自动复位的功能。

应用本实施例的技术方案，具体是：

将本发明的减隔震支座组装完成后，通过下座板的下端面放置于桥墩的支座垫石上，桥梁的梁体放置于上座板的上端面，并使用螺栓对减隔震支座、桥墩以及梁体之间进行固定，通过本发明的减隔震支座实现对梁体进行支撑。

应用本发明的技术方案，效果是：

使用本发明的减隔震支座不会造成梁体明显升高的情况，通过弹簧可以实现震后的支座复位，减少残余位移；中座板与上座板相接触平面上摩擦系数变化和空气阻尼管的这种组合，使得本发明减隔震支座的减隔震作用在空间上分布相对均匀，能够更好的起到减隔震作用。

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)

1.一种带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，包括中座板(5)、上座板(9)以及至少两件空气阻尼管(7)，所述上座板(9)设置于中座板(5)上且两者之间相接触的平面形成平面摩擦副(10)，多件所述空气阻尼管(7)均布设置于上座板(9)和中座板(5)之间，且空气阻尼管(7)一端连接上座板(9)而另一端连接中座板(5)，所述中座板(5)与上座板(9)相接触平面的摩擦系数从平面中心往平面四周逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，还包括下座板(1)，所述中座板(5)设置于所述下座板(1)上，在二者的接触位置处，所述中座板(5)设有球形外凸面，所述下座板(1)设有球形内凹面，所述球形外凸面与所述球形内凹面相匹配设置且两者形成球面摩擦副(4)，从而实现中座板和下座板间相对转动。

3.根据权利要求2所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，还包括弹性件，所述中座板(5)平面中心竖向设有通孔，所述弹性件竖直设置于所述通孔中，且弹性件的一端与下座板(1)球形内凹面的表面中心连接，另一端连接上座板(9)上与中座板(5)相接触平面的中心位置。

4.根据权利要求3所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，在所述上座板(9)上与中座板(5)相接触平面的中心位置处设有盲孔，所述弹性件的两端均通过第一固定器(3)分别连接所述盲孔的内壁以及所述球形内凹面的表面中心。

5.根据权利要求4所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，所述弹性件为弹簧(2)。

6.根据权利要求4所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，还包括限位环(11)和至少三件销钉(12)，所述限位环(11)设置于中座板(5)上且限位环(11)的中心与中座板(5)和上座板(9)相接触平面的中心位于同一条轴线上，多件所述销钉(12)沿着所述限位环(11)的外径周向设置于中座板(5)上，实现对限位环(11)进行限位；

所述上座板(9)为圆柱体，所述上座板(9)的下端设置于限位环(11)中，所述限位环(11)的内径大于或等于上座板(9)的外径。

7.根据权利要求6所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，所述销钉(12)竖直设置在中座板(5)上，在所述销钉(12)上还设有剪断环(12.1)，通过剪断环(12.1)实现销钉(12)受冲击被剪断。

8.根据权利要求7所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，所述中座板(5)上设有圆柱形的腔体，所述上座板(9)设置于所述腔体中，所述腔体的内侧壁上设有中座板缓冲垫(6)，所述上座板(9)的外侧壁上还设有上座板缓冲垫(8)。

9.根据权利要求8所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，所述上座板(9)中部设有环形的安装槽(13)，所述空气阻尼管(7)的一端通过第二固定器(7.1)与所述腔体的内侧壁连接，另一端通过第三固定器(7.2)与所述安装槽(13)的内壁连接。

10.根据权利要求9所述的带空气阻尼管的减隔震支座，其特征在于，所述第二固定器(7.1)为半圆形拉钩，所述半圆形拉钩设置于所述腔体的内侧壁上，所述第三固定器(7.2)包括两件连接块和一件连接杆，两件所述连接块设置于所述安装槽(13)中，两件所述连接块分别设置于连接杆的两端形成工字结构，空气阻尼管(7)的一端与所述连接杆连接。

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