CN110983956B - 一种桥梁用减震支座 - Google Patents

Abstract

一种桥梁用减震支座，位于上部桥梁结构(1)和下部桥梁结构(2)之间，其包括支撑结构和多向耗能体系。该支撑结构包括与上部桥梁结构(1)固定连接的上支撑板(3)、与下部桥梁结构(2)固定连接的下支撑板(5)以及设置在二者之间的中支撑板(4)。多向耗能体系由滑动杆耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件相互配合形成；滑动杆耗能元件设置在上支撑板(3)与中支撑板(4)之间；电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件设置在中支撑板(4)和下支撑板(5)之间。该桥梁用减震支座能实现多阶段多向耗能，提高桥梁的抗震性能。

Description

一种桥梁用减震支座

技术领域

本发明涉及桥梁减震领域，具体而言是一种桥梁用减震支座。

背景技术

我国桥梁支座的发展始于20世纪60年代，在传统的钢支座基础上，先后研发了板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球型钢支座等，并在公路、铁路桥梁上广泛应用。但当时支座的设计采用“静力设计”的理念，仅依靠加大支座本身的结构尺寸来抵抗震力，该方法无论是对支座本身还是对桥墩受力，都是不利的。

为了改善桥梁支座的抗震性能，自20世纪80年代以来，在我国的公路、铁路桥梁上，先后也采用过一些减震、隔震支座。常见的抗震支座有抗震型盆式橡胶固定支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆式隔震支座等。如2008年建成通车的苏通长江公路大桥，其采用了球型钢支座与板式橡胶支座组合的减震、隔震支座以及摆锤式球型钢支座。

目前世界各国有多种减震、隔震支座的方式，其中常用的有摩擦阻尼器型减震、隔震支座，粘滞阻尼型减震、隔震支座，摆锤式减震、隔震支座，以及铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等。

自2008年汶川大地震以来，在交通运输部颁布的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)的推动下，众多科研院所、企业、高校致力于研发各类型的减震、隔震支座。如公开号为CN108797325A、名称为“桥梁减震支座”、公开日为2018年11月13日的中国发明专利申请，涉及一种桥梁减震支座，其包括下支撑板；上支撑板；减震装置，减震装置位于上、下支撑板之间，包括下安装座，缸体、黏滞流体、活塞、上安装座，下安装座与凸台固定连接，由环形槽定位，缸体安装于下安装坐上，缸体中装有黏滞流体，活塞中设有密闭空间，开孔朝向活塞底部，活塞密封缸体，上安装座安装于上支撑板的凹槽中，活塞与上安装座固定连接；数据传感器，用于记录桥梁减震支座受压变形次数及桥梁减震支座往复行程。其在承担载荷的同时减少桥梁的震动，并且可以适应上部结构的转角和位移，使上部结构可自由变形而不产生额外的附加内力，用于大、中跨径的桥梁。

上述类型的减震支座，实际上仅在竖向上实现减震，对水平向减震作用有限，且不能实现地震多阶段下的耗能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为现有的桥梁用减震支座耗能方向单一，不能实现在地震多阶段下耗能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种桥梁用减震支座，该桥梁用减震支座设置于上部桥梁结构和下部桥梁结构之间。该桥梁用减震支座包括支撑结构和多向耗能体系。

如前所述的桥梁用减震支座，所述支撑结构包括上支撑板、中支撑板以及下支撑板；所述上支撑板与所述上部桥梁结构的下表面固定连接；所述下支撑板与所述下部桥梁结构的上表面固定连接，所述中支撑板设置在所述上支撑板与所述下支撑板之间。

如前所述的桥梁用减震支座，所述多向耗能体系由滑动杆耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件相互配合形成。其中，所述滑动杆耗能元件设置在所述上支撑板与所述中支撑板之间；所述中支撑板和所述下支撑板之间固定有所述电涡流阻尼元件和所述软钢阻尼元件。

如前所述的桥梁用减震支座，所述滑动杆耗能元件包括至少一组滑动杆耗能构件组。每组滑动杆耗能构件组包括左弹簧腔、右弹簧腔、左滑动座、右滑动座、左滑动杆、右滑动杆、左弹簧、右弹簧以及导轨。其中，所述左弹簧7和所述右弹簧腔内分别设置有所述左弹簧和所述右弹簧；所述左滑动杆的两端分别连接所述左弹簧和所述右滑动座，所述右滑动杆的两端分别连接所述右弹簧和所述左滑动座；所述左弹簧腔和所述右弹簧腔均刚性连接在所述上支撑板上。所述中支撑板上表面固定有所述导轨；所述左滑动座和所述右滑动座在所述导轨上滑动；所述左滑动座、所述右滑动座和所述导轨之间设置有摩擦耗能材料；所述左滑动杆和所述右滑动杆之间通过铰接件相互铰接。

如前所述的桥梁用减震支座，所述电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧、铝板和永磁体组件。

其中，所述磁场屏蔽外壳包括左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板。所述左软钢板、所述右软钢板、所述前软钢板和所述后软钢板的上下端分别固定于所述中支撑板的下表面和所述下支撑板上表面。所述中支撑板的下表面固定连接所述悬挂弹簧的上端，所述悬挂弹簧的下端固定有所述铝板；所述悬挂弹簧以及所述铝板位于所述左软钢板、所述右软钢板、所述前软钢板和所述后软钢板形成的封闭的磁场屏蔽外壳内。

所述永磁体组件包括永磁体以及连接组件。所述连接组件包括左盘、右盘、内滚球轴承、外滚球轴承以及转杆。所述左盘和所述右盘上均设置有所述永磁体。所述左盘和所述右盘分别设置在所述铝板的两侧；所述左盘位于所述左软钢板与所述铝板之间，所述右盘位于所述右软钢板与所述铝板之间。所述左盘和所述右盘背离铝板的侧面上分别固定有内滚球轴承，所述左软钢板和所述右软钢板背离铝板的侧面上固定有外滚球轴承；所述内滚球轴承和所述外滚球轴承之间设置有转杆。所述转杆依次穿过所述外滚球轴承、所述左软钢板或所述右软钢板以及所述内滚球轴承；所述左盘、所述右盘通过各自的转杆分别与所述左软钢板、所述右软钢板连接。所述转杆的端部设置有限位件。

所述软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板，其设置在电涡流阻尼元件的两侧；所述软钢阻尼板的上下端分别固定于所述中支撑板的下表面和所述下支撑板上表面。

如前所述的桥梁用减震支座，其滑动杆耗能元件包括两组及以上滑动杆耗能构件组。

如前所述的桥梁用减震支座，所述摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

如前所述的桥梁用减震支座，所述永磁体均布在左盘和右盘上。

如前所述的桥梁用减震支座，所述软钢阻尼板上开设有孔。

该桥梁用减震支座的工作原理如下：

小震发生时，滑动杆耗能元件工作，左弹簧和右弹簧在左弹簧腔和右弹簧腔内伸缩，同时左滑动座和右滑动座在导轨上摩擦耗能；

中震时，软钢阻尼板发生形变进行耗能；

大震时，左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板发生屈服，同时左软钢板、右软钢板、前软钢板和后软钢板作为电涡流阻尼元件的磁场屏蔽外壳，左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板发生位移时，转杆在内滚球轴承和外滚球轴承内转动，进而带动左盘和右盘上的永磁体转动，同时位于永磁体产生的磁场中的铝板在悬垂弹簧的带动下进行运动，位于左盘和右盘上的永磁体相对运动使磁场的磁通发生变化，铝板内产生电涡流，继而产生一个反向的洛仑兹力阻碍运动，在此过程中电涡流转化为焦耳热释放，实现电涡流阻尼元件耗能。

该桥梁用抗震支座能够实现多阶段多向耗能，能够保证桥梁的抗震性能。滑动杆耗能元件通过位移变形，实现摩擦和形变进行耗能，保证了小震时构件的安全。前软钢板和后软钢板与左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板垂直设置，实现了软钢的纵向和横向的多向耗能。前软钢板、后软钢板、左软钢板和右软钢板同时作为电涡流阻尼元件的电磁屏蔽外壳能够实现了一元件多用途，最大限度的提高了耗能效率。

附图说明

图1为桥梁用减震支座的正视图。

图2为桥梁用减震支座的侧视图。

图3为滑动杆耗能元件的细部图。

图4为电涡流阻尼元件细部图。

图中：

1——上部桥梁结构；2——下部桥梁结构；3——上支撑板；

4——中支撑板；5——下支撑板；6——左弹簧；7——左弹簧腔；

8——右弹簧；9——右弹簧腔；10——左滑动杆；11——右滑动杆；

12——铰接件；13——左滑动座；14——右滑动座；15——导轨；

16——软钢阻尼板；17——后软钢板；18——前软钢板；

19——悬挂弹簧；20——铝板；21——左盘；22——右盘；

23——永磁体；24——内滚球轴承；25——左软钢板；

26——右软钢板；27——外滚球轴承；28——限位件；29——转杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种桥梁用减震支座，该桥梁用减震支座设置于上部桥梁结构1和下部桥梁结构2之间。该桥梁用减震支座包括支撑结构和多向耗能体系。

支撑结构包括上支撑板3、中支撑板4以及下支撑板5；上支撑板3与上部桥梁结构1的下表面固定连接，下支撑板5与下部桥梁结构2的上表面固定连接，中支撑板4设置在二者之间。

多向耗能体系由滑动杆耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件相互配合形成。

滑动杆耗能元件设置在上支撑板3与中支撑板4之间；中支撑板4和下支撑板5之间固定有电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件。

如图3所示，滑动杆耗能元件包括至少一组滑动杆耗能构件组。每组滑动杆耗能构件组包括左弹簧腔7、右弹簧腔9、左滑动座13、右滑动座14、左滑动杆10、右滑动杆11、左弹簧6、右弹簧8以及导轨15。其中，左弹簧腔7和右弹簧腔9内分别设置有左弹簧6和右弹簧8；左滑动杆10的两端分别连接左弹簧6和右滑动座14，右滑动杆11的两端分别连接右弹簧8和左滑动座13；左弹簧腔7和右弹簧腔9均刚性连接在上支撑板3上。中支撑板4上表面固定有导轨15，左滑动座13和右滑动座14在导轨15上滑动，左滑动座13、右滑动座14和导轨15之间设置有摩擦耗能材料；左滑动杆10和右滑动杆11之间通过铰接件12相互铰接。

如图4所示，电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧19、铝板20和永磁体组件。

其中磁场屏蔽外壳包括左软钢板25、右软钢板26、前软钢板18和后软钢板17。左软钢板25、右软钢板26、前软钢板18和后软钢板17的上下端分别固定于中支撑板4的下表面和下支撑板5上表面。中支撑板4的下表面固定连接悬挂弹簧19的上端，悬挂弹簧19的下端固定有铝板20，悬挂弹簧19以及铝板20位于左软钢板25、右软钢板26、前软钢板18和后软钢板17形成的封闭的磁场屏蔽外壳内。

永磁体组件包括永磁体23以及连接组件。连接组件包括左盘21、右盘22、内滚球轴承24、外滚球轴承27以及转杆29。左盘21和右盘22上均设置有永磁体23。左盘21和右盘22分别设置在铝板20的两侧，左盘21位于左软钢板25与铝板20之间，右盘22位于右软钢板26与铝板20之间。左盘21和右盘22背离铝板20的侧面上分别固定有内滚球轴承24，左软钢板25和右软钢板26背离铝板20的侧面上固定有外滚球轴承27，内滚球轴承24和外滚球轴承27之间设置有转杆29；转杆29依次穿过外滚球轴承27、左软钢板25或右软钢板26以及内滚球轴承24；左盘21、右盘22通过各自的转杆29分别与左软钢板25、右软钢板26连接。转杆29的端部设置有限位件28。

如图1所示，软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板16，其设置在电涡流阻尼元件的两侧；软钢阻尼板16的上下端分别固定于中支撑板4的下表面和下支撑板5上表面。

该桥梁用减震支座，其滑动杆耗能元件包括两组及以上滑动杆耗能构件组。

该桥梁用减震支座，其摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

该桥梁用减震支座，其永磁体23均布在左盘21和右盘22上。

该桥梁用减震支座，其软钢阻尼板16上开设有孔。

该桥梁用减震支座的工作原理如下：

小震发生时，滑动杆耗能元件工作，左弹簧6和右弹簧8在左弹簧腔7和右弹簧腔9内伸缩，同时左滑动座13和右滑动座14在导轨15上摩擦耗能。

中震时，软钢阻尼板16发生形变进行耗能。

大震时，左软钢板25、右软钢板26、前软钢板18和后软钢板17发生屈服，同时左软钢板25、右软钢板26、前软钢板18和后软钢板17作为电涡流阻尼元件的磁场屏蔽外壳，左软钢板25、右软钢板26和软钢阻尼板16发生位移时，转杆29在内滚球轴承24和外滚球轴承27内转动，进而带动左盘21和右盘22上的永磁体23转动，同时位于永磁体23产生的磁场中的铝板20在悬垂弹簧的带动下进行运动，位于左盘21和右盘22上的永磁体23相对运动使磁场的磁通发生变化，铝板20内产生电涡流，继而产生一个反向的洛仑兹力阻碍运动，在此过程中电涡流转化为焦耳热释放，实现电涡流阻尼元件耗能。

该桥梁用抗震支座能够实现多阶段多向耗能，能够保证桥梁的抗震性能。滑动杆耗能元件通过位移变形，实现摩擦和形变进行耗能，保证了小震时构件的安全。前软钢板和后软钢板与左软钢板、右软钢板和软钢阻尼板垂直设置，实现了软钢的纵向和横向的多向耗能。前软钢板、后软钢板、左软钢板和右软钢板同时作为电涡流阻尼元件的电磁屏蔽外壳能够实现了一元件多用途，最大限度的提高了耗能效率。

上述内容仅为本发明的优选实施例，并非用于限制本发明。对本领域技术人员来说，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做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种桥梁用减震支座，设置于上部桥梁结构(1)和下部桥梁结构(2)之间，其特征在于：

该桥梁用减震支座包括支撑结构和多向耗能体系；

所述支撑结构包括上支撑板(3)、中支撑板(4)以及下支撑板(5)；所述上支撑板(3)与所述上部桥梁结构(1)的下表面固定连接；所述下支撑板(5)与所述下部桥梁结构(2)的上表面固定连接，所述中支撑板(4)设置在所述上支撑板(3)与所述下支撑板(5)之间；

所述多向耗能体系由滑动杆耗能元件、电涡流阻尼元件和软钢阻尼元件相互配合形成；其中，所述滑动杆耗能元件设置在所述上支撑板(3)与所述中支撑板(4)之间；所述中支撑板(4)和所述下支撑板(5)之间固定有所述电涡流阻尼元件和所述软钢阻尼元件；

所述滑动杆耗能元件包括至少一组滑动杆耗能构件组；

每组滑动杆耗能构件组包括左弹簧腔(7)、右弹簧腔(9)、左滑动座(13)、右滑动座(14)、左滑动杆(10)、右滑动杆(11)、左弹簧(6)、右弹簧(8)以及导轨(15)；其中，所述左弹簧腔(7)和所述右弹簧腔(9)内分别设置有所述左弹簧(6)和所述右弹簧(8)；所述左滑动杆(10)的两端分别连接所述左弹簧(6)和所述右滑动座(14)，所述右滑动杆(11)的两端分别连接所述右弹簧(8)和所述左滑动座(13)；所述左弹簧腔(7)和所述右弹簧腔(9)均刚性连接在所述上支撑板(3)上；所述中支撑板(4)上表面固定有所述导轨(15)；所述左滑动座(13)和所述右滑动座(14)在所述导轨(15)上滑动；所述左滑动座(13)、所述右滑动座(14)和所述导轨(15)之间设置有摩擦耗能材料；所述左滑动杆(10)和所述右滑动杆(11)之间通过铰接件(12)相互铰接；

所述电涡流阻尼元件包括磁场屏蔽外壳、悬挂弹簧(19)、铝板(20)和永磁体组件；所述磁场屏蔽外壳包括左软钢板(25)、右软钢板(26)、前软钢板(18)和后软钢板(17)；所述左软钢板(25)、所述右软钢板(26)、所述前软钢板(18)和所述后软钢板(17)的上下端分别固定于所述中支撑板(4)的下表面和所述下支撑板(5)上表面；所述中支撑板(4)的下表面固定连接所述悬挂弹簧(19)的上端，所述悬挂弹簧(19)的下端固定有所述铝板(20)；所述悬挂弹簧(19)以及所述铝板(20)位于左软钢板(25)、右软钢板(26)、前软钢板(18)和后软钢板(17)形成的封闭的磁场屏蔽外壳内；

所述永磁体组件包括永磁体(23)以及连接组件；

所述连接组件包括左盘(21)、右盘(22)、内滚球轴承(24)、外滚球轴承(27)以及转杆(29)；所述左盘(21)和所述右盘(22)上均设置有所述永磁体(23)；所述左盘(21)和所述右盘(22)分别设置在所述铝板(20)的两侧；所述左盘(21)位于所述左软钢板(25)与所述铝板(20)之间，所述右盘(22)位于所述右软钢板(26)与所述铝板(20)之间；所述左盘(21)和所述右盘(22)背离铝板(20)的侧面上分别固定有内滚球轴承(24)，所述左软钢板(25)和所述右软钢板(26)背离铝板(20)的侧面上固定有外滚球轴承(27)；所述内滚球轴承(24)和所述外滚球轴承(27)之间设置有转杆(29)；所述转杆(29)依次穿过所述外滚球轴承(27)、所述左软钢板(25)或所述右软钢板(26)以及所述内滚球轴承(24)；所述左盘(21)、所述右盘(22)通过各自的转杆(29)分别与所述左软钢板(25)、所述右软钢板(26)连接。

2.根据权利要求1所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述软钢阻尼元件包括多块软钢阻尼板(16)，所述软钢阻尼板(16)设置在所属电涡流阻尼元件的两侧；所述软钢阻尼板(16)的上下端分别固定于所述中支撑板(4)的下表面和所述下支撑板(5)上表面。

3.根据权利要求1或2所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述滑动杆耗能元件包括两组及以上滑动杆耗能构件组。

4.根据权利要求1或2所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述摩擦耗能材料为碳/碳复合材料。

5.根据权利要求1或2所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述转杆(29)的端部设置有限位件(28)。

6.根据权利要求1或2所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述永磁体(23)均布在所述左盘(21)和所述右盘(22)上。

7.根据权利要求2所述的桥梁用减震支座，其特征在于：

所述软钢阻尼板(16)上开设有孔。

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