CN111663437B - 防倾覆球形支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防倾覆球形支座，其包括：上支座板；球冠滑板总成；下支座板；第一油缸；第二油缸；连通管路；阀组；角位移传感器。基于本发明的防倾覆球形支座具有较好抗倾覆能力，且对桥梁支座平衡功能实现影响比较小。

Description

防倾覆球形支座

技术领域

本发明涉及一种防倾覆球形支座。

背景技术

球形支座是在盆式橡胶支座基础上发展起来的桥梁支座，其不仅能够平衡因桥梁梁体热胀冷缩所产生的水平位移，而且能够平衡角位移。一般而言，球形支座安装在桥墩上，用于承载桥梁梁体，承载载荷，其能够平衡的线位移和角位移都有一定的限度，尤其是角位移，当超出该限度时，桥梁即发生倾覆。

一般而言，常规球型支座本身的结构可以满足一般工况的下的桥梁的线位移和角位移，但是桥梁支座在各种外部载荷作用下，尤其是在斜桥、坡桥和城市高架桥等场合，常规球型支座的转角满足不了桥梁转动的要求，特别是在多辆重载车同时连续进入城市高架桥时，此时梁体把巨大的载荷通过支座传给桥墩，多辆重载车同时单侧行驶使得桥梁和支座间产生较大的转动量，当转动量超过设计值时，球型支座就会发生倾覆，进而整个桥梁发生倾覆，严重影响人民的生命财产安全，比如无锡桥梁发生侧翻，主因即为桥梁支座本身的转动能力满足不了桥梁当时的角位移设计量，也就是说桥梁支座转动到容许的最大角位移，仍不能抵抗桥梁的单侧压力，最终导致梁体倾覆。

中国专利文献CN106087717A公开了一种桥梁抗倾覆支座，其包括自上至下平行设置的三块板，上面两块板间设有竖直的插接板和缓冲组件，下面两块板间设有插接板，插接板间交叉配合，通过提高整体的强度来增强桥梁的抗倾覆能力。可以理解的是，强度的提高必然降低了桥梁支座的响应敏感性。同时由于其将桥梁支座通过三块板而分成上下两层，整体高度偏大，势必会降低支座的稳定性。

中国专利文献CN107700341A公开了一种具有抗倾覆功能的桥梁支座，从其结构中可以看出，其实质是一种盆式桥梁支座，其用以实现抗倾覆的结构是在上座板与下座板间设有抗拉拔结构，该抗拉拔结构包括上座板导向板、上座板抗拉板和下座板凸耳，相当于上座板通过凸耳勾住下座板，从而若桥梁梁体向一侧倾斜时，所产生的转动为凸耳所限制，而不能进一步倾斜，从而避免倾覆。因其本身属于盆式桥梁支座，不具有角位移能力，但凸耳本身的限制决定了其只能进行顺桥向布设或者横桥向布设，如果顺桥向布设，受凸耳的限制，桥梁横向的热胀冷缩不能被平衡，这种结构使用的局限性极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较好抗倾覆能力，且对桥梁支座平衡功能实现影响比较小的防倾覆球形支座。

在本发明的实施例中，提供了一种防倾覆球形支座，其包括：

上支座板；

球冠滑板总成；

下支座板，通过球冠滑板总成支撑上支座板；

第一油缸，安装在球冠滑板总成顺桥方向一侧的下支座板上，且所包含的推杆支撑上支座板；

第二油缸，安装在球冠滑板总成顺桥方向另一侧的下支座板上，且所包含的推杆支撑上支座板；

连通管路，包括用于第一油缸无杆腔与第二油缸无杆腔连通的第一管路和用于第一油缸有杆腔与第二油缸有杆腔连通的第二管路；

阀组，用于控制第一管路和/或第二管路的启闭，并处于常开状态；

角位移传感器，用于监测球冠滑板总成的角位移，以在角位移达到设定值时，关闭所述阀组。

可选地，推杆与上支座板间的接合为通过滑动组件的接合。

可选地，滑动组件包括固定在上支座板上的不锈钢滑板和固定在推杆上端的聚四氟乙烯滑板；

不锈钢滑板与聚四氟乙烯滑板间贴合形成滑动副。

可选地，还包括补油系统，以向第一油缸、第二油缸和连通管路所形成的液压单元补充液压油。

可选地，补油系统为：

第一结构：所述液压单元接有补油管路，补油管路设有手动阀；

第二结构：所述液压单元接有补油管路，补油管路设有补油阀门，且补油管路通过油泵连接油箱；且在第二结构中设有回油管路，以用于放气和溢流。

可选地，上支座板上围绕球冠滑板总成设有防尘围板，且防尘围板与下支座板接合形成密封区域；

相应地，第一油缸和第二油缸容置在防尘围板所围成的密封区域内。

可选地，所述球冠滑板总成包括：

平面不锈钢板，固定在上支座板的下表面；

复合滑板，与平面不锈钢板配合形成第一滑动副；

球冠衬板，底面固定安装所述复合滑板；

相应地，下支座板上表面具有与球冠衬板的球冠配合的球窝。

可选地，所述复合滑板由作为表面层的聚四氟乙烯层和作为内层的橡胶层复合而成。

可选地，复合滑板具有两个橡胶层，橡胶层间设有隔离层。

可选地，球冠衬板的底面设有凹槽，以部分地嵌入复合滑板。

应知，液体的可压缩性很小，几乎可以忽略不计，或者说，液压系统的控制精度比较高。进而，在本发明的实施例中，于顺桥向，在球形支座的两侧，具体是在球冠滑板总成顺桥向的两侧各设有一个油缸。两个油缸间的无杆腔连通，有杆腔连通，当在球形支座设计转角范围内时，两个油缸基于连通，流阻较小而不会影响球形支座的正常工作。当球形支座的转角较大时，或者说角位移较大时，通过角位移传感器送出开关量，以控制连通管路上的阀组关闭，油缸形成支撑，从而球形支座不会继续转动，在油缸的承压范围内，保证梁体不会倾覆。

附图说明

图1为一实施例中防倾覆球形支座半剖结构示意图。

图2为一实施例中复合滑板结构示意图。

图3为一实施例中两液压缸所适配液压回路的液压原理图。

图中：1.下支座板，2.下锚栓，3.防尘围板，4.第一油缸，5.聚四氟乙烯板，6.上支座板，7.下密封圈，8.上密封圈，9.平面不锈钢板，10.球冠衬板，11.复合滑板，12.球面不锈钢板，13.球面聚四氟乙烯板，14.上锚栓，15.角位移传感器，16.上支座板，17.第二油缸，18.聚四氟乙烯板，19.橡胶板，20.邮箱，21.滤油器，22.溢流阀，23.液压泵，24.三位四通电磁阀，25.单向节流阀，26.双向液压锁，27.二位三通电磁换向阀。

具体实施方式

如背景技术部分所述，在顺桥方向上，球形支座的两侧受力在大多数情况下并不平衡，换言之，在正常情况下，球形支座总是向一侧偏斜的，完全居中的情况非常少见。因此，在正常情况下，需要保证球形支座能够正常工作。

一般而言，球形支座包括上支座板16和下支座板1，以及支撑在上支座板16与下支座板1之间的球冠滑板总成，球冠滑板总成用于上支座板16与下支座板1之间的间接连接，并且球冠滑板总成通常具有线位移能力和角位移能力，是当前应用最为广泛的桥梁支座。

可以理解的是，无论是线位移还是角位移，受球形支座自身结构的限制，必然都有限度，当例如角位移较大时，不可避免的，上支座板16会从下支座板1上滑脱，从而导致梁体倾覆。

上支座板16一般通过上锚栓14与桥梁的梁体间固定连接，上支座板16的上表面为直接承载面，承载梁体。

响应梁体因热胀冷缩等自然的变动和因载荷变化所产生的外部作动的变动，桥梁支座需要具备一定范围内的自由度，因此，固定连接在梁体上的上支座板16承压在下支座板1上时应与下支座板1间具备一定的活动余量，该活动余量即由球冠滑板总成所提供。

球冠滑板总成至少具有角位移余量，一般球冠滑板总成也具有一定的线位移余量。其中，角位移余量由球冠组件提供，线位移余量则由平面滑板提供。

下支座板1一般通过下锚栓2固定在例如桥墩上，换言之，下支座板1也是固定设置的，这就需要球冠滑板总成获得所述角位移余量和线位移余量。

在图1所示的结构中，左侧设有一个第一油缸4，右侧设有第二油缸17，垂直于纸面方向为顺桥向，从图中可见，第一油缸4和第二油缸17分居于球冠滑板总成顺桥方向的两侧，理想状况下，第一油缸4和第二油缸17间关于球形支座顺桥向的中剖面对称。

相应地，第一油缸4和第二油缸17的缸体都支撑在下支座板1上，两油缸的推杆则为上支座板16提供附加支撑。

显而易见的是，球冠滑板总成提供主支撑。

正常情况下，用于连通第一油缸4和第二油缸17的油管是连通的，例如图3中所示的二位二通电磁换向阀27处于连通位，承压时，油缸的无杆腔侧的油会被压出，而在本发明的实施例中，使用连通管路将两个油缸连接起来，具体的连接方式是使用第一管路用于第一油缸无杆腔与第二油缸无杆腔间的连通，使用第二管路用于第一油缸有杆腔与第二油缸有杆腔连通的第二管路，在此情况下，假定第一油缸4受压，第二油缸17必然不受压，第一油缸4的无杆腔被压出的液压油会通过第一管路流入第二油缸17，第二油缸17因无杆腔进入液压油，其活塞会向上运动，有杆腔被压缩，有杆腔内的液压油会通过第二管路进入第一油缸4的有杆腔。

以此类推，当第二油缸17受压时，也会出现同样的液压油流通。

进一步地，提供阀组，阀组配置在第一管路或者第二管路上，阀组如图3中所示的两个二位二通电磁换向阀27。阀组也可以在两个管路上都配置，显而易见的是，只要一个管路截止，整个液压油循环就会被遏制。只不过同时对两个管路进行控制，整体的液压冲击较弱，使用寿命相对较长。

整体而言，阀组的常态必然是使例如前述的第一管路和第二管路处于连通的状态，或者说阀组正常状态为常开，从而不会抑制球形支座的正常使用。

当阀组关闭时，第一管路和/或第二管路被截止，第一油缸4或第二油缸17形成刚性支撑，而能够抑制球形支座继续偏移。

阀组需要关闭的时机，则由球形支座的当前的角位移来确定。

在本发明的实施例中，角位移以理想状态为基准，具体是此时下上支座板16恰好位于下支座板1的正上方，且球冠衬板10发生偏转为0点。角位移以此0点为基准。

进而，在球形支座上设置角位移传感器15，关于角位移传感器15，其安装位置取决于动构件与静构件之间的关系，并且在本发明的实施例中，动静构件间的动作方式非常简单，可以将角位移传感器安装在球冠衬板10上，用于监测球冠衬板10相对于下支座板1的角位移。

角位移传感器15可以输出模拟量，也可以输出数字量，数字量在此处即为开关量，可以通过继电器来控制阀组的启闭。

在一些实施例中，可以引入控制器，角位移传感器15接入控制器，由控制器根据角位移传感器15输入的模拟量（连续的角位移）或者数字量（开关量或具体的角位移数值），判断是否超出设定值，来输出控制阀组的作动。

在图1所示的结构中，两个油缸的推杆与上支座板16间的接合为通过滑动组件的接合，以平衡线位移和角位移。

在一些实施例中，推杆与上支座板16之间可以采用移动副进行配合，推杆与形成移动副的滑块间通过铰链连接。

在图1所示的结构中，滑动组件包括固定在上支座板16上的不锈钢滑板和固定在推杆上端的聚四氟乙烯滑板，即图1中所示的聚四氟乙烯板5。

不锈钢滑板与聚四氟乙烯板5间贴合形成滑动副。

液压系统的缺陷之一是容易泄露，为此，在一些实施例中，提供补油系统，以向第一油缸4、第二油缸17和连通管路所形成的液压单元补充液压油。

关于补油，可以人工补油，也可以采用系统自动补油，采用系统进行补油时，需要配置例如压力计或者其他压强采样元件，以监测油缸的失压情况，油缸响应速度变慢时，即液压单元中含有较多的气体，气体的压缩比比较大，导致油缸响应延迟。

在一些实施例中，则可以采用人工补油，人工补油不需要智能控制系统，结构简单，只需要人工检查液压回路中液压油是否充盈。

人工补油时，所述液压单元接有补油管路，补油管路设有手动阀，打开阀门补油即可，需知，球冠滑板总成是主支撑，正常情况下，液压单元内的压力是平衡的，不会因为打开补油管路而导致液压油喷出。当梁体偏斜过大时，显然并不是补油时机。

自动补油方案中，所述液压单元接有补油管路，补油管路设有补油阀门，且补油管路通过油泵连接油箱；且在第二结构中设有回油管路，以用于放气和溢流，会有管路开始会有少量的液压油排出，排出的大部分是气体，当回油变得比较稳定时，表明前述的液压单元已经充盈，停止补油，关闭补油阀门。

图3为适用于自动补油方案的液压原理图，图中，用于补油的管路设有液压锁，如图中所示的双向液压锁26，以避免回油。

由于图3中所示的液压原理比较清楚，在此不再赘述。

在图1所示的结构中，上支座板16上围绕球冠滑板总成设有防尘围板3，且防尘围板3下垂至下支座板1的上表面，接合而形成密封区域，以减轻灰尘对球冠滑板总成的危害。

相应地，第一油缸4和第二油缸17容置在防尘围板3所围成的密封区域内，减轻灰尘对推杆的影响。

在图1所示的结构中，所述球冠滑板总成包括提供线位移的部分和提供角位移的部分，具体包括：

平面不锈钢板12，其固定在上支座板16的下表面，平面不锈钢板12的下表面为滑动面。

复合滑板11，其上表面与平面不锈钢板16的下表面配合形成第一滑动副，用于提供线位移。

同时，提供角位移的部分则包括球冠衬板10和下支座板1，相应地，球冠衬板10的底面固定安装所述复合滑板11。而下支座板1上表面具有与球冠衬板10的球冠配合的球窝。

应知，球冠衬板并非标准的球冠形结构，在本发明的实施例中借由球冠形结构的概念进行描述。常规地，球冠的截平面称为底面，被截取的球面部分被称为球冠。

在优选的实施例中，所述复合滑板11由作为表面层的聚四氟乙烯层和作为内层的橡胶层复合而成。其结构可见于说明书附图2，图2中可见，聚四氟乙烯层表现为图中所示的聚四氟乙烯板18，橡胶层表现为图中所示的橡胶板19，可以通过热合的方式复合而成。

常规地，一般球冠衬板10上只会固定安装聚四氟乙烯材质的滑板，该种滑板刚度大，没有缓冲性能。基于本发明实施例的复合滑板11，其表面为聚四氟乙烯板18，从而可以满足桥梁支座在水平面内滑移的低摩擦系数要求，而通过位于内层的橡胶板19则可以提供吸震作用，减少桥梁梁体振动向桥墩传递。

在优选的实施例中，复合滑板11具有两个橡胶层，橡胶层间设有隔离层。隔离层选用刚度比较大的板体，例如钢板。

钢板与橡胶间复合的强度相对较弱，在优选的实施例中，隔离层选用聚四氟乙烯板。

在一些实施例中，球冠衬板10的底面设有凹槽，以部分地嵌入复合滑板。

球冠衬板10一般是例如铸铁制作，刚度高，摩擦系数相对较大，为此，在球冠衬板10与球窝配合处设有球面不锈钢板12和球面聚四氟乙烯板13所形成的球面滑动副。

Claims (7)

1.一种防倾覆球形支座，其特征在于，包括：

上支座板；

球冠滑板总成；

下支座板，通过球冠滑板总成支撑上支座板；

第一油缸，安装在球冠滑板总成顺桥方向一侧的下支座板上，且所包含的推杆支撑上支座板；

第二油缸，安装在球冠滑板总成顺桥方向另一侧的下支座板上，且所包含的推杆支撑上支座板；

连通管路，包括用于第一油缸无杆腔与第二油缸无杆腔连通的第一管路和用于第一油缸有杆腔与第二油缸有杆腔连通的第二管路；

阀组，用于控制第一管路和/或第二管路的启闭，并处于常开状态；

角位移传感器，用于监测球冠滑板总成的角位移，以在角位移达到设定值时，关闭所述阀组；

所述球冠滑板总成包括：

平面不锈钢板，固定在上支座板的下表面；

复合滑板，与平面不锈钢板配合形成第一滑动副；

球冠衬板，底面固定安装所述复合滑板；

相应地，下支座板上表面具有与球冠衬板的球冠配合的球窝；

所述复合滑板由作为表面层的聚四氟乙烯层和作为内层的橡胶层复合而成；

复合滑板具有两个橡胶层，橡胶层间设有隔离层。

2.根据权利要求1所述的防倾覆球形支座，其特征在于，推杆与上支座板间的接合为通过滑动组件的接合。

3.根据权利要求2所述的防倾覆球形支座，其特征在于，滑动组件包括固定在上支座板上的不锈钢滑板和固定在推杆上端的聚四氟乙烯滑板；

不锈钢滑板与聚四氟乙烯滑板间贴合形成滑动副。

4.根据权利要求1~3任一所述的防倾覆球形支座，其特征在于，还包括补油系统，以向第一油缸、第二油缸和连通管路所形成的液压单元补充液压油。

5.根据权利要求4所述的防倾覆球形支座，其特征在于，补油系统为：

第一结构：所述液压单元接有补油管路，补油管路设有手动阀；

第二结构：所述液压单元接有补油管路，补油管路设有补油阀门，且补油管路通过油泵连接油箱；且在第二结构中设有回油管路，以用于放气和溢流。

6.根据权利要求1所述的防倾覆球形支座，其特征在于，上支座板上围绕球冠滑板总成设有防尘围板，且防尘围板与下支座板接合形成密封区域；

相应地，第一油缸和第二油缸容置在防尘围板所围成的密封区域内。

7.根据权利要求1所述的防倾覆球形支座，其特征在于，球冠衬板的底面设有凹槽，以部分地嵌入复合滑板。

Images