CN111827099B - 一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座，在上连接钢板的四角布置四根记忆合金索连接下连接钢板，在上连接钢板和下连接钢板内侧各粘接一个聚四氟乙烯板，在聚四氟乙烯板中间布置上支座钢板和下支座钢板，上支座钢板和下支座钢板的接触面为波浪面，用于实现正负刚度的转换。在上连接钢板的四边中间位置各连接一个三连杆机构的一端，另一端固定在上支座钢板。本发明的有益效果是：提高该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的回复力，减小震后结构的残余位移，提高了桥梁结构的减震耗能效率，可以在地震中对建筑结构起到有效的保护作用。

Description

一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座

技术领域

本发明涉及桥梁抗震及地震工程领域，尤其涉及一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座。

背景技术

随着我国工程事业的快速发展，桥梁工程的发展也是与飞猛进。近年来，由于地震频发，桥梁落梁的工程现象引起了广大研究学者的关注。而桥梁支座是桥梁的重要部位，它是承上启下的关键节点。因此，如何使得桥梁在地震中屹立不倒称为一个重要的研究主题。

桥梁抗震的一个重要方法就是设置减震隔震支座。隔震支座是指结构为达到隔震要求而设置的支承装置，是在上部结构与地基之间增加隔震层，安装橡胶隔震支座，起到与地面的软连接，通过这样的技术，可以把地震80％左右的能量抵消掉。

目前所用的隔震支座有隔震橡胶支座、夹层橡胶垫等。对于叠层橡胶支座来说，其耐久性和耐火性能较差。支座在不断承受竖向荷载或收到外界因素如温度变换、空气氧化或者风荷载下桥梁的微小震动作用下，常常发生破坏。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种回复能力大、负刚度能力强、减震耗能效果好的多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座，克服了现有普通板式橡胶支座剪切能力不足的缺点，利用形状记忆合金索可以在支座上部发生横向位移后储存应变能，从而约束上部结构的位移，防止出现落梁的情况。该支座在上下底板间设置形状记忆合金索之外，还在上连接板的中部设置三连杆装置，来带动两者的相对位移摩擦耗能，以此提高桥梁结构减震的效率。该多级设防陨石坑摩擦耗能型支座主要包括：上连接钢板、上聚四氟乙烯板、三连杆构件、上支座钢板、波浪面、下支座钢板、下聚四氟乙烯板、形状记忆合金索、下连接钢板和铆钉；

上连接钢板和下连接钢板上下平行设置，上连接钢板与下连接钢板通过若干形状记忆合金索固定连接；每个形状记忆合金索的一端连接上连接钢板，另一端连接下连接钢板，用于固定上连接钢板和下连接钢板；在下连接钢板上表面放置有下聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板上表面粘接下支座钢板，下支座钢板上表面与上支座钢板下表面均为凹凸不平的均匀布置的面且呈镜面对称，该下支座钢板上表面与上支座钢板下表面接触后的接触面为波浪面，该下支座钢板上表面与上支座钢板下表面中间通过铆钉固定，使得下支座钢板与上支座钢板固定连接在一起；上支座钢板上表面粘接上聚四氟乙烯板，上聚四氟乙烯板上方放置上连接钢板；上连接钢板与上支座钢板通过若干三连杆构件连接，所述三连杆构件一端锚固于上连接钢板，另一端锚固于上支座钢板，用于实现上连接钢板与上聚四氟乙烯板之间的相对运动，以增加连接钢板与上聚四氟乙烯板之间的摩擦耗能。

进一步地，所述波浪面用于实现该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的正负刚度的转换。

进一步地，所述上连接钢板的四边中间位置处均连接三连杆构件的一端，三连杆构件的另一端连接于上支座钢板的任一可达到的位置处。

进一步地，所述上连接钢板与下连接钢板通过8根形状记忆合金索连接，相邻2根形状记忆合金索的一端均连接于上连接板的同一角，相邻2根形状记忆合金索的另一端均连接于下连接钢板的同一边的中间位置。

进一步地，所述上连接钢板与下连接钢板上均预留有第一螺栓孔，用于通过螺栓固定所述若干形状记忆合金索。

进一步地，所述上连接钢板与下连接钢板上均预留有第二螺栓孔，用于通过螺栓将该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座连接于桥梁主梁和桥墩。

进一步地，当震动发生时，桥梁的梁部结构带动上连接钢板向震动方向移动，三连杆构件此时发生作用，使得上连接钢板与上聚四氟乙烯板产生相对运动，从而达到摩擦耗能的效果。

进一步地，当震动较小时，横向剪切力不足以将上支座钢板与下支座钢板间的铆钉剪断，此时上支座钢板与下支座钢板间没有相对位移；当震动较大时，横向剪切力足以将上支座钢板与下支座钢板间的铆钉剪断，上支座钢板与下支座钢板进入正、负刚度转换过程，此时该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座具有负刚度特性。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：提高该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的回复力，减小震后结构的残余位移，提高了桥梁结构的减震耗能效率，可以在地震中对建筑结构起到有效的保护作用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的结构图；

图2是本发明实施例中波浪面的俯视图；

图3是本发明实施例中波浪面的剖面图；

图4是本发明实施例中三连杆结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的实施例提供了一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座，应用于桥梁结构中。

请参考图1-4，图1是本发明实施例中一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的结构图，图2是本发明实施例中波浪面的俯视图，图3是本发明实施例中波浪面的剖面图，图4是本发明实施例中三连杆结构示意图，具体包括：上连接钢板1、上聚四氟乙烯板2、三连杆构件3、上支座钢板4、波浪面5、下支座钢板6、下聚四氟乙烯板7、形状记忆合金索8、下连接钢板9和铆钉10；

上连接钢板1和下连接钢板9上下平行设置，上连接钢板1与下连接钢板9通过若干形状记忆合金索8连接；每个形状记忆合金索8的一端连接上连接钢板1，另一端连接下连接钢板9，用于固定上连接钢板1和下连接钢板9；在本实施例中，上连接钢板1和下连接钢板9均为矩形，两个矩形的形状大小相同，且两个矩形在上下方向上恰好重合，形状记忆合金索8为8根，每2根为一组，对应矩形的一个边，对于矩形的每个边所对应的2根形状记忆合金索8，其下端均固定于下连接钢板9上表面的边所在区域的中间位置上的一个螺栓孔中，其上端分别连接上连接钢板1的下表面的四个顶点所在的螺栓孔；在下连接钢板9上表面放置下聚四氟乙烯板7，下聚四氟乙烯板7上表面粘接下支座钢板6，下支座钢板6上表面与上支座钢板4下表面均为均匀布置的凹凸不平的面，例如下支座钢板6上表面与上支座钢板4下表面均为均匀设置若干较小的规则陨石坑的面，且下支座钢板6上表面与上支座钢板4下表面呈镜面上下对称设置，如图3中的图(a)所示，该下支座钢板6上表面与上支座钢板4下表面接触后的接触面即为波浪面5，该波浪面5的俯视图如图2所示，图2中的实线同心圆表示图面，虚同心圆为凹面；该下支座钢板6上表面与上支座钢板4下表面中间通过铆钉固定，使得下支座钢板6与上支座钢板4固定连接在一起；上支座钢板4上表面粘接上聚四氟乙烯板2，上聚四氟乙烯板2上方放置上连接钢板1；上连接钢板1与上支座钢板4通过若干三连杆构件3连接；如图4所示，每个三连杆构件3一端锚固于上连接钢板1，另一端锚固于上支座钢板4，用于实现上连接钢板1与上聚四氟乙烯板2之间的相对运动；所述三连杆构件3包括第一连杆31、第二连杆32和第三连杆33，所述第一连杆31的两端分别连接上连接钢板1和第二连杆的一端，第三连杆33的两端分别连接第二连杆32的另一端和上支座钢板4，通过第二连杆32的自由活动，实现上连接钢板1与上聚四氟乙烯板2的相对运动，以增加连接钢板1与上聚四氟乙烯板2之间的摩擦耗能。

上聚四氟乙烯板2和下聚四氟乙烯板7分别用来降低上支座钢板4与上连接钢板1间的摩擦系数及下支座钢板6与上连接钢板9间的摩擦系数。

所述波浪面5用于实现该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的正刚度与负刚度的转换。

对于矩形的每个边所对应的2根形状记忆合金索8：上连接钢板1和下连接钢板9分别预留第一螺栓孔和第二螺栓孔，螺栓通过第一螺栓孔分别固定形状记忆合金索8与上连接钢板1以及形状记忆合金索8与下连接钢板9，并利用螺栓通过第二螺栓孔将该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座与桥梁主梁及桥墩连接；三连杆构件3通过铆钉分别锚固于上支座钢板4和下支座钢板6。

当震动发生时，桥梁的梁部结构带动上连接钢板1向震动方向移动，三连杆构件3此时发生作用，使得上连接钢板1与上聚四氟乙烯板2产生相对运动，从而达到摩擦耗能的效果。

当震动较小时，横向剪切力不足以将上支座钢板4与下支座钢板6间的铆钉10剪断，此时上支座钢板4与下支座钢板6间没有相对位移。当震动足够大时，横向剪切力足以将上支座钢板4与下支座钢板6间的铆钉10剪断，上支座钢板4与下支座钢板6进入正、负刚度转换过程，此时该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座具有负刚度特性。

该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座将上支座钢板4与下支座钢板6间的铆钉10剪断之后，上支座钢板4下表面与下支座钢板6上表面形成的波浪面5作为该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的负刚度构件。在铆钉10剪断这一时刻，该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座立即进入负刚度状态，该负刚度状态的不稳定加速了波浪面上部结构沿震动方向的运动，如图3中的图(b)所示；当波浪面5完全贴合时，如图3中的图(c)所示，该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座进入正刚度，波浪面5的坡面约束该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的横向位移；当上支座钢板4继续运动时，依靠波浪面5间的摩擦来损耗桥梁结构震动的能量，从而达到减震的效果。通过对波浪面5的坡面角度以及剖光度的控制，可以调节该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的负刚度。

形状记忆合金密度小、对温度敏感高，且有较强的伪弹性。现有橡胶支座的剪切变形主要由橡胶部分完成，由形状记忆合金材质制成的形状记忆合金索8可以在上述多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的高度一定的前提下增大该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的剪切能力，或是在剪切变形一定的情况下，降低该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的高度，以提高该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座与桥梁结构间的稳定性。相对于加劲钢板，形状记忆合金索8可以弯曲，提高了该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的回复力，使得支座剪切变形和转角变形的适应性更强，当该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座受力不均匀时也不会发生损坏。在地震发生时，由于上述多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的剪切变形能力更大，使得该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的滞回曲线所围成的面积增大，相应的耗能能力也显著提高，达到减震的效果。

在桥梁或该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座上部重量显著增加的情况下，通过在上连接板1和下连接板9两侧增加形状记忆合金索8，使得该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的回复力更强，剪切变形能力变大，进一步增强了该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的摩擦耗能能力。

该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的形状记忆合金索8也可以换成高强钢筋，此时也可以起到防止上连接钢板4以上的结构位移过大的情况。波浪面5的布置可根据具体的情况进行改变。

本发明的有益效果是：提高该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的回复力，减小震后结构的残余位移，提高了桥梁结构的减震耗能效率，可以在地震中对建筑结构起到有效的保护作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (2)

1.一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座，应用于桥梁结构，其特征在于：包括：上连接钢板（1）、上聚四氟乙烯板（2）、三连杆构件（3）、上支座钢板（4）、波浪面（5）、下支座钢板（6）、下聚四氟乙烯板（7）、形状记忆合金索（8）、下连接钢板（9）和铆钉（10）；

上连接钢板（1）和下连接钢板（9）上下平行设置，上连接钢板(1)与下连接钢板(9)通过若干形状记忆合金索（8）固定连接；每个形状记忆合金索（8）的一端连接上连接钢板（1），另一端连接下连接钢板(9)，用于固定上连接钢板（1）和下连接钢板（9）；在下连接钢板（9）上表面放置下聚四氟乙烯板（7），下聚四氟乙烯板（7）上表面粘接下支座钢板（6），下支座钢板（6）上表面与上支座钢板（4）下表面均为凹凸不平的均匀布置的面且呈镜面对称，该下支座钢板（6）上表面与上支座钢板（4）下表面接触后的接触面为波浪面（5），所述波浪面（5）用于实现该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的正负刚度的转换；该下支座钢板（6）上表面与上支座钢板（4）下表面中间通过铆钉固定，使得下支座钢板（6）与上支座钢板（4）固定连接在一起；上支座钢板（4）上表面粘接上聚四氟乙烯板（2），上聚四氟乙烯板（2）上方放置上连接钢板（1）；上聚四氟乙烯板（2）和下聚四氟乙烯板（7）分别用来降低上支座钢板（4）与上连接钢板（1）间的摩擦系数及下支座钢板（6）与下连接钢板（9）间的摩擦系数；上连接钢板(1)与上支座钢板（4）通过若干三连杆构件（3）连接，所述三连杆构件（3）一端锚固于上连接钢板（1），另一端锚固于上支座钢板（4），用于实现上连接钢板（1）与上聚四氟乙烯板（2）之间的相对运动，以增加上连接钢板（1）与上聚四氟乙烯板（2）之间的摩擦耗能；所述上连接钢板（1）的四边中间位置处均连接三连杆构件（3）的一端，三连杆构件（3）的另一端连接于上支座钢板（4）的任一可达到的位置处；所述三连杆构件（3）包括第一连杆（31）、第二连杆（32）和第三连杆（33），所述第一连杆（31）的两端分别连接上连接钢板（1）和第二连杆（32）的一端，第三连杆（33）的两端分别连接第二连杆（32）的另一端和上支座钢板（4），通过第二连杆（32）的自由活动，实现上连接钢板（1）与上聚四氟乙烯板（2）的相对运动，以增加上连接钢板（1）与上聚四氟乙烯板（2）之间的摩擦耗能；

所述上连接钢板(1)与下连接钢板(9)上均预留有第一螺栓孔，用于通过螺栓固定所述若干形状记忆合金索（8）；所述上连接钢板(1)与下连接钢板(9)上均预留有第二螺栓孔，用于通过螺栓将该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座连接于桥梁主梁和桥墩；

当震动发生时，桥梁的梁部结构带动上连接钢板（1）向震动方向移动，三连杆构件（3）此时发生作用，使得上连接钢板（1）与上聚四氟乙烯板（2）产生相对运动，从而达到摩擦耗能的效果；

当震动较小时，横向剪切力不足以将上支座钢板（4）与下支座钢板（6）间的铆钉（10）剪断，此时上支座钢板（4）与下支座钢板（6）间没有相对位移；当震动较大时，横向剪切力足以将上支座钢板（4）与下支座钢板（6）间的铆钉（10）剪断，上支座钢板（4）与下支座钢板（6）进入正、负刚度转换过程，在铆钉（10）剪断这一时刻，该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座立即进入负刚度状态，该负刚度状态的不稳定加速了波浪面上部结构沿震动方向的运动；当波浪面（5）完全贴合时，该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座进入正刚度，波浪面（5）的坡面约束该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的横向位移；当上支座钢板（4）继续运动时，依靠波浪面（5）间的摩擦来损耗桥梁结构震动的能量，从而达到减震的效果；通过对波浪面（5）的坡面角度以及剖光度的控制，调节该多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座的负刚度。

2.如权利要求1所述的一种多级设防波浪面摩擦耗能型减震支座，其特征在于：所述上连接钢板(1)与下连接钢板(9)通过8根形状记忆合金索（8）连接，相邻2根形状记忆合金索（8）的一端均连接于上连接钢板（1）的同一角，相邻2根形状记忆合金索（8）的另一端均连接于下连接钢板(9)的同一边的中间位置。

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