CN113914206A

CN113914206A - 一种组合耗能限位支座

Info

Publication number: CN113914206A
Application number: CN202111261878.7A
Authority: CN
Inventors: 国巍; 龙岩; 杜乔丹; 卜丹
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明公开了一种组合耗能限位支座，包括支座组件、钢板阻尼组件和摩擦组件；所述支座组件包括上支座板、球冠衬板、中间衬板和下支座板，所述中间衬板的顶部四周设置有T型滑槽；所述钢板阻尼组件包括T型滑轨和S型钢板，所述T型滑轨与T型滑槽装配，所述S型钢板的一端通过螺栓与T型滑轨固定连接，另一端通过螺栓与下支座板固定连接；所述摩擦组件包括平面不锈钢板、平面耐磨滑板、球面不锈钢板、球面耐磨滑板、附加不锈钢板和附加耐磨滑板。本申请的支座，实现了地震作用下的多级耗能，具有功能多样性、安装方便、维护成本低的优点，有利于节约支座修复成本，具有较高的实用价值和经济效益。

Description

一种组合耗能限位支座

技术领域

本发明涉及减隔震支座技术领域，具体涉及一种组合耗能限位支座。

背景技术

对于强震作用下的高速铁路简支梁桥-轨系统，支座在固定方向发生破坏后与墩台发生干摩擦消耗部分地震输入能量，降低桥墩的地震响应，因此，研究支座的减隔震性能对高速铁路桥上行车的安全性具有重要意义。

近年来，复合式减隔震支座得到了较大发展，通过两种或两种以上的隔震耗能机制的合理组合，充分发挥各自优点，克服单一减隔震支座缺点。总体来看，复合式减隔震支座大多采用钢阻尼器、拉索、形状记忆合金等，和一些常见支座(盆式橡胶支座、支座组件等)进行组合设计，虽然能够取得较好的减震和限位效果，但会因结构形式复杂、材料耐久性不高、价格高昂等因素不利于广泛应用，且目前开发的复合式减隔震支座大多是基于活动支座，仅适用于特定结构中，没有充分利用固定支座减震耗能的作用。此外目前的研究多集中于公路桥梁，在高速铁路桥梁中的相关研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种组合耗能限位支座，使其具有正常工作和减震耗能两个工作阶段，以便满足高速铁路桥梁正常工作要求，同时，在地震作用下，具有稳定耗能能力，并在使用中对桥梁结构起到很好的限位功能。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种组合耗能限位支座，包括支座组件、钢板阻尼组件和摩擦组件；所述支座组件包括自上而下依次布置的上支座板、球冠衬板、中间衬板和下支座板，所述上支座板的底部形成与中间衬板的顶端套接的上支座板下沿，所述中间衬板的顶部形成与球冠衬板匹配的球面，中间衬板的顶部四周设置有T型滑槽；所述钢板阻尼组件包括T型滑轨和S型钢板，所述T型滑轨与T型滑槽装配，所述S型钢板的一端通过螺栓与T型滑轨固定连接，另一端通过螺栓与下支座板固定连接；所述摩擦组件包括设置在上支座板和球冠衬板之间的平面不锈钢板和平面耐磨滑板、设置在球冠衬板和球面之间的球面不锈钢板和球面耐磨滑板以及设置在中间衬板和下支座板之间的附加不锈钢板和附加耐磨滑板。

进一步，所述支座组件分为固定型支座组件和活动型支座组件，所述固定型支座组件的中间衬板的顶端四周均设置有与固定型支座组件的上支座板下沿紧密贴合的凸起。

进一步，所述活动型支座组件的中间衬板的活动方向的两侧与活动型支座组件的上支座板下沿之间存在间隙，中间衬板的固定方向的两侧设置有与活动型支座组件的上支座板下沿紧密贴合的凸起。

进一步，所述固定型支座组件的中间衬板的底端四周均设置有悬挑顶板，所述固定型支座组件的下支座板上通过剪力键固定设置有用于对应的悬挑顶板端部限位的挡块。

进一步，所述活动型支座组件的中间衬板的固定方向的底端两侧均设置有悬挑顶板，所述活动型支座组件的下支座板上也通过剪力键固定设置有用于对应的悬挑顶板端部限位的挡块。

进一步，T型滑轨的外侧以及悬挑顶板的端部均设置有辅助耐磨滑板。

进一步，对于活动型支座组件而言，其平面耐磨滑板在活动方向的摩擦系数小于其附加耐磨滑板的摩擦系数。

进一步，对于活动型支座组件而言，所述上支座板下沿的内侧也设置有辅助耐磨滑板。

进一步，所述上支座板与下支座板分别设有用于连接桥梁和桥墩的锚栓。

本发明的有益效果：

本申请的支座，组合了摩擦耗能和S型钢板阻尼塑性耗能且受拉限位的特性，实现地震作用下的多级耗能，在地震作用下具有稳定耗能能力；S型钢板损坏后易于更换；且可通过添加不同数量的S型钢板获得不同的变形能力；具有功能多样性、安装方便、维护成本低的优点，有利于节约支座修复成本，具有较高的实用价值和经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述；

图1为本发明优选实施例的主剖示意图；

图2为本发明优选实施例的侧剖示意图。

图中：上支座板1、平面不锈钢板2、平面耐磨滑板3、球冠衬板4、球面不锈钢板5、球面耐磨滑板6、T型滑轨7、锚栓8、S型钢板9、剪力键10、挡块11、螺栓12、下支座板13、中间衬板14、附加不锈钢板15、附加耐磨滑板16、悬挑顶板17、辅助耐磨滑板18。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细说明；通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确；显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。

如图1-2所示的一种组合耗能限位支座，包括支座组件、钢板阻尼组件和摩擦组件；所述支座组件包括自上而下依次布置的上支座板1、球冠衬板4、中间衬板14和下支座板13；所述上支座板1的底部形成与中间衬板14的顶端套接的上支座板下沿，所述中间衬板14的顶部形成与球冠衬板4匹配的球面，中间衬板的顶部四周设置有T型滑槽；所述上支座板1与下支座板13设有用于连接桥梁和桥墩的锚栓8。支座组件为本支座主体结构，主要作用在于构成支座支撑骨架并保证支座整体稳定性、为其余结构提供安装接口、保证支座使用时具有自复位功能，支座组件的尺寸可根据所要安装的高速铁路桥梁的实际工程需求自行设计。

所述钢板阻尼组件包括T型滑轨7和S型钢板9，所述T型滑轨7与T型滑槽装配，所述S型钢板9的一端通过螺栓12与T型滑轨7固定连接，另一端通过螺栓12与下支座板固定连接。S型钢板9的一端采用T型滑轨与T型滑槽装配的形式，在塑性耗能时，能防止S型钢板的平面段外屈曲。S型钢板9的数量可根据用户需求确定。所述T型滑轨7外壁附着一层辅助耐磨滑板18，保证了T型滑轨7的耐磨性以及减小了在T型滑槽内滑动时的摩擦系数，T型滑槽与T型滑轨7之间的小摩擦力保证了支座在其中一个方向运动时，另一个方向的钢板阻尼组件不会发生平面外变形。

所述摩擦组件包括平面不锈钢板2、平面耐磨滑板3、球面不锈钢板5、球面耐磨滑板6、附加不锈钢板15和附加耐磨滑板16。所述平面不锈钢板2、平面耐磨滑板3设置在上支座板和球冠衬板之间，所述球面不锈钢板5、球面耐磨滑板6设置在球冠衬板4和中间衬板14的球面之间，所述附加不锈钢板15、附加耐磨滑板16设置在中间衬板14和下支座板13之间。所述平面不锈钢板2和平面耐磨滑板3分别与上支座板和球冠衬板固定；所述球面不锈钢板5和球面耐磨滑板6分别与球冠衬板和中间衬板固定；所述附加不锈钢板15和附加耐磨滑板16分别与中间衬板和下支座板固定。不锈钢板和耐磨滑板接触形成一组摩擦面，分布于上支座板1-球冠衬板4、球冠衬板4-中间衬板14、中间衬板14-下支座板13之间，用于摩擦耗能。

所述支座组件分为固定型支座组件和活动型支座组件，采用固定型支座组件的支座为固定型支座，采用活动型支座组件的支座为活动型支座。

对于固定型支座而言，其主剖视图和侧剖视图均如图1所示，具体来说，中间衬板14的顶端四周均设置有与上支座板下沿紧密贴合的凸起；中间衬板的底端四周均设置有悬挑顶板17，下支座板上通过剪力键10固定设置有用于悬挑顶板端部限位的挡块11，所述悬挑顶板的端部设置有辅助耐磨滑板18，以便提高缓冲作用。

对于活动型支座而言，其主剖视图如图1所示，侧剖视图如图2所示，具体来说，中间衬板14的活动方向(如图2所示的左右方向)的两侧与上支座板下沿之间存在间隙，中间衬板的固定方向(如图1所示的左右方向)的两侧设置有与活动型支座组件的上支座板下沿紧密贴合的凸起；中间衬板14的固定方向的底端两侧均设置有悬挑顶板17，所述下支座板上通过剪力键10固定设置有用于悬挑顶板端部限位的挡块11，所述悬挑顶板的端部设置有辅助耐磨滑板18，以便提高缓冲作用。

对于活动型支座而言，所述平面耐磨滑板3在活动方向的摩擦系数小于附加耐磨滑板16的摩擦系数。

对于活动在支座的活动方向而言，上支座板1与中间衬板14之间留有间隙，以满足梁体在温度荷载下产生的变形；对于活动型支座而言，上支座板下沿内壁上粘贴一层耐磨滑板18，当上支座板1与中间衬板14接触时起到一定的缓冲作用。

所述上支座板1、球冠衬板4、中间衬板14、T型滑轨7、T型滑槽以及下支座板13选用型号为Q345钢；S型钢板9选用型号为Q234钢；支座中的耐磨滑板均选用超高分子量聚乙烯耐磨滑板M-PE材料，弹性模量1.02×10³Mpa。

下面详述工作过程：

在正常工作状态下，对于固定型支座而言，剪力键的引入可以提供足够的水平刚度，满足正常使用时列车对平顺性和稳定性的要求。对于活动型支座而言，其活动方向上，上支座板1与中间衬板14之间的间隙可保证结构在活荷载、温度变化、混凝土收缩或徐变等因素作用下能够自由变形。无论是固定型支座还是活动型支座，在上支座板底部贴有一层平面不锈钢板2，与球冠衬板4顶部所设的平面耐磨滑板3形成摩擦面，通过摩擦耗能。

对于活动型支座而言，在地震作用下，当梁体与墩顶的水平相对位移超过活动方向的活动间隙，且水平地震力超过活动支座附加耐磨滑板16的滑动摩擦力时，中间衬板14与下支座板13之间的附加耐磨滑板16通过摩擦耗能，且连接于中间衬板14和下支座板13之间的钢板阻尼组件通过塑性变形进行耗能，附加耐磨滑板16和钢板阻尼组件组成双重耗能体系，对结构起到“减震”作用。

对于固定型支座而言，在强震作用下，当水平地震力超过支座的滑动屈服力时，剪力键10剪断，降低桥梁结构体系的整体刚度，对桥梁结构起到“隔震”作用。剪力键10剪断后，挡块11失效，支座开始滑动。此时，支座也通过耐磨滑板和钢板阻尼组件的变形耗能。若在强震下钢板阻尼组件发生较大塑性变形或破坏，更换S型钢板9，T型滑轨7可多次循环使用。

对于活动型支座而言，其在固定方向的耗能原理与固定型支座相同，此不再赘述。

对于钢板阻尼组件而言，其初始刚度较小，易产生弯曲塑性变形来消耗地震输入能量，且作为弯拉型阻尼器，当发生强震且支座产生的相对位移较大时，钢板阻尼组件的变形由弯曲变形转为拉伸变形，从而在强震下可以提供更高的刚度和强度，此时钢板阻尼组件功效类似于一些桥梁限位装置中使用的“拉索”，具有限位效果，可以有效防止强震下落梁的发生；对于附加耐磨滑板，可以通过改变耐磨滑板的粗糙程度和材料配比调整不同的摩擦系数，从而满足不同设防烈度下的需求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种组合耗能限位支座，其特征在于：包括支座组件、钢板阻尼组件和摩擦组件；所述支座组件包括自上而下依次布置的上支座板(1)、球冠衬板(4)、中间衬板(14)和下支座板(13)，所述上支座板的底部形成与中间衬板的顶端套接的上支座板下沿，所述中间衬板的顶部形成与球冠衬板匹配的球面，中间衬板的顶部四周设置有T型滑槽；所述钢板阻尼组件包括T型滑轨(7)和S型钢板(9)，所述T型滑轨与T型滑槽装配，所述S型钢板的一端通过螺栓(12)与T型滑轨固定连接，另一端通过螺栓与下支座板固定连接；所述摩擦组件包括设置在上支座板和球冠衬板之间的平面不锈钢板(2)和平面耐磨滑板(3)、设置在球冠衬板和球面之间的球面不锈钢板(5)和球面耐磨滑板(6)以及设置在中间衬板和下支座板之间的附加不锈钢板(15)和附加耐磨滑板(16)。

2.根据权利要求1所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述支座组件分为固定型支座组件和活动型支座组件，所述固定型支座组件的中间衬板(14)的顶端四周均设置有与固定型支座组件的上支座板下沿紧密贴合的凸起。

3.根据权利要求2所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述固定型支座组件的中间衬板的底端四周均设置有悬挑顶板(17)，所述固定型支座组件的下支座板上通过剪力键(10)固定设置有用于对应的悬挑顶板端部限位的挡块(11)。

4.根据权利要求2所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述活动型支座组件的中间衬板(14)的活动方向的两侧与活动型支座组件的上支座板(1)下沿之间存在间隙，中间衬板的固定方向的两侧设置有与活动型支座组件的上支座板下沿紧密贴合的凸起。

5.根据权利要求4所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述活动型支座组件的中间衬板的固定方向的底端两侧均设置有悬挑顶板(17)，所述活动型支座组件的下支座板上也通过剪力键固定设置有用于对应的悬挑顶板端部限位的挡块。

6.根据权利要求5所述的组合耗能限位支座，其特征在于：对于活动型支座组件而言，其平面耐磨滑板(3)在活动方向的摩擦系数小于其附加耐磨滑板(16)的摩擦系数。

7.根据权利要求6所述的组合耗能限位支座，其特征在于：对于活动型支座组件而言，所述上支座板下沿的内侧设置有辅助耐磨滑板(18)。

8.根据权利要求1所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述T型滑轨的外侧以及悬挑顶板的端部均设置有辅助耐磨滑板(18)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的组合耗能限位支座，其特征在于：所述上支座板与下支座板分别设有用于连接桥梁和桥墩的锚栓(8)。