CN114319601B - 一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，该支座由上至下分别为：转动板、纵向平动板、纵向摩擦柱体、双向平动板、横向摩擦柱体和固定板。其中，转动板下部的球冠体和纵向平动板上部凹面贴合形成一对转动摩擦面，以承担支座水平面内的转动；纵向平动板、纵向摩擦柱体和双向平动板叠合形成两对滑动摩擦面，以承担支座沿水平纵向的平动；双向平动板、横向摩擦柱体和固定板叠合形成两对滑动摩擦面，以承担支座沿水平横向的平动。与现有技术相比，通过将本发明支座的水平变形分解成平面内两垂直方向的平动和转动，可分别对水平两方向的摩擦面进行设计，以满足两个方向上力学性能的不同需求，同时增加支座在地震等作用下的耗能能力。

Description

一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座

技术领域

本发明涉及一种分离式摩擦支座，属于土木工程领域的结构隔震技术，具体地说是一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座。

背景技术

在土木工程领域中，通常在建筑结构基础和主体结构之间、以及在桥梁结构上部主梁和下部桥墩之间设置隔震支座，用以减小地震作用下上部结构的变形，常用的隔震支座包括铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等。

在地震作用下，隔震支座主要发生平面内的平动和转动变形。为了定量描述支座的变形情况，一般将其平动变形分解成建筑、桥梁结构水平两个正交方向上变形的矢量和，即支座在平面两个正交方向上的变形相互耦合，因此，在进行结构抗震设计时，需要考虑两个水平方向上地震效应的组合来进行结构抗震设计。同时，此类隔震支座在水平各向一般具有相同的力学性能，即水平各向同性，但当结构两个方向力学性能差别较大时，需要隔震支座在两个方向上具有不同力学性能，而常用隔震支座无法满足这一要求。

发明内容

本发明的目的是开发一种可以满足两个水平平动自由度力学性能参数可调的新型隔震支座。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，包括从上至下依次设置的转动板、纵向平动板、纵向摩擦柱体、双向平动板、横向摩擦柱体和固定板，转动板上部通过螺栓或预埋件与上部结构相连，固定板下部通过螺栓或预埋件与下部结构相连；

转动板的下表面中心设有一个球冠体，纵向平动板的上表面中心开设有圆槽，圆槽底部为与球冠体弧度相同的凹曲面，转动板通过球冠体限位于圆槽中转动；

纵向平动板的下表面设有水平向的下部圆弧凹槽一，下部圆弧凹槽一为长条结构，双向平动板的上表面设有上部圆弧凹槽一，上部圆弧凹槽一与下部圆弧凹槽一的弧度方向一致，上部圆弧凹槽一上设有沿其弧度方向自由滑动的纵向摩擦柱体；

纵向摩擦柱体为平行于下部圆弧凹槽一的长条结构，纵向摩擦柱体的上下部均为具有弧度的摩擦面，其上摩擦面置于下部圆弧凹槽一中，下摩擦面位于上部圆弧凹槽一上，上摩擦面的弧度与下部圆弧凹槽一一致，下摩擦面的弧度与上部圆弧凹槽一一致，上部圆弧凹槽一的曲率小于下部圆弧凹槽一；

双向平动板的下表面设有下部圆弧凹槽二，固定板的上表面设有水平向的上部圆弧凹槽二，上部圆弧凹槽二为垂直于下部圆弧凹槽一的长条结构，上部圆弧凹槽二与下部圆弧凹槽二的弧度方向一致，上部圆弧凹槽二与下部圆弧凹槽二之间设有沿下部圆弧凹槽二弧度方向自由滑动的横向摩擦柱体；

横向摩擦柱体为平行于上部圆弧凹槽二的长条结构，横向摩擦柱体的上下部均为具有弧度的摩擦面，其下摩擦面置于上部圆弧凹槽二中，上摩擦面位于下部圆弧凹槽二上，下摩擦面的弧度与上部圆弧凹槽二一致，上摩擦面的弧度与下部圆弧凹槽二一致，下部圆弧凹槽二的曲率小于上部圆弧凹槽二。

作为更进一步的优选方案，转动板的下表面中心设有一个圆柱体，球冠体位于圆柱体的下端面，该圆柱体的端面直径小于纵向平动板的圆槽，圆柱体位于圆槽中，圆槽与圆柱体之间设有用于提供转动阻力的摩擦条。

作为更进一步的优选方案，下部圆弧凹槽一的两端具有限位纵向摩擦柱体的纵向挡块一，上部圆弧凹槽二的两端具有限位横向摩擦柱体的横向挡块一。

作为更进一步的优选方案，上部圆弧凹槽一的两端具有限位纵向平动板的纵向挡块二，纵向挡块二与相应侧的纵向挡块一接触，下部圆弧凹槽二的两端具有限位固定板的横向挡块二，横向挡块二与相应侧的横向挡块一接触.

作为更进一步的优选方案，下部圆弧凹槽一、纵向摩擦柱体和上部圆弧凹槽一的曲率和摩擦系数根据结构纵向力学性能需求进行设计；下部圆形凹槽二、横向摩擦柱体和上部圆弧凹槽二的曲率和摩擦系数根据结构横向力学性能需求进行设计；可以使支座在两个水平平动方向上具有不同的力学性能，以满足结构在两个方向上的不同力学需求。

本发明的有益效果包括：

1、本发明将隔震支座水平相对运动分解成水平纵向平动、水平横向平动和水平转动，可以简化抗震设计流程，使得在两个水平方向上分别进行抗震设计。

2、本发明通过调整纵向摩擦柱体和横向摩擦柱体的力学参数，可以实现水平双向力学参数可调，满足隔震支座在两个方向上具有不同力学性能的要求。

3、本发明将隔震支座水平两个方向的变形进行解耦，可以增加支座在地震作用下的耗能能力，从而减小结构在地震下的响应。

附图说明

图1为本发明分离式摩擦支座分解正视图；

图2为本发明分离式摩擦支座分解侧视图；

图3为本发明分离式摩擦支座沿纵向整体剖视图；

图4为本发明分离式摩擦支座沿横向整体剖视图；

图中有：

1-转动板，101-球冠体；

2-纵向平动板，201-凹曲面，202-摩擦条，203-下部圆弧凹槽一，204-纵向挡块一；

3-纵向摩擦柱体；

4-双向平动板，401-上部圆弧凹槽一，402-下部圆弧凹槽二，403-纵向挡块二，404-横向挡块二；

5-横向摩擦柱体；

6-固定板，601-上部圆弧凹槽二，602-横向挡块一。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，如图1和图2所示，该分离式摩擦支座由六个独立的部件叠合而成，由上至下分别为：转动板1、纵向平动板2、纵向摩擦柱体3、双向平动板4、横向摩擦柱体5和固定板6。其中，转动板1和纵向平动板2叠合形成一对水平转动摩擦面；纵向平动板2、纵向摩擦柱体3和双向平动板4叠合形成两对水平纵向滑动摩擦面；双向平动板4、横向摩擦柱体5和固定板6叠合形成两对水平横向滑动摩擦面。

如图3和图4所示，转动板1上部通过螺栓或预埋件与上部结构相连，其下部凸起一个球冠体101与纵向平动板2的凹曲面201相贴合，两者形成一个转动摩擦面，该转动摩擦面宜采用聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯材料等。纵向平动板2凹曲面的侧立面设置有一圈聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯等材料制成的摩擦条，紧密贴合转动板1下部球冠体的侧立面，使得转动板1和纵向平动板2仅能发生相对转动，而不能发生相对平动。

由转动板1下部球冠体与纵向平动板2凹曲面形成的转动摩擦面，其力学参数即为支座的平面转动力学参数，在进行结构设计时，可通过调整该转动摩擦面的曲率、摩擦系数等使其满足支座抗扭要求。

纵向摩擦柱体3沿横向为等截面，其上部位于纵向平动板2下部圆弧凹槽一203中，圆弧凹槽一203沿横向也为等截面，且其曲率与纵向摩擦柱体3上摩擦面的曲率相同，纵向平动板2的圆弧凹槽一203两边有纵向挡块一204限制纵向摩擦柱体3沿横向的相对平动以及绕竖向的相对转动；双向平动板4的上部有等截面的上部圆弧凹槽一401，其曲率与纵向摩擦柱体3下摩擦面的曲率相同，双向平动板4上部上部圆弧凹槽一401两边有纵向挡块二403限制纵向平动板2沿横向的相对平动以及绕竖向的相对转动。上述设计使得纵向平动板2相对于双向平动板4仅能发生纵向相对平动。

纵向平动板2和双向平动板4之间的水平纵向力学性能参数即为支座纵向平动力学参数，仅由纵向平动板2、纵向摩擦柱体3、双向平动板4叠合形成的两对滑动摩擦面决定，也就是由纵向摩擦柱体3两个摩擦面的曲率、摩擦系数等决定，在进行结构设计时，可由结构纵向设计指标来确定其力学参数。

横向摩擦柱体5沿横向为等截面，其下部位于固定板6上部的上部圆弧凹槽二601中，该凹槽沿横向也为等截面，且其曲率与横向摩擦柱体5下摩擦面的曲率相同，上部圆弧凹槽二601两边有横向挡块一602限制横向摩擦柱体5沿纵向的相对平动以及绕竖向的相对转动；双向平动板4的下部有等截面的下部圆弧凹槽二402，其曲率与横向摩擦柱体5上摩擦面的曲率相同，双向平动板4下部下部圆弧凹槽二402两边有横向挡块二404限制固定板6沿纵向的相对平动以及绕竖向的相对转动。上述设计使得双向平动板4相对于固定板6仅能发生横向相对平动。

双向平动板4和固定板6之间的水平横向力学性能参数即为支座横向平动力学参数，仅由双向平动板4、横向摩擦柱体5、固定板6叠合形成的两对滑动摩擦面决定，也就是由横向摩擦柱体5两个摩擦面的曲率、摩擦系数等决定，在进行结构设计时，可由结构横向设计指标来确定其力学参数。

固定板6下部通过螺栓或预埋件与下部结构相连。

纵向摩擦柱体3和横向摩擦柱体5各摩擦面的曲率和摩擦系数可以设置成不同，使得所述支座两个水平方向的力学性能参数可调。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，其特征在于：包括从上至下依次设置的转动板（1）、纵向平动板（2）、纵向摩擦柱体（3）、双向平动板（4）、横向摩擦柱体（5）和固定板（6），转动板（1）上部通过螺栓或预埋件与上部结构相连，固定板（6）下部通过螺栓或预埋件与下部结构相连；

转动板（1）的下表面中心设有一个球冠体（101），纵向平动板（2）的上表面中心开设有圆槽，圆槽底部为与球冠体弧度相同的凹曲面（201），转动板（1）通过球冠体（101）限位于圆槽中转动；

纵向平动板（2）的下表面设有水平向的下部圆弧凹槽一（203），下部圆弧凹槽一（203）为长条结构，双向平动板（4）的上表面设有上部圆弧凹槽一（401），上部圆弧凹槽一（401）与下部圆弧凹槽一（203）的弧度方向一致，上部圆弧凹槽一（401）上设有沿其弧度方向自由滑动的纵向摩擦柱体（3）；

纵向摩擦柱体（3）为平行于下部圆弧凹槽一（203）的长条结构，纵向摩擦柱体（3）的上下部均为具有弧度的摩擦面，其上摩擦面置于下部圆弧凹槽一（203）中，下摩擦面位于上部圆弧凹槽一（401）上，上摩擦面的弧度与下部圆弧凹槽一（203）一致，下摩擦面的弧度与上部圆弧凹槽一（401）一致，上部圆弧凹槽一（401）的曲率小于下部圆弧凹槽一（203）；

双向平动板（4）的下表面设有下部圆弧凹槽二（402），固定板（6）的上表面设有水平向的上部圆弧凹槽二（601），上部圆弧凹槽二（601）为垂直于下部圆弧凹槽一（203）的长条结构，上部圆弧凹槽二（601）与下部圆弧凹槽二（402）的弧度方向一致，上部圆弧凹槽二（601）与下部圆弧凹槽二（402）之间设有沿下部圆弧凹槽二（402）弧度方向自由滑动的横向摩擦柱体（5）；

横向摩擦柱体（5）为平行于上部圆弧凹槽二（601）的长条结构，横向摩擦柱体（5）的上下部均为具有弧度的摩擦面，其下摩擦面置于上部圆弧凹槽二（601）中，上摩擦面位于下部圆弧凹槽二（402）上，下摩擦面的弧度与上部圆弧凹槽二（601）一致，上摩擦面的弧度与下部圆弧凹槽二（402）一致，下部圆弧凹槽二（402）的曲率小于上部圆弧凹槽二（601）；

下部圆弧凹槽一（203）、纵向摩擦柱体（3）和上部圆弧凹槽一（401）的曲率和摩擦系数根据结构纵向力学性能需求进行设计；下部圆弧凹槽二（402）、横向摩擦柱体（5）和上部圆弧凹槽二（601）的曲率和摩擦系数根据结构横向力学性能需求进行设计。

2.根据权利要求1所述的一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，其特征在于：转动板（1）的下表面中心设有一个圆柱体，球冠体（101）位于圆柱体的下端面，该圆柱体的端面直径小于纵向平动板（2）的圆槽，圆柱体位于圆槽中，圆槽与圆柱体之间设有用于提供转动阻力的摩擦条（202）。

3.根据权利要求1所述的一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，其特征在于：下部圆弧凹槽一（203）的两端具有限位纵向摩擦柱体（3）的纵向挡块一（204），上部圆弧凹槽二（601）的两端具有限位横向摩擦柱体（5）的横向挡块一（602）。

4.根据权利要求3所述的一种水平双向力学参数可调的分离式摩擦支座，其特征在于：上部圆弧凹槽一（401）的两端具有限位纵向平动板（2）的纵向挡块二（403），纵向挡块二（403）与相应侧的纵向挡块一（204）接触，下部圆弧凹槽二（402）的两端具有限位固定板（6）的横向挡块二（404），横向挡块二（404）与相应侧的横向挡块一（602）接触。

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