CN203569474U - 一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座 - Google Patents
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Abstract
一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，属于减隔震技术领域，结构中包括上支座板、中间衬板、及下支座板，所述的中间衬板由上双球面衬板、及下双球面衬板组成，上支座板的下端面是与上双球面衬板的上球面曲率半径相同的曲面，下支座板的上端面是与下双球面衬板的下球面曲率半径相同的曲面，上双球面衬板的下球面的曲率半径与下双球面衬板的上球面的曲率半径相同，上支座板与上双球面衬板之间、上双球面衬板与下双球面衬板之间、及下双球面衬板与下支座板之间形成三对曲面摩擦转动副。采用两个双球面衬板改变支座在不同地震状态下曲率半径，实现水平刚度的变化，具有有效减小桥梁结构抗震刚度、降低地震响应的作用，起到“多级设防、分级耗能”的减隔震效果。
Description
技术领域
本实用新型属于减隔震技术领域，涉及一种在桥梁、房建上应用的一种摩擦摆式减隔震支座，具体地说是一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座。
背景技术
我国是一个地震多发的国家，近年来，随着全球地震的频发，工程结构的抗震减灾技术受到各大工程设计单位的重视，传统加大结构尺寸的刚性抗震措施已经逐渐被快速发展的减隔震技术所代替。目前世界各国有多种减隔震支座的方式，其中常用的有摩擦阻尼型、液压阻尼型和摩擦摆式减隔震支座，以及铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等。摩擦摆式减隔震支座是20世纪80年代末在美国研制而成，早期主要用于房屋建筑结构上。摩擦摆式减隔震支座的本质是摩擦阻尼型支座，它是依靠两个球面的摩擦来实现支座的正常功能和减隔震功能。支座的上支座板或下支座板是一个较大半径的凹球面，地震时支座中心部分的双球面衬板沿凹球面发生摆动位移，利用简单的钟摆机理延长下部结构的自振周期，以减少地震力的作用，同时在地震时，支座的标高会发生变化，使上部结构抬升，通过势能做功，利用摩擦消能，达到消耗地震能量的目的,支座在地震后，可以通过上部结构的自重进行自动复位。
目前国内外均采用的上述传统意义上的摩擦摆式减隔震支座，支座的钟摆结构的曲率半径只有一个，其水平位移刚度也非常固定，具有唯一性、不可变性，但由于地震具有不可预测性，特别是近几年罕遇地震时有发生，时刻威胁着人民生命财产的安全，所有研制一款可以在常遇地震时可以发挥支座水平刚度小，隔震周期长的优点；在罕遇地震时，支座的水平刚度可以自动增加，阻尼比变大，能够很好的抵抗地震力的作用，并且具有防落梁的功能的支座是大势所趋。
发明内容
本实用新型为了解决以上问题，设计了一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，可以利用支座的刚度变化来适应地震烈度大小变化，预防罕遇地震的发生；又能利用上下支座板的限位装置起到防落梁的作用，起到多级减震、多级防护的减震效果。
本实用新型所采用的技术方案是：一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，结构中包括上支座板、中间衬板、及下支座板，关键在于：所述的中间衬板由上双球面衬板、及下双球面衬板组成，上支座板的下端面是与上双球面衬板的上球面曲率半径相同的曲面，下支座板的上端面是与下双球面衬板的下球面曲率半径相同的曲面，上双球面衬板的下球面的曲率半径与下双球面衬板的上球面的曲率半径相同，上支座板与上双球面衬板之间、上双球面衬板与下双球面衬板之间、及下双球面衬板与下支座板之间形成三对曲面摩擦转动副。
上双球面衬板的上球面曲率半径与其下球面曲率半径不同，上双球面衬板的上球面曲率半径与下双球面衬板的下球面曲率半径相同。
本实用新型与普通摩擦摆式减隔震支座不同点在于：普通摩擦摆式减隔震支座为一道摩擦摆结构，而本实用新型设计两道摩擦摆结构。其工作原理如下：在非地震状态下，本实用新型所述支座可作为一普通球型支座，具有普通球型支座的所有功能；当多发常遇地震时，地震水平力超过了剪力螺栓的设计值，剪力螺栓剪断，限位挡块失去了限位功能，此时第一道摩擦摆结构发挥作用，功能实现与传统摩擦摆式支座相同；当有罕遇地震发生时，第一道摩擦摆结构的水平位移将滑移到极限，即剪力螺栓设计值，上支座板上设置的第一凸起将和上双球面衬板发生接触限位，第一道摩擦摆结构失效，同时上双球面衬板和中球面滑板产生转动滑移，第二道摩擦摆发挥作用，并且水平阻尼力和水平刚度变大，再次起到了阻尼减震的作用，并且第二道摩擦摆滑移到极限时均有限位结构，避免发挥落梁的危险。
本实用新型的有益效果是：采用不同曲率半径的两道摩擦摆组合形式来实现支座在不同情况下的刚度要求，具有有效减小桥梁结构抗震刚度、降低地震响应的作用，在罕遇地震的发生时能起到很好的减隔震效果。
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是本实用新型第一种实施例的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1中A的放大图。
图4是图1中B的放大图。
图5是本实用新型第二种实施例的结构示意图。
图6是图5的俯视图。
图7是本实用新型第三种实施例的结构示意图。
图8是图7的俯视图。
图9是本实用新型的滞回曲线图。
附图中，1是下支座板，2是上支座板，3是防尘密封圈，4是上球面滑板，5是上双球面衬板，6是中间球面滑板，7是下双球面衬板，8是下球面滑板，9是剪力螺栓，10是限位挡块，11是不锈钢条，12是滑条,13是上锚固螺栓组件，14是下锚固螺栓组件，P代表第一凸起，Q代表第二凸起。
具体实施方式
一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，结构中包括上支座板2、中间衬板、及下支座板1，重要的是：所述的中间衬板由上双球面衬板5、及下双球面衬板7组成，上支座板2的下端面是与上双球面衬板5的上球面曲率半径相同的曲面，下支座板1的上端面是与下双球面衬板7的下球面曲率半径相同的曲面，上双球面衬板5的下球面的曲率半径与下双球面衬板7的上球面的曲率半径相同，上支座板2与上双球面衬板5之间、上双球面衬板5与下双球面衬板7之间、及下双球面衬板7与下支座板1之间形成三对曲面摩擦转动副。
上双球面衬板5的上球面曲率半径与其下球面曲率半径不同，上双球面衬板5的上球面曲率半径与下双球面衬板7的下球面曲率半径相同。这样，利用三对曲面摩擦转动副形成了与传统摩擦摆式减隔震支座不同的支座，使该支座具有两道摩擦摆结构。
所述的上支座板2的下端面是球面，下支座板1的上端面是球面，两球面的球面球心在同一竖直面内。
在上双球面衬板5上设置与其上球面曲率半径相同的上球面滑板4，上双球面衬板5借助上球面滑板4与上支座板2形成第一对曲面摩擦转动副；在下双球面衬板7上设置与其下球面曲率半径相同的下球面滑板8，下双球面衬板7借助下球面滑板8与下支座板1形成第二对曲面摩擦转动副；在上双球面衬板5与下双球面衬板7之间设置与下双球面衬板的上球面曲率半径相同的中间球面滑板6，中间球面滑板6与下双球面衬板7形成第三对曲面摩擦转动副。第一对曲面摩擦转动副和第二对曲面摩擦转动副具有相同的曲率半径，形成了摆式减隔震结构，在地震作用下起到第一道的减震作用，第二对曲面摩擦转动副与第三对曲面摩擦转动副形成第二道的的减震作用。
在上支座板2与上双球面衬板5之间、上双球面衬板5与下双球面衬板7之间、及下双球面衬板7与下支座板1之间均设置有防尘密封圈3。
所述的上支座板2的四周设置有借助剪力螺栓9固定的一组限位挡块10，限位挡块10上设置有不锈钢条11、下支座板2上设置有滑条12，限位挡块10与下支座板2之间借助不锈钢条11与滑条12的配合形成滑动副。当地震力超过剪力螺栓9的设计值时，限位挡块10的限位作用失效，本支座的摩擦摆结构将发挥作用。
在上支座板2的下端面上设置有限制上双球面衬板5定量滑移的第一凸起P，在下支座板1的上端面上也设置有限制下双球面衬板7定量滑移的第二凸起Q。当第一道摩擦摆结构的滑移量超过其设计值时，上双球面衬板5将被上支座板2的第一凸起P卡住，限制其滑移，同时第二对曲面摩擦转动副和第三对曲面摩擦转动副将重新组合成新的摩擦摆式减隔震结构，起到第二道的减震作用。当第二道摩擦摆结构的滑移量超过其设计值时，下双球面衬板7也将被下支座板1的第二凸起Q卡住，限制其滑移，防止落梁的产生。
为了避免发生局部应力集中的现象，所述的第一凸起P的限位接触面为斜面，该斜面垂直于上支座板2的下端面球面的切线。这样使斜面与上双球面衬板5外圆侧面在此处为面接触。
所述的第二凸起Q的限位接触面为斜面，该斜面垂直于下支座板1的下端面球面的切线。这样使斜面与下双球面衬板7外圆侧面在此处为面接触。
在具体实施时，请参见图1、图2，是本实用新型的第一种实施例，命名为单向活动型可变化水平位移刚度的摩擦摆式减隔震支座，该支座结构中包括上锚固螺栓组件13、下锚固螺栓组件14、上支座板2、下支座板1、及位于上支座板2与下支座板1之间的上双球面衬板5和下双球面衬板7；所述的上双球面衬板5和下双球面衬板7之间设置有与其球面相匹配的中间球面滑板6，上双球面衬板5和与上支座板2之间设置有上球面滑板4，下双球面衬板7和与下支座板1之间设置有下球面滑板8，所述的上球面滑板4的球面和上支座板2与之匹配的球面组成第一对曲面摩擦转动副，下球面滑板8的球面和下支座板1与之匹配的球面组成第二对曲面摩擦转动副，中间球面滑板6的球面和下双球面衬板7与之匹配的球面组成第三对曲面摩擦转动副；所述的上支座板2和上双球面衬板5之间、上双球面衬板5和下双球面衬板7之间、下双球面衬板7和下支座板1之间设置防尘密封圈3；所述的上支座板2的四周设置有借助剪力螺栓9固定的一组限位挡块10，限位挡块10上设置有不锈钢条11、下支座板2上设置有滑条12，限位挡块10与下支座板2之间借助不锈钢条11与滑条12的配合形成滑动副；所述的第一对曲面摩擦转动副和第二对曲面摩擦转动副具有相同的曲率半径，形成了第一道摩擦摆式减隔震结构，所述的第二对曲面摩擦转动副与第三对曲面摩擦转动副亦可形成第二道摩擦摆式减隔震结构；所述的上球面滑板4与下球面滑板8的球面球心在一条垂直中心线上；所述的上支座板2和下支座板1上分别设置有限制上、下双球面衬板定量滑移的第一凸起P、第二凸起Q，其中第一凸起P、第二凸起Q的限位接触面均为斜面，斜面与各自球面的外圆边缘为面接触；所述的限位挡块10和下支座板1之间设置有减小摩阻力的滑动摩擦副，该滑动摩擦副由设置于限位挡块10侧面的不锈钢条11和设置于下支座板1上的滑条12组成。
工作原理：当地震来临时，支座承受的水平力大于剪力螺栓9的设计剪断力时，剪力螺栓9将被剪断，支座进入减震工作状态；第一对曲面摩擦转动副和第二对曲面摩擦转动副形成了第一道摩擦摆的基本结构，由于其曲率半径大，水平摩阻力小，剪力螺栓9剪断后其发挥第一道减隔震作用；当上双球面衬板5的外圆边缘与上支座板2的第一凸起P接触时第一道减隔震功能失效，第二对曲面摩擦转动副会自动与第三对曲面摩擦转动副形成第二道新的摩擦摆结构，发挥了第二道减隔震作用，由于其曲率半径小，其水平阻尼力会增加，水平刚度也随之发生变化，产生了变化水平位移刚度的效果；当下双球面衬板7的外圆边缘与下支座板1设置的第二凸起Q接触时，支座的水平位移将被限制住，防止上部和下部结构的脱节，起到了防落梁的目的。
参看图4和图5为本实用新型第二种实施例，命名为固定型可变化水平位移刚度的摩擦摆式减隔震支座，与上述第一种实施例的区别在于将单个限位挡块10分为两体，两体之间形成的凹槽与下支座板1设置的凸起形成卡榫结构，实现了支座水平方向限制位移的作用。
参看图6和图7为本实用新型的第三种实施例，命名为多向活动型可化水平位移刚度的摩擦摆式减隔震支座，与上述第一种实施例的区别在于将限位挡块10去除，可实现支座水平各方向滑移的作用。
图7为本实用新型支座水平运动的滞回曲线图，图中D0为摩擦屈服位移，P0为摩擦副屈服力，K0为滑移屈服前刚度，D1为第一道摩擦摆结构的最大屈服位移，P1为第一道摩擦摆结构的最大屈服力，K1为第一道摩擦摆结构屈服刚度，D2为第二道摩擦摆结构的最大屈服位移，P2为第二道摩擦摆结构的最大屈服力，K2为第二道摩擦摆结构屈服刚度。从滞回曲线图可以看出，支座具有明显变刚度的减震效果，和传统的摩擦摆相比，曲线的包络面积更大，支座的阻尼效果更加明显，起到了多级预防、多层保护的减隔震效果，在极限位移情况下具有防落梁的功能，特别适用于地震多发地区，具有广泛的应用前景。
Claims (9)
1.一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，结构中包括上支座板（2）、中间衬板、及下支座板（1），其特征在于：所述的中间衬板由上双球面衬板（5）、及下双球面衬板（7）组成，上支座板（2）的下端面是与上双球面衬板（5）的上球面曲率半径相同的曲面，下支座板（1）的上端面是与下双球面衬板（7）的下球面曲率半径相同的曲面，上双球面衬板（5）的下球面的曲率半径与下双球面衬板（7）的上球面的曲率半径相同，上支座板（2）与上双球面衬板（5）之间、上双球面衬板（5）与下双球面衬板（7）之间、及下双球面衬板（7）与下支座板（1）之间形成三对曲面摩擦转动副。
2.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：上双球面衬板（5）的上球面曲率半径与其下球面曲率半径不同，上双球面衬板（5）的上球面曲率半径与下双球面衬板（7）的下球面曲率半径相同。
3.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：所述的上支座板（2）的下端面是球面，下支座板（1）的上端面是球面，两球面球心在同一竖直面内。
4.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：在上双球面衬板（5）上设置与其上球面曲率半径相同的上球面滑板（4），上双球面衬板（5）借助上球面滑板（4）与上支座板（2）形成第一对曲面摩擦转动副；在下双球面衬板（7）上设置与其下球面曲率半径相同的下球面滑板（8），下双球面衬板（7）借助下球面滑板（8）与下支座板（1）形成第二对曲面摩擦转动副；在上双球面衬板（5）与下双球面衬板（7）之间设置与下双球面衬板的上球面曲率半径相同的中间球面滑板（6），中间球面滑板（6）与下双球面衬板（7）形成第三对曲面摩擦转动副。
5.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：在上支座板（2）与上双球面衬板（5）之间、上双球面衬板（5）与下双球面衬板（7）之间、及下双球面衬板（7）与下支座板（1）之间均设置有防尘密封圈（3）。
6.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：所述的上支座板（2）的四周设置有借助剪力螺栓（9）固定的一组限位挡块（10），限位挡块（10）上设置有不锈钢条（11）、下支座板（2）上设置有滑条（12），限位挡块（10）与下支座板（2）之间借助不锈钢条（11）与滑条（12）的配合形成滑动副。
7.根据权利要求1所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：在上支座板（2）的下端面上设置有限制上双球面衬板（5）定量滑移的第一凸起（P），在下支座板（1）的上端面上也设置有限制下双球面衬板（7）定量滑移的第二凸起（Q）。
8.根据权利要求7所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：所述的第一凸起（P）的限位接触面为斜面，该斜面垂直于上支座板（2）的下端面球面的切线。
9.根据权利要求7所述的一种可自调水平刚度的摩擦摆式减隔震支座，其特征在于：所述的第二凸起（Q）的限位接触面为斜面，该斜面垂直于下支座板（1）的下端面球面的切线。
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