CN215106209U - 一种橡胶球铰型减震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种橡胶球铰型减震装置，包括减震榫和传力筒，所述减震榫包括榫身、橡胶层和外套筒，所述榫身的一端设有球头，所述外套筒套设于所述球头上且两者之间设有橡胶层，所述橡胶层与外套筒以及球头均为固定连接，所述传力筒活动套设于所述外套筒上。本实用新型的减震装置通过球头、橡胶层和外套筒三者构成球铰结构，通过橡胶层形变实现外套筒与球头之间相对转动，橡胶层能实现任意转动方向上的抗力。传力筒套设于外套筒上，能允许一定程度由温度和徐变带来的主梁变形，满足桥梁正常使用状态下的位移需求。榫身和橡胶层一同发挥减震耗能能力，在拥有更高耗能能力的同时又避免给桥墩造成过大的内力，能够拥有良好的减震效果。

Description

一种橡胶球铰型减震装置

技术领域

本实用新型涉及减震技术领域，具体涉及一种橡胶球铰型减震装置。

背景技术

橡胶是一种具有高弹性、大变形的高分子材料。作为一种工程复合材料，它在工业上得到了普遍的应用，诸如汽车、船舶、机车车辆、航空、桥梁及仪表等，大多用作弹性减振元件，故也把它称为橡胶弹簧。

橡胶减振制品的减振原理是：将机械零件振动时所产生的机械能部分的吸收并转变为热能。橡胶减振制品与金属弹簧相比，具有以下优点：(1)减振橡胶制品的外部形状可以自由设计，上下、前后、左右三个方向的刚度也都可以自由设计；(2)硫化橡胶的内部损耗比金属材料大得多，因此振动衰减速度快，对高频振动的减振效果明显；(3)能够与金属骨架牢固结合，所以对不同形状配合安装的金属组件可以预先粘接，便于加工、装卸和修理。

在公共交通体系中，桥梁通常承担着重要的作用。我国是一个地震多发的大国，位于环太平洋地震带和亚欧地震带之间，桥梁的减隔震技术在如今已经是一项常用的提高桥梁抗震性能的技术措施。

金属阻尼器主要由铅、软钢和形状记忆合金(亦称为SMA)等各种不同的金属材料制成，利用金属材料屈服时产生的塑性变形来消耗能量，是应用在桥梁上的一种位移形减隔震装置。减震榫是一种常见的悬臂结构金属阻尼器，它通常与活动支座配合使用。在工作过程中，活动支座承担竖向荷载，减震榫抵抗桥梁上部结构的水平位移。正常使用时，减震榫保持弹性状态，通过挠曲来产生水平反力。在抗震过程中减震榫发生弹塑性变形，通过滞回消耗地震能量。

目前已知的应用于桥梁中的减震榫中，如申请号为201620385905.X的中国专利公开了一种分离式软钢减震榫，其由于两端固结无法实现和上部结构在水平方向和竖向解耦，在竖向地震较大(如近断层地震)的情况下，减震榫的受力非常复杂，不利于减震榫减震。而若减震榫完全做成悬臂结构，在较大地震如近断层地震作用下，减震榫会出现较大的转角和竖向位移，为此需要设置额外的转动摩擦副，这将使得悬臂减震榫在施工中安装较为困难，在地震过程中转动摩擦副的材料易发生不可逆的屈服，同时容易出现应力集中，在地震过程中易发生损坏。

综上所述，急需一种橡胶球铰型减震装置以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种橡胶球铰型减震装置，旨在解决现有减震榫存在的问题，具体技术方案如下：

一种橡胶球铰型减震装置，包括减震榫和传力筒，所述减震榫包括榫身、橡胶层和外套筒，所述榫身的一端设有球头，所述外套筒套设于所述球头上且两者之间设有橡胶层，所述橡胶层与外套筒以及球头均为固定连接，所述传力筒活动套设于所述外套筒上。

以上技术方案中优选的，所述橡胶层采用经过硫化处理的高阻尼橡胶。

以上技术方案中优选的，所述橡胶层与外套筒之间以及橡胶层与球头之间均采用粘结剂粘结。

以上技术方案中优选的，所述外套筒与橡胶层粘结的一面以及球头的外表面均脱脂处理后进行喷砂或抛丸处理。

以上技术方案中优选的，设置于外套筒和球头之间的橡胶层硫化处理后，对外套筒进行冷挤压处理。

以上技术方案中优选的，所述传力筒与外套筒之间留有间隙。

以上技术方案中优选的，所述榫身的另一端设有法兰底盘，通过法兰底盘固定于桥梁的下部结构上，所述传力筒固定于桥梁的上部结构上。

以上技术方案中优选的，所述榫身、外套筒、法兰底盘和传力筒的外表面均镀锌或涂漆处理。

以上技术方案中优选的，所述榫身垂直于轴向的截面为圆形，由上至下，榫身的周向直径逐渐增大，榫身的几何变形符合等强度梁理论；所述榫身与球头间圆弧过渡连接。

以上技术方案中优选的，所述榫身采用低碳钢，所述外套筒、法兰底盘和传力筒均采用45#钢。

应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型的减震装置通过球头、橡胶层和外套筒三者构成球铰结构，通过橡胶层形变实现外套筒与球头之间相对转动，橡胶层能实现任意转动方向上的抗力。传力筒套设于外套筒上，能允许一定程度由温度和徐变带来的主梁变形，满足桥梁正常使用状态下的位移需求，同时还能够非常方便的实现竖向和水平方向的解耦。

在地震作用下橡胶层发生剪切形变，实现外套筒与球头之间相对转动，榫身发生屈服产生形变，此时榫身和橡胶层一同发挥减震耗能能力。在拥有更高耗能能力的同时又避免给桥墩造成过大的内力，能够拥有良好的减震效果。由于橡胶层具备良好的延性和超弹性特点，本减震装置在主要地震过后仍然能拥有较好的工作性能。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型减震装置中减震榫的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是本实用新型减震装置中传力筒的结构示意图；

图4是本实用新型减震装置的应用示意图；

其中，1、榫身，2、球头，3、橡胶层，4、外套筒，5、法兰底盘，6、传力筒，7、梁体，8、桥墩，9、支座。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述，并给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

实施例1：

参见图1-4，一种橡胶球铰型减震装置，包括减震榫和传力筒6，所述减震榫包括榫身1、橡胶层3和外套筒4，所述榫身1的一端设有球头2，所述外套筒4套设于所述球头2上且两者之间设有橡胶层3，所述橡胶层3与外套筒4以及球头2间均通过粘结剂粘结，所述传力筒6活动套设于所述外套筒4上。所述球头2、橡胶层3和外套筒4构成球铰结构，通过橡胶层3剪切变形实现外套筒4与球头2间相对转动。

在球头2、橡胶层3和外套筒4三者之间，先将所述外套筒4的内表面以及球头2的外表面均脱脂处理后进行喷砂或抛丸处理，从而实现橡胶层3与球头2间以及橡胶层3与外套筒4间实现良好的粘结。优选的，所述橡胶层3与外套筒4之间以及橡胶层3与球头2之间均采用开姆洛克粘结剂粘结。

在将球头2外表面和外套筒4内表面涂上开姆洛克粘结剂后，注入橡胶层3并进行硫化处理，从而将塑性的胶料转变成为高阻尼橡胶，优选橡胶层3的原材料采用工程界常用的氯丁橡胶或者天然橡胶进行制作。

在橡胶层3硫化处理后，对外套筒4进行冷挤压处理，然后精加工得到尺寸精确的外套筒4。冷挤压处理使得橡胶层3产生预压缩，消除橡胶在硫化过程中的残余应力，改善橡胶工作性能与寿命。

进一步优选的，所述传力筒6与外套筒4之间留有间隙，具体是传力筒6与外套筒4之间在水平方向上留有间隙，传力筒6和外套筒4之间能相对运动，从而释放了减震榫顶部竖向自由度，实现了减震榫水平向和竖向的解耦，提高了减震榫的水平方向抗震性能，同时也实现上部结构在温度变化、混凝土收缩和徐变时不产生额外的附加内力，并能保证桥梁行车平顺。

所述榫身1的另一端设有法兰底盘5，通过法兰底盘5固定于桥梁的下部结构上，所述传力筒6固定于桥梁的上部结构上。具体地，所述法兰底盘5和传力筒6上均设有安装孔，所述法兰底盘5通过高强度螺栓固定连接在桥墩8中的预埋钢板上，所述传力筒6通过高强度螺栓连接在梁体7上，所述高强度螺栓为8.8级或10.9级。

优选的，所述榫身1、外套筒4、法兰底盘5和传力筒6的外表面均镀锌或涂漆处理，以避免生锈和被腐蚀。

所述榫身垂直于轴向的截面为圆形，由上至下(本实施例中榫身的下端指的是靠近法兰底盘的一端，上端指的是靠近球头的一端)，榫身的周向直径逐渐增大，榫身的几何变形符合等强度梁理论；采用圆形截面的榫身1在水平面上可以双向限制上部结构的位移，实现双向减震耗能。所述榫身1与球头2间圆弧过渡连接，有效避免应力集中。

所述榫身1采用低碳钢，所述外套筒4、法兰底盘5和传力筒6均采用45#钢。

应用本实施例的减震装置具体是：

参见图4，桥梁的梁体7通过支座9设置于桥墩8上，所述减震装置设置于桥墩8与梁体7之间。减震装置在安装过程中，首先将减震榫套入传力筒6中，通过高强度螺栓将法兰底盘5与桥墩8固结以及将传力筒6与梁体7固结。另外，在桥梁设计过程中，根据现场条件可决定减震装置需要的数量和尺寸。

应用本实施例中的减震装置效果是：

本实施例的减震装置通过球头2、橡胶层3和外套筒4三者构成球铰结构，实现外套筒4与球头2之间可以相对运动，球铰结构能够提供任意转动方向上的抗力(橡胶层的作用相当于在减震榫的顶部设置了扭转方向上的粘滞弹簧)。

传力筒6活动套设于外套筒4上，能允许一定程度由温度和徐变带来的主梁变形，满足桥梁正常使用状态下的位移需求，同时还能够非常方便的实现竖向和水平方向的解耦，便于加工制造和安装施工。

在地震作用下橡胶层3发生剪切形变，实现外套筒4与球头2之间相对转动，同时榫身1发生屈服，与橡胶层3一同发挥减震耗能能力，在拥有更高耗能能力的同时又避免给桥墩8造成过大的内力，能够拥有良好的减震效果。

由于橡胶层的高延性和超弹性特点，减震装置在主要地震过后仍然能拥有较好的工作性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种橡胶球铰型减震装置，其特征在于，包括减震榫和传力筒(6)，所述减震榫包括榫身(1)、橡胶层(3)和外套筒(4)，所述榫身(1)的一端设有球头(2)，所述外套筒(4)套设于所述球头(2)上且两者之间设有橡胶层(3)，所述橡胶层(3)与外套筒(4)以及球头(2)均为固定连接，所述传力筒(6)活动套设于所述外套筒(4)上。

2.根据权利要求1所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述橡胶层(3)采用经过硫化处理的高阻尼橡胶。

3.根据权利要求2所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述橡胶层(3)与外套筒(4)之间以及橡胶层(3)与球头(2)之间均采用粘结剂粘结。

4.根据权利要求3所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述外套筒(4)与橡胶层(3)粘结的一面以及球头(2)的外表面均脱脂处理后进行喷砂或抛丸处理。

5.根据权利要求4所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，设置于外套筒(4)和球头(2)之间的橡胶层(3)硫化处理后，对外套筒(4)进行冷挤压处理。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述传力筒(6)与外套筒(4)之间留有间隙。

7.根据权利要求6所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述榫身(1)的另一端设有法兰底盘(5)，通过法兰底盘(5)固定于桥梁的下部结构上，所述传力筒(6)固定于桥梁的上部结构上。

8.根据权利要求7所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述榫身(1)、外套筒(4)、法兰底盘(5)和传力筒(6)的外表面均镀锌或涂漆处理。

9.根据权利要求8所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述榫身(1)垂直于轴向的截面为圆形，由上至下，榫身(1)的周向直径逐渐增大，榫身(1)的几何变形符合等强度梁理论；所述榫身(1)与球头(2)间圆弧过渡连接。

10.根据权利要求9所述的橡胶球铰型减震装置，其特征在于，所述榫身(1)采用低碳钢，所述外套筒(4)、法兰底盘(5)和传力筒(6)均采用45#钢。

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