CN217839686U - 一种桥梁支撑用全寿命球铰支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁支撑用全寿命球铰支座，所述球铰支座具有独立成型的上座板、球铰体和下座板；所述上座板的顶部用作与所支撑梁体连接，所述上座板的底部通过上摆连接有匹配于球铰体上半部分的上半球壳，上座板通过上半球壳与铰球体的上半部分以金属球面接触配合；所述下座板的底部用作与所对应桥墩连接，所述下座板的顶部通过下摆连接有匹配于球铰体下半部分的下半球壳，下座板通过下半球壳与铰球体的下半部分以金属球面接触配合；上座板与下座板在上下位保持相对平行状态之下，上摆底部的上沿与下摆顶部的下沿，在所述球铰体的外部以上下位的环周间隙配合。本实用新型能够实现多方向灵活旋转动作，且有利于作到与桥梁同寿命服役。

Description

一种桥梁支撑用全寿命球铰支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁的梁体在桥墩上支撑用的支座结构，具体是一种全寿命的球铰支座。

背景技术

在桥梁结构中，支座是排布于上部结构-梁体与下部结构-桥墩之间的重要支撑构件，其在桥墩上对梁体进行支撑的同时，还需适应于梁体的热长冷缩及所承载活载变化等工况环境而产生一定的适应转动动作。

能够产生适应转动动作的常见桥梁支座，主要有转轴式支座和球铰式支座。

常见的转轴式支座如图14所示，其主要由上座板1′、下座板3′和铰轴5′组成，上座板1′底部的上摆2′和下座板3′顶部的下摆4′串联在铰轴5′的轴向上，由铰轴5′对它们实现上下铰接，上座板1′直接或间接与所支撑梁体连接，下座板3′直接或间接与所对应桥墩连接。此结构的桥梁支座，仅能实现绕铰轴径向的单一方向旋转动作，无法实现包括绕铰轴轴向等方向在内的其它方向的旋转动作，满足不了大型桥梁的梁体在纵、横向适应转动的技术要求。

常见的球铰式支座如中国专利文献公开的名称为“一种公路桥梁圆形球铰调坡型板式橡胶支座”（公开号CN 102677585 A，公开日2012年09月19日），以及名称为“一种公路桥梁圆形球铰调坡型板式橡胶支座”（公开号CN 209211258 U，公开日2019年08月06日）等技术。

公开号CN 102677585 A的技术，在混凝土支座垫石上固定连接有橡胶与钢板复合而成的支座主体，在支座主体的顶部固定连接有钢球冠；在梁体中设置凹弧形钢板，该凹弧形钢板的凹弧面与钢球冠的球冠面相适配。此技术在桥梁结构中虽然能够产生一定的适应转动动作，但其存在如下主要技术问题：

1. 单组配套的钢球冠与凹弧形钢板之间无法形成可控的转动动作，需要两组钢球冠与凹弧形钢板配套使用，从而以形成双球冠面的相互约束定位；

在两组钢球冠与凹弧形钢板的配套使用结构中，因为相互位置的影响、以及球冠面装配精度的技术要求，使得每一组钢球冠与凹弧形钢板之间的球冠面配合的中心对中装配技术难度增大；

2. 承载钢球冠的支座主体为橡胶与钢板的复合结构；

基于橡胶的服役寿命相对有限，难以作到与桥梁同寿命的长效服役，需要多次维护更换，维护成本高，且维护过程中对桥梁交通中断所带来的经济损失更大。

公开号CN 209211258 U的技术，其主要由底部的基座、中部下侧的支撑座、中部上侧的第一固定座和顶部的第二固定座等组成，其球铰配合结构的转动功能需要其它结构辅助方能实现，成型结构复杂；而且，其基座中含有橡胶垫，以及第二固定座橡胶板和钢板复合而成；基于橡胶的服役寿命相对有限，难以作到与桥梁同寿命的长效服役，需要多次维护更换，维护成本高，且维护过程中对桥梁交通中断所带来的经济损失更大。

实用新型内容

本实用新型的技术目的在于：针对上述桥梁、特别是大型桥梁的梁体受热长冷缩及所承载活载变化等工况环境影响的特殊性，以及现有转动功能支座的技术不足，提供一种结构简单、能够实现多方向旋转动作、有利于做到与桥梁同寿命服役的桥梁支撑用全寿命球铰支座。

本实用新型的技术目的通过下述技术方案实现，一种桥梁支撑用全寿命球铰支座，所述球铰支座具有独立成型的上座板、球铰体和下座板；

所述上座板的顶部用作直接或间接与所支撑梁体连接；

所述上座板的底部通过上摆连接有匹配于所述球铰体上半部分的上半球壳，所述上座板通过所述上半球壳与所述铰球体的上半部分以金属球面接触配合；

所述下座板的底部用作直接或间接与所对应桥墩连接；

所述下座板的顶部通过下摆连接有匹配于所述球铰体下半部分的下半球壳，所述下座板通过所述下半球壳与所述铰球体的下半部分以金属球面接触配合；

所述上座板与所述下座板在上下位保持相对平行状态之下，所述上摆底部的上沿与所述下摆顶部的下沿，在所述球铰体的外部以上下位的环周间隙配合。

上述技术措施针对于桥梁、特别是大型桥梁的梁体受到热长冷缩及活载变化等工况环境影响的特殊性，由独立成型的上座板、球铰体和下座板，按上下位组合成可多方向灵活旋转的球铰配合结构，其相较于铰球体在上座板/下座板上的固定连接结构而言，具有如下主要技术优势：

1. 独立的铰球体有利于上座板、铰球体及下座板本身的精加工成型和热处理成型，加工技术难度小，成型质量高；

2. 在对高质量成型的上座板、铰球体和下座板进行上下位组装成型时，上摆底部的上半球壳和下摆顶部的下半球壳，分别仅对相对少部分的铰球体形成嵌装包围，未过及铰球体的直径处（或者说是铰球体横向腰部处），仅通过灵活可调的单独球冠配合面之间的调整实现配合，无需考虑铰球体与上半球壳/下半球壳之间中心对中装配的技术问题，上座板、铰球体、下座板之间的组装技术难度小，能够轻松、灵活、可靠地实现整体组装；

3. 在组装成型的整体结构中，铰球体与上座板/下座板之间不存在结构强度偏弱的连接部位，整体的结构强度高，承载性能好；

4. 在非旋转状态之下，上摆的上沿与下摆的下沿在铰球体外周形成上下位间隙配合；

在旋转状态之下，上摆的上沿与下摆的下沿在铰球体外周处因抵接而自动形成限位，约束球铰的旋转幅度，无需另外增加限位结构，整体结构简单，成型技术难度小，同时亦有利于提高承载性能。

相较于公开号CN 102677585 A的技术而言，上述技术措施具有装配技术难度小、装配精度高等特点；同时，因各部件以金属材料（优选钢质材料，下同）成型，活动配合部件之间以金属接触，从而取消了服役寿命相对有限的橡胶、高分子材料等，有利于作到与桥梁同寿命的长效服役，减少、甚至避免维护，对维护成本控制及社会效益提高均有利。

相较于公开号CN 209211258 U的技术而言，上述技术措施具有结构简单、易于成型等特点；同时，因各部件以金属材料（优选钢质材料，下同）成型，活动配合部件之间以金属接触，从而取消了服役寿命相对有限的橡胶、高分子材料等，有利于作到与桥梁同寿命的长效服役，减少、甚至避免维护，对维护成本控制及社会效益提高均有利。

综上所述，上述技术措施所形成的桥梁支座，一方面具有结构简单、易于成型的特点，二方面能够灵活、可靠地实现可约束的多方向旋转动作，三方面有利于作到与桥梁同寿命的长效服役，四方面能够可靠地承载大活载变化，从而能够有效地满足于桥梁、特别是大型桥梁的工况环境技术要求，经济效益显著。

作为优选技术方案之一，所述上摆底部的上沿为内侧底、外侧高的锥体结构；

所述下摆顶部的下沿为内侧高、外侧低的锥体结构；

所述上座板与所述下座板在上下位保持相对平行状态之下，所述上摆的上沿与所述下摆的下沿之间以≥2弧度的夹角配合；

且，当所述上座板和所述下座板以所述铰球体为中心旋转至最大行程时，所述上座板与所述下座板靠拢一侧所对应的上沿与下沿之间以面接触配合。

上述技术措施，在非旋转状态之下，上摆的上沿与下摆的下沿在铰球体的外周形成上下位的间隙配合；在旋转状态之下，上摆的上沿与下摆的下沿在铰球体的外周处自动形成面接触抵接，从而平稳、可靠地约束球铰的旋转幅度，整体结构简单，旋转平稳，承载性能好。

作为优选技术方案之一，所述铰球体为整圆型结构的金属球，优选钢球；该技术措施的结构简单，易于高质量成型。或者，所述铰球体为上部球冠面与下部球冠面，以上下位组合而成的非圆结构、金属球冠体，优选钢质球冠体；该技术措施实则是将两个少半球上下组合在一起，相较于整圆铰球体而言，具有高度低、体积小、节约材料等特点，但是，在上部球冠面与下部球冠面的结合过程中，需要严格控制它们的球顶之间的对中度，只要形成高质量的球冠体，就不影响与上座板、下座板之间的组装。

作为优选技术方案之一，所述上摆底部的上半球壳顶部处开设有供油孔道，所述供油孔道上连接有油杯。该技术措施，能够通过油杯向上摆底部的上半球壳内提供润滑油，以确保球铰配合结构灵活、平稳、长效，上半球壳内所进入的润滑油会顺着铰球体以及旋转动作而流入下半球壳内，无需在下半球壳内单独设置润滑结构。

作为优选技术方案之一，所述上摆主要由放射状排布于上座板底部处的多块上侧筋板，以及排布于各上侧筋板底端处的上半球壳组成；

所述上侧筋板的顶端面与所述上座板的底面固定连接、底端面与所述上半球壳的外侧球面固定连接，所述上侧筋板的底端最低位最大齐平于所述上半球壳的上沿处；

所述上半球壳在所述上摆的底端处，形成能够匹配于所述球铰体上半部分的球面内凹型腔。

进一步的，所述上摆的各块上侧筋板为顶部宽度大于底部宽度的梯形结构；

各块上侧筋板所围成的所述上摆外轮廓呈顶大、底小的锥形状结构。

进一步的，所述上摆的多块上侧筋板以十字型或米字型的放射状结构，排布于所述上座板的底部。

上述技术措施所成型的上座板，既满足高结构强度的技术要求，又有利于节约材料、减轻重量，还能够有效适应于球铰转动的技术要求，避免与下座板在转动过程中发生位置干涉，实用性好。

作为优选技术方案之一，所述下摆主要由放射状排布于下座板顶部处的多块下侧筋板，以及排布于各下侧筋板顶端处的下半球壳组成；

所述下侧筋板的底端面与所述下座板的顶面固定连接、顶端面与所述下半球壳的外侧球面固定连接，所述下侧筋板的顶端最高位最大齐平于所述下半球壳的下沿处；

所述下半球壳在所述下摆的顶端处，形成能够匹配于所述球铰体下半部分的球面内凹型腔。

进一步的，所述下摆的各块下侧筋板为顶部宽度小于底部宽度的梯形结构；

各块下侧筋板所围成的所述下摆外轮廓呈顶小、底大的锥形状结构。

进一步的，所述下摆的多块下侧筋板以十字型或米字型的放射状结构，排布于所述下座板的底部。

上述技术措施所成型的下座板，既满足高结构强度的技术要求，又有利于节约材料、减轻重量，还能够有效适应于球铰转动的技术要求，避免与上座板在转动过程中发生位置干涉，实用性好。

本实用新型的有益技术效果是：上述技术措施针对于桥梁、特别是大型桥梁的梁体受到热长冷缩及活载变化等工况环境影响的特殊性，由独立成型的上座板、球铰体和下座板，按上下位组合成可多方向灵活旋转的球铰配合结构。

上述技术措施所形成的桥梁支座，一方面具有结构简单、易于成型的特点，二方面能够灵活、可靠地实现可约束的多方向旋转动作，三方面有利于作到与桥梁同寿命的长效服役，四方面能够可靠地承载大活载变化，从而能够有效地满足于桥梁、特别是大型桥梁的工况环境技术要求，经济效益显著。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为图1中的上座板的一种结构示意图（仰视方向）。

图3为图1中的上座板的另一种结构示意图（仰视方向）。

图4为图2中的局部Ⅰ处放大图。

图5为图2中的铰球体的结构示意图。

图6为图1所示本实用新型的一种使用状态参考图。

图7为图1所示本实用新型的再一种使用状态参考图。

图8为图1所示本实用新型的另一种使用状态参考图。

图9为图1所示本实用新型的又一种使用状态参考图。

图10为本实用新型的另一种结构示意图。

图11为图10中的上座板的一种结构示意图（仰视方向）。

图12为图10中的局部Ⅱ处放大图。

图13为图10中的铰球体的结构示意图。

图14为现有转轴式支座的结构示意图。

图中代号含义：1—上座板；2—上摆；21—上侧筋板；22—上半球壳；23—上沿；3—下座板；4—下摆；41—下侧筋板；42—下半球壳；43—下沿；5—梁体锚栓；6—桥墩锚栓；7—铰球体；71—上部球冠面；72—下部球冠面；8—油杯；

1′—上座板；2′—上摆；3′—下座板；4′—下摆；5′—铰轴；

A—辊轴支座；A1—上层辊轴支座；A2—下层辊轴支座；B—滑动摩擦副。

具体实施方式

本实用新型涉及桥梁的梁体在桥墩上支撑用的支座结构，具体是一种全寿命的球铰支座，下面以多个实施例对本实用新型的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图1、图2、图4和图5对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例2结合说明书附图-即图3对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例3结合说明书附图-即图1、图2/图3、图4、图5和图6对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例4结合说明书附图-即图1、图2/图3、图4、图5和图7对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例5结合说明书附图-即图1、图2/图3、图4、图5和图8对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例6结合说明书附图-即图1、图2/图3、图4、图5和图9对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例7结合说明书附图-即图10、图11、图12和图13对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和/或实施例8的附图。

在此需要特别说明的是，本实用新型的附图是示意性的，其为了清楚本实用新型的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本实用新型贡献于现有技术的技术方案。

实施例1

参见图1、图2、图4和图5所示，本实用新型包括独立成型的上座板1、下座板3和球铰体7。

其中，上座板1的顶侧用作直接或间接与所支撑梁体连接。上座板1的底侧连接有向下延伸成型的上摆2。

具体的，上摆2主要由环周呈十字型放射状排布的四块上侧筋板21，以及处在上侧筋板21底端处的上半球壳22组成。

每一块上侧筋板21以上座板1的底面中心为基准竖向排布，其内侧边为直边结构，外侧边为斜边，呈顶部宽度大于底部宽度的梯形状结构。

每一块上侧筋板21的顶端面焊接固定在上座板1的底面上。各上侧筋板21的内侧边之间最好亦加以焊接固定，从而形成高强度的整体结构。如此，四块上侧筋板21在上座板1的底部所围成的上摆2，其外轮廓呈顶大、底小的锥形状结构。

上半球壳22的外侧焊接固定于四块上侧筋板21的底端部处，即四块上侧筋板21的底端面焊接固定在上半球壳22的外侧球面上，这也就要求各上侧筋板21的底端面为匹配于上半球壳22外侧弧面的弧形结构。在上侧筋板21与上半球壳22的连接结构中，需要控制上侧筋板21的底端最低位不宜超过上半球壳22的环周上沿23的沿线，否则易于下述下座板3在旋转过程中发生位置干涉，即上侧筋板21的底端最低位最大齐平于上半球壳22的上沿23处。

上半球壳22在各上侧筋板21的底部处形成球形内凹型腔，上半球壳22的内凹型腔曲度匹配于下述铰球体7的外周曲度，但上半球壳22的内凹型腔深度小于下述铰球体7的半径，从而只能容纳的下下述铰球体7的上半部分（上半的大部分）。

也就是说，上座板1通过上摆2底部的上半球壳22能够与下述铰球体7的上半部分形成球面接触配合。

下座板3的底侧用作直接或间接与所对应桥墩连接。下座板3的顶侧连接有向上延伸成型的下摆4。

具体的，下摆4主要由环周呈十字型放射状排布的四块下侧筋板41，以及处在下侧筋板41顶端的下半球壳42组成。

每一块下侧筋板41以下座板3的顶面中心为基准竖向排布，其内侧边为直边结构，外侧边为斜边，呈底部宽度大于顶部宽度的梯形状结构。

每一块下侧筋板41的底端面焊接固定在下座板3的顶面上。各下侧筋板41的内侧边之间最好亦加以焊接固定，从而形成高强度的整体结构。如此，四块下侧筋板41在下座板3的顶部所围成的下摆4，其外轮廓呈底大、顶小的锥形状结构。

下半球壳42的外侧焊接固定于四块下侧筋板41的顶端部处，即四块下侧筋板41的顶端面焊接固定在下半球壳42的外侧球面上，这也就要求各下侧筋板41的顶端面为匹配于下半球壳42外侧弧面的弧形结构。在下侧筋板41与下半球壳42的连接结构中，需要控制下侧筋板41的底端最高位不宜超过下半球壳42的环周下沿43的沿线，否则易于上述上座板1在旋转过程中发生位置干涉，即下侧筋板41的底端最高位最大齐平于下半球壳42的上沿43处。

下半球壳42在各下侧筋板41的顶部处形成球形内凹型腔，下半球壳42的内凹型腔曲度匹配于下述铰球体7的外周曲度，但下半球壳42的内凹型腔深度小于下述铰球体7的半径，从而只能容纳的下下述铰球体7的下半部分（下半的大部分）。

也就是说，下座板3通过下摆4顶部的下半球壳42能够与下述铰球体7的下半部分形成球面接触配合。

作为最优选考虑，上座板1底部的上摆2与下座板3顶部的下摆4之间，最好呈上下对称结构成型，该上下对称结构仅指外轮廓，而非筋板数量或排布位置；当然，下摆的外轮廓底面大于上摆外轮廓顶面亦是较佳方案。

当上摆2底部的上沿23-即上半球壳22的沿面，与下摆4顶部的下沿43-即下半球壳42的沿面，上下位形成环周基本无间隙的接触配合时，上座板1与下座板3基本呈上下位相对平行配合状态。

为了适应所组成球铰支座整体的旋转动作，上摆2的上沿23为内侧底、外侧高的锥体结构，下摆4的下沿43为内侧高、外侧低的锥体结构。当上摆2的上沿23与下摆4的下沿43之间，上下位形成环周基本无间隙的接触配合时，上沿23与下沿43之间形成不小于2弧度（通常不大于10弧度）的夹角配合关系。

铰球体7为整圆型结构的实芯钢球。

铰球体7的上半部分嵌入上述上摆2底部上半球壳22的内凹型腔内，与上半球壳22的内凹型腔形成光滑的球面配合关系，上摆2底部的上沿23基本处在铰球体7的最大直径处-即腰部附近。铰球体7的下半部分嵌入上述下摆4顶部下半球壳42的内凹型腔内，与下半球壳42的内凹型腔形成光滑的球面配合关系，下摆4顶部的下沿43基本处在铰球体7的最大直径处-即腰部附近。

在上座板1与下座板3之间保持上下位的基本相对平行状态之下，上摆2底部的上沿23与下摆4顶部的下沿43之间在铰球体7的腰部外周处，上下位形成环周基本等间隙配合。前述间隙配合的高度，匹配于上沿23与下沿43之间的斜面配合夹角（例如2弧度）至0（即上沿23与下沿43面结合而消除斜面配合夹角）的对应距离。

也就是说，上座板1与下座板3在上下位保持基本相对平行状态之下，上摆2底部的上沿23与下摆4顶部的下沿43之间以≥2弧度（根据具体桥梁设计要求，通常在2～10弧度范围内选择）的夹角配合。当上座板1与下座板3之间以铰球体7为中心旋转至最大行程时，上座板1与下座板3靠拢一侧所对应的上沿23与下沿43之间，基本形成以面接触配合。

为了保障上述球铰配合关系平稳、长效，上摆2底部的上半球壳22顶部处，开设有供油孔道，该供油孔道与油杯8连通，由油杯8向上半球壳22的内凹型腔内输送润滑油，在铰球体7的转动之下，润滑油亦会进入下半球壳42的内凹型腔内。流入下半球壳42内的润滑油会进行长效润滑，直至干燥；当然，也可以在下半球壳42的底部处开设排油孔道将污油排出。

在桥梁结构的梁体无需适应平移功能要求之下，仅涉及适应转动功能要求，则上述球铰支座可以在桥梁的桥墩与梁体之间单独支撑。因此，上座板1作为与梁体直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从顶面一侧向上延伸成型的梁体锚栓5；下座板3作为与桥墩直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从底面一侧向下延伸成型的桥墩锚栓6。

在上述结构中，组成球铰支座的上座板1（包括上座板本体、上侧筋板、上半球壳）、球铰体7、下座板3（包括下座板本体、下侧筋板、下半球壳）等，分别为未包含橡胶材料和高分子材料的钢质结构，上半球壳22或下半球壳42与铰球体7以钢质接触面配合。当然，这些成型结构件最好是选择不锈钢、耐候钢等成型；若是其它结构钢或高强度金属材料的话，最好进行耐候涂装处理，这样有利于作到与桥梁全寿命的长效服役。

在上述结构中，四块上侧筋板/四块下侧筋板为优选数量之一，这样既能保证结构强度，又能节约材料，还能减轻上座板/下座板的重量。当然，一大、两小的三块筋板亦能形成十字型放射状结构排布，这就要求较大的筋板两侧都保持斜边结构。

实施例2

本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于（参见图3所示）：

上座板1底侧的上摆2，主要由环周呈米字型放射状排布的八块上侧筋板21，以及处在上侧筋板21底端处的上半球壳22组成。

同理的，下座板顶侧的下摆，主要由环周呈米字型放射状排布的八块下侧筋板，以及处在下侧筋板顶端处的下半球壳组成。

实施例3

在桥梁结构的梁体需适应单向平移功能（例如桥梁纵向），以及转动功能的技术要求之下，实施例1或实施例2所述及的球铰支座，与辊轴支座A结合应用于桥梁的桥墩与梁体之间支撑。

在本实施例中，仅对辊轴支座A的结构，以及辊轴支座A与球铰支座的结合结构作简述，至于球铰支座的结构则参见实施例1或实施例2所述，在此不再赘述。

参见图6所示（球铰支座的结构图1、图2/图3、图4和图5所示），辊轴支座A排布于球铰支座的底侧。

辊轴支座A主要由承载板和多根辊轴组成。

承载板的长、宽尺寸基本大于球铰支座的下座板。承载板的顶面平整光滑，承载板作为取代球铰支座的下座板与桥墩直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从底面一侧向下延伸成型的桥墩锚栓6。

每一根辊轴为两侧削边结构（当然也可以为圆辊结构，下同），端面外轮廓呈类似矩形结构。当然，为了实现其在复合支座整体结构中的滚动位移作用，辊轴的顶部轮廓和底部轮廓分别为向外凸拱成型的弧形轮廓。每根辊轴的两端端部分别具有向外延伸成型的端轴，辊轴的顶部轮廓和底部轮廓均处在以端轴的轴心为中心的虚拟圆形上。

所有辊轴的结构基本一致。

多根辊轴沿着设定的滚动方向并排排布，它们的两端通过各自的端轴连接在对应的联动板上。联动板的宽度小于辊轴的最大直径，但大于辊轴对应端部的端轴的直径。也就是说，多根辊轴分别通过轴向两端连接的联动板在设定的滚动方向上串联起来，组成整体同步联动结构的辊轴排组。

上述辊轴支座A的辊轴排组以可滚动方式坐落于承载板的顶面侧。

为了约束辊轴排组在承载板上的滚动行程、保障安全，承载板对应于设定滚动方向的两端处，分别设置有向辊轴排组所在一侧（即顶面）凸起成型的端挡。承载板对应于设定滚动方向的两侧处，分别设置有向辊轴排组所在一侧凸起成型的侧挡。

上述承载板上的两端端挡之间的净空距离，基本为辊轴排组串联长度与桥梁设计时允许梁体在对应方向最大平移行程之和，即两端端挡之间的净空距离=辊轴排组长度+允许梁体在对应方向（例如纵向）平移的极限行程。也就是说，两端端挡之间允许辊轴排组的最大滚动行程，对应于所支撑梁体在对应方向上允许平移的极限位移量。

上述承载板上的两侧侧挡之间的净空距离，基本为辊轴排组轴向宽度与辊轴排组自由滚动间隙之和，即两侧侧挡之间的净空距离=辊轴排组轴向宽度+辊轴排组自由滚动间隙。也就是说，两侧侧挡与辊轴排组的对应轴端之间分别以间隙配合，两侧侧挡之间的距离，允许承载板上的辊轴排组在设定滚动方向上的自由滚动。

如上述所述的那样，辊轴支座A的承载板通过多根桥墩锚栓6连接对应桥墩，辊轴支座A的辊轴排组对应于设定的滚动方向，以底侧与承载板顶侧线接触配合方式坐落于承载板的顶面，从而形成单一的滚动方向。

球铰支座的下座板3作为在辊轴支座A上的支撑面，其相较于实施例1或实施例2去除桥墩锚栓（转移至辊轴支座A的承载板上），下座板3的底面光滑平整。球铰支座的下座板3坐落于辊轴支座A的辊轴排组上，下座板3的底面与辊轴支座A的辊轴排组形成线接触配合。

球铰支座的上座板1依然连接有多根从顶面一侧向上延伸成型的梁体锚栓5，球铰支座通过上座板1所连接的多根梁体锚栓5连接对应梁体。

在初始结构中，辊轴支座A的辊轴排组基本处在滚动方向的行程中心处；球铰支座的下座板3基本以中心对正坐落于辊轴支座A的辊轴排组中心处。

在上述结构中，辊轴支座A的组成结构件，分别为未包含橡胶材料和高分子材料的钢质结构，辊轴支座A的辊轴排组与球铰支座的下座板3以钢质线接触配合，有利于作到与桥梁全寿命的长效服役。

实施例4

在桥梁结构的梁体需适应单向平移功能（例如桥梁纵向），以及转动功能的技术要求之下，实施例1或实施例2所述及的球铰支座，与辊轴支座A结合应用于桥梁的桥墩与梁体之间支撑。

在本实施例中，仅对辊轴支座A的结构，以及辊轴支座A与球铰支座的结合结构作简述，至于球铰支座的结构则参见实施例1或实施例2所述，在此不再赘述。

参见图7所示（球铰支座的结构图1、图2/图3、图4和图5所示），辊轴支座A排布于球铰支座的顶侧处。

辊轴支座A主要由承载板和多根辊轴组成。

承载板的长、宽尺寸基本对应于球铰支座的上座板1。承载板的底面平整光滑，承载板作为取代球铰支座的上座板1与桥墩直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从顶面一侧向上延伸成型的梁体锚栓5。

每一根辊轴为两侧削边结构，端面外轮廓呈类似矩形结构。当然，为了实现其在复合支座整体结构中的滚动位移作用，辊轴的顶部轮廓和底部轮廓分别为向外凸拱成型的弧形轮廓。每根辊轴的两端端部分别具有向外延伸成型的端轴，辊轴的顶部轮廓和底部轮廓均处在以端轴的轴心为中心的虚拟圆形上。

所有辊轴的结构基本一致。

多根辊轴沿着设定的滚动方向并排排布，它们的两端通过各自的端轴连接在对应的联动板上。联动板的宽度小于辊轴的最大直径，但大于辊轴对应端部的端轴的直径。也就是说，多根辊轴分别通过轴向两端连接的联动板在设定的滚动方向上串联起来，组成整体同步联动结构的辊轴排组。

上述辊轴支座A的辊轴排组以可滚动方式坐落于球铰支座的上座板1上，处在承载板的底面一侧，辊轴排组与球铰支座的上座板1之间形成线接触配合。在初始结构中，辊轴支座A的辊轴排组，基本处在球铰支座的上座板1的滚动方向行程中心处，承载板基本以中心对正坐落于辊轴排组的中心处。

通过上述结构可以直接看出，辊轴支座A的承载板实际上充当了与所支撑梁体连接的结构件，而球铰支座的上座板1实际上充当了辊轴支座A的承载板。因而，在它们的配合结构中，最好是：

-将球铰支座的上座板1尺寸及排布方向与辊轴支座A的承载板对应一致；

-在球铰支座的上座板1对应于设定的滚动方向的两端处，分别设置向辊轴排组所在一侧凸起成型的端挡，两端端挡之间允许辊轴排组的最大滚动行程，对应于所支撑梁体在对应方向上允许平移的极限位移量；

-在球铰支座的上座板1对应于设定的滚动方向的两侧处，分别设置向辊轴所在一侧凸起成型的侧挡，两侧侧挡与辊轴排组的对应轴端之间分别以间隙配合，两侧侧挡之间的距离，允许上座板1上的辊轴排组在设定滚动方向上的自由滚动。

如此，便对球铰支座的上座板1上所排布的辊轴排组形成了约束限位，在梁体重力作用之下该限位稳定、可靠。

当然，为了进一步约束辊轴排组与承载板之间的相对滚动行程、保障安全，还可以考虑在承载板对应于设定滚动方向的两端处，分别设置有向辊轴排组所在一侧（即底面）凸起成型的端挡。承载板对应于设定滚动方向的两侧处，分别设置有向辊轴排组所在一侧凸起成型的侧挡。

需要特别说明的是，承载板与上座板之间的各自端挡，在上下位形成间隙配合、互不发生位置交错干扰；同样的，承载板与上座板之间的各自侧挡，在上下位形成间隙配合、互不发生位置交错干扰。

上述承载板上的两端端挡之间的净空距离，基本为辊轴排组串联长度与桥梁设计时允许梁体在对应方向最大平移行程之和，即两端端挡之间的净空距离=辊轴排组长度+允许梁体在对应方向（例如纵向/横向）平移的极限行程。也就是说，两端端挡之间允许辊轴排组的最大滚动行程，对应于所支撑梁体在对应方向上允许平移的极限位移量。

上述承载板上的两侧侧挡之间的净空距离，基本为辊轴排组轴向宽度与辊轴排组自由滚动间隙之和，即两侧侧挡之间的净空距离=辊轴排组轴向宽度+辊轴排组自由滚动间隙。也就是说，两侧侧挡与辊轴排组的对应轴端之间分别以间隙配合，两侧侧挡之间的距离，允许上座板上的辊轴排组在设定滚动方向上的自由滚动。

如上所述的那样，辊轴支座A的承载板通过多根梁体锚栓5连接所支撑梁体，承载板坐落于辊轴支座A的辊轴排组上，承载板的底面与辊轴支座A的辊轴排组形成线接触配合。辊轴支座A的辊轴排组对应于设定的滚动方向，以底侧与球铰支座的上座板1顶侧线接触配合方式坐落于上座板1的顶面，从而形成单一的滚动方向。球铰支座的下座板3通过多根桥墩锚栓6连接对应桥墩。

在上述结构中，辊轴支座A的组成结构件，分别为未包含橡胶材料和高分子材料的钢质结构，辊轴支座A的辊轴排组与上侧承载板、下侧球铰支座的上座板1之间，分别以钢质线接触配合，有利于作到与桥梁全寿命的长效服役。

实施例5

在桥梁结构的梁体需适应双向平移功能（即桥梁的纵向和横向），以及转动功能的技术要求之下，实施例1或实施例2所述及的球铰支座，与上层辊轴支座A1、下层辊轴支座A2结合应用于桥梁的桥墩与梁体之间支撑。

在本实施例中，仅对上层辊轴支座A1、下层辊轴支座A2的结构，以及它们与球铰支座的结合结构作简述，至于球铰支座的结构则参见实施例1或实施例2所述，在此不再赘述。

参见图8所示（球铰支座的结构图1、图2/图3、图4和图5所示），上层辊轴支座A1与下层辊轴支座A2堆叠排布于球铰支座的底侧处。

上层辊轴支座A1与下层辊轴支座A2的具体结构，分别如实施例3中的辊轴支座结构，不同之处在于：

-上层辊轴支座A1和下层辊轴支座A2的滚动方向，对应于桥梁的纵向和横向，即它们不能是同一个滚动方向，而是一个对应于桥梁的纵向（例如下层辊轴支座A2），另一个对应于桥梁的横向（例如上层辊轴支座A1）；

-由于下层辊轴支座A2处在最底侧，需要连接对应桥墩，因而桥墩锚栓6成型于下层辊轴支座A2的承载板上；

-上层辊轴支座A1的承载板需要以光滑平整的底面坐落于下层辊轴支座A2的辊轴排组上；

-球铰支座的下座板坐落于上层辊轴支座的辊轴排组上。

在初始结构中，下层辊轴支座A2的辊轴排组基本处在滚动方向的行程中心处；上层辊轴支座A1的承载板基本以中心对正坐落于下层辊轴支座A2的辊轴排组中心处；上层辊轴支座A1的辊轴排组基本处在滚动方向的行程中心处；球铰支座的下座板3基本以中心对正坐落于上层辊轴支座A1的辊轴排组中心处。

在上述结构中，上、下层辊轴支座的组成结构件，分别为未包含橡胶材料和高分子材料的钢质结构，球铰支座的下座板3与上层辊轴支座A1的辊轴排组之间以钢质线接触配合，上层辊轴支座A1的承载板与下层辊轴支座A2的辊轴排组之间以钢质线接触配合，这样有利于作到与桥梁全寿命的长效服役。

实施例6

在桥梁结构的梁体需适应单向平移功能（例如桥梁的纵向），以及转动功能的技术要求之下，实施例1或实施例2所述及的球铰支座，与滑动摩擦副B结合应用于桥梁的桥墩与梁体之间支撑。

在本实施例中，仅对滑动摩擦副B的结构，以及它与球铰支座的结合结构作简述，至于球铰支座的结构则参见实施例1或实施例2所述，在此不再赘述。

参见图9所示（球铰支座的结构图1、图2/图3、图4和图5所示），滑动摩擦副B排布于球铰支座的底侧处。

滑动摩擦副主要由底座及排布于底座滑动型腔内的摩擦副组成。

底座作为取代球铰支座的下座板与桥墩直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从底面一侧向下延伸成型的桥墩锚栓6。

摩擦副主要由四氟板-不锈钢板组成（或自润滑板-不锈钢板，亦或自润滑板-自润滑板）。

球铰支座的下座板以光滑平整底面坐落于摩擦副上，处在底座的滑动型腔内。

在上述结构中，滑动摩擦副包含了高分子材料，不利于作到与桥梁全寿命的长效服役，不是最佳选择。当然，如果采用纯金属的滑动摩擦副，亦能作到与桥梁全寿命的长效服役。

实施例7

参见图10、图11、图12和图13所示，本实用新型包括独立成型的上座板1、下座板3和球铰体7。

其中，上座板1的顶侧用作直接或间接与所支撑梁体连接。上座板1的底侧连接有向下延伸成型的上摆2。

具体的，上摆2主要由环周呈十字型放射状排布的四块上侧筋板21，以及处在上侧筋板21底端处的上半球壳22组成。

每一块上侧筋板21以上座板1的底面中心为基准竖向排布，其内侧边为直边结构，外侧边为斜边，呈顶部宽度大于底部宽度的梯形状结构。

每一块上侧筋板21的顶端面焊接固定在上座板1的底面上。各上侧筋板21的内侧边之间最好亦加以焊接固定，从而形成高强度的整体结构。如此，四块上侧筋板21在上座板1的底部所围成的上摆2，其外轮廓呈顶大、底小的锥形状结构。

上半球壳22的外侧焊接固定于四块上侧筋板21的底端部处，即四块上侧筋板21的底端面焊接固定在上半球壳22的外侧球面上，这也就要求各上侧筋板21的底端面为匹配于上半球壳22外侧弧面的弧形结构。在上侧筋板21与上半球壳22的连接结构中，需要控制上侧筋板21的底端最低位不宜超过上半球壳22的环周上沿23的沿线，否则易于下述下座板3在旋转过程中发生位置干涉，即上侧筋板21的底端最低位最大齐平于上半球壳22的上沿23处。

上半球壳22在各上侧筋板21的底部处形成球形内凹型腔，上半球壳22的内凹型腔曲度匹配于下述铰球体7的上部球冠面71外周曲度，但上半球壳22的内凹型腔深度最大等于下述铰球体7的上部球冠面71高度，从而只能容纳的下下述铰球体7的上部球冠面71。

也就是说，上座板1通过上摆2底部的上半球壳22能够与下述铰球体7的上半部分形成球面接触配合。

下座板3的底侧用作直接或间接与所对应桥墩连接。下座板3的顶侧连接有向上延伸成型的下摆4。

具体的，下摆4主要由环周呈十字型放射状排布的四块下侧筋板41，以及处在下侧筋板41顶端的下半球壳42组成。

每一块下侧筋板41以下座板3的顶面中心为基准竖向排布，其内侧边为直边结构，外侧边为斜边，呈底部宽度大于顶部宽度的梯形状结构。

每一块下侧筋板41的底端面焊接固定在下座板3的顶面上。各下侧筋板41的内侧边之间最好亦加以焊接固定，从而形成高强度的整体结构。如此，四块下侧筋板41在下座板3的顶部所围成的下摆4，其外轮廓呈底大、顶小的锥形状结构。

下半球壳42的外侧焊接固定于四块下侧筋板41的顶端部处，即四块下侧筋板41的顶端面焊接固定在下半球壳42的外侧球面上，这也就要求各下侧筋板41的顶端面为匹配于下半球壳42外侧弧面的弧形结构。在下侧筋板41与下半球壳42的连接结构中，需要控制下侧筋板41的底端最高位不宜超过下半球壳42的环周下沿43的沿线，否则易于上述上座板1在旋转过程中发生位置干涉，即下侧筋板41的底端最高位最大齐平于下半球壳42的上沿43处。

下半球壳42在各下侧筋板41的顶部处形成球形内凹型腔，下半球壳42的内凹型腔曲度匹配于下述铰球体7的下部球冠面72外周曲度，但下半球壳42的内凹型腔深度最大等于下述铰球体7的下部球冠面72高度，从而只能容纳的下下述铰球体7的下部球冠面72。

也就是说，下座板3通过下摆4顶部的下半球壳42能够与下述铰球体7的下半部分形成球面接触配合。

作为最优选考虑，上座板1底部的上摆2与下座板3顶部的下摆4之间，最好呈上下对称结构成型，该上下对称结构仅指外轮廓，而非筋板数量或排布位置；当然，下摆的外轮廓底面大于上摆外轮廓顶面亦是较佳方案。

当上摆2底部的上沿23-即上半球壳22的沿面，与下摆4顶部的下沿43-即下半球壳42的沿面，上下位形成环周基本无间隙的接触配合时，上座板1与下座板3基本呈上下位相对平行配合状态。

为了适应所组成球铰支座整体的旋转动作，上摆2的上沿23为内侧底、外侧高的锥体结构，下摆4的下沿43为内侧高、外侧低的锥体结构。当上摆2的上沿23与下摆4的下沿43之间，上下位形成环周基本无间隙的接触配合时，上沿23与下沿43之间形成不小于2弧度（通常不大于10弧度）的夹角配合关系。

铰球体7为上部球冠面71与下部球冠面72上下位扣合而成的非圆结构球冠体，其采用高强度、耐磨的钢质成型，上部球冠面71与下部球冠面72基本呈腰线上下位的对称结构。为了适应上摆2底部的上沿23与下摆4顶部的下沿43之间的上下位环周间隙配合高度，铰球体7的上部球冠面71与下部球冠面72之间的腰部处，基本具有对应前述环周间隙配合高度的过渡区域，通常略小于环周间隙配合高度。前述铰球体7为实芯球冠体结构。

铰球体7的上部球冠面71嵌入上述上摆2底部上半球壳22的内凹型腔内，与上半球壳22的内凹型腔形成光滑的球面配合关系，上摆2的上沿23基本处在铰球体7的上部球冠面71沿部处。铰球体7的下部球冠面72嵌入上述下摆4顶部下半球壳42的内凹型腔内，与下半球壳42的内凹型腔形成光滑的球面配合关系，下摆4的下沿43基本处在铰球体7的下部球冠面72沿部处。

在上座板1与下座板3之间保持上下位的基本相对平行状态之下，上摆2底部的上沿23与下摆4顶部的下沿43之间在铰球体7的腰部外周处，上下位形成环周基本等间隙配合。前述间隙配合的高度，匹配于上沿23与下沿43之间的斜面配合夹角（例如2弧度）至0（即上沿23与下沿43面结合而消除斜面配合夹角）的对应距离。

也就是说，上座板1与下座板3在上下位保持基本相对平行状态之下，上摆2底部的上沿23与下摆4顶部的下沿43之间以≥2弧度（根据具体桥梁设计要求，通常在2～10弧度范围内选择）的夹角配合。当上座板1与下座板3之间以铰球体7为中心旋转至最大行程时，上座板1与下座板3靠拢一侧所对应的上沿23与下沿43之间，基本形成以面接触配合。

为了保障上述球铰配合关系平稳、长效，上摆2底部的上半球壳22顶部处，开设有供油孔道，该供油孔道与油杯8连通，由油杯8向上半球壳22的内凹型腔内输送润滑油，在铰球体7的转动之下，润滑油亦会进入下半球壳42的内凹型腔内。流入下半球壳42内的润滑油会进行长效润滑，直至干燥；当然，也可以在下半球壳42的底部处开设排油孔道将污油排出。

在桥梁结构的梁体无需适应平移功能要求之下，仅涉及适应转动功能要求，则上述球铰支座可以在桥梁的桥墩与梁体之间单独支撑。因此，上座板1作为与梁体直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从顶面一侧向上延伸成型的梁体锚栓5；下座板3作为与桥墩直接或间接连接的结构件，其上连接有多根从底面一侧向下延伸成型的桥墩锚栓6。

在上述结构中，组成球铰支座的上座板1（包括上座板本体、上侧筋板、上半球壳）、球铰体7、下座板3（包括下座板本体、下侧筋板、下半球壳）等，分别为未包含橡胶材料和高分子材料的钢质结构，上半球壳22或下半球壳42与铰球体7以钢质接触面配合。当然，这些成型结构件最好是选择不锈钢、耐候钢等成型；若是其它结构钢或高强度金属材料的话，最好进行耐候涂装处理，这样有利于作到与桥梁全寿命的长效服役。

在上述结构中，四块上侧筋板/四块下侧筋板为优选数量之一，这样既能保证结构强度，又能节约材料，还能减轻上座板/下座板的重量。当然，一大、两小的三块筋板亦能形成十字型放射状结构排布，这就要求较大的筋板两侧都保持斜边结构。

实施例8

本实施例的其它内容与实施例1或实施例7相同，不同之处在于：

球铰支座的上座板与上摆为整体铸造成型结构，上摆底部上半球壳的内凹型腔内连接有耐磨铜垫；

和/或，球铰支座的下座板与下摆为整体铸造成型结构，下摆顶部下半球壳的内凹型腔内连接有耐磨铜垫。

以上各实施例仅用以说明本实用新型，而非对其限制。

尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述球铰支座具有独立成型的上座板（1）、球铰体（7）和下座板（3）；

所述上座板（1）的顶部用作直接或间接与所支撑梁体连接；

所述上座板（1）的底部通过上摆（2）连接有匹配于所述球铰体（7）上半部分的上半球壳（22），所述上座板（1）通过所述上半球壳（22）与所述球铰体（7）的上半部分以金属球面接触配合；

所述下座板（3）的底部用作直接或间接与所对应桥墩连接；

所述下座板（3）的顶部通过下摆（4）连接有匹配于所述球铰体（7）下半部分的下半球壳（42），所述下座板（3）通过所述下半球壳（42）与所述球铰体（7）的下半部分以金属球面接触配合；

所述上座板（1）与所述下座板（3）在上下位保持相对平行状态之下，所述上摆（2）底部的上沿（23）与所述下摆（4）顶部的下沿（43），在所述球铰体（7）的外部以上下位的环周间隙配合。

2.根据权利要求1所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述上摆（2）底部的上沿（23）为内侧底、外侧高的锥体结构；

所述下摆（4）顶部的下沿（43）为内侧高、外侧低的锥体结构；

所述上座板（1）与所述下座板（3）在上下位保持相对平行状态之下，所述上摆（2）的上沿（23）与所述下摆（4）的下沿（43）之间以≥2弧度的夹角配合；

且，当所述上座板（1）和所述下座板（3）以所述球铰体（7）为中心旋转至最大行程时，所述上座板（1）与所述下座板（3）靠拢一侧所对应的上沿（23）与下沿（43）之间以面接触配合。

3.根据权利要求1所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述球铰体（7）为整圆型结构的金属球。

4.根据权利要求1所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述球铰体（7）为上部球冠面（71）与下部球冠面（72），以上下位组合而成的非圆结构、金属球冠体。

5.根据权利要求1所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述上摆（2）底部的上半球壳（22）顶部处开设有供油孔道，所述供油孔道上连接有油杯（8）。

6.根据权利要求1、2或5所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述上摆（2）主要由放射状排布于上座板（1）底部处的多块上侧筋板（21），以及排布于各上侧筋板（21）底端处的上半球壳（22）组成；

所述上侧筋板（21）的顶端面与所述上座板（1）的底面固定连接、底端面与所述上半球壳（22）的外侧球面固定连接，所述上侧筋板（21）的底端最低位最大齐平于所述上半球壳（22）的上沿（23）处；

所述上半球壳（22）在所述上摆（2）的底端处，形成能够匹配于所述球铰体（7）上半部分的球面内凹型腔。

7.根据权利要求6所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述上摆（2）的各块上侧筋板（21）为顶部宽度大于底部宽度的梯形结构；

各块上侧筋板（21）所围成的所述上摆（2）外轮廓呈顶大、底小的锥形状结构。

8.根据权利要求1所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述下摆（4）主要由放射状排布于下座板（3）顶部处的多块下侧筋板（41），以及排布于各下侧筋板（41）顶端处的下半球壳（42）组成；

所述下侧筋板（41）的底端面与所述下座板（3）的顶面固定连接、顶端面与所述下半球壳（42）的外侧球面固定连接，所述下侧筋板（41）的顶端最高位最大齐平于所述下半球壳（42）的下沿（43）处；

所述下半球壳（42）在所述下摆（4）的顶端处，形成能够匹配于所述球铰体（7）下半部分的球面内凹型腔。

9.根据权利要求8所述桥梁支撑用全寿命球铰支座，其特征在于：

所述下摆（4）的各块下侧筋板（41）为顶部宽度小于底部宽度的梯形结构；

各块下侧筋板（41）所围成的所述下摆（4）外轮廓呈顶小、底大的锥形状结构。

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