CN219908558U - 一种减隔震支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种减隔震支座，包括由上自下设置的上座板、中座板、底座板，所述中座板的下侧为变曲率柱面，所述中座板和所述底座板之间设置第二摩擦副，所述第二摩擦副包括沿纵桥向延伸的第一区以及位于所述第一区的左右两侧第二区，所述第一区、第二区的摩擦系数分别为μ₁、μ₂，其中μ₁＜μ₂。本实用新型所述减隔震支座通过对摩擦副分区并设置渐变的摩擦系数，从而对地震状态的减隔震支座的位移进行控制，并减小对正常工况下减隔震支座运动的影响；具有耐久性好、承载能力大、减隔震性能佳且易控稳定等优点。

Description

一种减隔震支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁减隔震技术领域，具体而言，涉及一种减隔震支座。

背景技术

随着全球地震频发，在工程结构上实现良好的抗震性能的减隔震技术愈发受到人们的重视；现阶段常用的减隔震支座可分为：橡胶变形、弹塑性耗能钢、滑动摩擦，其中橡胶类支座因橡胶材料易老化，导致使用寿命短；弹塑性耗能钢通过钢的弹塑性变形吸收能量，但通常体积较大且位移能力有限；而摩擦摆支座基于曲面滑动隔震原理，具有承载能力高、稳定性好以及较强的自限位、自复位、和抗平扭能力，是目前国内采用最多的减隔震类型。

现有的减隔震支座通常具有固定的隔震半径，容易与地震产生的长周期地震波形成共振；为此，申请号201310220186.7的中国专利公开了一种变曲率自适应摩擦摆式减隔震支座，包括上支座、底座及二者之间设置的双球面衬板，双球面衬板靠近底座设置滑块组件，底座的球面自中心向边缘曲率递增以克服传统摩擦摆支座的共振问题，同时通过滑块组件实现在不同曲率半径下支座相关结构的可靠接触。但是上述结构会影响支座的移动，在较强地震作用下容易出现位移过大导致整体性能不佳。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是现有减隔震支座在地震状态下的位移不易控制。

为解决上述问题，本实用新型提供一种减隔震支座，包括由上自下设置的上座板、中座板、底座板，所述中座板的下侧为变曲率柱面，所述中座板和所述底座板之间设置第二摩擦副，所述第二摩擦副包括沿纵桥向延伸的第一区以及位于所述第一区的左右两侧第二区，所述第一区、第二区的摩擦系数分别为μ₁、μ₂，其中μ₁＜μ₂。

在第二摩擦副上设置多个矩形区域通过不同界面处理方法使其不同分区域摩擦系数不同。靠近纵向轴线范围的第一区采用低摩擦系数，相反采用高摩擦系数，实现设防中小地震下隔震效果更好，罕遇地震下隔震层位移更小的目的。

优选的，所述第二摩擦副还包括置第三区，所述第三区设在所述第二区远离所述第一区的一侧且摩擦系数为μ₃，其中0.02＜μ₁＜μ₂＜μ₃＜0.2。该设置可确保在常规情况下减隔震支座的性能良好，同时有效避免在近断层长周期大震作用下支座位移过大的情况。

优选的，所述减隔震支座还包括挡块，所述挡块固定在所述底座板的外围，用于对所述上座板的移动进行约束限位。

该设置使上座板与中座板转动设置，而没有相对位移；当发生地震时，超限的水平力或位移能把挡块剪断，减隔震支座在第一摩擦副、第二摩擦副之间进行复合运动从而发挥减隔震耗能作用。优选的，所述挡块通过剪力螺栓固定在底座板上，可实现正常工况与地震工况下减隔震功能分离，整体性能佳。

优选的，所述挡块和所述上座板之间设置导向摩擦副，所述导向摩擦副由镜面不锈钢滑板、非金属导向滑板组成。该设置能够实现减隔震支座在纵桥向上大位移运动的导向作用。优选的，所述镜面不锈钢滑板固定在所述挡块上，所述非金属导向滑板固定装配在所述上座板上。

优选的，所述中座板的上部呈球面设置，所述上座板的对应位置呈凹曲面设置，所述凹曲面为等径球面。该设置可保证第一摩擦副在正常工况下只相对转动而无相对位移；而在地震工况下第一摩擦副可转动同时发生相对位移，整体性能佳。

优选的，所述中座板的下部呈变曲率柱面设置，所述底座板上相对应位置设置相配合的凹曲面。该设置通过中座板的位移以不断改变其曲率半径以有效避免其在地震时产生共振。

优选的，所述底座板和所述中座板之间设置下座板，所述中座板的下部呈变曲率柱面设置，所述下座板上设置相配合的凹曲面，所述中座板靠近第二摩擦副一侧的表面设置弹性件。该设置可实现不同曲率半径下相关结构的可靠接触，避免发生局部应力集中的问题。

优选的，所述弹性件包括支撑板，所述支撑板的一端设置弹性块，另一端设置滑板，所述滑板的周侧设置第一挡圈。

该设置能够使弹性件在曲率变化时与第二摩擦副进行相对移动，通过材料的压缩变形或转动实现不同曲率半径下支座摩擦面的自适应性接触及自复位功能，避免局部应力集中问题。优选的，所述弹性块的可变形材料具有转动和压缩性能，可采用蝶形弹簧、橡胶、高分子材料、尼龙材料等。

优选的，所述滑板成圆柱状且部分的嵌入所述支撑板的一端，所述弹性块呈圆柱状且部分的嵌入所述支撑板的另一端设置。该设置结构简单，便于装配且形变空间大，在变曲率运动过程中的自适应能力强。

相对于现有技术，本实用新型所述减隔震支座具有下述有益效果：1)通过对摩擦副分区并设置渐变的摩擦系数，从而对地震状态的减隔震支座的位移进行控制，并减小对正常工况下减隔震支座运动的影响；2)通过将中座板的下表面设置为变曲率圆柱面，从而运动过程中不断改变其曲率半径以有效避免其在地震时产生共振；3)通过设置弹性件使变曲率的中座板始终与底座板或下座板面接触，避免应力过于集中而影响使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述减隔震支座的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所述减隔震支座的侧视图；

图3为本实用新型实施例1所述第二摩擦副的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2所述减隔震支座的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2所述弹性组件的结构示意图；

图6为变曲率摩擦摆支座力学分析示意图。

附图标记说明：

1-挡块；2-上座板；3-曲面摩擦副；31-第一摩擦副；32-第二摩擦副；321-第一区；322-第二区；323-第三区；4-中座板；5-底座板；6、导向摩擦副；7-下座板；8-弹性件；81-弹性块；82-支撑板；83-第一挡圈；84-滑板；9-第三摩擦副。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

实施例1

一种减隔震支座，包括中座板4，所述中座板4的上端设置上座板2，所述中座板4的下端设置底座板5，所述中座板4的两侧设置曲面摩擦副3，所述曲面摩擦副3包括位于所述中座板4和上座板2之间设置第一摩擦副31以及所述中座板4和所述底座板5之间设置第二摩擦副32，所述第二摩擦副32包括位于所述中座板4最低点设置的第一区321，所述第一区321的两侧设置第二区322，所述第一区321的摩擦系数小于所述第二区322设置。

采用变摩擦系数的方式，在第二摩擦副32上设置多个矩形区域，通过不同界面处理方法，使其不同分区域摩擦系数不同。靠近纵向轴线范围的第一区321采用低摩擦系数，相反采用高摩擦系数，实现设防中小地震下隔震效果更好，罕遇地震下隔震层位移更小的目的。

作为本实用新型的一个示例，所述第一摩擦副31采用非金属滑板分片镶嵌技术，非金属滑板镶嵌在上座板2的凹面，与中座板4的上凸面上包覆的镜面不锈钢构成；所述第二摩擦副32通过非金属滑板镶嵌在中座板4的下凸面，与焊接在底座板5凹面上的多摩擦区域不锈钢构成。采用镜面或多摩擦区域不锈钢与改性超高分子量聚乙烯组成的滑动和转动的摩擦副，可保证摩擦副的性能稳定，大大提高了支座的使用寿命；第一摩擦副31、第二摩擦副32也可以采用类似青铜基的SF型的滑板或者PTFE编织物与镜面或多摩擦区域不锈钢板组成的对偶件。

优选的，所述第二区322在远离所述第一区321的一侧设置第三区323，所述第一区321、第二区322、第三区323的摩擦系数分别为μ₁、μ₂、μ₃，其中0.05＜μ₁＜μ₂＜μ₃＜0.1设置。该设置可确保在常规情况下减隔震支座的性能良好，同时有效避免在近断层长周期大震作用下支座位移过大的情况。

优选的，所述减隔震支座还包括挡块1，所述挡块1固定在底座板5的外围，用于对上座板2进行限位。该设置使上座板2与中座板4转动设置，而没有相对位移；当发生地震时，超限的水平力或位移能把挡块1剪断，减隔震支座在第一摩擦副31、第二摩擦副32之间进行复合运动从而发挥减隔震耗能作用。优选的，所述挡块1通过剪力螺栓固定在底座板5上，可实现正常工况与地震工况下减隔震功能分离，整体性能佳。优选的，所述挡块1有两个，沿横桥向方向对称的设在所述上座板2的左右两侧。该设置结构简单且便于装配。

优选的，所述挡块1和所述上座板2之间设置导向摩擦副6，实现减隔震支座在纵桥向上大位移运动的导向作用。作为本实用新型的一个示例，所述导向摩擦副6由镜面不锈钢滑板、非金属导向滑板组成。所述镜面不锈钢滑板固定在所述挡块1上，所述非金属导向滑板固定装配在所述上座板2上。

所述中座板4的上部呈球面设置，所述上座板2呈凹曲面设置，所述凹曲面为等径球面。该设置可保证第一摩擦副31只相对转动而无相对位移。所述中座板4的下部呈变曲率柱面设置，所述底座板5上相对应位置设置相配合的凹曲面。该设置可确保第二摩擦副32能绕纵桥向轴相对转动同时在纵桥向有相对位移。

隔震装置的力学性能通常都用力-位移的关系来表征，假设可变参数摩擦摆结构的滑动面为轴对称的椭圆曲面，将坐标系原点设置在滑块初始位置，滑动面可用二次函数

表示，其中a为长轴，b为短轴，y为对称轴，x为滑块水平位移的方向。如图6所示，滑块在滑动过程中受到4个力的相互作用-即上部结构重量传递的竖向荷载P，滑块与滑动面接触之间的法向正压力N，滑块与滑动面接触之间的切向摩擦力f及上部结构与地面之间相对运动激发的水平力F，其中水平力F即等于隔震支座传递给上部结构的水平地震力。经过推导，水平力F与关于椭圆曲线斜率的表达式为：

其中，符号函数

在Mathematica等数据处理软件中解析此方程并分析，可得如下结论：

1)保持长轴a不变，改变短轴b，则有刚度K＝F(x)/x，随着b的增大而增大，从而频率f增加而周期T降低，并且自复位性能也越强，同时残余位移越少；

2)以5000KN支座为例，水平最大设计荷载F为5000*0.2＝1000KN，那么在常规地震水平位移(±150mm)极限下不超过1000KN时的参数a、b对应表如下：

a	b	a	b
				200	＜30	400	＜165
250	＜60	450	＜230
				300	＜80	500	＜280
350	＜125	-	-

3)对下部变曲率曲面摩擦副的摩擦系数μ划分为不同的n个矩形区，从内到外逐渐增大(通过赋予几个适当的摩擦系数)并且选取多项式形式分段拟合，代入运动方程。解析此运动方程比较可知，在同一水平位移行程下，既定曲面分区数n越大，其刚度变化越来越平滑，滞回曲线也越来越饱满，自复位性能也越强，同时残余位移越少。

4)从支座隔震能力、位移控制能力这两个综合特性要求考量，根据特定的需要，总是可以找到适合的分区数n和短轴b的一种组合，实现较好的隔震和位移控制特能力。经解析比较，较大的b和较小的n组合下，刚度随位移变化越明显，此时位移控制能力较突出；较小的b和较大的n组合下，刚度变化越平滑，隔震能力越强。

所述减隔振支座在小位移(对应小转动)情况下，工作状态和以往圆柱面摩擦摆支座相似，低摩擦系数和大摆动半径保证了其良好的隔震能力，但随着支座位移(转动)的不断增大，支座的摆动半径随着减小，有效的保证了支座刚度，同时多区摩擦发挥作用，共同控制大震情况下位移过大的情况；隔震结构的周期随着位移的增大慢慢减小，在保证隔震性能的前提下有效避免近断层长周期大震作用下支座位移过大和结构共振。

实施例2

将中座板4的下表面设置成变曲率柱面，其隔震周期随滑移位移的变化而变化，从而有效避免共振；但在不同的曲率半径滑动面上，第二摩擦副32为局部点接触，容易产生较大的应力集中而影响使用寿命。为此，申请人在实施例1基础上进行如下改进：

一种减隔震支座，包括中座板4，所述中座板4的上端设置上座板2，所述中座板4的下端设置底座板5，所述底座板5和所述中座板4之间设置下座板7，所述中座板4靠近下座板7的一侧呈变曲率柱面，所述下座板7与所述中座板4、底座板5之间分别设置第二摩擦副32、第三摩擦副9，所述中座板4靠近第二摩擦副32一侧的表面设置弹性件8，所述弹性件8镶嵌在所述中座板4上。该设置可实现不同曲率半径下相关结构的可靠接触，避免发生局部应力集中的问题。

优选的，所述第三摩擦副9沿纵桥向方向的摩擦系数呈分区设置。优选的，所述第三摩擦副9的摩擦系数向两侧逐渐增加。该设置通过在倒置支座上设置下座板7，并在下座板7的上下两侧分别设置变曲率柱面摩擦副以及变摩擦系数摩擦副，有效避免地震时发生共振并实现位移的自平衡，以减小过大位移带来的不利影响。

作为本实用新型的一个示例，所述弹性件8包括支撑板82，所述支撑板82的一端设置弹性块81，另一端设置滑板84，所述滑板84的周侧设置第一挡圈83。该设置能够使弹性件8在曲率变化时与第二摩擦副32进行相对移动，通过材料的压缩变形或转动实现不同曲率半径下支座摩擦面的自适应性接触及自复位功能，避免局部应力集中问题。优选的，所述弹性块81的可变形材料具有转动和压缩性能，可采用蝶形弹簧、橡胶、高分子材料、尼龙材料等。优选的，所述滑板84成圆柱状且部分的嵌入所述支撑板82的一端，所述弹性块81呈圆柱状且部分的嵌入所述支撑板82的另一端设置。该设置结构简单，便于装配且形变空间大，在变曲率运动过程中的自适应能力强。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种减隔震支座，包括由上自下设置的上座板(2)、中座板(4)、底座板(5)，其特征在于，所述中座板(4)的下侧为变曲率柱面，所述中座板(4)和所述底座板(5)之间设置第二摩擦副(32)，所述第二摩擦副(32)包括沿纵桥向延伸的第一区(321)以及位于所述第一区(321)的左右两侧第二区(322)，所述第一区(321)、第二区(322)的摩擦系数分别为μ₁、μ₂，其中μ₁＜μ₂。

2.根据权利要求1所述的减隔震支座，其特征在于，所述第二摩擦副()32还包括置第三区(323)，所述第三区(323)设在所述第二区(322)远离所述第一区(321)的一侧且摩擦系数为μ₃，其中0.05＜μ₁＜μ₂＜μ₃＜0.1。

3.根据权利要求1或2所述的减隔震支座，其特征在于，所述减隔震支座还包括挡块(1)，所述挡块(1)固定在所述底座板(5)的外围，用于对所述上座板(2)的移动进行约束限位。

4.根据权利要求3所述的减隔震支座，其特征在于，所述挡块(1)和所述上座板(2)之间设置导向摩擦副(6)，所述导向摩擦副(6)由镜面不锈钢滑板、非金属导向滑板组成。

5.根据权利要求1所述的减隔震支座，其特征在于，所述中座板(4)的上部呈球面设置，所述上座板(2)的对应位置呈凹曲面设置，所述凹曲面为等径球面。

6.根据权利要求1所述的减隔震支座，其特征在于，所述中座板(4)的下部呈变曲率柱面设置，所述底座板(5)上的相对应位置设置相配合的凹曲面。

7.根据权利要求1所述的减隔震支座，其特征在于，所述底座板(5)和所述中座板(4)之间设置下座板(7)，所述中座板(4)的下部呈变曲率柱面设置，所述下座板(7)上设置相配合的凹曲面，所述中座板(4)靠近第二摩擦副(32)一侧的表面设置弹性件(8)。

8.根据权利要求7所述的减隔震支座，其特征在于，所述弹性件(8)包括支撑板(82)，所述支撑板(82)的一端设置弹性块(81)，另一端设置滑板(84)，所述滑板(84)的周侧设置第一挡圈(83)。

9.根据权利要求8所述的减隔震支座，其特征在于，所述滑板(84)成圆柱状且部分的嵌入所述支撑板(82)的一端，所述弹性块(81)呈圆柱状且部分的嵌入所述支撑板(82)的另一端设置。