CN221006723U - 一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，整体结构包括上支座板、摩擦板、减震球摆、下支座板、限位螺丝、预留螺栓等，上部预留螺栓将上支座板与主梁连接在一起，摩擦板内嵌入上支座板摩擦面；随后将减震球摆和内嵌有聚四氟乙烯摩擦板的下支座板按对应位置放置，通过下部预留螺栓将下支座板与墩柱连接。本实用新型的摩擦摆支座曲率半径、支座设计位移及支座屈服位移等设计参数基于振动台实验与实桥隔震结构周期与刚度相似的概念进行确定；通过改变限位螺丝旋入长度可实现摩擦摆支座纵横向限位，实现双向活动支座、单向活动支座、固定支座之间的快速转换。能通过限位螺丝快速实现限位，操作简单，支座类型转换便捷。

Description

一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁支座技术领域，尤其涉及一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座。

背景技术

为提高桥梁结构抗震性能和保障生命财产安全，在地震高烈度地区采用隔震技术已成为一种有效的防护手段，而摩擦摆支座具有竖向承载力大、结构简单、耐久性好、适用范围广等特点，在桥梁抗震设计中广泛使用。为明确实际桥梁结构在地震动荷载下的结构响应，需要通过振动台试验获取试验数据进而分析实际结构响应，受制于试验场地、经费、试验设施等条件，试验模型往往采用缩尺模型，即试验模型尺寸严格按照固定比例相对于原型结构缩小。为保证桥梁缩尺模型抗震系统周期和刚度与实际结构等效，需要将实际桥梁摩擦摆支座进行等效缩尺，且支座类型与原桥保持一致。然而实际桥梁摩擦摆支座尺寸较大，仅仅按照上部结构缩尺比将摩擦摆支座缩小得到试验模型支座并不能完全与原结构等效。并且实际桥梁摩擦摆支座缩尺后尺寸较小，对于支座制作而言比较困难。此外，还需保证实际桥梁支座类型与试验模型支座类型一致，即固定支座、单向活动支座或双向活动支座。实际桥梁摩擦摆支座往往通过设置销钉来实现前期支座限位，后续地震加速度加大后通过剪断销钉来保证摩擦面发挥耗能作用。然而缩尺模型试验中摩擦摆支座设置销钉不仅难以确定其剪断荷载，并且不利于支座制作。为此，需要设计一种简便的、适用于桥梁缩尺模型振动台试验的摩擦摆支座。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，解决背景技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，包括一上支座板平板和一下支座板平板、以及限位设置在所述上支座板平板与所述下支座板平板之间的减震球摆；

其中在所述上支座板平板的底部形成有与所述减震球摆上表面接触的上支座板滑动弧面槽，在所述下支座板平板的顶部形成有于所述减震球摆下表面接触的下支座板滑动弧面槽；

在所述上支座板平板上设置有环绕所述减震球摆外周的上支座板围壁板；在所述上支座板围壁板上对称设置有延伸向所述下支座板滑动弧面槽外壁的多个限位螺丝。

进一步的，在所述上支座板滑动弧面槽内和所述下支座板滑动弧面槽内分别设置有与所述减震球摆贴合接触的摩擦板；

或/和，所述摩擦板为聚四氟乙烯材料。

再进一步的，在所述上支座板围壁板为正多边形结构。

再进一步的，所述上支座板平板的角部分别开设有上支座预留孔，并在所述上支座预留孔内安装有上支座板预留螺栓；

或/和，所述上支座预留孔为竖向设置的螺纹孔。

再进一步的，在所述下支座板平板的角部分别开设有下支座预留孔，在所述下支座预留孔安装有下支座板预留螺栓；使用时，所述上支座板预留螺栓的下端与所述下支座板预留螺栓的上端固定连接；

或/和，所述下支座预留孔为竖向设置的螺纹孔。

再进一步的，所述上支座板滑动弧面槽与所述下支座板滑动弧面槽的曲率半径相同。

再进一步的，摩擦摆支座设计方法：

其基于振动台实验与实桥隔震结构周期与刚度相似的概念进行摩擦摆支座曲率半径、支座设计位移及支座屈服位移设计参数确定：

步骤一，根据结构实验场地及振动台性能参数确定3个可控相似常数，即长度相似常数S_l、应力相似常数S_σ、加速度相似常数S_a。

步骤二，参考原型结构隔震支座布置情况，确定实验结构隔震支座的等效数量和位置。

步骤三，根据方程分析法和量纲分析法得出结构振动台试验动力学问题物理量相似常数需满足的相似方程式(1)：

式(1)中，S_E表示弹性模量相似系数；S_m表示质量相似系数；S_a表示加速度相似系数；S_l表示长度相似系数。式(1)进一步推导为式(2)，即

式(2)中，S_K表示刚度相似系数；

步骤四，按照刚度相似原则确定实验缩尺支座参数初始刚度：

屈服后刚度：

等效刚度：

对于模型结构支座，其刚度满足相似关系式：

K^m＝S_K·K^p 式(6)

式中：K₁表示初始刚度；μ表示支座摩擦系数；W表示竖向荷载；D_y表示屈服位移；K₂表示屈服后刚度；R表示支座曲率半径；K_eff表示等效刚度；D_d表示支座设计位移量；K^m和K^p分别表示缩尺模型和原模型的支座刚度。其中：上标m(model)表示缩尺模型相关参数，p(prototype)表示原模型相关参数。

由式(3)，式(6)得：

由式(4)，式(6)得：

由式(5)，式(6)得：

步骤五，根据以上计算参数对缩尺摩擦摆支座进行设计和制作。

与现有缩尺模型抗震试验摩擦摆支座相比，本实用新型具有以下特点：

1)构造简单。本实用新型提出的摩擦摆支座仅由上下支座板、减震球摆等结构组成，能够通过简单结构实现基本功能；安装方便，且预留螺栓孔径大于预埋螺栓，具备一定的安装容许误差。基于此，本实用新型可批量生产用于缩尺模型抗震试验中。

2)能快速实现限位。传统摩擦摆支座通过设置销钉来实现限位，然而在抗震实验中销钉剪短荷载难以确定。本实用新型通过设置限位螺丝来实现不同方向限位：在需要限位的方向相对螺丝孔旋上限位螺丝，且可以通过控制螺丝旋入长度来设置支座允许位移；不需要限位时将螺丝拆下。操作快速且方便，尤其适用于缩尺模型抗震试验。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的三维整体结构图；

图2为本实用新型的上支座板三维结构图；

图3为本实用新型的下支座板三维结构图；

图4为本实用新型的正向剖视图；

图5为上支座板的俯视图；

图6为下支座板的俯视图。

图中附图标号：1-上支座板预留螺栓；11、上支座预留孔；2-上支座板平板；3-上支座板围壁板；4-限位螺丝；5-下支座板预留螺栓；51、下支座预留孔；6-下支座板平板；7-上支座板滑动弧面槽；8-下支座板滑动弧面槽；9-聚四氟乙烯摩擦板；10-减震球摆。

具体实施方式

本实施例中公开了一种单双向位移约束通用型摩擦摆支座设计方法，主要涉及到摩擦摆支座的设计参数及设计细节。

本实用新型基于振动台实验与实桥隔震结构周期与刚度相似的概念进行摩擦摆支座曲率半径、支座设计位移及支座屈服位移等设计参数确定：

步骤一，根据结构实验场地及振动台性能参数确定3个可控相似常数，即长度相似常数S_l、应力相似常数S_σ、加速度相似常数S_a。

步骤二，参考原型结构隔震支座布置情况，确定实验结构隔震支座的等效数量和位置。

步骤三，根据方程分析法和量纲分析法得出结构振动台试验动力学问题物理量相似常数需满足的相似方程式(1)：

式(1)中，S_E表示弹性模量相似系数；S_m表示质量相似系数；S_a表示加速度相似系数；S_l表示长度相似系数。式(1)进一步推导为式(2)，即

式(2)中，S_K表示刚度相似系数；

步骤四，按照刚度相似原则确定实验缩尺支座参数初始刚度：

屈服后刚度：

等效刚度：

对于模型结构支座，其刚度满足相似关系式：

K^m＝S_K·K^p 式(6)

式中：K₁表示初始刚度；μ表示支座摩擦系数；W表示竖向荷载；D_y表示屈服位移；K₂表示屈服后刚度；R表示支座曲率半径；K_eff表示等效刚度；D_d表示支座设计位移量；K^m和K^p分别表示缩尺模型和原模型的支座刚度。其中：上标m(model)表示缩尺模型相关参数，p(prototype)表示原模型相关参数。

由式(3)，式(6)得：

由式(4)，式(6)得：

由式(5)，式(6)得：

步骤五，根据以上计算参数对缩尺摩擦摆支座进行设计和制作。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步说明：

本实施例中提供了一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，包括一上支座板平板2和一下支座板平板6、以及限位安装在所述上支座板平板2与所述下支座板平板6之间的减震球摆10；其中在所述上支座板平板2的底部形成有与所述减震球摆10上表面接触的上支座板滑动弧面槽7，在所述下支座板平板6的顶部形成有于所述减震球摆10下表面接触的下支座板滑动弧面槽8；在所述上支座板平板2上设置有环绕所述减震球摆10外周的上支座板围壁板3；在所述上支座板围壁板3上对称安装有延伸向所述下支座板滑动弧面槽8外壁的多个限位螺丝4。

具体实施时，包括：上支座板平板2和一下支座板平板6之间形成有滑动腔，所述上支座板滑动弧面槽7与所述下支座板滑动弧面槽8之间配合形成用于限位安装减震球摆的滑动腔；

具体地，所述上支座板平板2上外钢围壁3作为密封组件，减少外界环境对于滑动腔的污染与损伤；所述密封组件为上支座板2的外钢围壁3，利用所述外钢围壁3起到密封作用，减少外界环境对于滑动腔的污染与损伤。

本实施例中，在所述上支座板滑动弧面槽7内和所述下支座板滑动弧面槽8内分别安装有与所述减震球摆10贴合接触的摩擦板9；其中所述摩擦板9可为为聚四氟乙烯材料。

本实施例中，在所述上支座板围壁板3为正多边形结构，上支座板围壁板3为八边围栏结构，如图1所示，在上支座板平板2四条边长对应位置的短边侧壁板上各开一个螺丝孔，用于安装限位螺丝，当需要限制某个方向位移时，在该方向相对的两个螺丝孔旋上限位螺丝，且可以通过控制螺丝旋入长度来实现计算得到的支座允许位移，不需要限位时拆下限位螺丝即可，如此便可实现支座的单双向限位。

本实施例中，所述上支座板平板2的角部分别开设有上支座预留孔11，并在所述上支座预留孔11内安装有上支座板预留螺栓1；具体实施时，所述上支座预留孔11为竖向开设的螺纹孔；所述上支座板预留螺栓1的上端与桥梁梁底通过锚栓套筒组件和限位螺栓组件固定连接。

在所述下支座板平板6的角部分别开设有下支座预留孔51，在所述下支座预留孔51安装有下支座板预留螺栓5；使用时，所述上支座板预留螺栓1的下端与所述下支座板预留螺栓5的上端固定连接；具体实施时，所述下支座预留孔51可以为竖向开设的螺纹孔；所述下支座预留孔51的下端与所述桥墩墩顶利用锚栓套筒组件和限位螺栓组件连接；

在运输过程中，为了防止支座上下板之间碰撞滑动，需要用一根长螺杆直接连接上下板螺栓孔从而固定。

具体地，所述上支座板滑动弧面槽7与所述下支座板滑动弧面槽8的曲率半径相同。

所述上支座板密封组件沿X、Y轴分别设置有1组螺纹孔，所述限位螺栓组件通过螺纹孔与下支座板接触，达到单向位移约束或双向位移约束目的，以分别模拟单向活动支座和固定支座。

具体实施时，所述上支座板平板2、一下支座板平板6及减震球摆10的球芯采用Q345热轧钢制成；所述摩擦板9可为为聚四氟乙烯材料；所述锚栓套筒组件和限位螺栓组件采用M10高强度螺栓。

所述上支座板滑动弧面槽7与所述下支座板滑动弧面槽8均为为内凹球面，其曲率半径根据缩尺模型结构自振周期和刚度与原结构自振周期和刚度等效的原则计算确定。

下支座板由下平板和滑动球面组成。下平板构造形式与上平板一致，在四角处开螺栓孔，通过下部墩柱预埋螺栓实现下支座板与墩柱的链接连接。滑动球面为内凹球面，其曲率半径与上支座板一致。

减震球摆上下表面为外凸球面，与上下支座板滑动弧面槽契合。滑动球面与减震球摆之间放置聚四氟乙烯摩擦板，提高摩擦摆支座在震动过程中摩擦耗能能力。支座摩擦面的摩擦系数与原型桥梁摩擦摆支支座摩擦系数保持一致。

安装时，首先通过上部主梁预埋螺栓将上支座板与主梁连接在一起，聚四氟乙烯摩擦板内嵌入上支座板摩擦面；随后将减震球摆和内嵌有聚四氟乙烯摩擦板的下支座板按对应位置放置，整体与上支座板通过短钢条点焊连接成支座整体；随后吊装主梁至墩柱位置处，微调下支座板位置使其穿过墩柱预埋螺栓，上紧螺母后实现下支座板的安装就位；最后拆除点焊短钢条，完成支座安装。

对所公开的实施例的上述说明，只是用于帮助本领域专业技术人员能够实现或使用实用新型的方法和思想。同时，本领域的专业技术人员对这些实施例的修改将是简易可行的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，适用于各类工程在进行振动台实验时的缩尺摩擦摆支座的设计。因此，本说明书不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：包括一上支座板平板和一下支座板平板、以及限位设置在所述上支座板平板与所述下支座板平板之间的减震球摆；

其中在所述上支座板平板的底部形成有与所述减震球摆上表面接触的上支座板滑动弧面槽，在所述下支座板平板的顶部形成有于所述减震球摆下表面接触的下支座板滑动弧面槽；

在所述上支座板平板上设置有环绕所述减震球摆外周的上支座板围壁板；在所述上支座板围壁板上对称设置有延伸向所述下支座板滑动弧面槽外壁的多个限位螺丝。

2.根据权利要求1所述的抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：在所述上支座板滑动弧面槽内和所述下支座板滑动弧面槽内分别设置有与所述减震球摆贴合接触的摩擦板；

或/和，所述摩擦板为聚四氟乙烯材料。

3.根据权利要求1所述的抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：在所述上支座板围壁板为正多边形结构。

4.根据权利要求1所述的抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：所述上支座板平板的角部分别开设有上支座预留孔，并在所述上支座预留孔内安装有上支座板预留螺栓；

或/和，所述上支座预留孔为竖向设置的螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：在所述下支座板平板的角部分别开设有下支座预留孔，在所述下支座预留孔安装有下支座板预留螺栓；

或/和，所述下支座预留孔为竖向设置的螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的抗震缩尺试验模型单双向位移约束通用型摩擦摆支座，其特征在于：所述上支座板滑动弧面槽与所述下支座板滑动弧面槽的曲率半径相同。