一种三维减隔震支座 |
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| 申请号 | CN201911165842.1 | 申请日 | 2019-11-25 | 公开(公告)号 | CN110965460B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 中南大学; | 发明人 | 魏标; 贾晓龙; 蒋丽忠; 李姗姗; 谭昊; 汪伟浩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种三维减 隔震 支座，包括上座板、中座板、下座板、直线锥以及弹性组件，所述上座板、中座板和下座板从上至下依次设置，所述中座板通过弹性组件设置于所述下座板上且通过弹性组件实现上座板和中座板一起竖向运动，所述上座板可滑动设置于中座板上实现上座板相对于中座板在 水 平方向上运动，所述中座板的上表面设有第一型腔，所述上座板的下表面设有第二型腔，所述第一型腔和第二型腔配合形成用于容纳直线锥的腔体，所述腔体的形状与直线锥的形状相匹配。可以满足三个方向的运动，满足 桥梁 的正常位移需求，在三个方向上可以实现减隔震效果，并且在位移之后实现基本自复位。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种三维减隔震支座，其特征在于，包括上座板(2)、中座板(3)、下座板(4)、直线锥(7)以及弹性组件，所述上座板(2)、中座板(3)和下座板(4)从上至下依次设置，所述中座板(3)通过弹性组件设置于所述下座板(4)上且通过弹性组件实现上座板(2)和中座板(3)一起竖向运动，所述上座板(2)可滑动设置于中座板(3)上实现上座板(2)相对于中座板(3)在水平方向上运动，所述中座板(3)的上表面设有第一型腔，所述上座板(2)的下表面设有第二型腔，所述第一型腔和第二型腔配合形成用于容纳直线锥(7)的腔体，所述腔体的形状与直线锥(7)的形状相匹配； |
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| 说明书全文 | 一种三维减隔震支座技术领域背景技术[0003] 在桥梁工程中，减隔震支座的运用，可以既经济又有效地减弱地震对于桥梁结构的损害，目前运用于桥梁的减隔震支座主要用于水平方向的减隔震，即减隔震效果仅仅为水平方向的，对于竖向地震的减隔震较少；同时，现有技术中的减隔震支座存在无法自复位的问题。 [0004] 综上所述，急需一种三维减隔震支座以解决现有技术中存在的问题。 发明内容[0005] 本发明目的在于提供一种三维减隔震支座，具体技术方案如下： [0006] 一种三维减隔震支座，包括上座板、中座板、下座板、直线锥以及弹性组件，所述上座板、中座板和下座板从上至下依次设置，所述中座板通过弹性组件设置于所述下座板上且通过弹性组件实现上座板和中座板一起竖向运动，所述上座板可滑动设置于中座板上实现上座板相对于中座板在水平方向上运动，所述中座板的上表面设有第一型腔，所述上座板的下表面设有第二型腔，所述第一型腔和第二型腔配合形成用于容纳直线锥的腔体，所述腔体的形状与直线锥的形状相匹配。 [0007] 以上技术方案中优选的，所述下座板上设有用于容纳中座板的第三型腔，所述弹性组件设置于所述第三型腔底部，所述中座板设置于所述第三型腔中且通过弹性组件实现竖向支撑，通过弹性组件变形实现上座板和中座板一起相对于下座板进行竖向运动，所述中座板的外壁与所述第三型腔的内壁相接触，通过竖向运动实现中座板和第三型腔之间摩擦耗能。 [0008] 以上技术方案中优选的，所述弹性组件包括下座板缓冲垫和至少一件缓冲弹簧，所述第三型腔的底面设有与缓冲弹簧数量相对应的盲孔，所述下座板缓冲垫设置于第三型腔的底面上且所述下座板缓冲垫上设有与所述盲孔相匹配的通孔，所述缓冲弹簧的一端与所述盲孔连接，另一端穿过所述通孔后与所述中座板的下表面连接。 [0009] 以上技术方案中优选的，多件所述缓冲弹簧均匀布置；所述缓冲弹簧与中座板下表面连接的一端与下座板缓冲垫的上表面平齐，所述下座板缓冲垫的上表面与中座板下表面相接触。 [0010] 以上技术方案中优选的，所述上座板的下表面设有上座板缓冲垫，所述中座板的上表面设有中座板缓冲垫，通过上座板缓冲垫和中座板缓冲垫局部压缩实现上座板相对于中座板转动。 [0011] 以上技术方案中优选的，还包括至少一件限位器，所述限位器设置于所述上座板上且位于中座板的外壁外侧，通过所述限位器实现对上座板和中座板之间的运动进行限位。 [0012] 以上技术方案中优选的，所述限位器上设有剪断口，所述剪断口在竖向方向上的位置高于或等于中座板缓冲垫和上座板缓冲垫之间接触面的位置，通过剪断口实现限位器受冲击被剪断。 [0013] 以上技术方案中优选的，多件所述限位器沿着上座板的周边均匀布置，通过多件所述限位器实现对上座板和中座板之间水平方向上的相对运动进行限位； [0014] 所述限位器包括短边段和长边段，两者相互垂直设置构成L型结构，所述短边段设置于上座板上，所述长边段位于上座板和中座板的外壁外侧，所述长边段与中座板之间存在间隙或两者相接触，所述剪断口设置于长边段上。 [0015] 以上技术方案中优选的，所述直线锥包括两个对称设置的四棱锥，两个所述四棱锥的底面相贴合构成直线锥，所述第一型腔和第二型腔均为四棱锥型腔。 [0017] 应用本发明的技术方案，具有以下有益效果： [0018] (1)本发明的三维减隔震支座通过弹性组件支撑中座板从而实现上座板和中座板一起竖向运动，通过上座板相对于中座板进行水平运动，在空间坐标系上可以满足三个方向的运动，满足桥梁的正常位移需求，在三个方向上可以实现减隔震效果。通过直线锥可以实现本发明支座的周期不固定，避免地震中出现共振的现象；同时，直线锥和型腔的配合还可以实现自复位效果。 [0020] (3)本发明的三维减隔震支座，弹性组件包括下座板缓冲垫和缓冲弹簧，下座板缓冲垫与缓冲弹簧共同承受竖向力，可以有效的避免中座板和下座板受力集中，下座板缓冲垫的存在可以起到阻尼作用，实现地震作用下竖直方向的缓冲减震作用。同时，通过中座板和下座板之间相对运动利用两者之间的摩擦力做功进行耗能，可以同时满足竖向的位移变化需求和竖向的减隔震需求。 [0021] (4)本发明的三维减隔震支座，所述上座板的下表面设有上座板缓冲垫，所述中座板的上表面设有中座板缓冲垫，通过上座板缓冲垫和中座板缓冲垫局部压缩实现上座板相对于中座板转动，满足桥梁的转动位移需求。 [0022] (5)本发明的三维减隔震支座包括限位器，通过限位器可以有效的对上座板进行限位，根据限位器的设置本发明支座可以分为活动支座和固定支座，满足不同使用需求的要求。 [0025] 图1是本发明三维减隔震支座的轴测图； [0026] 图2是本发明三维减隔震支座的剖视图； [0027] 图3是图2中直线锥的结构示意图； [0028] 图4是本发明三维减隔震支座上座板位移示意图； [0029] 图5是本发明三维减隔震支座上座板和直线锥一起位移示意图； [0030] 其中，1、限位器，1.1、剪断口，2、上座板，3、中座板，4、下座板，5、中座板缓冲垫，6、上座板缓冲垫，7、直线锥，7.1、四棱锥，8、下座板缓冲垫，9、缓冲弹簧。 具体实施方式[0032] 实施例1： [0033] 参见图1～3，一种三维减隔震支座，具体是一种应用于桥梁的三维减隔震支座，包括上座板2、中座板3、下座板4、直线锥7以及弹性组件，所述上座板2、中座板3和下座板4从上至下依次设置，所述中座板3通过弹性组件设置于所述下座板4上且通过弹性组件实现上座板2和中座板3一起竖向运动，所述上座板2可滑动设置于中座板3上实现上座板2相对于中座板3在水平方向运动，所述中座板3的上表面设有第一型腔，所述上座板2的下表面设有第二型腔，所述第一型腔和第二型腔配合形成用于容纳直线锥7的腔体，所述腔体的形状与直线锥7的形状相匹配。 [0034] 优选的，所述腔体的形状尺寸大于所述直线锥的形状尺寸，即腔体的形状与直线锥的形状相似。 [0035] 设置直线锥和腔体的配合可以实现摩擦耗能和重力势能做功进行减隔震的目的，同时由于直线锥的特殊结构可以实现本发明三维减隔震支座的周期不固定，本发明支座跟普通摩擦摆支座类似，普通摩擦摆支座的周期公式为： 其中π为圆周率，R为曲率半径，g为重力加速度。 [0036] 对于普通摩擦摆支座，其曲率半径是固定的值，所以其周期是固定值，而对于本发明支座而言，直线锥的曲率半径为无穷大，因此其周期不是固定的某个值，从而可以避免地震中出现的共振现象。 [0037] 所述下座板4上设有用于容纳中座板3的第三型腔，所述弹性组件设置于所述第三型腔底部，所述中座板3设置于所述第三型腔中且通过弹性组件实现竖向支撑，通过弹性组件变形实现上座板2和中座板3一起竖向运动，所述中座板3的外壁与所述第三型腔的内壁相接触，通过竖向运动实现中座板和第三型腔之间摩擦耗能。 [0038] 上座板相对于中座板进行水平运动，通过弹性件实现上座板和中座板一起相对于下座板座竖向运动，即实现三维坐标方向的位移，满足桥梁多方向的位移需求。 [0039] 所述弹性组件包括下座板缓冲垫8和至少一件缓冲弹簧9，所述第三型腔的底面设有与缓冲弹簧9数量相对应的盲孔，所述下座板缓冲垫8设置于第三型腔的底面上且所述下座板缓冲垫8上设有与所述盲孔相匹配的通孔(即通孔与盲孔位置相对应、大小相同)，所述缓冲弹簧9的一端与所述盲孔连接，另一端穿过所述通孔后与所述中座板3的下表面连接。 [0040] 多件所述缓冲弹簧9均匀布置，所述缓冲弹簧9与中座板3下表面连接的一端与下座板缓冲垫8的上表面平齐，所述下座板缓冲垫8的上表面与中座板下表面相接触。 [0041] 通过缓冲弹簧和下座板缓冲垫压缩变形实现中座板的外壁与第三型腔的内壁之间相对运动，利用中座板和第三型腔之间的摩擦力来进行摩擦消能。 [0042] 所述上座板2的下表面设有上座板缓冲垫6，所述中座板3的上表面设有中座板缓冲垫5，通过上座板缓冲垫6和中座板缓冲垫5局部压缩实现上座板2相对于中座板3转动。 [0043] 本领域技术人员可以理解，上座板缓冲垫和中座板缓冲垫局部被压缩将会导致上座板发生倾斜，即上座板相对于中座板转动，满足桥梁的转动位移需求。通过控制上座板缓冲垫和中座板缓冲垫的厚度可以控制转动角度的范围。 [0044] 优选的，所述上座板缓冲垫6、中座板缓冲垫5以及下座板缓冲垫8均为高阻尼橡胶垫。 [0045] 参见图1，所述三维减隔震支座还包括至少一件限位器1，优选的包括至少三件限位器，所述限位器1设置于所述上座板2上且位于中座板3的外壁外侧，通过所述限位器1实现对上座板2和中座板3之间的运动进行限位。 [0046] 所述限位器1上设有剪断口1.1，所述剪断口1.1在的竖向方向上的位置高于或等于中座板缓冲垫5和上座板缓冲垫6之间接触面的位置，通过剪断口1.1实现限位器1受冲击被剪断。 [0047] 多件所述限位器1沿着上座板2的周边均匀布置，通过多件所述限位器1实现对上座板2和中座板之间水平方向上的相对运动进行限位。 [0048] 所述限位器包括短边段和长边段，两者相互垂直设置构成L型结构，所述短边段设置于上座板上，所述长边段位于上座板和中座板的外壁外侧，所述长边段与中座板之间存在间隙或两者相接触，所述剪断口设置于长边段上。 [0049] 参见图2，所述长边段与中座板之间设置间隙时(间隙应该根据实际需求进行设置)，本发明的支座为活动支座，即可以在间隙允许的范围内上座板可以自由活动，满足桥梁的正常位移需求；当长边段与中座板相接触时，本发明的支座为固定支座，即只有在长边段被剪断后上座板才可以进行位移，满足桥梁需要固定的支座的需求。 [0050] 所述直线锥7包括两个对称设置的四棱锥7.1，两个所述四棱锥7.1的底面相贴合构成直线锥7，所述第一型腔和第二型腔均为四棱锥型腔。 [0051] 所述第一型腔的内壁和第二型腔的内壁摩擦系数均匀布置且相等，两个所述四棱锥外侧面的摩擦系数均由四棱锥的底面往四棱锥的顶点逐渐增大。 [0052] 本发明三维减隔震支座的工作原理为： [0053] 以本发明三维减隔震支座为活动支座为例：正常使用情况下，上座板缓冲垫和中座板缓冲垫之间可以实现平动位移，同时也可以通过两层缓冲垫之间的不均匀压缩实现转动位移，实现支座正常使用情况下的平动位移和转动位移需求。 [0054] 设计地震作用下，限位器被剪断，上座板可以进行平动位移至与直线锥相接触，通过平动位移摩擦消耗地震能量，并通过直线锥对上座板进行限位，参见图4； [0055] 参见图5，当地震进一步加大时，上座板会和直线锥一起沿着第一型腔的内壁往上滑动(由于直线锥上的摩擦系数分布并不均匀，当上座板与直线锥接触且地震进一步加大时，直线锥与第二型腔之间的摩擦系数大于直线锥与第一型腔之间的摩擦系数，所以上座板会和直线锥一起沿着第一型腔的内壁向上滑动)；当直线锥沿着第一型腔的内壁滑动到一定距离的时候，直线锥与第一型腔之间的摩擦力大于直线锥与第二型腔之间的摩擦力，上座板沿着直线锥的侧壁(即四棱锥的外侧面)往上滑(未图示)。如此反复变换，通过摩擦和重力势能实现做功耗能。 [0056] 同时，在竖向地震作用下，由于中座板和下座板的侧壁之间为摩擦接触，摩擦力的存在可以耗散竖向地震，减少竖向地震的能量输入。 [0057] 在地震后，上座板和直线锥会在重力的作用下沿着第一型腔的侧壁往下滑，实现上座板再次与中座板贴合，基本实现自复位。 [0058] 而针对固定支座，固定支座只有达到设计地震标准情况下限位器才会被剪断，上座板可以进行平动位移，其工作原理与活动支座相同。 [0059] 应用本实施例的技术方案，具体是： [0060] 在实际应用过程中，所述上座板的上表面与主梁的下表面连接，所述下座板的下表面设置于桥墩支座垫石上，并用螺栓对主梁和上座板之间、下座板和桥墩支座垫石之间进行紧固。 [0061] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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