一種分體式隔震橋梁支座的製作方法

2023-10-10 03:52:04 1

本發明涉及橋梁領域，尤其涉及一種分體式隔震橋梁支座。

背景技術：

隔震支座的功能包括正常功能和地震時的附屬功能。其中正常功能包含：1)豎向承載功能；2)轉動功能；3)水平移動功能。地震時的附屬功能包含：1)水平荷載承載功能；2)彈簧功能；3)抗拔功能；4)摩擦耗能功能；5)地震後的復位功能。

自從日本發生阪神大地震以後，國外橋梁開始採用橡膠支座來實現地震時分散地震力的設計增多，後又發展到採用橡膠以及金屬隔震製作的隔震設計。2008年汶川大地震以後，國內橋梁的減隔振設計開始增多，市場上出現了鉛芯、高阻尼等減隔震支座，產品參差不齊。

但是，不管是哪一類支座，現在通常都是將支座的正常使用功能與地震時的功能放在一個支座上來實現，導致以下問題：1)支座的尺寸過大；2)支座的水平方向的剛度設定困難；3)城市橋梁因為採用橡膠支座後由於豎向剛度導致交通振動的公害；4)一座橋梁某個墩或某幾個墩受損嚴重，其他墩無損壞，不能協同受力。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術的不足，提供一種將隔震支座的正常功能與地震工況下的附加功能分離、可任意調整地震工況下的參數的隔震橋梁支座，解決了現有隔震支座尺寸過大且水平方向剛度難以設定的問題。

為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案：

一種分體式隔震橋梁支座，包括從下到上依次設置的下底座板、轉動板、上底座板，上底座板和下底座板上均連接有固定螺栓，下底座板和上底座板之間還安裝有水平剪切單元。

作為本發明的優選方案，所述下底座板的前後兩側均設置有凹形座，轉動板為兩組，兩組轉動板的底面為弧形面，兩組轉動板分別設置於兩個凹形座上，水平剪切單元位於下底座板的中部。

作為本發明的優選方案，所述下底座板和轉動板之間還設置有摩擦板，摩擦板下表面為平面，摩擦板表面為凹球面，轉動板地面為球面，水平剪切單元為四組，四組水平剪切單元分別位於下底座板四個角位置。

作為本發明的優選方案，所述水平剪切單元為鉛芯支座、高阻尼支座、普通天然橡膠支座的一種。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明將支座的正常使用功能與地震附屬功能分離開來，分別由正常功能支座與水平剪切單元承擔，這樣可以最大限度的降低減隔震支座的尺寸，降低成本。水平剪切單元的剛度可以做的較大，降低地震時的位移量，減少伸縮縫的尺寸。在減小隔震支座尺寸的情況下，相應減小橋墩尺寸，降低整體設計的造價。其更大的摩擦耗能，快速消耗地震能量，降低地震反應位移。本發明能使水平力分散，達到橋墩協同受力，同時橋墩可做成統一的外形，減少橋墩模板費用，增加整體橋梁的安全性。

2、水平剪切單元可任意設定水平剛度和阻尼比，而不影響橋梁的安全性。而普通的橡膠隔震支座的水平剛度與豎向受力成正比，無法滿足大噸位支座豎向承載能力大而支座水平剛度要求比較小的工況。通過剪切單元任意設定的水平剛度，可使不同高度的橋墩協同受力，橋墩可做成統一的尺寸，減少橋墩模板費用。

3、本發明較摩擦擺式減隔震支座發生溫度位移時無豎向位移的情況(梁底頂升)，並有自動復位的功能。地震後自動復位，無需頂升復位，減少修復費用。

附圖說明

圖1是本發明i型的主視圖；

圖2是本發明i型的左視圖；

圖3是本發明ii型的主視圖；

圖4是本發明ii型的左視圖；

圖5是橋梁的原理圖的主視圖；

圖6是橋梁的原理圖的左視圖。

圖中，1-下底座板，2-轉動板，3-上底座板，4-水平剪切單元，5-摩擦板，11-凹形座。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例一

如圖1、圖2所示，是本發明i型的結構形式。本發明包括從下到上依次設置的下底座板1、轉動板2、上底座板3，上底座板3和下底座板1上均連接有固定螺栓，下底座板1和上底座板3之間還安裝有水平剪切單元4。所述下底座板1的前後兩側均設置有凹形座11，轉動板2為兩組，兩組轉動板2的底面為弧形面，兩組轉動板2分別設置於兩個凹形座11上，水平剪切單元4位於下底座板1的中部。

上底座板3與轉動板2通過平面超高分子量聚乙烯板連接，實現支座正常功能的傳遞豎向力和釋放溫度位移。轉動板2與下底座板1上的凹形座11通過曲面超高分子量聚乙烯板連接，實現支座正常功能的轉動。水平剪切單元4與上底座板3和下底座板1分別相連，在地震工況提供水平向剛度和阻尼。水平剪切單元4可由一個或多個鉛芯支座或高阻尼支座組成，通過調整橡膠的硬度、支座的直徑和鉛芯的直徑，可提供從小到大的任意剛度和阻尼比。

實施例二

如圖3、圖4所示，是本發明ii型的結構形式。本發明包括從下到上依次設置的下底座板1、轉動板2、上底座板3，上底座板3和下底座板1上均連接有固定螺栓，下底座板1和上底座板3之間還安裝有水平剪切單元4。所述下底座板1和轉動板2之間還設置有摩擦板5，摩擦板5下表面為平面，摩擦板5表面為凹球面，轉動板2地面為球面，水平剪切單元4為四組，四組水平剪切單元4分別位於下底座板1四個角位置。

上底座板3實現支座正常功能的傳遞豎向力、釋放溫度位移和轉動功能。下底座板1和摩擦板5之間的摩擦副可由鋼與鉛銅滑板、鋼與鋼、鋼與不鏽鋼等材料組成，地震工況下可提供任意的摩擦係數。水平剪切單元4與上底座板3和下底座板1分別相連，在地震工況提供水平向剛度和阻尼。

實施例三

如圖5和圖6所示，通過一個簡支梁和多跨連續梁闡述工作原理。橋墩剛度分別是k3、k4、k8、k9、k10，剪切支座水平向剛度分別是k1、k2、k5、k6、k7，通過公式1/k1+1/k3＝1/k1+1/k3和1/k5+1/k8＝1/k6+1/k9＝1/k7+1/k10，達到每個橋墩點剛度大致相同，平均抵抗梁體的慣性力，達到水平力分散的目的。而橋墩可做成統一的外形，不同的高度有不同的剛度，就可調整剪切支座的水平剛度滿足公式。摩擦係數μ和阻尼比ξ％可亦可任意設定，達到變參數的目的。

工作原理：

本專利支座是將減隔震支座的非地震工況和地震工況兩種工況理論上分離開來，實現減隔震支座功能的分離，並能任意變化支座參數：

一)非地震工況

正常功能支座與現有的支座一樣，滿足：1)豎向承載功能；2)轉動功能；3)水平移動功能；

二)地震工況

正常功能支座提供豎向承載功能，而水平剪切單元主要應對附加的地震荷載。

水平剪切單元：1)採用天然橡膠支座實現慣性力分散設計，比現行設計大幅度降低地震響應位移，減小矮墩尺寸，保護橋墩，減少橋墩模板費用，降低工程造價；2)採用鉛芯橡膠支座實現隔離設計，比現行設計大幅度降低地震響應位移；3)通過任意調整水平剛度和阻尼比，可以滿足各種橋梁最優化減隔震設計；

地震之前，正常功能支座提供常規的豎向承載功能、轉動功能、水平移動功能；地震來臨後，圖4所示為工作原理。水平剪切單元通過任意精確的調整水平剛度k1、k2、k3，使梁的慣性力分散，達到高、矮墩協同受力；同時任意精確調整水平剛度k1、k2、k3和水平力支座的阻尼比,能大幅度降低橋梁結構的地震響應；通過調整摩擦副(摩擦係數0.22以下)，可快速消耗地震能量，降低位移響應。

現有隔震支座，如鉛芯支座和高阻尼支座都是將正常使用功能和地震功能合在一個支座上來實現隔振功能，這樣導致水平剛度設定困難，往往是都是滿足承載力而不能滿足水平剛度，滿足了水平剛度，而承載力不能滿足。而摩擦擺隔振支座在正常使用狀態下，會提升梁，地震狀態下降低了加速度響應，而位移過大。

本發明將正常使用功能與地震附屬功能分離，分別由豎向支座與水平剪切單元承擔，可以解決現有隔震支座的不能避免的缺點，同時較現有隔震支座產品具有以下優點：1)精確設定水平剛度而不影響正常使用功能；2)精確水平力分散，降低橋墩造價和模板費用，使橋墩協同受力；3)降低地震時的位移量，減少伸縮縫的尺寸；4)滿足支座的安全性、實用性和耐久性的情況下，降低隔震支座的成本；5)降低整體設計的造價。6)支座安裝方便。