多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座的製作方法

2023-05-13 20:54:46 1

專利名稱：多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座的製作方法
技術領域：
多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座技術領域[0001]本實用新型屬於土木工程、地震工程、機械工程技術領域，具體涉及一種附加自復 位裝置的新型橋梁減振支座，特別涉及一種多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座。
背景技術：
[0002]近幾十年來，減隔震支座作為橋梁減隔震的重要措施，獲得了越來越多的重視，並 取得了重大的發展。盆式橡膠支座、鉛芯橡膠支座、FPS (摩擦擺錘體系)逐步得到了廣泛 的應用，並成為了國內外橋梁支座的主流。在幾種減隔震支座中，盆式橡膠支座在遭遇地震 或重大的振動性衝擊時，因上、下座板之間缺乏自復位裝置，可能會產生過大的水平殘餘位 移，震後復位困難；鉛芯橡膠支座耗能能力強，溫度、徐變等蠕變變形引起的支座次內力較 小，但支座的剪切性能受豎向荷載的影響較大，且隨著鉛芯的增加，支座自恢復能力逐漸減 弱，不能在具有多頻譜效應的地震動中有效的減隔震；FPS (摩擦擺錘體系)的自恢復能力 強、摩擦耗能性能穩定，但是在摩擦耗能的過程中會導致梁端的豎向位移而產生次內力。中 國實用新型專利ZL200920212009. 3公告了一種拉索減震支座。該技術方案在上、下座板之 間錨固以鋼絞線拉索，當抗剪螺栓斷裂後，在上、下座板移位過大時起到緩衝限位作用，限 制支座上下座板之間的相對位移在一個可控的範圍之內。[0003]但是，對於上述盆式或者球鋼支座，支座的自復位能力差，並且在地震作用下支座 容易發生落梁，地震作用後往往需要對支座進行復位工作；拉索減震支座相較上述支座有 了一定的改進，但仍存在一些不足，拉索在設計時留有一定的自由鬆弛量，在強地震發生 時，抗剪螺栓被剪斷，支座上下座板開始發生相對位移，當位移超過拉索自由程後，拉索開 始發揮作用，限制支座上下座板之間的相對位移過大；在此種情況下，支座在大地震後會產 生一定的殘餘位移，即支座上下座板中心不在一條鉛垂線上，因此在震後修復時，必須使用 其他方法將支座調整到中心垂線上。因此，有必要對已有技術中的支座作進一步的改進，實 現支座的自動復位，減少震後的維修工作。[0004]車輛通過橋梁伸縮縫位置時，由於伸縮縫處結構剛度的變化，車輛產生跳動及顛 簸，使駕乘人員感到不適，同時對車輛減振系統及橋梁結構也帶來一定損害。上述支座，對 於車輛通過橋梁時產生的振動，基本沒有減振效果。[0005]發明內容[0006]本實用新型的目的在於提供一種不僅能夠在地震作用下通過滑動摩擦消耗地震 能量，減少地震對結構的作用，而且能夠在震後自動復位，此外能夠在日常交通中減小車橋 振動的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座。[0007]為達到以上目的，本實用新型採用的解決方案是充分依據普通盆式支座或球鋼 支座的位移能力大、受力性能較穩定的優點的同時，在支座上下座板之間設置多片變節距 鋼彈簧-橡膠圈組合。該組合中變節距鋼彈簧可以採用多種布置形式，目的是使支座上下 座板發生相對水平位移時，彈簧水平方向的剛彈性以及硫化在一起的橡膠圈可以為上部梁體結構的復位提供回復力。[0008]在地震作用下，支座能夠發生滑動，摩擦耗能，當支座偏離時多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合能夠提供恢復力使橋梁的主梁在地震的作用過程中與地震作用後支座能有效地復位而基本不發生偏離，從而保障橋梁震後的通行能力；同時在地震作用下，多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合將限制支座的上下相對位移在一定的範圍之內(位移變化能力可以依據要求進行設計)，有效防止地震作用下梁體發生落梁的這一常見地震破壞形式，而且由於多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合水平剛度的存在，上下座板之間的衝擊力得到有效緩衝。從而保障這一生命線工程的在地震災害後通行能力，有力的保障對災區的救援等工作。[0009]在日常交通中，設置在支座上下座板之間的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合在豎向預壓變形，對支座支撐上部結構提供一定的支撐作用，在車輛通過時，可以發揮一定的豎向減振性能，減弱駕乘人員的不適感，減小車輛及橋梁結構的損害，延長車輛及橋梁結構的使用壽命。[0010]據此，本實用新型提出的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，包括具有座腔的下座板、上座板和自下而上依次疊置於所述座腔內的環形橡膠板、環形鋼襯板和環形四氟滑板，還包括有抗剪螺栓、多片變節距鋼彈簧和橡膠圈；所述抗剪螺栓自上而下依次穿過上座板、環形四氟滑板、環形鋼襯板、環形橡膠板和下座板，其頂部固定於上座板上， 底部固定於下座板上；抗剪螺栓中上部以頸縮狀態構成有一剪切口，剪切口的位置位於所述的環形鋼襯板與環形四氟滑板的接觸面；所述多片變節距鋼彈簧位於座腔外，其每片變節距鋼彈簧頂端與上座板聯結，底端與下座板聯結。[0011]本實用新型中，所述多片變節距鋼彈簧的彈簧數量為η片，其中η >3，相應的上座板、下座板上水平面有η個錨固接觸點，呈圓周η等分分布。[0012]本實用新型中，所述多片變節距鋼彈簧由變節距鋼彈簧片1、變節距鋼彈簧片I1、 變節距鋼彈簧片III在豎平面內依次穿插在一起，變節距鋼彈簧片I，變節距鋼彈簧片II， 變節距鋼彈簧片III是上下彈簧外徑相等，或是兩端彈簧外徑小、中間部分彈簧外徑大。[0013]本實用新型中，所述變節距鋼彈簧外設有橡膠圈，所述變距鋼彈簧與橡膠圈組成一體。本實用新型中，所述變節距鋼彈簧片I，變節距鋼彈簧片II，變節距鋼彈簧片III 的簧絲截面為矩形截面。[0015]本實用新型中，所述變節距鋼彈簧片I，變節距鋼彈簧片II，變節距鋼彈簧片III 的節距是變化的，節距由小到大單向排列，或者是按照兩端大，中間小雙向排列，或是按照兩端小、中間大雙向排列。[0016]本實用新型中，環形橡膠板與環形鋼襯板之間設置有密封圈。[0017]本實用新型中，使用時，本多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座由穿過下座板四個角部螺栓孔的螺栓與橋墩上的預埋件固定，由穿過上座板四個角部螺栓孔的螺栓與主梁底部的預埋件固定。[0018]本實用新型提供的技術方案的優點[0019]I)多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合的存在有效地減小了上下部結構的相對位移， 從而減小動力放大係數，減小結構的地震響應。[0020]2)通過多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合共同限制位移，使得支座變位在一定的範圍之內，從而有效防止地震作用下發生落梁這一常見的地震災害。[0021]3)多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合依靠自身特性，共同發揮作用，在震後使上下 座板朝著中心平衡位置移動，達到自復位功能，相比較單片彈簧受力更加均勻合理。[0022]4)變節距鋼彈簧的簧絲截面為矩形，可以很好的解決支座在豎向空間狹小的問 題，同時可以通過調整矩形截面尺寸調節彈簧的軸向剛度與側向剛度的比例。[0023]5)變節距鋼彈簧的節距變化，可以適應較大的水平位移。[0024]6)多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合分別與上下座板進行可靠聯接，在豎向同樣 可以發生位移，因此可以防止豎向地震作用時產生的支座破壞現象。[0025]7)橡膠圈與鋼彈簧硫化在一起，不僅本身可以提供部分的回覆力，而且可以作為 支座內部結構防塵罩使用。[0026]8)在日常交通中，車輛通過伸縮縫位置時，支座發揮一定的豎向減振性能，減弱駕 乘人員的不適感，減小車輛及橋梁結構的損害，延長車輛及橋梁結構的使用壽命。[0027]總之，本實用新型適用於鐵路橋、公路橋、城市高架橋以及各種大型懸架結構之類 的建築物上，起減振作用。


[0028]圖1為本實用新型的等軸測視圖。[0029]圖2為本實用新型水平向的實施組裝結構圖示。[0030]圖3為本實用新型的前視平面剖視圖。[0031]圖4為本實用新型的等軸測視圖剖視圖。[0032]圖中標號I為下座板，2為環形橡膠板，3為密封圈，4為環形鋼襯板，5為環形四 氟滑板，6為上座板，7為抗剪螺栓，8為剪切口，9為變節距鋼彈簧片I，10為變節距鋼彈簧 片II，11為變節距鋼彈簧片III，12為下座板螺栓，13為上座板螺栓，14為座腔，15為橡膠圈。
具體實施方式
[0033]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本實用新型的技術實質 和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式結合附圖作詳細說明。[0034]實施例1 :請見圖1、圖2、圖3和圖4，一矩形的下座板1，在使用狀態下與橋梁的橋 墩固定，為此在下座板I的四個角部用下座板螺栓12將下座板I與橋墩上的預埋件固定。 在下座板I朝向上的一側的中央挖空形成有一環狀的座腔14，在該座腔14內自下而上地依 次設置環形橡膠板2、環形鋼襯板4、環形四氟滑板5。其中，在環形橡膠板2與環形鋼襯板 4之間設置有密封圈3。抗剪螺栓7依次穿設在前述的上座板6、環形四氟滑板5、環形鋼襯 板4、環形橡膠板2和下座板I。抗剪螺栓7的中上部以頸縮狀態地構成有一剪切口 8，剪切 口 8的位置大體上位於前述的環形鋼襯板4與環形四氟滑板5的接觸面。[0035]一矩形的上座板6，在使用狀態下與橋梁的主梁底面(也稱橋梁的梁體)固定，為此 在上座板6的四個角部用上座板螺栓13將上座板6與主梁底面固定。[0036]作為本實用新型的技術要點之一的變節距鋼彈簧片I 9，變節距鋼彈簧片II 10， 變節距鋼彈簧片III 11依次穿插在一起，其每片變節距鋼彈簧上端與上座板6固定，下端與 下座板I固定；3片變節距鋼彈簧在上下端部平面上按照圓周3等分形式固定在上座板6、下座板I上；3片變節距鋼彈簧的截面為矩形；彈簧的節距按照兩端大，中間小雙向排列。[0037]作為本實用新型的技術要點之一的橡膠圈15完全與變節距鋼彈簧片I 9，變節距鋼彈簧片II 10，變節距鋼彈簧片III 11硫化在一起，在平面內為環狀截面。[0038]在地震發生之前的正常狀態下，由於抗剪螺栓7的作用，使上座板6、下座板I聯結為一體，因而使本實用新型結構的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座表現為固定支座的形式，即由抗剪螺栓7約束上座板6、下座板I之間的水平位移。然而，當地震發生時，前述的水平力大於抗剪螺栓7的剪切口 8的抗剪強度時，抗剪螺栓7便被剪斷，落入橋墩定預設的槽中。可見，抗剪螺栓7起到兩個方面的作用，一是能夠消耗地震所造成的導致上座板6、下座板I水平位移的部分能量，從而保護橋梁；二是由於抗剪螺栓7斷開，解除了對上座板6、下座板I的約束，使支座的性質從先前的固定支座轉型為多向活動支座。當然， 抗剪螺栓7的剪切口 8耐受斷裂的力是依據力學原理通過設計計算而得到的。此外，在抗剪螺栓7斷開後，支座向一側運動，變節距鋼彈簧片I 9，變節距鋼彈簧片II 10，變節距鋼彈簧片III 11和橡膠圈15共同發生變形，多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合聯合限位，避免單片變節距鋼彈簧單獨承受衝擊受剪作用，增強了抗震能力，與此同時，多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合依靠自身的回覆特性，在震後使上下座板朝著中心平衡位置移動，如此便達到了自復位的功能。[0039]作為本實用新型實施例的一種變換，與多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合裝置配合的支座可以採用盆式支座、球型支座，也可以採用其他類型和指標。[0040]作為本實用新型實施例的一種變換，與多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合裝置配合的支座可以採用所述帶有抗剪螺栓的固定支座，也可以直接設置在滑動支座中。[0041]作為本實用新型實施例的又一種變換，所述多片變節距鋼彈簧可以是上下彈簧外徑相等，或是兩端彈簧外徑小、中間彈簧外徑大。[0042]作為本實用新型實施例的又一種變換，所述設置在上下座板之間作為復位裝置的變節距鋼彈簧數量依據力學需要可以為η片(n ^ 3)，分布形式為豎平面內依次穿插布置， 在上下座板上水平面有η個錨固接觸點，呈圓周η等分分布。[0043]作為本實用新型實施例的又一種變換，作為多片變節距鋼彈簧的彈簧絲截面尺寸、彈簧外徑、彈簧內徑、彈簧中徑、節距、支撐圈數、總圈數以及製造材料的強度、彈性模量等均可根據設計需要進行調整。[0044]上述的對實施例的描述均不 是對本實用新型方案的限制，因此，本實用新型的保護範圍不僅僅局限於上述實施例，任何依據本實用新型構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的各種修改和改進，都應視為落在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，包括具有座腔(14)的下座板(I)、上座板(6)和自下而上依次疊置於所述座腔(14)內的環形橡膠板(2)、環形鋼襯板(4)和環形四氟滑板(5)，其特徵在於還包括有抗剪螺栓(7)、多片變節距鋼彈簧和橡膠圈 (15);所述抗剪螺栓(7)自上而下依次穿過上座板(6)、環形四氟滑板(5)、環形鋼襯板(4)、 環形橡膠板(2)和下座板(1)，其頂部固定於上座板(6)上，底部固定於下座板(I)上；抗剪螺栓(7)中上部以頸縮狀態構成有一剪切口(8)，剪切口(8)的位置位於所述的環形鋼襯板(4)與環形四氟滑板(5)的接觸面；所述多片變節距鋼彈簧位於座腔(14)外，其頂端與上座板(6)聯結，底端與下座板(I)聯結。
2.根據權利要求1所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於所述多片變節距鋼彈簧的彈簧數量為η片，其中n ^ 3，相應的上座板￠)、下座板(I)上水平面有η個錨固接觸點，呈圓周η等分分布。
3.根據權利要求2所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於所述變節距鋼彈簧由變節距鋼彈簧片I (9)、變節距鋼彈簧片II (10)和變節距鋼彈簧片III(II)在豎平面內穿插在一起，變節距鋼彈簧片I(9)，變節距鋼彈簧片II (10)，變節距鋼彈簧片III (11)是上下彈簧外徑相等，或是兩端彈簧外徑小、中間部分彈簧外徑大。
4.根據權利要求1所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於所述變節距鋼彈簧外設有橡膠圈(15)，所述變距鋼彈簧與橡膠圈(15)組成一體。
5.根據權利要求3所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於所述變節距鋼彈簧片I (9)，變節距鋼彈簧片II (10)，變節距鋼彈簧片III (11)的簧絲截面為矩形截面。
6.根據權利要求3所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於所述變節距鋼彈簧片I (9)，變節距鋼彈簧片II (10)，變節距鋼彈簧片III (11)的節距是變化的，節距由小到大單向排列，或者是按照兩端大，中間小雙向排列，或是按照兩端小、中間大雙向排列。
7.根據權利要求1所述的多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座，其特徵在於環形橡膠板(2)與環形鋼襯板(4)之間設置有密封圈(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合橋梁減振支座。包括上座板、下座板、環形橡膠板、環形鋼襯板、環形四氟滑板、抗剪螺栓、變節距鋼彈簧、橡膠圈。抗剪螺栓穿置在上座板、環形橡膠板、環形鋼襯板、環形四氟滑板和下座板上，多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合上下兩端分別與上座板、下座板聯結。本實用新型能消耗地震發生時對橋梁所產生的作用能量，在發生水平方向位移時，多片變節距鋼彈簧-橡膠圈組合共同受力，並依靠自身特性，使上下座板朝著中心平衡位置移動，達到自復位功能，避免地震後結構的復位維修等工作；同時，在日常交通中，車輛通過伸縮縫位置時，支座發揮一定的豎向減振性能，減弱駕乘人員的不適感，延長車輛及橋梁結構的使用壽命。
文檔編號E01D19/04GK202881846SQ20122051378
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者章碧鴻, 黨新志, 王衛剛, 王江瑾, 榮肇駿, 袁萬城, 陳懷印, 屈小偉 申請人:同濟大學, 浙江美力科技股份有限公司, 江蘇萬寶橋梁構件有限公司