一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座的制作方法
【專利摘要】一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，用于解決抗震效果不佳的問題。它由自上而下依次設(shè)置的豎向減震機(jī)構(gòu)、單向滑動機(jī)構(gòu)和水平減震機(jī)構(gòu)組成，豎向減震機(jī)構(gòu)包括第一平板、第二平板和設(shè)置在兩個平板之間的四組碟形彈簧組件，在第一、第二平板的四周設(shè)置第一C型軟鋼I，在第一平板和第二平板之間設(shè)置有預(yù)鎖緊套筒和第一剪力銷；單向滑動機(jī)構(gòu)包括第一滑動板和第二滑動板，水平減震機(jī)構(gòu)包括底板和第二C型軟鋼II。本支座以單向活動球型鋼支座為基礎(chǔ)改造，增加了剪力銷和水平C型軟鋼阻尼構(gòu)件并串聯(lián)了碟形彈簧構(gòu)件及豎向C型軟鋼阻尼器，實(shí)現(xiàn)斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計要求和橫橋向、豎向減震耗能要求同時得以滿足。
【專利說明】
一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]該發(fā)明涉及橋梁支座技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座。
【背景技術(shù)】
[0002]斜拉橋、懸索橋跨越能力強(qiáng)、造型優(yōu)美，在我國橋梁建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，尤其在跨越大江、大河或峽谷等特殊地形時十分常見。斜拉橋、懸索橋的結(jié)構(gòu)受力特性有相似的地方:分別是通過斜拉橋和吊桿、主纜將主梁荷載傳遞至橋塔，因此斜拉橋、懸索橋的橋塔往往較為粗壯，且剛度很大。較大的剛度導(dǎo)致橋塔在地震作用下響應(yīng)較大，尤其是當(dāng)橋梁跨度較大或橋梁位于近場地震區(qū)時，橋塔抗震性能往往難以滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計難度較大。
[0003]設(shè)計中通常要求斜拉橋、懸索橋的主梁在正常使用狀態(tài)下沿順橋向可滑動，橋塔和橋墩處橫橋向需進(jìn)行約束，常見的支承體系如下所述:主梁在橋塔處于梁底和橋塔橫梁之間設(shè)置順橋向單向滑動支座和雙向滑動支座，另外在梁側(cè)與墊石側(cè)面之間設(shè)置順橋向單向滑動支座作為抗風(fēng)支座使用;主梁在輔助墩和共用墩處則于梁底與墩頂之間設(shè)置順橋向單向滑動支座和雙向滑動支座;作為抗震措施，在主梁與橋塔橫梁間沿順橋向安裝粘滯液體阻尼器。上述支承體系可以滿足斜拉橋、懸索橋在正常使用狀態(tài)下的設(shè)計要求，也能實(shí)現(xiàn)順橋向的減震設(shè)計，但沒有針對橫橋向和豎向地震的抗震措施。
[0004]近場地震與遠(yuǎn)場地震相比具有強(qiáng)度高、豎向地震分量較大的特點(diǎn)，因此近場地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)也更大，尤其是對于斜拉橋、懸索橋等特殊橋型受豎向地震分量影響較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中不僅要進(jìn)行水平向抗震設(shè)計同時不可忽視豎向地震的影響。目前對于斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)順橋向抗震設(shè)計通常采用設(shè)置粘滯液體阻尼器的方式來進(jìn)行減震，而橫橋向和豎向抗震往往是采用傳統(tǒng)的抗震設(shè)計方法，依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度去抵御地震作用，沒有合理的耗能設(shè)計。
[0005]斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)橫橋向和豎向地震采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法時，由于橋塔對于維持結(jié)構(gòu)體系的重要性，在地震作用中通常要求保持彈性狀態(tài)，因此只能依靠橋塔自身強(qiáng)度抵御地震力，缺乏合理的耗能構(gòu)造，設(shè)計中只能采用增大橋塔截面尺寸、配筋、基礎(chǔ)規(guī)模的手段來滿足要求，從而造成大量的材料浪費(fèi)、建設(shè)成本的增加和施工難度加大。尤其在近場地震作用下，豎向地震分量很大，采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法往往難以滿足設(shè)計要求，設(shè)計難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，由自上而下依次設(shè)置的豎向減震機(jī)構(gòu)、單向滑動機(jī)構(gòu)和水平減震機(jī)構(gòu)組成，所述豎向減震機(jī)構(gòu)包括第一平板、第二平板和設(shè)置在兩個平板之間的四組碟形彈簧組件，其中每一組碟形彈簧組件包括一個導(dǎo)向柱和一系列疊加的碟形片，所述導(dǎo)向柱下端焊接在第二平板上，上端與第一平板上的導(dǎo)向槽配合，并在第一、第二平板的四周設(shè)置有若干第一 C型軟鋼I，在第一平板和第二平板之間設(shè)置有預(yù)鎖緊套筒，并在預(yù)鎖緊套筒之間通過第一剪力銷進(jìn)行鎖定；
[0009]所述單向滑動機(jī)構(gòu)包括兩個彼此配合的第一滑動板和第二滑動板，其中第一滑動板位于第二平板的下側(cè)，第二平板兩側(cè)設(shè)有使第一滑動板僅沿順橋向方向滑動的限位板，
[0010]所述水平減震機(jī)構(gòu)，包括底板和第二C型軟鋼II，其中底板位于第二滑動板下側(cè)，底板側(cè)面設(shè)有使第二滑動板僅可沿橫橋向方向滑動的限位板，且在兩者之間使用第二剪力銷進(jìn)行預(yù)緊連接，在底板和第二滑動板側(cè)面設(shè)置有第二 C型軟鋼II。
[0011 ]進(jìn)一步的，第一滑動板為球冠型滑動板。
[0012]進(jìn)一步地，第二平板和第一滑動板之間滑動面為平面。
[0013]進(jìn)一步地，第一滑動板和第二滑動板之間滑動面為弧形球面。
[0014]進(jìn)一步地，第二C型軟鋼II 一端鉸接于第二滑動板側(cè)面，另一端鉸接于底板側(cè)面。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]在橋塔處將本發(fā)明的雙向減隔震支座與豎向減隔震支座配合使用，雙向減隔震支座和豎向減隔震支座在正常使用狀態(tài)下分別具備順橋向滑動和雙向滑動功能，在地震作用中分別具備橫橋向、豎向減隔震和豎向減隔震功能，在梁底與橫梁間使用雙向減隔震支座和豎向減隔震支座進(jìn)行豎向支承，同時，為滿足結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計要求和減隔震設(shè)計要求，并最大程度發(fā)揮減隔震效果，在橋塔處將雙向減隔震支座同步用于梁體和側(cè)面墊石之間進(jìn)行側(cè)向支承。另外，同時在輔助墩和共用墩處將雙向減隔震支座和豎向減隔震支座配合使用，對輔助墩和共用墩進(jìn)行減隔震。
[0017]本發(fā)明支座主要應(yīng)用于斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)中未設(shè)輔助墩時，不影響橋塔和共用墩處本發(fā)明支座的使用。在地震烈度不大的地區(qū)，可根據(jù)實(shí)際情況，僅于橋塔處采用本發(fā)明支座，輔助墩和共用墩處配合普通支座使用即可。
[0018]與常見支承體系相比，采用本發(fā)明的支座后，不僅斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)的靜力設(shè)計要求得以滿足，還實(shí)現(xiàn)了地震作用下結(jié)構(gòu)的橫橋向和豎向減隔震。經(jīng)估算，采用本發(fā)明的支座后，橋塔、輔助墩和共用墩的地震響應(yīng)可降低20% — 30%，在保證結(jié)構(gòu)地震中安全的前提下，使橋塔、輔助墩、共用墩及基礎(chǔ)設(shè)計更加合理，節(jié)約了建造成本并且降低了設(shè)計難度和施工難度。
[0019]本支座以單向活動球型鋼支座為基礎(chǔ)，通過較小的構(gòu)造改變，增加了剪力銷和水平C型軟鋼阻尼構(gòu)件并串聯(lián)了碟形彈簧構(gòu)件及豎向C型軟鋼阻尼器;并通過在橋塔處梁底及梁側(cè)同時使用該新型減隔震支座，有機(jī)配合發(fā)生作用，實(shí)現(xiàn)斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計要求和橫橋向、豎向減震耗能要求同時得以滿足。本發(fā)明的支座主要應(yīng)用于近場地震區(qū)斜拉橋、懸索橋結(jié)構(gòu)，但對于遠(yuǎn)場地震區(qū)的情況，在設(shè)計人員認(rèn)為有必要進(jìn)行橫橋向、豎向減震設(shè)計時，同樣適用。
【附圖說明】
[0020]圖1為雙向減隔震支座的主視圖。
[0021]圖2為雙向減隔震支座的側(cè)視圖。
[0022]圖3為雙向減隔震支座的俯視圖。
[0023]圖4為圖1中F處局部放大圖。
[0024]圖5為豎向減隔震支座的主視圖。
[0025]圖6為豎向減隔震支座的側(cè)視圖。
[0026]圖7為豎向減隔震支座的俯視圖。
[0027]圖8為本發(fā)明支座與豎向減隔震支座配合使用的平面布置圖。
[0028]圖9為D—D處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖10為E—E處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖11為G—G處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:11豎向減震機(jī)構(gòu)，111第一平板，112第二平板，113碟形彈簧組件，114第一C型軟鋼I，115第一剪力銷，12單向滑動機(jī)構(gòu)，121第一滑動板，122第二滑動板，123聚四氟乙烯墊片，13水平減震機(jī)構(gòu)，131底板，132第二C型軟鋼II，133第二剪力銷。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1至圖11所示，針對現(xiàn)有缺陷，本發(fā)明的保護(hù)主體如下:
[0033]采用本發(fā)明支座構(gòu)成的支承體系采用了兩種減隔震支座，
[0034]第一種為本發(fā)明所提供的新型的雙向減隔震支座A，為改進(jìn)型產(chǎn)品，該支座分為上、中、下三部分，分別為豎向減震機(jī)構(gòu)11、單向滑動機(jī)構(gòu)12、水平減震機(jī)構(gòu)13，正常使用狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)順橋向滑動，地震中可實(shí)現(xiàn)橫橋向和豎向減隔震。其中，上部的豎向減震機(jī)構(gòu)11為碟形彈簧及豎向C型軟鋼阻尼器(第一 C型軟鋼I)，中間部分的單向滑動機(jī)構(gòu)12與單向滑動支座相同，下部水平減震機(jī)構(gòu)13為水平C型軟鋼阻尼器(第二C型軟鋼II)，且在上部、下部分別設(shè)有第一、第二剪力銷，分別限制支座在正常使用情況下的豎向和橫向位移。
[0035]豎向減震機(jī)構(gòu)11包括第一平板111、第二平板112和設(shè)置在兩個平板之間的四組碟形彈簧組件113，其中每一組碟形彈簧組件包括一個導(dǎo)向柱和一系列疊加的碟形彈簧片，導(dǎo)向柱下端焊接在第二平板上，上端與第一平板上的導(dǎo)向槽配合，并在第一、第二平板的四周設(shè)置有若干第一C型軟鋼1114，在第一平板和第二平板之間設(shè)置有預(yù)鎖緊套筒，并在預(yù)鎖緊套筒之間通過第一剪力銷115進(jìn)行初步鎖定。
[0036]單向滑動機(jī)構(gòu)12包括兩個彼此通過弧形球面配合的第一滑動板121和第二滑動板122，其中第一滑動板121位于第二平板的下側(cè)，且兩者之間通過聚四氟乙烯墊片123進(jìn)行過渡配合，在第一滑動板和第二滑動板之間也使用聚四氟乙烯墊片配合。
[0037]水平減震機(jī)構(gòu)13，包括底板131和第二C型軟鋼11132，其中底板位于第二滑動板下側(cè)，且在兩者之間使用第二剪力133銷進(jìn)行預(yù)緊連接，在底板和第二滑動板側(cè)面設(shè)置有第二C型軟鋼II132X型軟鋼II 一端鉸接于第二滑動板側(cè)面，另一端鉸接于底板側(cè)面。
[0038]第二平板兩側(cè)設(shè)有兩塊限位板，限位板與第一滑動板(球冠型滑動板)的邊沿進(jìn)行配合使用，使第一滑動板僅沿一個單方向滑動，此處的單方向是指順橋向方向滑動。底板側(cè)面設(shè)有限位板，使第二滑動板僅可沿單方向滑動，此處單方向是指橫橋向方向滑動。
[0039]本支座以單向活動球型鋼支座為基礎(chǔ)增加了剪力銷和水平C型軟鋼阻尼構(gòu)件并串聯(lián)了碟形彈簧構(gòu)件及豎向C型軟鋼阻尼器，類似的改進(jìn)亦適用于其他類型單向活動支座(如單向活動盆式橡膠支座)均為本發(fā)明相同原理，應(yīng)受到保護(hù)。
[0040]第二種為豎向減隔震支座B，正常使用狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)雙向滑動，地震中可實(shí)現(xiàn)豎向減隔震。該支座上部為碟形彈簧及豎向C型軟鋼阻尼器，結(jié)構(gòu)與上述的雙向減隔震支座中的豎向減震機(jī)構(gòu)11結(jié)構(gòu)相同，為便于描述，采用不同的名稱進(jìn)行標(biāo)記，所述第一豎向減隔震支座由上部豎向減震機(jī)構(gòu)和下部的雙向滑動機(jī)構(gòu)組成，所述豎向減震機(jī)構(gòu)包括第一板、第二板和設(shè)置在兩個平板之間的四組碟形彈簧組件，其中每一組碟形彈簧組件包括一個導(dǎo)向柱和一系列疊加的碟形片，所述導(dǎo)向柱下端焊接在第二板上，上端與第一板上的導(dǎo)向槽配合，并在第一、第二板的四周設(shè)置有若干C型軟鋼，在第一板和第二板之間設(shè)置有預(yù)鎖緊套筒，并在預(yù)鎖緊套筒之間通過剪力銷進(jìn)行鎖定;參考圖5到圖7。
[0041]下部為雙向滑動支座，結(jié)構(gòu)上與上述的雙向減隔震支座中的單向滑動機(jī)構(gòu)12略有不同，該處的雙向滑動機(jī)構(gòu)包括兩個彼此通過弧形球面配合的第一滑板(球冠型滑板)和第二滑板，其中第一滑板位于第二板的下側(cè)，可以沿著兩個方向進(jìn)行滑動，兩個方向指橫橋向和順橋向。雙向減隔震支座中的單向滑動機(jī)構(gòu)的不同之處在于，沒有限位構(gòu)造。
[0042]本發(fā)明的支座與豎向減隔震支座配合使用構(gòu)成的支承體系如下所述:主梁L在橋塔處于梁底和橋塔橫梁H之間設(shè)置雙向減隔震支座(順橋向滑動)A1和豎向減隔震支座BI，另外于主梁L梁側(cè)與墊石M側(cè)面之間設(shè)置小噸位雙向減隔震支座(順橋向滑動)A2，側(cè)向設(shè)置;主梁L在輔助墩N和共用墩J(rèn)處于梁底與墩頂之間設(shè)置雙向減隔震支座A3(順橋向滑動)和豎向減隔震支座B2(雙向滑動)；另外，在主梁L與橋塔橫梁間延順橋向安裝粘滯液體阻尼器C，上述的Al和A3在順橋向是共線設(shè)置的，BI和B2在順橋向是共線布置的。
[0043]上述的雙向減隔震支座根據(jù)位置不同，按序號進(jìn)行標(biāo)注，分別標(biāo)記為第一至第三雙向減隔震支座(Al至A3)，上述的三個支座結(jié)構(gòu)相同，規(guī)格大小有所差別。
[0044]上述的豎向減隔震支座根據(jù)位置不同，按序號進(jìn)行標(biāo)注，分別標(biāo)記為第一至第二豎向減隔震支座(BI至B2)上述的兩個支座結(jié)構(gòu)相同，規(guī)格大小有所差別。
[0045]正常使用情況下，橋塔、輔助墩和共用墩處支座的碟形彈簧組件、第一C型軟鋼I和支座下部的第二 C型軟鋼II的運(yùn)動分別被其對應(yīng)的剪力銷鎖住，主梁僅可沿順橋向滑動，且橋塔、輔助墩和共用墩處主梁橫橋向均被約束，滿足靜力設(shè)計要求。
[0046]在地震作用下，橋塔、輔助墩和共用墩處支座碟形彈簧組件、下部第二C型軟鋼II的剪力銷均被剪斷，碟形彈簧部件可發(fā)生豎向變形并帶動第一 C型軟鋼I發(fā)生塑性拉伸、壓縮變形，底板與支座中部之間可發(fā)生橫向滑動，帶動底板處的第二 C型軟鋼II發(fā)生塑性拉伸、壓縮變形。此時，橋塔處橫橋向地震能量通過梁底支座AI的第二C型軟鋼II的塑性變形和梁側(cè)支座A2的碟形彈簧及第一 C型軟鋼I的塑性變形來耗散;而橋塔處豎向地震能量則通過梁底支座Al、B1的碟形彈簧及第一 C型軟鋼I的塑性變形和梁側(cè)支座A2的第二 C型軟鋼II的塑性變形來耗散。輔助墩和共用墩處橫橋向地震能量通過雙向減隔震支座A3底板的第二C型軟鋼II發(fā)生塑性拉伸、壓縮變形來耗散;豎向地震能量則通過雙向減隔震支座A3和豎向減隔震支座(雙向滑動)B2的碟形彈簧構(gòu)件及第一C型軟鋼I發(fā)生塑性變形來耗散。另外，整體結(jié)構(gòu)的順橋向地震能量則由梁底與橫梁間的粘滯液體阻尼器C來耗散。
[0047]使用時，在橋塔處主梁底部與橫梁間以及主梁側(cè)面與墊石間同時采用本發(fā)明的支座(梁側(cè)支座為小噸位支座)。正常使用情況下，梁底、梁側(cè)支座的碟形彈簧及第一C型軟鋼I和第二C型軟鋼II的運(yùn)動分別被其對應(yīng)的剪力銷鎖住，不發(fā)揮作用，主梁僅可沿順橋向滑動，滿足靜力設(shè)計要求;在地震作用下，支座碟形彈簧、底板第二C型軟鋼II的剪力銷均被剪斷，碟形彈簧組件可發(fā)生豎向變形并帶動其外設(shè)的第一 C型軟鋼I發(fā)生拉伸、壓縮塑性變形，底板與支座上部間可發(fā)生橫向滑動，帶動底板C型軟鋼II發(fā)生拉伸、壓縮塑性變形。此時，結(jié)構(gòu)豎向地震能量的有效耗散通過梁底支座的碟形彈簧和第一 C型軟鋼I塑性變形及梁側(cè)支座第二 C型軟鋼II的塑性變形來實(shí)現(xiàn);結(jié)構(gòu)橫橋向地震能量耗散則由梁底支座第二 C型軟鋼II的塑性變形和梁側(cè)支座的碟形彈簧和第一 C型軟鋼I塑性變形來實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法相比，采用本專利的支座后，斜拉橋、懸索橋正常使用狀態(tài)的靜力設(shè)計要求得以滿足，地震作用下的橫橋向和豎向地震響應(yīng)亦可得到顯著降低，經(jīng)估算，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)減小程度約可達(dá)20%-30%，可見，采用本發(fā)明的減隔震支座后，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，可使橋塔截面尺寸更加合理，節(jié)約了建造成本并且降低了設(shè)計難度和施工難度。
[0048]上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員對本發(fā)明的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)擴(kuò)如本發(fā)明權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，由自上而下依次設(shè)置的豎向減震機(jī)構(gòu)(II)、單向滑動機(jī)構(gòu)(12)和水平減震機(jī)構(gòu)(13)組成，所述豎向減震機(jī)構(gòu)(11)包括第一平板(111)、第二平板(112)和設(shè)置在兩個平板之間的四組碟形彈簧組件(113)，其中每一組碟形彈簧組件包括一個導(dǎo)向柱和一系列疊加的碟形片，所述導(dǎo)向柱下端焊接在第二平板上，上端與第一平板上的導(dǎo)向槽配合，并在第一、第二平板的四周設(shè)置有若干第一 C型軟鋼1(114)，在第一平板和第二平板之間設(shè)置有預(yù)鎖緊套筒，并在預(yù)鎖緊套筒之間通過第一剪力銷(115)進(jìn)行鎖定； 所述單向滑動機(jī)構(gòu)(12)包括兩個彼此滑動配合的第一滑動板(121)和第二滑動板(122)，其中第一滑動板(121)位于第二平板的下側(cè)，第二平板兩側(cè)設(shè)有使第一滑動板僅沿順橋向方向滑動的限位板， 所述水平減震機(jī)構(gòu)(13)，包括底板(131)和第二 C型軟鋼11(132)，其中底板位于第二滑動板下側(cè)，底板側(cè)面設(shè)有使第二滑動板僅可沿橫橋向方向滑動的限位板，且在兩者之間使用第二剪力(133)銷進(jìn)行預(yù)緊連接，在底板和第二滑動板側(cè)面設(shè)置有第二 C型軟鋼II (132)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，第一滑動板為球冠型滑動板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，第二平板(112)和第一滑動板(121)之間滑動面為平面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，第一滑動板(121)和第二滑動板(122)之間滑動面為弧形球面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于斜拉橋、懸索橋的雙向減隔震支座，其特征在于，第二 C型軟鋼11(132) —端鉸接于第二滑動板(122)側(cè)面，另一端鉸接于底板(131)側(cè)面。
【文檔編號】E01D11/04GK106049262SQ201610552580
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】張常勇, 王志英, 白光耀, 丁毅, 趙洪蛟, 馬雪媛
【申請人】山東省交通規(guī)劃設(shè)計院