一种变摩擦式球面-柱面摩擦型支座的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种摩擦型支座，具体涉及一种用于建筑结构隔振减震的变摩擦式球 面-柱面摩擦型支座。
【背景技术】
[0002] 目前桥梁、空间网格等大跨度结构上使用的减震和隔震支座主要包括铅芯橡胶支 座、高阻尼橡胶支座和滑动型摩擦支座等，这些支座具有高阻尼、低刚度、大变形、耐腐蚀等 优点。1985年美国加州大学的学者Zayas等提出了一种高效的且完全被动的干摩擦滑移隔 震设备，球面摩擦摆支座（FrictionPendulumBearing，FPB)。此种支座具有平面滑移隔震 支座的许多特性，如对地震激励的低敏感性和高稳定性，而且摩擦摆支座能利用其特有的 球形滑面使其具有自复位功能，无需设置附加的向心设备。此外，FPB还具有造型简单、造 价低廉、施工便利、具有良好的竖向承载能力等特点，是一种减震效果良好的摩擦型支座。
[0003] 由于摩擦摆支座具有出色的隔震性能，已在国内外大量工程实践中得到关注，并 编入了 2010年《中国抗震设计规范》。目前美国、日本和欧洲等发达国家已建成数百座应用 摩擦摆支座的建筑结构，如美国旧金山国际机场候机大厅、西雅图海鹰美式足球场和土耳 其伊斯坦布尔阿塔图尔克国际机场屋盖等，其中西雅图海鹰美式足球场已经历的实际地震 的考验，证明了FPB具有良好的隔震效果。此外，在中国，北京当代万国城也应用了此种隔 震支座。
[0004] 现有的摩擦摆支座构造如图9所示，主要由三部分组成：盖板1、连接盖板与滑槽 的滑块2、以及下部滑槽3。其中盖板1上滑动面为不锈钢材料制作的下凹球形状表面，滑块 2的底面粘有低摩擦系数复合摩擦材料，摩擦材料多采用聚四氟乙烯，滑块2的上部是一个 关节，可以保证在滑块与滑面之间相互滑动时上部盖板保持水平。当摩擦摆支座安装在结 构中时，可以通过两种方式减小上部结构在地震作用下的响应，一种是通过滑块2在滑槽3 中滑动隔离部分能量；第二种是通过滑块2与滑槽3上的滑面之间相互摩擦耗散部分能量， 从而减小地震能量向上部结构传输，进而减小摩擦摆支座上部结构的地震响应。
[0005] 传统的球面摩擦摆支座制作完成后，由于曲率半径进而摩擦系数保持恒定，使其 刚度、阻尼、和自振周期保持不变，大大限制了摩擦摆支座在结构中的应用，有时可能使结 构产生共振，进而使结构地震响应增加。
[0006] 综上，现有的摩擦摆支座的刚度和阻尼恒定，导致结构产生共振、增大结构地震响 应。
【发明内容】
[0007] 本发明为解决现有的摩擦摆支座的刚度和阻尼恒定，导致结构产生共振、增大结 构地震响应的问题，进而提供一种变摩擦式球面-柱面摩擦型支座。
[0008] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0009] 本发明的变摩擦式球面-柱面摩擦型支座包括盖板、滑块、滑槽和连接钢板，滑槽 安装在连接钢板的上端面上，滑块位于滑槽内，滑块的上半部呈半球形，盖板的下端中心处 加工有与滑块配合的半球形凹槽，盖板通过滑块支撑在滑槽的上端面上，滑槽的左半部的 轮廓呈矩形，滑槽右半部的轮廓呈半圆形，滑槽的左半部加工有圆柱形凹槽，滑槽的右半部 加工有球形凹槽，圆柱形凹槽的弧面半径与球形凹槽的弧面半径相同设置，圆柱形凹槽与 球形凹槽平滑过渡连接形成完整的滑面；滑槽的上端面上由中心向外依次划分至少两个同 心圆，由内至外的同心圆处的摩擦系数依次增加。
[0010] 本发明与现有的摩擦摆支座相比具有以下有益效果：
[0011] 本发明的变摩擦式球面-柱面摩擦型支座的滑面由两部分组成：球形滑面和柱形 滑面，滑面6由内至外分成至少两个同心圆区域，滑块在球形滑面、柱形滑面9及同心圆区 域间滑动时，支座的刚度和阻尼随之变化，使支座具有良好的自适应特性，扩大了支座的适 用范围，确保了结构在不同地震作用下结构的安全性；
[0012] 本发明还具有支座结构构造简单，便于制作与安装，实用性强的优点；
[0013]本发明能有效地隔离和耗散地震能量，从而更好地保护上部结构免受损坏；
[0014]本发明能进一步延长结构的自振周期，使结构避免共振现象的产生，从而达到减 小结构振动响应的目的；
[0015]本发明支座的滑块与滑面之间能较好的接触，进而延长了支座的使用寿命；
[0016]本发明支座构造简单，且便于制作与安装，实用性强，能在各种大跨度结构，例如 网壳、桥梁结构等中推广应用；
[0017]本发明所需各配件在工厂预制，施工现场仅用螺栓连接，不需焊接，降低了施工难 度，便于施工质量控制。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的变摩擦式球面-柱面摩擦型支座的俯视图，图2是图1的A-A的 剖视图，图3是图1的B-B的剖视图，图4是图1的C-C的剖视图，图5是本发明的具体实 施方式一中滑面划分两个同心圆区域的俯视图，图6是本发明的【具体实施方式】一中滑面划 分多个同心圆区域的俯视图，图7是变摩擦式球面-柱面摩擦型支座在结构中对称安装时 左支座示意图，图8是本发明的变摩擦式球面-柱面摩擦型支座在结构中对称安装时右支 座不意图，图9为现有的摩擦摆支座结构主视图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一：如图1~8所示，本实施方式的变摩擦式球面-柱面摩擦型支座 包括盖板4、滑块5、滑槽6和连接钢板7,滑槽6安装在连接钢板7的上端面上，滑块5位于 滑槽6内，滑块5的上半部呈半球形，盖板4的下端中心处加工有与滑块5配合的半球形凹 槽，盖板4通过滑块5支撑在滑槽6的上端面上，滑槽6的左半部的轮廓呈矩形，滑槽右半 部的轮廓呈半圆形，滑槽6的左半部加工有圆柱形凹槽9,滑槽6的右半部加工有球形凹槽 8,圆柱形凹槽9的弧面半径与球形凹槽8的弧面半径相同设置，圆柱形凹槽9与球形凹槽 8平滑过渡连接形成完整的滑面；滑槽6的上端面上由中心向外依次划分至少两个同心圆， 由内至外的同心圆处的摩擦系数依次增加。
[0020]上部结构用螺丝与盖板4直接相连接，滑块5上半部的半球凸起与盖板4的球形 凹槽相配合，滑块5在盖板4的带动下能够在滑槽6的滑面上任意滑动，本发明的球-柱面 摩擦型支座对称安装在结构的对称的支撑点处，既能保证支座提供静载下的水平支撑力， 又能在地震荷载作用下拥有良好的减震效果。
[0021] 盖板4上加工有螺栓孔，可以与上部结构直接相连，盖板4为不锈钢盖板，盖板4 上的半球形凹槽表面光滑，保证滑块5上半部的半球凸起能在上面顺利转动；
[0022] 滑块5的大小设计主要依据上部结构的重量，保证滑块5在压力作用下具有足够 的强度，并能很好的在滑面上滑动。滑块上下两个表面都涂有低摩擦系数材料，聚四氟乙 烯，从而使其能够有效的转动和滑动；
[0023] 滑槽6的滑面由两部分组成：球形滑面8和柱形滑面9,球形滑面8与柱形滑面9 连接在一起形成整个滑面。将滑面6由内至外分成N个同心圆区域，根据需求确定N值，在 不同区域通过铺设不同低摩擦系数材料或对同种材料进行不同层度的抛光，使得滑块与不 同滑面区域接触时摩擦系数不同，且使得摩擦系数从滑面中心向外逐渐增加；
[0024] 以N等于2为例，滑槽6的位置与构造如图2和图3所示，整个滑面被分为两个区 域：第一区域11和第二区域12,在第一区域11上铺设低摩擦系数复合材料板10,使得滑块 5与第一区域11接触时的摩擦系数小于与第二区域12接触时的摩擦系数。如在第一区域 11上铺设低摩擦系数复合材料板10 (如聚四氟乙烯等），第二区域12选用不锈钢表面8,且 表面做增强其抗腐蚀以及耐磨能力处理。
[0025] 滑槽6的位置与构造如图2和图3所示，滑槽6的滑面两种曲面形式组成：球形滑 面8和柱形滑面9,并且对应的弧面半径都是R，滑块底面半径为r，球形滑面水平最大位移 为d，则滑块在球形滑