专利名称:一种短钢臂耗能支座的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种短钢臂耗能支座，包括顶板、滑动座和底板，其中顶板具有第一支撑面和相对的第二支撑面；滑动座具有弧形凹坑的第三支撑面和相对的第四支撑面；在弧形凹坑内放置有滑动球芯，滑动球芯具有平面滑动面和弧形滑动面；底板具有与滑动座的第四支撑面接触的第五支撑面和与待固定点接触的第六支撑面；底板的第五支撑面位于滑动座的周围固定有延伸到顶板处的杆状的短钢臂，在顶板的第二支撑面与短钢臂对应的位置处设置有容纳短钢臂的端头的容纳腔。本实用新型的短刚臂的弯曲变形以及底部摩擦副的摩擦，可以提供一定的等效刚度和等效阻尼比，从而起到吸收和耗散地震能的作用。
【专利说明】
一种短钢臂耗能支座
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑领域，特别是涉及一种用于桥梁上，在承受桥梁荷载的同时可随地震波移动以及消耗桥梁移动时的动能的短钢臂固定支座。
【背景技术】
[0002]在桥梁工程中，受温度变化或地震等因素影响，将会对整个桥梁产生水平剪力和竖向拉力，上述各种力会导致受力件的变形或位移，对于某些节点中心将产生很大的力矩，若不采取措施释放掉，必将对建筑结构产生很大的危害。
实用新型内容
[0003]本实用新型的一个目的是要提供一种短钢臂耗能支座。其具备足够的承载能力、抗拉能力、抗剪能力、滑动能力和优良的转动能力，能够提高桥梁的安全性能。
[0004]本实用新型一个进一步的目的是要通过减少或消除桥梁移动时产生的动能。
[0005]特别地，本实用新型提供了一种可耗能的短钢臂固定支座，包括:
[0006]顶板，具有与待支撑点接触的第一支撑面和相对的第二支撑面；
[0007]滑动座，具有弧形凹坑的第三支撑面和相对的第四支撑面；在所述弧形凹坑内放置有滑动球芯，所述滑动球芯具有与所述顶板的第二支撑面接触的平面滑动面和与所述滑动座的第三支撑面上的弧形凹坑接触的弧形滑动面；
[0008]底板，具有与所述滑动座的第四支撑面接触的第五支撑面和与待固定点接触的第六支撑面；
[0009]其中，所述底板的第五支撑面位于所述滑动座的周围固定有延伸到顶板处的杆状的短钢臂，在所述顶板的第二支撑面与所述短钢臂对应的位置处设置有容纳所述短钢臂的立而头的谷纳月￡。
[0010]进一步地，所述滑动球芯的平面滑动面与所述顶板的第二支撑面之间、所述滑动球芯的弧形滑动面与所述滑动座的第三支撑面之间以及所述滑动座的第四支撑面与所述底板的第五支撑面之间安装有提高摩擦系数的滑动层。
[0011]进一步地，所述滑动球芯的直径小于所述第三支撑面的直径，所述滑动球芯的平面滑动面至弧形滑动面的顶点的距离大于所述第三支撑面至弧形凹坑的顶点的距离。
[0012]进一步地，所述容纳腔为长方形且其短轴的宽度与所述短钢臂的端头的直径相同。
[0013]进一步地，所述容纳腔为圆形且其直径大于所述短钢臂的端头的直径。
[0014]进一步地，所述顶板的第二支撑面上位于所述容纳腔的内侧设置有围绕所述滑动座的第一耗能台。
[0015]进一步地，所述底板的第五支撑面上位于所述短钢臂的内侧设置有围绕所述滑动座的第二耗能台。
[0016]进一步地，所述滑动座通过剪力销与所述底板固定。
[0017]进一步地，所述顶板和所述底板在位于所述短钢臂的外侧设置有防止所述顶板和所述底板在水平以及纵向上相互脱离的抗拉装置。
[0018]本实用新型的钢短钢臂固定支座由于在顶板和底板之间采用了短钢臂结构，在受到地震波影响时，顶板会带动滑动球芯、滑动座一起相对于底板滑动，并通过容纳腔带动短刚臂的端头一起运动，由于短刚臂根部固定在底板上，所以短刚臂会发生弯曲变形。短刚臂在端部受到垂直于其轴线的荷载时，弯矩呈三角形分布。设计的短刚臂横截面为圆形，其半径与短刚臂轴线坐标的1/3次方成正比，这样可以保证短刚臂的所有截面正应力同时达到屈服强度，进入状态。短刚臂的弯曲变形以及底部摩擦副的摩擦，可以提供一定的等效刚度和等效阻尼比，从而改变桥梁上部结构的固有频率，延长桥梁上部结构的自振周期，减小桥梁上部结构的地震动响应，有效隔离地震能传递，且起到吸收和耗散地震能的作用。
[0019]进一步地，本实用新型的抗拉装置可以在地震程度远大于设计程度时，一旦短刚臂折断，可以在极限位移处保证支座的整体性，避免整个钢短钢臂固定支座的散开。
[0020]本实用新型的钢短钢臂固定支座与现有技术中的板式橡胶支座相比，承受竖向载荷能力更大，可承受竖向荷载1000KN?60000KN。可实现大的转角0.0lrad?0.05rad。且板式支座使用年限仅有25年，而钢短钢臂固定支座的使用年限为100年。钢短钢臂固定支座整体刚度大，保证了桥梁结构的平稳性，是橡胶支座无法做到的。
[0021]与普通球型支座相比，本方案的短刚臂短钢臂固定支座具有防落梁的特点，还具有大的等效阻尼比(可达46%)耗能能力强。通过三道抗震防线和减震措施的完美组合，为桥梁提供了可靠的安全保证，剪力销、短刚臂可以更换，为震后支座的再利用提供了方便。
[0022]根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0023]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0024]图1是根据本实用新型一个实施例的短钢臂固定支座的示意性半剖视图，其中短钢臂的顶端被容纳腔完全限制；
[0025]图2是根据本实用新型一个实施例中短钢臂的顶端可在水平面上做横向或纵移动的结构示意图；
[0026]图3是根据本实用新型一个实施例中短钢臂的顶端可在水平面的各个方向上移动的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本实用新型的短钢臂耗能支座一般性地可包括具有与待支撑点接触的第一支撑面11和相对的第二支撑面12的顶板10 ;和具有弧形凹坑的第三支撑面21和相对的第四支撑面22的滑动座20，在该滑动座20的弧形凹坑内可以放置滑动球芯40，该滑动球芯40具有与顶板10的第二支撑面12接触的平面滑动面41和与滑动座20的第三支撑面21上的弧形凹坑接触的弧形滑动面42 ;以及具有与滑动座20的第四支撑面22接触的第五支撑面31和与待固定点接触的第六支撑面32的底板30 ;其中，在底板30的第五支撑面31位于滑动座20的周围固定有延伸到顶板10处的杆状的短钢臂50，在顶板10的第二支撑面12与短钢臂50对应的位置处设置有容纳短钢臂的端头的容纳腔13。
[0028]本实用新型的短钢臂固定支座一般被整体安装在桥梁上部结构和桥梁下部结构的连接点处。其通过顶板10的第一支撑面11与桥梁上部结构接触并固定，通过底板30的第六支撑面32与桥梁下部结构接触并固定。在受到地震波影响时，顶板10会带动滑动球芯40、滑动座20 —起相对于底板30滑动，并通过容纳腔13带动短刚臂50的端头一起运动，由于短刚臂50根部固定在底板30上，所以短刚臂50会发生弯曲变形。短刚臂50在端部受到垂直于其轴线的荷载时，弯矩呈三角形分布。设计的短刚臂50横截面为圆形，其半径与短刚臂50轴线坐标的1/3次方成正比，这样可以保证短刚臂50的所有截面正应力同时达到屈服强度而进入状态。短刚臂50的弯曲变形以及底部摩擦副的摩擦，可以提供一定的等效刚度和等效阻尼比，从而改变桥梁上部结构的固有频率，延长桥梁上部结构的自振周期，减小桥梁上部结构的地震动响应，有效隔离地震能传递，且起到吸收和耗散地震能的作用。
[0029]如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，顶板10上的容纳腔13可以为长方形且其短轴的宽度与短钢臂50的端头51的直径相同。在该结构下，短钢臂50的端头51可以在短钢臂固定支座移动时在容纳腔13的长轴方向移动，提高短钢臂固定支座在该方向上的移动距离，以利用移动距离来进一步降低此时短钢臂固定支座承受的动能。当顶板10移动的距离超过该容纳腔13长轴方向上的长度时，容纳腔13的侧壁会与短钢臂50的端头51接触，从而由短钢臂50的变形对动能进行进一步吸收。具体的容纳腔的长轴朝向那个方向，可以根据具体桥梁的移动要求确定，一般以桥面的轴线方向或垂直于轴线方向为标准。
[0030]进一步地，如图3所示，顶板10上的容纳腔13可以为圆形且其直径大于短钢臂50的端头51的直径。在该结构下短钢臂固定支座可以实现桥面的最大限定的移动，而且是在水平面上的任意方向的移动，该移动会首先消耗一部分动能。当此移动使得容纳腔13的侧壁与短钢臂50的端头51接触时，短钢臂50会利用弯曲来再次消除短钢臂固定支座承受的动能，从而进一步降低桥梁受到的损害。
[0031]如图1所示，为消除短钢臂固定支座承受的动能，在本实用新型的一个实施例中，可以在顶板10的第二支撑面12上位于容纳腔13的内侧设置围绕滑动座20的第一耗能台14。当顶板相对滑动球芯40在移动时，该第一耗能台14首先与滑动座20接触并被滑动座20挡住，从而消耗一部分动能。
[0032]进一步地，还可以在底板30的第五支撑面31上位于短钢臂50的内侧设置围绕滑动座20的第二耗能台33。当顶板10相对滑动球芯40的移动被第一耗能台14挡住后，其动能会继续推动滑动座20相对底板30运动，当滑动座20移动到第二耗能台33时，第二耗能台33同样会消耗一部分短钢臂固定支座承受的动能，从而减轻桥梁受到的损害。本实用新型通过设置第一耗能台14和第二耗能台33能够逐步消耗短钢臂固定支座承受的动能，进一步提高短钢臂固定支座的抗震能力。
[0033]在本实用新型的一个实施例中，为提高短钢臂固定支座的抗震能力，滑动座20可以通过剪力销70与底板30固定。该剪力销70采用钢制材料，利用螺纹或螺栓等方式将底板30和滑动座20固定在一起。短钢臂固定支座在非地震作用下或地震作用下，在纵、横桥向水平地震作用都小于某一设计值时，短钢臂固定支座处于正常使用状态，桥梁上部结构所受的水平力可以完全由限制短钢臂固定支座水平相对位移的剪力销70来抵抗。只有超过这一设计值时，剪力销70被剪断滑动座20才会出现位移，并进一步由其它限位结构进行限制。通过剪力销70的设置还使得顶板10在相对滑动球芯40的移动时，防止了滑动座20同时移动。
[0034]在本实用新型的另一个实施例中，为防止短钢臂固定支座受到横、纵方向上的动能过大而导致短钢臂固定支座分散。可以在顶板10和底板30上位于短钢臂50的外侧设置防止顶板10和底板30在水平以及纵向上相互脱离的抗拉装置。该抗拉装置可以是直接连接顶板10和底板30的螺栓，该螺栓固定后其一端相对顶板10或底板30可以有一定的移动距离，该移动距离以不影响滑动座20的正常移动距离为准。该抗拉装置还可以是直接连接顶板10和底板30的钢丝绳，固定后钢丝绳的长度以能防止顶板10或底板30相对脱离为准。
[0035]在本实用新型的另一个实施例中，为提高短钢臂固定支座的各部件相互接触的接触面之间的滑动效果，可以在滑动球芯40的平面滑动面41与顶板10的第二支撑面12之间、滑动球芯40的弧形滑动面41与滑动座20的第三支撑面21之间以及滑动座20的第四支撑面22与底板30的第五支撑面31之间安装有减少摩擦系数的滑动层60。该滑动层60可以由相互接触的不锈钢板和/或四氟板构成。在本方案中，不锈钢板安装在顶板10和底板30 —侧，而四氟板安装在滑动球芯和滑动座一侧。为了使四氟板能够稳定在安装面上，可以在相应的安装面上设置安装凹槽来放置四氟板。需要注意的是，安装后的四氟板至少有一部分需要露出该凹槽外，以便与和不锈钢板接触。
[0036]进一步地，为提高滑动效果，滑动层60的面积可以小于其隔绝的两个接触面的接触面积。
[0037]如图1所示，在本实用新型的另一个实施例中，为使顶板10相对滑动座20有更大的移动空间，该滑动球芯40的直径可以小于第三支撑面21的直径。进一步地，该滑动球芯40的平面滑动面41至弧形滑动面42的顶点的距离可以大于第三支撑面21表面至其弧形凹坑的顶点的距离。这样的结构可使放置在弧形凹坑内的滑动球芯40的平面滑动面41凸出于第三支撑面21，以将顶板10顶离滑动座20，提高顶板10的滑动效果。
[0038]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种短钢臂耗能支座，其特征在于包括: 顶板，具有与待支撑点接触的第一支撑面和相对的第二支撑面； 滑动座，具有弧形凹坑的第三支撑面和相对的第四支撑面；在所述弧形凹坑内放置有滑动球芯，所述滑动球芯具有与所述顶板的第二支撑面接触的平面滑动面和与所述滑动座的第三支撑面上的弧形凹坑接触的弧形滑动面； 底板，具有与所述滑动座的第四支撑面接触的第五支撑面和与待固定点接触的第六支撑面； 其中，所述底板的第五支撑面位于所述滑动座的周围固定有延伸到顶板处的杆状的短钢臂，在所述顶板的第二支撑面与所述短钢臂对应的位置处设置有容纳所述短钢臂的端头的容纳腔。2.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述滑动球芯的平面滑动面与所述顶板的第二支撑面之间、所述滑动球芯的弧形滑动面与所述滑动座的第三支撑面之间以及所述滑动座的第四支撑面与所述底板的第五支撑面之间安装有提高摩擦系数的滑动层。3.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述滑动球芯的直径小于所述第三支撑面的直径，所述滑动球芯的平面滑动面至弧形滑动面的顶点的距离大于所述第三支撑面至弧形凹坑的顶点的距离。4.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述容纳腔为长方形且其短轴的宽度与所述短钢臂的端头的直径相同。5.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述容纳腔为圆形且其直径大于所述短钢臂的端头的直径。6.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述顶板的第二支撑面上位于所述容纳腔的内侧设置有围绕所述滑动座的第一耗能台。7.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述底板的第五支撑面上位于所述短钢臂的内侧设置有围绕所述滑动座的第二耗能台。8.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述滑动座通过剪力销与所述底板固定。9.如权利要求1所述的短钢臂耗能支座，其特征在于， 所述顶板和所述底板在位于所述短钢臂的外侧设置有防止所述顶板和所述底板在水平以及纵向上相互脱离的抗拉装置。
【文档编号】E01D19-04GK204282203SQ201420693854
【发明者】王立志, 孙继权, 陈明华, 王媛媛, 英升睿, 刘何坤, 李凯, 贾明明, 孙建慧, 袁婧, 陈健 [申请人]衡水百金复合材料科技有限公司