一种可更换单元式高阻尼减隔震支座及减震方法与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是一种可更换单元式高阻尼减隔震支座及减震方法。

背景技术：

近年来，随着全球地震的频发，桥梁作为交通运输枢纽和生命线工程如何实现有效的减震、隔震得到高度重视。在桥梁隔震减震领域，国内外大多采用减隔震支座延长结构基本周期或增加阻尼来减小力的作用，减少震害。目前使用的减隔震支座主要有：摩擦阻尼支座、液压阻尼支座、弹塑性阻尼支座和高阻尼橡胶支座等，

摩擦摆支座，该类支座依靠两个曲面的摩擦来实现阻尼耗能，利用钟摆机理延长结构的自振周期以减小地震力的作用。由于摩擦阻尼性能一般，为了满足结构减隔震要求，往往需要较大的水平位移量和一定的竖向位移量，使用中梁体随之抬高产生额外作用于桥梁的力，使得梁体存在损坏的风险。另外，在高速摆动的运动中，若两曲面脱离，则存在落梁风险。

液压阻尼支座，即通过支座与液压单元式高阻尼装置组合使用，由液压单元式高阻尼装置提供阻尼力，阻尼性能稳定，且运动速度越大，液压单元式高阻尼装置产生的阻尼力越大，由此油缸的壁厚就越大，体积也随之增大。桥梁和桥墩之间的空间非常有限，限制了液压单元式高阻尼装置的性能提升。另外，由于液压单元式高阻尼装置特殊的构造，其生产制造成本昂贵，使其不能被广泛使用。

弹塑性钢支座由软钢阻尼装置在塑性变形过程中吸收大量能量提供阻尼。但该支座普遍体积庞大，严重影响其组装和运输。且塑性变形后的单元式高阻尼装置必须更换方可使用，但发生塑性变形后的变形量是随机的，其不但不能提供桥梁自复位力，反而会对后期的桥梁复位修复造成障碍。

高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座同属于橡胶支座，即叠层橡胶支座，结构上大同小异，均为一层橡胶一层钢板相互叠加后经过硫化工艺成型。两者都具有显著的阻尼性能，但由于材料本身的物理性能限制，其仅适用于小跨径、小吨位桥梁结构。若勉强用于大跨径、大吨位桥梁结构，则经济性较差，还存在安全风险，一旦破坏，后果不堪设想。而后者采用重金属铅，会对环境造成无法弥补的污染。

据日本学者统计发现，橡胶支座在地震作用下的隔震性能明显优于钢支座，而钢支座的竖向刚度使用范围又远远大于橡胶支座，因此可结合橡胶支座优异的减隔震性能和钢支座高承载力的传力性能来共同研发减隔震支座。如中国专利文献cn106351118a发明的减隔震结构包括若干间隔设置于桥梁上、下部结构之间的若干球型支座和橡胶支座，当地震发生时，球型支座被剪断，橡胶支座承受水平力从而实现控制桥梁梁体水平位移。该结构的功能实现需要较多或体积较大的桥墩，对支座的设置与摆放要求较高，一旦支座发生破坏，则需整体更换，不具备震后快速修复的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种可更换单元式高阻尼减隔震支座及减震方法。

其采用的技术方案是：

一种可更换单元式高阻尼减隔震支座，包括支座本体，若干可更换单元式高阻尼装置和下支座板；

所述支座本体顶部与桥梁底部连接固定，其底部设置若干门框式凹槽，所述门框式凹槽的底部与下支座板通过低摩擦滑动副接触并形成一个完整的封闭回路；若干可更换单元式高阻尼装置嵌入支座本体底部门框式凹槽内，其顶部与门框式凹槽顶部连接，底部与下支座板连接；当受到地震力作用时，所述单元式高阻尼装置随着支座本体与下支座板的相对滑动而发生剪切变形，由若干可更换单元式高阻尼装置提供阻尼耗能，延长结构震动周期实现减隔震效果；待地震力停止时，桥梁可借助若干可更换单元式高阻尼装置的弹性恢复力恢复初始状态。

进一步地，所述下支座板四周设置限位挡块，底部与桥墩连接固定。

进一步地，所述支座本体采用盆式支座和球型支座中的一种。

进一步地，所述支座本体和下支座板的接触面作为桥梁的竖向传力途径。

进一步地，所述可更换单元式高阻尼装置采用高分子复合材料制成。

一种可更换单元式高阻尼减隔震支座的减隔震方法，包括如下步骤：

第一步：安放可更换单元式高阻尼减隔震支座至桥梁的梁底和桥墩之间，可通过分别将可更换单元式高阻尼减隔震支座顶、底面与梁底、桥墩采用螺栓、焊接等方式连接，确保其安装牢靠稳定；

第二步，支座本体受下支座板限位块的约束，受到地震力作用时在限定的范围内滑动；所述单元式高阻尼装置随着支座本体与下支座板的相对滑动而发生剪切变形，由若干可更换单元式高阻尼装置提供阻尼耗能，地震力，延长结构震动周期实现减隔震效果；

第三步，地震力停止时，桥梁借助单元式高阻尼装置的弹性恢复力恢复初始状态。

本发明的有益效果为：

1.承载能力强。可更换单元式高阻尼减隔震支座本体采用球形钢支座和盆式支座，承载能力突出。

2.传力路径明确，结构稳定。桥梁上部结构的自重及其它外部力通过支座本体门框式凹槽的底部与下支座板的接触面传递给桥墩。力传递过程中，该接触面只存在简单的相对线性滑动。

3.阻尼耗能性能稳定。利用具有弹性阻尼块的剪切耗能特性，阻尼性能稳定，结构物本身不易损坏，可确保在使用中持续作用。

4.阻尼装置结构稳定，可自动适应复位。具有弹性的阻尼块不同于弹塑性钢单元式高阻尼装置，它不会因为塑性变形而不可恢复。在设计指标范围内，单元式高阻尼装置结构不会出现破坏，且可借助阻尼块的弹性，可逐渐恢复初始状态。

5.阻尼装置的阻尼性能适用范围广。高分子复合材料可通过适当的材料配比调整来实现其不同的阻尼性能，以满足不同的桥梁工程设计要求。现有的任何一种橡胶支座，既要承受竖向力，也要适应水平力并提供高阻尼性能，但在提高竖向承受能力的同时，必然会降低其水平力适应的能力。本发明技术方案中，单元式高阻尼装置仅需满足适应水平力即可，竖向力由支座本体和下支座板承受。

6.结构紧凑，经济性好。采用单元式嵌入门框式凹槽内的单元式高阻尼装置，体积小。在同一安装空间条件下无需加大结构尺寸，仅需通过调整材料配比和数量就能实现性能提升。不同于液压单元式高阻尼装置支座、弹塑性钢支座等，为了实现更强的阻尼性能，必须加大结构，经济性突出。

7.防落梁。单元式高阻尼装置类似于弹性绳索，将桥梁上部与下部结构牢牢连接在一起，可起到防落梁的作用。

8.安装、维养及更换方便。高分子复合材料单元式高阻尼装置采用单元式制作，易于安装、维养及更换。若需更换仅需三步：

第一步，解除已损坏单元的上下连接；

第二步，抽出并插入新的单元；

第三步，锁紧新单元的上下连接，完成更换。

附图说明

图1是可更换单元式高阻尼减隔震支座，

图2是单元式高阻尼装置，

图中：1-上锚固螺栓，2-支座本体(以球型支座为例)，3-可更换单元式高阻尼装置，4-下支座板，5-下锚固螺栓，6-低摩擦滑动副，7-导向条，8-下封板，9-单元式阻尼块，10-上封板。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参照图1至图2，一种可更换单元式高阻尼减隔震支座，自上而下包括支座本体2、若干可更换单元式高阻尼装置3和下支座板4，所述支座本体顶部与桥梁底部用上锚固螺栓1连接，其底部设置为门框式凹槽，所述门框式凹槽的底部与下支座板4通过低摩擦滑动副6接触形成完整的封闭回路；所述单元式高阻尼装置3嵌入支座本体底部门框式凹槽内，其顶部设有上封板10与门框式凹槽顶部连接，底部设有下封板8与下支座板4连接。所述下支座板4四周设置限位挡块，两侧设有导向条7，底部与桥墩用下锚固螺栓5连接固定。

在正常状态下，桥梁支座通过支座本体2实现常规的普通功能。当受到地震力作用时单元式高阻尼装置3随着支座本体2与下支座板4的相对滑动而发生剪切变形，同时提供阻尼耗能，减小地震力，延长结构震动周期实现减隔震效果。待地震力停止时，桥梁可借助单元式高阻尼装置3的弹性恢复力恢复初始状态。

本发明还提供了一种可更换单元式高阻尼减隔震支座的减隔震方法，包括如下步骤：

第一步：安放可更换单元式高阻尼减隔震支座至桥梁的梁底和桥墩之间，可通过分别将可更换单元式高阻尼减隔震支座顶、底面与梁底、桥墩采用螺栓、焊接等方式连接，确保其安装牢靠稳定；

第二步，支座本体受下支座板限位块的约束，受到地震力作用时在限定的范围内滑动；所述单元式高阻尼装置随着支座本体与下支座板的相对滑动而发生剪切变形，由若干可更换单元式高阻尼装置提供阻尼耗能，地震力，延长结构震动周期实现减隔震效果；

第三步，地震力停止时，桥梁借助单元式高阻尼装置的弹性恢复力恢复初始状态。

在本发明中，采用剪切耗能阻尼装置与支座本体组合，利用支座本体和下支座板的接触面组成桥梁的竖向传力途径，利用单元式阻尼块的剪切作用实现减隔震效果，既能满足各类承载力需要，又能提供足够的阻尼耗能。

在本发明中，将阻尼耗能装置设计在桥梁支座底部并嵌入其中，减少了减隔震支座水平方向的尺寸，避免因安装需要扩大桥墩尺寸造成的浪费。

在本发明中，采用单元式高阻尼装置实现其阻尼耗能，方便震后根据需要完成相应的单个替换，无需进行支座的整体顶梁替换，该阻尼块还可为桥梁提供相应的自行复位力，震后修复简便。

在本发明中，单元式高阻尼装置的阻尼性能方便可调，可通过阻尼块的材料配比、阻尼块的体积和数目的不同组合实现。

在本发明中，单元式高阻尼减隔震支座的使用不会引起桥梁标高的变化，保障了桥梁运营安全。

以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。