专利名称：多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座的制作方法
技术领域：
多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座技术领域[0001]本实用新型属于土木工程、地震工程、机械工程技术领域，具体涉及一种附加自复 位装置的新型桥梁减振支座，特别涉及一种多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座。
背景技术：
[0002]近几十年来，减隔震支座作为桥梁减隔震的重要措施，获得了越来越多的重视，并 取得了重大的发展。盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座、FPS (摩擦摆锤体系)逐步得到了广泛 的应用，并成为了国内外桥梁支座的主流。在几种减隔震支座中，盆式橡胶支座在遭遇地震 或重大的振动性冲击时，因上、下座板之间缺乏自复位装置，可能会产生过大的水平残余位 移，震后复位困难；铅芯橡胶支座耗能能力强，温度、徐变等蠕变变形引起的支座次内力较 小，但支座的剪切性能受竖向荷载的影响较大，且随着铅芯的增加，支座自恢复能力逐渐减 弱，不能在具有多频谱效应的地震动中有效的减隔震；FPS (摩擦摆锤体系)的自恢复能力 强、摩擦耗能性能稳定，但是在摩擦耗能的过程中会导致梁端的竖向位移而产生次内力。中 国实用新型专利ZL200920212009. 3公告了一种拉索减震支座。该技术方案在上、下座板之 间锚固以钢绞线拉索，当抗剪螺栓断裂后，在上、下座板移位过大时起到缓冲限位作用，限 制支座上下座板之间的相对位移在一个可控的范围之内。[0003]但是，对于上述盆式或者球钢支座，支座的自复位能力差，并且在地震作用下支座 容易发生落梁，地震作用后往往需要对支座进行复位工作；拉索减震支座相较上述支座有 了一定的改进，但仍存在一些不足，拉索在设计时留有一定的自由松弛量，在强地震发生 时，抗剪螺栓被剪断，支座上下座板开始发生相对位移，当位移超过拉索自由程后，拉索开 始发挥作用，限制支座上下座板之间的相对位移过大；在此种情况下，支座在大地震后会产 生一定的残余位移，即支座上下座板中心不在一条铅垂线上，因此在震后修复时，必须使用 其他方法将支座调整到中心垂线上。因此，有必要对已有技术中的支座作进一步的改进，实 现支座的自动复位，减少震后的维修工作。[0004]车辆通过桥梁伸缩缝位置时，由于伸缩缝处结构刚度的变化，车辆产生跳动及颠 簸，使驾乘人员感到不适，同时对车辆减振系统及桥梁结构也带来一定损害。上述支座，对 于车辆通过桥梁时产生的振动，基本没有减振效果。[0005]发明内容[0006]本实用新型的目的在于提供一种不仅能够在地震作用下通过滑动摩擦消耗地震 能量，减少地震对结构的作用，而且能够在震后自动复位，此外能够在日常交通中减小车桥 振动的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座。[0007]为达到以上目的，本实用新型采用的解决方案是充分依据普通盆式支座或球钢 支座的位移能力大、受力性能较稳定的优点的同时，在支座上下座板之间设置多片变节距 钢弹簧-橡胶圈组合。该组合中变节距钢弹簧可以采用多种布置形式，目的是使支座上下 座板发生相对水平位移时，弹簧水平方向的刚弹性以及硫化在一起的橡胶圈可以为上部梁体结构的复位提供回复力。[0008]在地震作用下，支座能够发生滑动，摩擦耗能，当支座偏离时多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合能够提供恢复力使桥梁的主梁在地震的作用过程中与地震作用后支座能有效地复位而基本不发生偏离，从而保障桥梁震后的通行能力；同时在地震作用下，多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合将限制支座的上下相对位移在一定的范围之内(位移变化能力可以依据要求进行设计)，有效防止地震作用下梁体发生落梁的这一常见地震破坏形式，而且由于多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合水平刚度的存在，上下座板之间的冲击力得到有效缓冲。从而保障这一生命线工程的在地震灾害后通行能力，有力的保障对灾区的救援等工作。[0009]在日常交通中，设置在支座上下座板之间的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合在竖向预压变形，对支座支撑上部结构提供一定的支撑作用，在车辆通过时，可以发挥一定的竖向减振性能，减弱驾乘人员的不适感，减小车辆及桥梁结构的损害，延长车辆及桥梁结构的使用寿命。[0010]据此，本实用新型提出的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，包括具有座腔的下座板、上座板和自下而上依次叠置于所述座腔内的环形橡胶板、环形钢衬板和环形四氟滑板，还包括有抗剪螺栓、多片变节距钢弹簧和橡胶圈；所述抗剪螺栓自上而下依次穿过上座板、环形四氟滑板、环形钢衬板、环形橡胶板和下座板，其顶部固定于上座板上， 底部固定于下座板上；抗剪螺栓中上部以颈缩状态构成有一剪切口，剪切口的位置位于所述的环形钢衬板与环形四氟滑板的接触面；所述多片变节距钢弹簧位于座腔外，其每片变节距钢弹簧顶端与上座板联结，底端与下座板联结。[0011]本实用新型中，所述多片变节距钢弹簧的弹簧数量为η片，其中η >3，相应的上座板、下座板上水平面有η个锚固接触点，呈圆周η等分分布。[0012]本实用新型中，所述多片变节距钢弹簧由变节距钢弹簧片1、变节距钢弹簧片I1、 变节距钢弹簧片III在竖平面内依次穿插在一起，变节距钢弹簧片I，变节距钢弹簧片II， 变节距钢弹簧片III是上下弹簧外径相等，或是两端弹簧外径小、中间部分弹簧外径大。[0013]本实用新型中，所述变节距钢弹簧外设有橡胶圈，所述变距钢弹簧与橡胶圈组成一体。本实用新型中，所述变节距钢弹簧片I，变节距钢弹簧片II，变节距钢弹簧片III 的簧丝截面为矩形截面。[0015]本实用新型中，所述变节距钢弹簧片I，变节距钢弹簧片II，变节距钢弹簧片III 的节距是变化的，节距由小到大单向排列，或者是按照两端大，中间小双向排列，或是按照两端小、中间大双向排列。[0016]本实用新型中，环形橡胶板与环形钢衬板之间设置有密封圈。[0017]本实用新型中，使用时，本多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座由穿过下座板四个角部螺栓孔的螺栓与桥墩上的预埋件固定，由穿过上座板四个角部螺栓孔的螺栓与主梁底部的预埋件固定。[0018]本实用新型提供的技术方案的优点[0019]I)多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合的存在有效地减小了上下部结构的相对位移， 从而减小动力放大系数，减小结构的地震响应。[0020]2)通过多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合共同限制位移，使得支座变位在一定的范围之内，从而有效防止地震作用下发生落梁这一常见的地震灾害。[0021]3)多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合依靠自身特性，共同发挥作用，在震后使上下 座板朝着中心平衡位置移动，达到自复位功能，相比较单片弹簧受力更加均匀合理。[0022]4)变节距钢弹簧的簧丝截面为矩形，可以很好的解决支座在竖向空间狭小的问 题，同时可以通过调整矩形截面尺寸调节弹簧的轴向刚度与侧向刚度的比例。[0023]5)变节距钢弹簧的节距变化，可以适应较大的水平位移。[0024]6)多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合分别与上下座板进行可靠联接，在竖向同样 可以发生位移，因此可以防止竖向地震作用时产生的支座破坏现象。[0025]7)橡胶圈与钢弹簧硫化在一起，不仅本身可以提供部分的回复力，而且可以作为 支座内部结构防尘罩使用。[0026]8)在日常交通中，车辆通过伸缩缝位置时，支座发挥一定的竖向减振性能，减弱驾 乘人员的不适感，减小车辆及桥梁结构的损害，延长车辆及桥梁结构的使用寿命。[0027]总之，本实用新型适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型悬架结构之类 的建筑物上，起减振作用。
[0028]图1为本实用新型的等轴测视图。[0029]图2为本实用新型水平向的实施组装结构图示。[0030]图3为本实用新型的前视平面剖视图。[0031]图4为本实用新型的等轴测视图剖视图。[0032]图中标号I为下座板，2为环形橡胶板，3为密封圈，4为环形钢衬板，5为环形四 氟滑板，6为上座板，7为抗剪螺栓，8为剪切口，9为变节距钢弹簧片I，10为变节距钢弹簧 片II，11为变节距钢弹簧片III，12为下座板螺栓，13为上座板螺栓，14为座腔，15为橡胶圈。
具体实施方式
[0033]为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质 和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。[0034]实施例1 :请见图1、图2、图3和图4，一矩形的下座板1，在使用状态下与桥梁的桥 墩固定，为此在下座板I的四个角部用下座板螺栓12将下座板I与桥墩上的预埋件固定。 在下座板I朝向上的一侧的中央挖空形成有一环状的座腔14，在该座腔14内自下而上地依 次设置环形橡胶板2、环形钢衬板4、环形四氟滑板5。其中，在环形橡胶板2与环形钢衬板 4之间设置有密封圈3。抗剪螺栓7依次穿设在前述的上座板6、环形四氟滑板5、环形钢衬 板4、环形橡胶板2和下座板I。抗剪螺栓7的中上部以颈缩状态地构成有一剪切口 8，剪切 口 8的位置大体上位于前述的环形钢衬板4与环形四氟滑板5的接触面。[0035]一矩形的上座板6，在使用状态下与桥梁的主梁底面(也称桥梁的梁体)固定，为此 在上座板6的四个角部用上座板螺栓13将上座板6与主梁底面固定。[0036]作为本实用新型的技术要点之一的变节距钢弹簧片I 9，变节距钢弹簧片II 10， 变节距钢弹簧片III 11依次穿插在一起，其每片变节距钢弹簧上端与上座板6固定，下端与 下座板I固定；3片变节距钢弹簧在上下端部平面上按照圆周3等分形式固定在上座板6、下座板I上；3片变节距钢弹簧的截面为矩形；弹簧的节距按照两端大，中间小双向排列。[0037]作为本实用新型的技术要点之一的橡胶圈15完全与变节距钢弹簧片I 9，变节距钢弹簧片II 10，变节距钢弹簧片III 11硫化在一起，在平面内为环状截面。[0038]在地震发生之前的正常状态下，由于抗剪螺栓7的作用，使上座板6、下座板I联结为一体，因而使本实用新型结构的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座表现为固定支座的形式，即由抗剪螺栓7约束上座板6、下座板I之间的水平位移。然而，当地震发生时，前述的水平力大于抗剪螺栓7的剪切口 8的抗剪强度时，抗剪螺栓7便被剪断，落入桥墩定预设的槽中。可见，抗剪螺栓7起到两个方面的作用，一是能够消耗地震所造成的导致上座板6、下座板I水平位移的部分能量，从而保护桥梁；二是由于抗剪螺栓7断开，解除了对上座板6、下座板I的约束，使支座的性质从先前的固定支座转型为多向活动支座。当然， 抗剪螺栓7的剪切口 8耐受断裂的力是依据力学原理通过设计计算而得到的。此外，在抗剪螺栓7断开后，支座向一侧运动，变节距钢弹簧片I 9，变节距钢弹簧片II 10，变节距钢弹簧片III 11和橡胶圈15共同发生变形，多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合联合限位，避免单片变节距钢弹簧单独承受冲击受剪作用，增强了抗震能力，与此同时，多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合依靠自身的回复特性，在震后使上下座板朝着中心平衡位置移动，如此便达到了自复位的功能。[0039]作为本实用新型实施例的一种变换，与多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合装置配合的支座可以采用盆式支座、球型支座，也可以采用其他类型和指标。[0040]作为本实用新型实施例的一种变换，与多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合装置配合的支座可以采用所述带有抗剪螺栓的固定支座，也可以直接设置在滑动支座中。[0041]作为本实用新型实施例的又一种变换，所述多片变节距钢弹簧可以是上下弹簧外径相等，或是两端弹簧外径小、中间弹簧外径大。[0042]作为本实用新型实施例的又一种变换，所述设置在上下座板之间作为复位装置的变节距钢弹簧数量依据力学需要可以为η片(n ^ 3)，分布形式为竖平面内依次穿插布置， 在上下座板上水平面有η个锚固接触点，呈圆周η等分分布。[0043]作为本实用新型实施例的又一种变换，作为多片变节距钢弹簧的弹簧丝截面尺寸、弹簧外径、弹簧内径、弹簧中径、节距、支撑圈数、总圈数以及制造材料的强度、弹性模量等均可根据设计需要进行调整。[0044]上述的对实施例的描述均不 是对本实用新型方案的限制，因此，本实用新型的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，包括具有座腔(14)的下座板(I)、上座板(6)和自下而上依次叠置于所述座腔(14)内的环形橡胶板(2)、环形钢衬板(4)和环形四氟滑板(5)，其特征在于还包括有抗剪螺栓(7)、多片变节距钢弹簧和橡胶圈 (15);所述抗剪螺栓(7)自上而下依次穿过上座板(6)、环形四氟滑板(5)、环形钢衬板(4)、 环形橡胶板(2)和下座板(1)，其顶部固定于上座板(6)上，底部固定于下座板(I)上；抗剪螺栓(7)中上部以颈缩状态构成有一剪切口(8)，剪切口(8)的位置位于所述的环形钢衬板(4)与环形四氟滑板(5)的接触面；所述多片变节距钢弹簧位于座腔(14)外，其顶端与上座板(6)联结，底端与下座板(I)联结。
2.根据权利要求1所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于所述多片变节距钢弹簧的弹簧数量为η片，其中n ^ 3，相应的上座板￠)、下座板(I)上水平面有η个锚固接触点，呈圆周η等分分布。
3.根据权利要求2所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于所述变节距钢弹簧由变节距钢弹簧片I (9)、变节距钢弹簧片II (10)和变节距钢弹簧片III(II)在竖平面内穿插在一起，变节距钢弹簧片I(9)，变节距钢弹簧片II (10)，变节距钢弹簧片III (11)是上下弹簧外径相等，或是两端弹簧外径小、中间部分弹簧外径大。
4.根据权利要求1所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于所述变节距钢弹簧外设有橡胶圈(15)，所述变距钢弹簧与橡胶圈(15)组成一体。
5.根据权利要求3所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于所述变节距钢弹簧片I (9)，变节距钢弹簧片II (10)，变节距钢弹簧片III (11)的簧丝截面为矩形截面。
6.根据权利要求3所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于所述变节距钢弹簧片I (9)，变节距钢弹簧片II (10)，变节距钢弹簧片III (11)的节距是变化的，节距由小到大单向排列，或者是按照两端大，中间小双向排列，或是按照两端小、中间大双向排列。
7.根据权利要求1所述的多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座，其特征在于环形橡胶板(2)与环形钢衬板(4)之间设置有密封圈(3)。
专利摘要本实用新型涉及一种多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合桥梁减振支座。包括上座板、下座板、环形橡胶板、环形钢衬板、环形四氟滑板、抗剪螺栓、变节距钢弹簧、橡胶圈。抗剪螺栓穿置在上座板、环形橡胶板、环形钢衬板、环形四氟滑板和下座板上，多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合上下两端分别与上座板、下座板联结。本实用新型能消耗地震发生时对桥梁所产生的作用能量，在发生水平方向位移时，多片变节距钢弹簧-橡胶圈组合共同受力，并依靠自身特性，使上下座板朝着中心平衡位置移动，达到自复位功能，避免地震后结构的复位维修等工作；同时，在日常交通中，车辆通过伸缩缝位置时，支座发挥一定的竖向减振性能，减弱驾乘人员的不适感，延长车辆及桥梁结构的使用寿命。
文档编号E01D19/04GK202881846SQ20122051378
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者章碧鸿, 党新志, 王卫刚, 王江瑾, 荣肇骏, 袁万城, 陈怀印, 屈小伟 申请人:同济大学, 浙江美力科技股份有限公司, 江苏万宝桥梁构件有限公司