一种含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座及其施工方法与流程

本发明属于桥梁工程建筑技术领域，涉及一种桥梁组合隔震支座装置及其施工方法。

背景技术：

我国是世界上地震多发国家之一，除少数省份外，其它各省均发生过地震。地震的破坏作用给我国桥梁造成了巨大损伤。地震中，隔震支座可以有效减小桥梁震害，其中普通橡胶支座被广泛应用于桥梁隔震中。

一般来说，普通橡胶支座需要满足以下几项功能：1、竖向支承功能；2、水平剪切变形功能；3、转动变形功能。为了达到以上功能，支座的形状及叠层结构的设置均受到了一定的限制。一方面为了延长上部梁体的振动周期，满足桥梁的隔震设计要求，需要大大增加橡胶支座的厚度。但是另一方面，较厚的橡胶支座却在承受竖向荷载时，容易发生失稳破坏。这两者难以同时满足。

另外，地震中，梁体会产生较大的横桥向或者顺桥向位移，严重时可能会发生横桥向或者顺桥向的落梁震害。为了防止横桥向落梁破坏，我国桥梁多在桥墩盖梁顶部的横桥向两侧设置钢筋混凝土挡块，利用钢筋混凝土挡块与梁体间的碰撞限制梁体横桥向的相对较大位移，但是普通的钢筋混凝土挡块设置数量较少，碰撞位置集中，地震中常常因为碰撞力和水平剪力过大而发生破坏，从而引起横桥向落梁震害；同样，地震中的较大碰撞力可能破坏桥梁顺桥向限位装置，引起顺桥向落梁震害。

因此，如何开发一种新型隔震支座，既能满足隔震设计中固有周期和压曲稳定性要求，又能限制上部梁体顺桥向与横桥向相对较大水平位移的新型隔震支座是本领域技术人员当前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述缺陷，本发明设计了一种含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座及其施工方法，该新型隔震支座把普通橡胶支座的转动变形功能与水平剪切变形功能分开，使其具有较大的固有周期且不易发生压曲失稳损坏，同时含有能够限制上部梁体顺桥向和横桥向较大位移的侧面钢挡块，预防支座破坏和落梁震害。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座，其特征在于：主要包括支座上钢板、密闭橡胶转动部分、普通橡胶支座部分、支座下钢板和侧面钢挡块结构。

所述支座上钢板的横桥向两侧中间位置开有凹槽，用以配合侧面钢挡块限制上部梁体顺桥向和横桥向的较大水平位移。支座上钢板向上通过螺栓固定在梁体底部，在梁体底部设置了一块预埋钢板，预埋钢板平面与支座上钢板平面平行，保证接触均匀，受力合理，支座位置水平。

所述密闭橡胶转动部分设置在支座上钢板下方，其上部是一块圆形橡胶板，中间是一块圆形连接钢板，下部是一块方形连接钢板；支座上钢板的下部设有一个可嵌入圆形橡胶板凹槽；支座上钢板与方形连接钢板通过螺栓固定连接。

所述普通橡胶支座部分的上部通过螺栓与密闭橡胶转动部分中的圆形连接钢板连接，下部与一块中间连接钢板通过螺栓连接。

所述支座下钢板的上部与中间连接钢板连接，下部与桥墩顶部固定在一起。

所述支座下钢板横桥向两侧分别布置侧面钢挡块，用于限制上部梁体的顺桥向和横桥向相对较大位移。

当桥梁发生转动时，因为普通橡胶支座部分中含有钢板，不易产生转动变形，而密闭橡胶转动部分中的圆形橡胶板相对较容易产生转动变形，所以仅上部的密闭橡胶转动部分发生转动变形，以适应梁端转动。另外，地震中密闭橡胶转动部分中的圆形橡胶板能够依靠自身的转动变形，消耗一部分地震能量，减小地震对桥梁结构的损坏。

地震中，因为圆形连接钢板上部嵌入支座上钢板的凹槽中，限制了圆形橡胶板的水平剪切变形，所以仅普通橡胶支座部分提供水平剪切变形功能，延长上部梁体的振动周期，使上部梁体在平面内缓慢振动，消耗地震能量，起到隔震效果。

较佳的，上述含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座，所述的圆形连接钢板下部中间设有一凹槽，凹槽中嵌入一圆柱形钢芯。在普通橡胶支座部分的下部也有相同的凹槽，可以嵌入相同的圆柱形钢芯。一方面，钢芯可以在一定程度上限制上、下部结构的水平滑移，具有固定位置的作用；另一方面，当上部梁体发生较大位移时，圆柱形钢芯具有较大抗剪能力，避免普通橡胶支座部分与上部圆形连接钢板或者下部中间连接钢板之间发生剪切破坏，使水平剪切变形仅发生在普通橡胶支座部分上。

较佳的，上述含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座，所述的侧面钢挡块上部钢板与支座上钢板的顺桥向和横桥向较优距离分别为40-100mm、30-60mm。侧面钢挡块不仅可以限制上部梁体横桥向位移，还能限制上部梁体顺桥向位移。侧面钢挡块上部钢挡板的下部为楔形结构，增大了抵抗碰撞荷载的能力。另外，在满足装配要求的前提下，在横桥向设置了加劲肋，大大提高了侧面钢挡块的强度。地震中，梁体在顺桥向和横桥向均会发生较大位移，进而引起支座上、下部之间相对较大位移，不仅大大损害支座本身，甚至还会导致落梁震害。因为在每一功能分离型组合隔震支座上均设置了侧面钢挡块，可以将本应发生在普通钢筋混凝土挡块与上部梁体间的集中碰撞转移到数量较多且碰撞位置分散的侧面钢挡块上的分散碰撞，碰撞力较小，不仅可以有效减小地震中隔震支座自身的损坏，还能有效限制梁体顺桥向和横桥向相对较大位移，防止落梁震害。

本发明所述的含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座的施工方法，按如下步骤：

(1)先将圆形连接钢板下部嵌入方形连接钢板的圆形孔中，然后通过螺栓与普通橡胶支座部分相连接；

(2)再将圆形橡胶块嵌入支座上钢板的凹槽中，利用螺栓将支座上钢板与方形连接钢板连接，使支座上钢板、圆形橡胶板、圆形连接钢板、方形连接钢板，成为一个密闭橡胶转动部分；

(3)再在中间连接钢板上通过螺栓安装普通橡胶支座部分；

(4)将中间连接钢板装在支座下钢板上；

(5)将支座下钢板装在桥墩顶部，两侧安装好侧面钢挡块；

(6)将支座上钢板向上通过螺栓固定在梁体底部，在梁体底部设置了一块预埋钢板，预埋钢板平面与支座上钢板平面平行，保证接触均匀，受力合理，支座位置水平。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.功能分离型组合隔震支座的密闭橡胶转动部分独立承担转动变形功能，普通橡胶支座部分承担水平剪切变形功能，把普通橡胶支座的转动变形功能与水平剪切变形功能分开，不仅能延长隔震支座的固有周期，有效隔震，还能保证支座的压曲稳定性。

2.功能分离型组合隔震支座下钢板横桥向两侧，设有含加劲肋的侧面钢挡块能有效限制梁体顺桥向和横桥向相对较大水平位移，不仅能减小支座因发生相对较大位移而损坏，还能有效防止落梁震害。

3.在每一功能分离型组合隔震支座上均设置了侧面钢挡块，可以将本应发生在梁体与钢筋混凝土挡块之间的集中碰撞，转移到每一隔震支座上的分散碰撞，碰撞力较小，隔震支座损坏小。

附图说明

图1为本发明整体三维结构示意图。

图2为本发明整体正面半剖图。

图3为本发明整体侧面半剖图。

图4为本发明支座上钢板结构示意图。

图5为图4的a-a视图。

图6为本发明俯视图。

图7为本发明方形连接钢板结构示意图。

图8为图7的b-b视图。

图9为本发明圆形连接钢板结构示意图。

图10为图9的c-c视图。

图11为本发明密闭橡胶转动部分工作状态图。

图12为本发明普通橡胶支座部分工作状态图。

图13为本发明侧面钢挡块顺桥向工作状态图。

图14为本发明侧面钢挡块横桥向工作状态图。

在图中：1为支座上钢板，2为支座上钢板的大螺栓孔，3为支座上钢板的小螺栓孔，4为支座上钢板的大螺栓，5为圆形橡胶板，6为方形连接钢板，7为方形连接钢板的螺栓孔，8为支座上钢板的小螺栓，9为圆形连接钢板，10为圆形连接钢板的螺栓孔，11为普通橡胶支座部分，12为普通橡胶支座部分的钢板，13为普通橡胶支座部分的橡胶层，14为普通橡胶支座部分的上部螺栓孔，15为普通橡胶支座部分的下部螺栓孔，16为圆形连接钢板的螺栓，17为短钢芯，18为中间连接钢板，19为中间连接钢板的小螺栓孔，20为中间连接钢板的大螺栓孔，21为中间连接钢板的小螺栓，22为长钢芯，23为支座下钢板，24为支座下钢板的小螺栓孔，25为支座下钢板横向两侧的螺栓孔，26为支座下钢板的大螺栓孔，27为中间连接钢板的大螺栓，28为螺母，29为桥墩预留钢棒，30为侧面钢挡块，31为侧面钢挡块的钢挡板，32为侧面钢挡块的横向加劲肋，33为侧面钢挡块的螺栓孔，34为侧面钢挡块的螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明的整体三维图。如图示，本发明是一种含钢挡块结构的功能分离型组合隔震支座及其施工方法。如图1、图2、图3、图4和图5所示，支座上钢板1上部有4个大螺栓孔2以及8个小螺栓孔3，可以与梁体上部预埋钢板通过大螺栓4固定连接在梁体底部。另外，在支座上钢板1下部有一凹槽，如图1、图2、图3所示，圆形橡胶板5可以刚好嵌入凹槽内。如图1至图6所示，在支座上钢板横向两侧分别开有一凹槽，侧面钢挡块30与支座上钢板1顺桥向(l1)和横桥向(l2)的较优净距离分别为40-100mm(l1)、30-60mm(l2)。

如图7、图8所示，方形连接钢板6上，开有8个螺栓孔7，通过螺栓8将支座上钢板1与方形连接钢板6连接，构成密闭橡胶转动部分。

具体施工方法：如图7、图8所示，方形连接钢板6中间为上下贯通的圆孔。如图9、图10所示，圆形连接钢板9下部有一凹槽并且下部半径小于上部，开有8个螺栓孔10。圆形连接钢板9下部可以嵌入方形连接钢板6的圆形孔中，然后通过螺栓8与支座上钢板1相连接，使支座上钢板1、圆形橡胶板5、圆形连接钢板9、方形连接钢板6，成为一个密闭橡胶转动部分，这部分结构独立承担隔震支座的转动功能。

如图11所示，当隔震支座上部的梁体发生转动时，由于支座上钢板1与梁体底部的预留钢板固定连接，所以会随梁体转动而转动，密闭橡胶转动部分中的圆形橡胶板5具有良好的弹性，会产生一定的转动变形，独立承担转动变形功能。与普通橡胶支座相比，本发明能够将普通橡胶支座的转动变形功能与水平剪切变形功能分离。

如图1、图2、图3所示，普通橡胶支座部分11，由钢板12与橡胶层13叠合而成，上部开有8个螺栓孔14，下部开有8个螺栓孔15。圆形连接钢板9通过螺栓16与普通橡胶支座部分11相连接；如图1、图2、图3、图9所示，圆形连接钢板9下部凹槽嵌入短钢芯17。

如图1所示，在中间连接钢板18上，开有8个小螺栓孔19和12个大螺栓孔20。普通橡胶支座部分11的下部与中间连接钢板18通过螺栓21连接，两者之间中部嵌入长钢芯22。短钢芯17和长钢芯22，一方面可以固定普通橡胶支座部分11的位置，另一方面圆柱形钢芯具有较大的抗剪能力，当上部梁体发生较大位移时，水平剪切变形只能发生在普通橡胶支座部分上。

如图12所示，地震时，桥墩与梁体发生相对较大水平位移，普通橡胶支座部分11的水平方向具有剪切变形功能，不仅可以消耗一部分地震能量，还能延长上部梁体的固有周期，起到隔震效果，大大降低桥梁的震害。

如图1所示，支座下钢板23上，四周开有12个螺栓孔24，横桥向两侧各开有4个螺栓孔25，四角开有4个大螺栓孔26。通过螺栓27将中间连接钢板18与支座下钢板23连接，然后利用螺母28与桥墩上的预留钢棒29连接，将整个功能分离型组合隔震支座固定在桥墩上。

如图1所示，侧面钢挡块30的上部为一块钢挡板31。钢挡板31的下部为楔形结构，可以增强顺桥向抵抗碰撞的能力；侧面钢挡块30的横桥向一侧设有加劲肋32，可以增强横桥向抵抗碰撞的能力。侧面钢挡块30上开有4个螺栓孔33，利用螺栓34，将侧面钢挡块30固定在支座下钢板23横桥向两侧。

如图13、图14所示，地震中，梁体顺桥向或者横桥向发生较大的位移，支座上钢板1会随着梁体移动，与固定在支座下钢板23两侧的侧面钢挡块30上部的钢档板31发生碰撞。因为在每一功能分离型组合隔震支座上均设置了侧面钢挡块30，可以分散碰撞位置，减小作用在每一侧面钢挡块上的碰撞力，减小侧面钢挡块的碰撞损坏，从而有效限制梁体的横桥向和顺桥向的位移，减小对隔震支座的损害，预防落梁震害。