具备空间普适性的钢阻尼支座

1.本实用新型属于阻尼结构技术领域，涉及一种具备空间普适性的钢阻尼支座。


背景技术：

2.桥梁减隔震技术可以有效避免桥梁主体结构在地震中遭受严重损伤。其中，地震行为可控是对系列减隔震装置提出的基本技术要求。面向工程应用时，较强的空间适应性以及良好的工程可实践性是对减隔震装置提出的又一基本要求。
3.中国专利cn202954294u和cn201485785u先后公开了一种双向阻尼消能盆式支座和弹塑性防落梁球型钢支座，前者由于阻尼单元为ε形，所占平面空间很大，后者由于阻尼单元为弹塑性柱，所占竖向空间较大，且阻尼单元根部锚固比较困难，弹塑性柱体越高，前述问题越突出。另外，对于需要提供更高吨位阻尼力，更大行程位移的情况，其空间占用问题越加突出。因此，上述两种装置在不同工程场景应用时均受到不同程度的限制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了提供一种具备空间普适性的钢阻尼支座，在满足相关装置地震行为可控可预测的基本技术要求的前提下，又具备很好的工程可实践性。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种具备空间普适性的钢阻尼支座，包括：
7.支承模块：其包括底板、顶板、以及球冠组件，所述底板和球冠组件之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠组件与顶板之间活动接触并具有沿横向的自由度；
8.震时限位模块：包括第一传动肋板、第二传动肋板、第一棒形阻尼单元和第二棒形阻尼单元，所述的第一传动肋板、第二传动肋板分别沿纵向和横向布置，所述第一传动肋板的两端分别连接所述球冠组件和第一棒形阻尼单元的中部，所述第二传动肋板的两端分别连接所述球冠组件和第二棒形阻尼单元，所述第一棒形阻尼单元的两端与底板活动连接，所述第二棒形阻尼单元的两端则与顶板活动连接。
9.进一步的，在底板和顶板上分别设有第一卡槽和第二卡槽，所述第一棒形阻尼单元和第二棒形阻尼单元的端部分别伸入所述第一卡槽和第二卡槽中，并分别与第一卡槽和第二卡槽的内壁面保持间隔。
10.更进一步的，所述的第一棒形阻尼单元和第二棒形阻尼单元均由位于中间的等直连接段，以及对称式布置在等直连接段两端的变截面曲线段、等直过渡段和端部球头一体化加工而成。
11.进一步的，所述的第一棒形阻尼单元、第二棒形阻尼单元分别以球冠组件为中心对称布置，且每个方向上的第一棒形阻尼单元、第二棒形阻尼单元分别沿纵向和横向设有一根或多根。
12.进一步的，所述的第一棒形阻尼单元和第二棒形阻尼单元位于同一水平面上，或第一棒形阻尼单元和第二棒形阻尼单元沿竖直方向叠层布置。
13.进一步的，所述底板与球冠组件之间布置有由沿纵向的第一滑道、以及匹配滑动布置在第一滑道上的第一滑块组成的滑动接触对。
14.进一步的，所述顶板与球冠组件之间布置有由沿横向的第二滑道、以及配合滑动布置在第二滑道上的第二滑块组成的滑动接触对。
15.更进一步的，所述的第一滑道和第二滑道的截面分别独立的为矩形或t型。
16.进一步的，所述球冠组件的上、下方分别设有球冠盖板和球冠托板，所述底板和球冠托板之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠盖板与顶板之间活动接触并具有沿横向的自由度，此时，所述第一传动肋板的端部连接所述球冠托板，所述第二传动肋板的端部连接所述球冠盖板。
17.更进一步的，所述球冠组件分别通过球面接触和平面接触设置在所述的球冠托板和球冠盖板之间。
18.进一步的，所述第一传动肋板和第二传动肋板上还设有加强连接的加劲肋板。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.一、空间适应性和工程可实践性更强，两个方向的棒形阻尼单元可以沿水平方向延伸展开布置，也可以沿竖直方向叠层设置，分别具备节省竖向空间和水平空间的技术优势。
21.二、可根据抗震目标功能需求，在不显著增加占用空间的前提下，设置多根棒形阻尼单元，提供大吨位阻尼力。
22.三、在不影响阻尼元件震时力学行为的前提下，同时可提供竖向限位功能，有效避免高烈度区的桥梁在竖向地震动效应下的梁体上抛震害的发生。
23.四、阻尼单元的边界连接的效果更好，可靠性更高。由于棒形阻尼单元为一体化设计加工，解决了以往悬臂结构形式根部锚固困难等技术难题。
附图说明
24.图1为实施例1中钢阻尼支座的三维结构示意图；
25.图2为实施例1中部分钢阻尼支座的其中一个视角的三维结构示意图；
26.图3为实施例1中部分钢阻尼支座的另一个视角的三维结构示意图；
27.图4为实施例1中部分钢阻尼支座的三维结构示意图；
28.图5为实施例1中部分钢阻尼支座的其中一个视角的半剖结构示意图；
29.图6为实施例1中部分钢阻尼支座的另一个视角的半剖结构示意图；
30.图7为实施例1中棒形阻尼单元的结构示意图和受力图示；
31.图8为实施例2中部分钢阻尼支座的其中一个视角的三维结构示意图；
32.图9为实施例2中部分钢阻尼支座的另一个视角的三维结构示意图；
33.图10为实施例3中部分钢阻尼支座的其中一个视角的三维结构示意图；
34.图11为实施例3中部分钢阻尼支座的另一个视角的三维结构示意图；
35.图12为实施例3中钢阻尼支座的其中一个视角的侧视图；
36.图13为实施例3中钢阻尼支座的另一个视角的侧视图；
37.图14为实施例4中钢阻尼支座的其中一个视角的侧视图；
38.图15为实施例4中钢阻尼支座的另一个视角的侧视图；
39.图中标记说明：
[0040]1‑
底板，2
‑
球冠托板，3
‑
球冠组件，4
‑
球冠盖板，5
‑
顶板，6
‑
第一棒形阻尼单元，7
‑
第二棒形阻尼单元，8
‑
加劲肋板，11
‑
第一卡槽，12
‑
第一矩形滑道，13
‑
第一凹形滑道，21
‑
第一传动肋板，22
‑
第一矩形滑块，23
‑
第一凸形滑块，41
‑
第二传动肋板，42
‑
第二矩形滑块，43
‑
第二凸形滑块，51
‑
第二卡槽，52
‑
第二矩形滑道，53
‑
第二凹形滑道，61
‑
端部球头，62
‑
等直过渡段，63
‑
变截面曲线段，64
‑
等直连接段。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0042]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0043]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0044]
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或结构。
[0045]
桥梁结构支承系统中一般沿顺桥向和沿横桥向的支承需求有所区别，对于支座构件，基本可以沿上述方向分为活动型(双向活动型、单向活动型)和固定型两种。下文顺向指沿桥梁顺桥向，横向指沿桥梁横桥向。
[0046]
为适应桥梁工程支承系统中的各种安装空间场景等，本实用新型提供了一种具备空间普适性的钢阻尼支座，其结构参见图1至图6、图8至图11等所示，包括：
[0047]
支承模块：其包括底板1、顶板5、以及球冠组件3，所述底板1和球冠组件3之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠组件3与顶板5之间活动接触并具有沿横向的自由度；
[0048]
震时限位模块：包括第一传动肋板21、第二传动肋板41、第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7，所述的第一传动肋板21、第二传动肋板41分别沿纵向和横向布置，所述第一传动肋板21的两端分别连接所述球冠组件3和第一棒形阻尼单元6的中部，所述第二传动肋板41的两端分别连接所述球冠组件3和第二棒形阻尼单元7，所述第一棒形阻尼单元6的两端与底板1活动连接，所述第二棒形阻尼单元7的两端则与顶板5活动连接。
[0049]
在一些实施方式中，请再参见图1等所示，在底板1和顶板5上分别设有第一卡槽11和第二卡槽51，所述第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7的端部分别伸入所述第一卡槽11和第二卡槽51中，并分别与第一卡槽11和第二卡槽51的内壁面保持间隔。更优选的，对
于双向活动型支座的情况，所述的第一棒形阻尼单元6的端部球头61与第一卡槽11之间沿第一滑道方向预留1～3cm间隙，所述的第二棒形阻尼单元7的端部球头61与第二卡槽51之间沿第一滑道方向预留1～3cm间隙；对于单向活动型支座的情况，所述的第一棒形阻尼单元6的端部球头61与第一卡槽11之间沿第一滑道方向预留1～3cm间隙；对于固定型支座的情况，上述所有间隙设置为0cm。
[0050]
更具体的，请再参见图7a所示，所述的第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7均由位于中间的等直连接段64，以及对称式布置在等直连接段64两端的变截面曲线段63、等直过渡段62和端部球头61一体化加工而成。此处，变截面曲线段63是基于等应变原理而设计的，即当第一棒形阻尼单元6等发生形变时，变截面曲线段63的应变分布均匀，相关结构性能等可以参考以下文献：【1】gao,h.,&wang,j.research on differences between cylindrical and e
‑
shaped dampers for the bidirectional seismic control[j].journal of bridge engineering,2020,vol.25(4):04020008。同样，第二棒性阻尼单元7也可以参上设计。
[0051]
更优选的，请再参见图7b所示，第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7在地震作用下受力弯矩图示为一三角形分布，中部弯矩最大，对应的区域为所述的变截面曲线段63的最大直径处，也即等直连接段64的直径。两端弯矩最小，对应的区域为所述的端部球头61。
[0052]
在一些实施方式中，请再参见图1等所示，所述的第一棒形阻尼单元6、第二棒形阻尼单元7分别以球冠组件3为中心对称布置，且每个方向上的第一棒形阻尼单元6、第二棒形阻尼单元7分别沿纵向和横向设有一根或多根，多根可以为两根或以上，此时，请参见图8至图11等所示。
[0053]
在一些实施方式中，所述的第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7位于同一水平面上，或第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7沿竖直方向叠层布置。
[0054]
在一些实施方式中，请再参见图4等所示，所述底板1与球冠组件3之间布置有由沿纵向的第一滑道、以及匹配滑动布置在第一滑道上的第一滑块组成的滑动接触对。
[0055]
在一些实施方式中，请再参见图4等所示，所述顶板与球冠组件3之间布置有由沿横向的第二滑道、以及配合滑动布置在第二滑道上的第二滑块组成的滑动接触对。
[0056]
更具体的，所述的第一滑道和第二滑道的截面分别独立的为矩形或t型，此时，对应矩形，第一滑道和第二滑道分别为第一矩形滑道1212和第二矩形滑道52，第一滑块和第二滑块则分别为第一矩形滑块22和第二矩形滑块42，组成的是非抗拉接触对，请再参见图12和图13所示；而当截面(即滑道与滑块的接触截面)为t型时，对应的，第一滑道和第二滑道分别为第一凹形滑道13和第二凹形滑道53，第一滑块和第二滑块则分别为第一凸形滑块23和第二凸形滑块43，请再参见图14至图15所示。同时设置所述的第一凹形滑道13和所述的第一凸形滑块23组成的抗拉接触对、所述的第二凹形滑道53和所述的第二凸形滑块43组成的抗拉接触对，可实现钢阻尼支座的竖向抗拉拔功能，且该功能由运营支承模块实现，与震时限位模块功能相互独立，互不影响。
[0057]
在一些实施方式中，请再参见图1至图6等所示，所述球冠组件3的上、下方分别设有球冠盖板4和球冠托板2，所述底板1和球冠托板2之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠盖板4与顶板5之间活动接触并具有沿横向的自由度，此时，所述第一传动肋板21
的端部连接所述球冠托板2，所述第二传动肋板41的端部连接所述球冠盖板4。
[0058]
更进一步的，所述球冠组件3分别通过球面接触和平面接触设置在所述的球冠托板2和球冠盖板4之间。具体的，球冠组件3与球冠托板2之间为球面接触，并设置球面摩擦副，目的是做类似球铰的球面转动用以适应桥梁结构上部结构发生的转角变形(这也是对支座构件提出的基本要求之一，适应转角)。另外，如果要求支座具备竖向抗拉能力时，则要求球冠组件3与球冠盖板4之间是固定连接(水平和竖向均为固定连接)，如果不要求支座具备竖向抗拉能力时，则球冠组件3与球冠盖板4之间可以是部分活动连接(竖向为活动连接，水平向为固定连接)，也可以是固定连接。
[0059]
在一些实施方式中，请再参见图9等所示，所述第一传动肋板21和第二传动肋板41上还设有加强连接的加劲肋板8。
[0060]
以上各实施方式中的，所述的第一棒形阻尼单元6沿第一滑道方向并列设置为两根，亦可以是多根，即在不明显增加占用空间的情况下提供更高吨位的阻尼力。同样，所述的第二棒形阻尼单元7沿第二滑道方向并列设置为两根，亦可以是多根，即在不明显增加占用空间的情况下提供更高吨位的阻尼力。两滑道方向的棒形阻尼单元可以沿水平方向延伸展开布置，该种实施形式的钢阻尼支座所占的竖向空间较小；亦可以沿竖向方向叠层布置，该种实施形式的钢阻尼支座所占的平面空间较小。因此本实用新型各实施例中的钢阻尼支座对桥梁工程支承系统中各种安装场景均具备很好的空间普适性。
[0061]
以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
[0062]
本实用新型的具备空间普适性的支座在应用时，以桥梁工程载体为例，在桥梁结构正常使用状态下，球冠组件3与球冠托板2的球面接触满足桥梁结构梁端转动位移的需求，底板1与球冠托板2的平面接触或者是球冠盖板4与顶板5的平面接触满足桥梁结构梁端平动位移的需求；地震作用下，传动肋板传动棒形阻尼单元沿指定方向发生塑性变形，耗散地震能量，满足梁体地震限位的需求。
[0063]
本实用新型中，第一滑道和第二滑道可根据桥梁结构顺桥向和横桥向的支承需求选择性设置。
[0064]
本实用新型中，对于活动型支座的情况，通过在卡槽与棒形阻尼单元端部球头61沿指定方向预留间隙(间隙量＝支座活动位移量)的方式满足相关位移需求；对于固定型支座的情况，前述间隙量设置为零，通过棒形阻尼单元的弹性工作区间提供支座构件的目标强度和刚度。
[0065]
本实用新型可以选择性地提供梁体竖向限位的功能，通过在第一滑道和第二滑道处同时设置“凸形”和“凹形”抗拉接触对，提供竖向抗拉功能。该功能的实现由支座运营支承模块完成，不会干涉震时限位模块中棒形阻尼单元的地震力学行为(沿指定方向发生塑性变形)，可控性和可预期性更强。
[0066]
下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。
[0067]
实施例1：
[0068]
为适应桥梁工程支承系统中的各种安装空间场景等，本实施例提供了一种具备空间普适性的钢阻尼支座，其结构参见图1至图6等所示，包括：
[0069]
支承模块：其包括底板1、顶板5、以及球冠组件3，所述底板1和球冠组件3之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠组件3与顶板5之间活动接触并具有沿横向的自由
度；
[0070]
震时限位模块：包括第一传动肋板21、第二传动肋板41、第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7，所述的第一传动肋板21、第二传动肋板41分别沿纵向和横向布置，所述第一传动肋板21的两端分别连接所述球冠组件3和第一棒形阻尼单元6的中部，所述第二传动肋板41的两端分别连接所述球冠组件3和第二棒形阻尼单元7，所述第一棒形阻尼单元6的两端与底板1活动连接，所述第二棒形阻尼单元7的两端则与顶板5活动连接。本实用新型中，球冠组件3可以由一球冠状的块体构成。
[0071]
请再参见图1等所示，在底板1和顶板5上分别设有第一卡槽11和第二卡槽51，所述第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7的端部分别伸入所述第一卡槽11和第二卡槽51中，并分别与第一卡槽11和第二卡槽51的内壁面保持间隔。所述的第一棒形阻尼单元6的端部球头61与第一卡槽11之间沿第一滑道方向预留1～3cm间隙，所述的第二棒形阻尼单元77的端部球头61与第二卡槽51之间沿第一滑道方向预留1～3cm间隙。
[0072]
请再参见图7a所示，所述的第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7均由位于中间的等直连接段64，以及对称式布置在等直连接段64两端的变截面曲线段63、等直过渡段62和端部球头61一体化加工而成。此处，变截面曲线段63是基于等应变原理而设计的，即当第一棒形阻尼单元6等发生形变时，变截面曲线段63的应变分布均匀。请再参见图7b所示，第一棒形阻尼单元66和第二棒形阻尼单元77在地震作用下受力弯矩图示为一三角形分布，中部弯矩最大，对应的区域为所述的变截面曲线段63的最大直径处，也即等直连接段64的直径。两端弯矩最小，对应的区域为所述的端部球头61。
[0073]
请再参见图1等所示，所述的第一棒形阻尼单元6、第二棒形阻尼单元7分别以球冠组件3为中心对称布置。所述的第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7位于同一水平面上，即呈正交方式沿水平方向延伸展开设置。
[0074]
请再参见图4等所示，所述底板1与球冠组件3之间布置有由沿纵向的第一滑道、以及匹配滑动布置在第一滑道上的第一滑块组成的滑动接触对。
[0075]
请再参见图4等所示，所述顶板与球冠组件3之间布置有由沿横向的第二滑道、以及配合滑动布置在第二滑道上的第二滑块组成的滑动接触对。
[0076]
本实施例中，第一滑道和第二滑道的截面均为矩形，此时，第一滑道和第二滑道分别为第一矩形滑道1212和第二矩形滑道52，第一滑块和第二滑块则分别为第一矩形滑块22和第二矩形滑块42，组成的是非抗拉接触对。
[0077]
请再参见图1至图6等所示，所述球冠组件3的上、下方分别设有球冠盖板4和球冠托板2，所述底板1和球冠托板2之间活动接触并具有沿纵向的自由度，所述球冠盖板4与顶板5之间活动接触并具有沿横向的自由度，此时，所述第一传动肋板21的端部连接所述球冠托板2，所述第二传动肋板41的端部连接所述球冠盖板4。所述球冠组件3分别通过球面接触和平面接触设置在所述的球冠托板2和球冠盖板4之间。球冠组件3与球冠托板2之间为球面接触，并设置球面摩擦副，目的是做类似球铰的球面转动用以适应桥梁结构上部结构发生的转角变形(这也是对支座构件提出的基本要求之一，适应转角)。另外，如果要求支座具备竖向抗拉能力时，则要求球冠组件3与球冠盖板4之间是固定连接(水平和竖向均为固定连接)，如果不要求支座具备竖向抗拉能力时，则球冠组件3与球冠盖板4之间可以是部分活动连接(竖向为活动连接，水平向为固定连接)，也可以是固定连接。
[0078]
请再参见图9等所示，所述第一传动肋板21和第二传动肋板41上还设有加强连接的加劲肋板8。
[0079]
该实施例可以沿两个相互正交的方向提供指定大小的阻尼力，两个正交的方向分别对应桥梁结构的顺桥向和横桥向。任何角度的地震动作用都可以分解成这两个方向。地震作用下，沿第一滑道的地震分量促使第一矩形滑道12和第一矩形滑块22沿该滑道滑动方向发生滑动，由于第一棒形阻尼单元6的中部与第一矩形滑块22的附属结构相连，第一棒形阻尼单元6的两个端部与第一矩形滑道12的附属结构相连，第一矩形滑道12和第一矩形滑块22沿该滑道滑动方向发生滑动促使第一棒形阻尼单元6按图7中的受力模式发生变形，提供阻尼力。沿第二滑道的地震分量促使第二矩形滑道52和第二矩形滑块42沿该滑道滑动方向发生滑动，由于第二棒形阻尼单元7的中部与第二矩形滑块42的附属结构相连，第二棒形阻尼单元7的两个端部与第二矩形滑道52的附属结构相连，第二矩形滑道52和第二矩形滑块42沿该滑道滑动方向发生滑动促使第二棒形阻尼单元7按图7中的受力模式发生变形，提供阻尼力。第一滑动体系及第一棒形阻尼单元6和第二滑动体系及第二棒形阻尼单元7的受力互不干扰，因此该实施例可以沿指定的两个正交方向提供指定大小的阻尼力，以适应任一方向的地震动作用。
[0080]
实施例2：
[0081]
参考图8
‑
图9，本实施例提供一种具备空间普适性的钢阻尼支座，其为竖向空间节省型的提供更高吨位阻尼力的双向活动型支座。
[0082]
与实施例1不同的是，第一棒形阻尼单元6沿第一滑道方向并列设置为两根，并对称设置在球冠组件3的两侧，第二棒形阻尼单元7沿第二滑道方向并列设置为两根，对称设置在球冠组件3的两侧。第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7呈正交方式沿水平方向延伸展开设置。
[0083]
实施例3：
[0084]
参考图10
‑
图11，本实施例提供一种具备空间普适性的钢阻尼支座，其为水平空间节省型的提供更高吨位阻尼力的双向活动型支座。
[0085]
与实施例2不同的是，本实施例中，第一棒形阻尼单元6和第二棒形阻尼单元7呈正交方式沿竖直方向叠层设置。
[0086]
实施例4：
[0087]
参考图14
‑
图15，本实施例提供一种具备空间普适性的钢阻尼支座，其为水平空间节省型的提供更高吨位阻尼力且具备竖向抗拉拔功能的双向活动型支座。
[0088]
与实施例3不同的是，本实施例中，球冠托板2与底板1之间由第一凹形滑道13和第一凸形滑块23组成的抗拉接触对接触连接。球冠盖板4与顶板5之间由第二凹形滑道53和第二凸形滑块43组成的抗拉接触对接触连接。同时在第一滑道处和第二滑道处同时设置抗拉接触对，可实现该实例中钢阻尼支座的竖向抗拉拔功能，该功能由运营支承模块实现，与震时限位模块功能相互独立，互不干扰，相关力学行为可控性更强。
[0089]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和
修改都应该在本实用新型的保护范围之内。