橡胶加强型球型支座的制作方法

本发明涉及一种桥梁支座，特别是橡胶加强型球型支座。

背景技术：

1、连续梁桥的主要构件自上而下依次为上部结构、下部结构与基础。通常，下部结构与基础之间采用固结，而上部结构与下部结构之间采用支座连接。荷载作用下，支座需将上部结构传来的竖向力和水平力传至下部结构，是连续梁桥的重要组成部分之一。

2、球型支座具有承载能力高、耐久性能好、经济性能优等特点，在连续梁桥中获得广泛应用。根据《桥梁球型支座》(gb/t 17955—2009)，球型支座可分为双向活动支座、单向活动支座和固定支座。对于一联连续梁桥而言，纵桥向通常只设置一处固定支座(固定墩处)，其余各处均设置活动支座(活动墩处)。在球型支座的活动方向上，其水平刚度可近似按零考虑；在球型支座的非活动方向上，其水平刚度可近似按无穷大考虑。因此在地震作用下，上部结构传来的水平力全部通过固定支座传至固定墩，而活动墩仅表现为自身振动，造成固定墩的抗震需求远大于活动墩。然而，实际工程中固定墩与活动墩的抗震能力较为接近，造成了各桥墩能力需求比严重不均衡的问题。同时，当固定支座需承受的地震剪力超过其水平承载力时，固定支座将发生破坏，进而引发落梁。究其原因，在于球型支座的本构关系可选择余地较小，无法充分发挥连续梁桥各个桥墩的抗震能力。

3、综上所述，有限的本构关系限制了球型支座在抗震设计中的应用，因此有必要对其进行改良，以期提高连续梁桥的抗震性能。

技术实现思路

1、鉴于传统球型支座抗震性能较差的问题，本发明从改变球型支座水平刚度的角度出发，尤其是从改变球型支座的本构关系出发，公开了一种橡胶加强型球型支座，旨在实现球型支座水平刚度的可控化设计，将固定支座承受的地震剪力与活动支座承受的地震剪力相互调节，综合提升连续梁桥的抗震性能。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：

3、橡胶加强型球型支座，由球型支座系统与橡胶加强系统并联而成，

4、所述球型支座系统由上顶板、平面不锈钢板、平面聚四氟乙烯板、球型钢衬板、球面聚四氟乙烯板、下底盆自上而下叠置而成，所述平面不锈钢板与上顶板采用焊接连接，

5、所述橡胶加强系统由橡胶板和两块连接钢板组成，所述橡胶板与连接钢板黏合，所述上顶板采用锚固螺栓与桥梁上部结构连接，所述下底盆采用锚固螺栓与桥梁下部结构连接；

6、所述上顶板在横桥向两侧向下弯折，所述下底盆外边缘向上延伸，左右两块连接钢板分别通过连接螺栓与所述上顶板的弯折部和所述下底盆的外边缘连接。

7、进一步地，橡胶板可采用天然橡胶板、氯丁橡胶板、钢板加劲橡胶板、铅芯橡胶板、高阻尼橡胶板、超高阻尼橡胶板中的一种。

8、进一步地，当橡胶板采用天然橡胶板、氯丁橡胶板、钢板加劲橡胶板之一时，其纵桥向及竖向抗剪刚度kh＝ga/tr，其中g为橡胶板的动剪切模量，a加橡胶板的剪切面积，tr为橡胶层的总厚度。

9、进一步地，橡胶板可通过改变几何尺寸来调整橡胶加强型球型支座的刚度，其中支座刚度设计值应根据桥梁静、动力分析结果确定。

10、进一步地，橡胶加强型球型支座竖向刚度为球型支座系统压缩刚度与橡胶板竖向抗剪刚度之和，表现为弹性本构关系；橡胶加强型球型支座纵桥向水平刚度为球型支座系统水平滑动刚度与橡胶板纵桥向抗剪刚度之和，表现为双线性本构关系；橡胶加强型球型支座横桥向水平刚度为球型支座系统水平滑动刚度与橡胶板横桥向压缩刚度及拉伸刚度之和，表现为近似弹性本构关系。

11、进一步地，桥梁上部结构与下部结构之间的纵桥向水平位移由平面不锈钢板与平面聚四氟乙烯板之间的纵桥向滑动位移和橡胶板的纵桥向剪切变形实现，桥梁上部结构与下部结构之间的横桥向水平位移由平面不锈钢板与平面聚四氟乙烯板之间的横桥向滑动位移和橡胶板的横桥向压缩及拉伸变形实现。

12、进一步地，桥梁上部结构与下部结构之间绕横桥向的转动变形由球型钢衬板与球面聚四氟乙烯板之间绕横桥向的转动变形以及橡胶板沿横桥向的扭转变形实现，桥梁上部结构与下部结构之间绕纵桥向的转动变形由球型钢衬板与球面聚四氟乙烯板之间绕纵桥向的转动变形以及橡胶板的竖向剪切变形实现。

13、与现有技术的传统球型支座相比，本申请取得了如下有益技术效果：

14、本发明本构关系清晰、便于计算，在满足桥梁正常传力及变位的基础上，可通过改变橡胶板的几何尺寸实现调整支座水平刚度的目的，广泛适用于连续梁桥的抗震设计。

技术特征：

1.橡胶加强型球型支座，其特征在于：由球型支座系统与橡胶加强系统并联而成，

2.根据权利要求1所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：橡胶板(8)可采用天然橡胶板、氯丁橡胶板、钢板加劲橡胶板、铅芯橡胶板、高阻尼橡胶板、超高阻尼橡胶板中的一种。

3.根据权利要求1所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：当橡胶板(8)采用天然橡胶板、氯丁橡胶板、钢板加劲橡胶板之一时，其纵桥向及竖向抗剪刚度kh＝ga/tr，其中g为橡胶板(8)的动剪切模量，a加橡胶板(8)的剪切面积，tr为橡胶层的总厚度。

4.根据权利要求1所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：橡胶板(8)可通过改变几何尺寸来调整橡胶加强型球型支座的刚度，其中支座刚度设计值应根据桥梁静、动力分析结果确定。

5.根据权利要求1-4之一所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：橡胶加强型球型支座竖向刚度为球型支座系统压缩刚度与橡胶板(8)竖向抗剪刚度之和，表现为弹性本构关系；橡胶加强型球型支座纵桥向水平刚度为球型支座系统水平滑动刚度与橡胶板(8)纵桥向抗剪刚度之和，表现为双线性本构关系；橡胶加强型球型支座横桥向水平刚度为球型支座系统水平滑动刚度与橡胶板(8)横桥向压缩刚度及拉伸刚度之和，表现为近似弹性本构关系。

6.根据权利要求1-4之一所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：桥梁上部结构与下部结构之间的纵桥向水平位移由平面不锈钢板(2)与平面聚四氟乙烯板(3)之间的纵桥向滑动位移和橡胶板(8)的纵桥向剪切变形实现，桥梁上部结构与下部结构之间的横桥向水平位移由平面不锈钢板(2)与平面聚四氟乙烯板(3)之间的横桥向滑动位移和橡胶板(8)的横桥向压缩及拉伸变形实现。

7.根据权利要求1-4之一所述的橡胶加强型球型支座，其特征在于：桥梁上部结构与下部结构之间绕横桥向的转动变形由球型钢衬板(4)与球面聚四氟乙烯板(5)之间绕横桥向的转动变形以及橡胶板(8)沿横桥向的扭转变形实现，桥梁上部结构与下部结构之间绕纵桥向的转动变形由球型钢衬板(4)与球面聚四氟乙烯板(5)之间绕纵桥向的转动变形以及橡胶板(8)的竖向剪切变形实现。

技术总结
本发明公开了一种橡胶加强型球型支座，该支座由球型支座系统与橡胶加强系统并联而成，所述球型支座系统由上顶板、平面不锈钢板、平面聚四氟乙烯板、球型钢衬板、球面聚四氟乙烯板、下底盆自上而下叠置而成，所述橡胶加强系统由橡胶板、连接钢板组成，所述橡胶板与连接钢板黏合，所述连接钢板与上顶板及下底盆采用连接螺栓连接，所述上顶板采用锚固螺栓与桥梁上部结构连接，所述下底盆采用锚固螺栓与桥梁下部结构连接，本发明本构关系清晰、便于计算，在满足桥梁正常传力及变位的基础上，可通过改变橡胶板的几何尺寸实现调整支座水平刚度的目的，广泛适用于连续梁桥的抗震设计。

技术研发人员：燕斌,彭光达,程浩
受保护的技术使用者：北京国道通公路设计研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13