一种大位移桥梁自复位支座及桥梁结构

本发明属于桥梁减隔震，涉及一种桥梁支座，特别是涉及一种抗断层错动或强近断层地震的大位移桥梁自复位支座及桥梁结构。

背景技术：

1、我国西部地区存在大量断裂带，桥梁在临近或跨越断层时面临巨大的近断层地震破坏风险。较多的桥梁震害是橡胶支座的大面积破坏，脱落。显然，由于强烈的近断层地震动作用或断层的永久位移效应造成了墩梁间相对位移较大，导致了支座的失效。支座失效后(剪应变达到150％-200％)，桥梁的受力机理也发生了改变，主梁不受支座的约束，混凝土主梁直接与支座垫石相接触，混凝土与混凝土之间的摩擦系数一般在0.7-0.9之间。墩梁相对位移超过主梁搁置长度时，发生落梁现象。

2、现有的摩擦摆支座虽然也可以适应墩梁间的相对位移，但摩擦摆支座的耗能方式较单一，且对于较大的墩梁相对位移(2m-4m)，应用摩擦摆支座非常不经济，上下滑动面均需要整个圆面布置，耗材量大，同时需要的布置空间也大，盖梁的尺寸相对较小，难以应用到实际桥梁工程中。

3、目前针对跨断层桥梁的支座设计较少，尤其是对于大位移支座的研究及应用，尚未发现抗断层错动位移的桥梁支座结构系统。现有的抗断层桥梁支座系统主要是在普通支座的基础上外加一些防落梁装置(如防落梁拉索、增加钢垫块等)。这样的抗错动措施存在耗能低、自复位功能差、难以完全释放断层错动位移的缺点，当普通支座破坏后，主梁没有固定运动轨迹，地震下极易发生拉索屈服破坏或者锚固端板破坏的震害，进而引发主梁落梁的严重震害。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抗断层错动或强近断层地震的大位移桥梁自复位支座及桥梁结构，以解决现有支座系统在较大的断层错动位移或强近断层地震作用下，因大位移而导致失效破坏及主梁落梁的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种大位移桥梁自复位支座，包括：

4、上支座，包括上滑座、上滑块和上弹性件，所述上滑座用于嵌装于桥梁的主梁底部，所述上滑座内开设有沿纵桥向延伸布置的上滑槽，所述上滑块滑动安装于所述上滑槽内，且所述上滑块与所述上滑槽的滑动接触面为弧形面，所述上滑块的沿纵桥向的两端分别通过一所述上弹性件与所述上滑槽的轴向两端相连；所述上滑块能够相对所述上滑槽沿纵桥向滑动，以适应正常使用状态下及地震时的墩梁相对位移；

5、下支座，设置于所述上支座的下方，所述下支座包括下滑座、下滑块和下弹性件，所述下滑座用于嵌装于桥梁的盖梁顶部，所述下滑座内开设有沿横桥向布置的下滑槽，所述下滑块设置于所述下滑槽内，并通过抗剪销钉与所述下滑槽相连，所述下滑块与所述下滑槽的滑动接触面为弧形面，所述下滑块的沿横桥向的两端分别通过一所述下弹性件与所述下滑槽的轴向两端相连；所述下滑块的顶面通过球铰关节与所述上滑块的底面球铰连接，所述下滑块能够在正常使用状态下抵抗横向力，地震时所述抗剪销钉被剪断，所述下滑块能够相对所述下滑槽沿横桥向滑动。

6、可选的，所述上滑槽的槽顶面为由中间至两端对称延伸的弧形槽顶面，所述上滑槽的槽底面为由中间至两端对称延伸的弧形槽底面，所述上滑块位于所述上滑槽的中间，所述上滑块的顶面为与所述弧形槽顶面轮廓适配的弧形凸顶面，所述上滑块的底面具有与所述弧形槽底面轮廓适配的弧形凸底面。

7、可选的，所述下滑槽的槽顶面为由中间至两端对称延伸的弧形槽顶面，所述下滑槽的槽底面为由中间至两端对称延伸的弧形槽底面，所述下滑块位于所述下滑槽的中间，所述下滑块的底面为与所述弧形槽底面轮廓适配的弧形凸底面，所述下滑块的顶面具有与所述弧形槽顶面轮廓适配的弧形凸顶面。

8、可选的，所述下滑块的顶面局部朝向所述上滑块凸出形成下滑块凸起，所述上滑块的底面局部朝向所述下滑块凸出形成上滑块凸起；所述下滑块凸起通过所述球铰关节与所述上滑块凸起球铰连接。

9、可选的，所述球铰关节为球形铰柱，所述球形铰柱的圆柱端与所述下滑块凸起和所述上滑块凸起中的一者相连，所述球形铰柱的球头端与所述下滑块凸起和所述上滑块凸起中的另一者球面转动连接。

10、可选的，所述球形铰柱的圆柱端与所述下滑块凸起相连，所述上滑块凸起的底面开设有与所述球形铰柱的球头端适配的球面凹槽，所述上滑块凸起与所述球形铰柱的球头端球面转动连接。

11、可选的，所述上弹性件和/或所述下弹性件为环形弹簧。

12、可选的，所述下滑块的两侧分别设置有一所述抗剪销钉，所述下滑座的两侧设置有与所述抗剪销钉相连的剪力键。

13、本发明还提出一种桥梁结构，包括主梁和盖梁，所述主梁的端部和所述盖梁之间通过上述的大位移桥梁自复位支座相连，其中，所述主梁的底部开设有上滑座安装槽，所述上滑座嵌装于所述上滑座安装槽内，且所述上滑座沿纵桥向延伸布置；所述盖梁的顶部开设有下滑座安装槽，所述下滑座嵌装于所述下滑座安装槽内，且所述下滑座沿横桥向延伸布置。

14、可选的，所述主梁的任意一端与对应的所述盖梁之间，均通过两组所述大位移桥梁自复位支座相连。

15、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

16、本发明提出的大位移桥梁自复位支座，上滑座的上滑槽和下滑座的下滑槽均沿水平向布置，且二者垂直，结合上滑槽和下滑槽与对应滑块的滑动接触面均为弧形面，可使大位移桥梁自复位支座在双向(即纵桥向和横桥向)水平向运动达到释放断层错动位移的目的；另外，上支座和下支座均采用滑块与滑槽滑动配合，且滑块两端均设置弹性件，实现了摩擦摆式支座结构与弹性件的联合，此结构不仅为上滑块、下滑块提供了固定滑动路径，而且摩擦摆和环形弹簧的共同作用可较大地耗散地震作用力，同时使支座有较大的自复位能力，减小主梁及桥墩所受的地震作用力。该支座可适应较大的断层错动位移或墩梁相对位移，释放内力，能有效解决在较大的断层错动位移或强近断层地震作用下支座系统因大位移而导致失效破坏及主梁落梁的问题。

17、本发明提出的桥梁结构，主梁和盖梁之间通过上述的大位移桥梁自复位支座相连，具有较高的耗能能力和震后自复位能力，可适应较大的断层错动位移或墩梁相对位移，释放内力，进而减小主梁及桥墩所受的地震作用力。

技术特征：

1.一种大位移桥梁自复位支座，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述上滑槽的槽顶面为由中间至两端对称延伸的弧形槽顶面，所述上滑槽的槽底面为由中间至两端对称延伸的弧形槽底面，所述上滑块位于所述上滑槽的中间，所述上滑块的顶面为与所述弧形槽顶面轮廓适配的弧形凸顶面，所述上滑块的底面具有与所述弧形槽底面轮廓适配的弧形凸底面。

3.根据权利要求1所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述下滑槽的槽顶面为由中间至两端对称延伸的弧形槽顶面，所述下滑槽的槽底面为由中间至两端对称延伸的弧形槽底面，所述下滑块位于所述下滑槽的中间，所述下滑块的底面为与所述弧形槽底面轮廓适配的弧形凸底面，所述下滑块的顶面具有与所述弧形槽顶面轮廓适配的弧形凸顶面。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述下滑块的顶面局部朝向所述上滑块凸出形成下滑块凸起，所述上滑块的底面局部朝向所述下滑块凸出形成上滑块凸起；所述下滑块凸起通过所述球铰关节与所述上滑块凸起球铰连接。

5.根据权利要求4所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述球铰关节为球形铰柱，所述球形铰柱的圆柱端与所述下滑块凸起和所述上滑块凸起中的一者相连，所述球形铰柱的球头端与所述下滑块凸起和所述上滑块凸起中的另一者球面转动连接。

6.根据权利要求5所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述球形铰柱的圆柱端与所述下滑块凸起相连，所述上滑块凸起的底面开设有与所述球形铰柱的球头端适配的球面凹槽，所述上滑块凸起与所述球形铰柱的球头端球面转动连接。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述上弹性件和/或所述下弹性件为环形弹簧。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的大位移桥梁自复位支座，其特征在于，所述下滑块的两侧分别设置有一所述抗剪销钉，所述下滑座的两侧设置有与所述抗剪销钉相连的剪力键。

9.一种桥梁结构，包括主梁和盖梁，其特征在于，所述主梁的端部和所述盖梁之间通过权利要求1～8任意一项所述的大位移桥梁自复位支座相连，其中，所述主梁的底部开设有上滑座安装槽，所述上滑座嵌装于所述上滑座安装槽内，且所述上滑座沿纵桥向延伸布置；所述盖梁的顶部开设有下滑座安装槽，所述下滑座嵌装于所述下滑座安装槽内，且所述下滑座沿横桥向延伸布置。

10.根据权利要求9所述的桥梁结构，其特征在于，所述主梁的任意一端与对应的所述盖梁之间，均通过两组所述大位移桥梁自复位支座相连。

技术总结
本发明公开一种大位移桥梁自复位支座及桥梁结构，上支座和下支座均采用滑块与滑槽滑动配合，且滑块两端均设置弹性件，实现了摩擦摆式支座结构与弹性件的联合，此结构不仅为上滑块、下滑块提供了固定滑动路径，而且摩擦摆和环形弹簧的共同作用可较大地耗散地震作用力，同时使支座有较大的自复位能力，减小主梁及桥墩所受的地震作用力。该支座可适应较大的断层错动位移或墩梁相对位移，释放内力，能有效解决在较大的断层错动位移或强近断层地震作用下支座系统因大位移而导致失效破坏及主梁落梁的问题。桥梁结构的主梁和盖梁之间通过上述的大位移桥梁自复位支座相连，具有较高的耗能能力和震后自复位能力。

技术研发人员：王东升,童磊
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15