一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法与流程

本发明涉及桥梁结构或建筑，特别涉及一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法。

背景技术：

1、随着我国城市化的不断发展，越来越多的桥梁穿梭于城市之中，轨道交通在给人们生活带来便利的同时，不可避免的引起了振动和噪声等污染，已经严重影响了周边居民的生活质量。

2、目前，工程中通常采用减隔振支座对振动和噪声进行管理。目前常用的竖向隔振支座主要为橡胶类隔振支座、隔振球型钢支座。橡胶类隔振支座往往存在橡胶老化问题，使得目前橡胶隔振支座的疲劳寿命难以满足桥梁支座长期荷载的需求。对于隔振球型钢支座而言，申请人在早期提出了名称为“一种具有盘式结构隔振器的竖向隔振球型钢支座”的发明专利(授权公布号为cn108730394b)，通过将钢支座的竖向力由盘式结构隔振器下方的环形滑板传至墩台。

3、然而随着申请人后期的大量应用实践，发现在钢支座安装后，位于钢支座下方的混凝土垫石存在中心承压受力不均匀的问题，在设计施工时需要额外增加底座板的厚度，来改善垫石中心承压受力不均匀的情况，这一方面增大了钢支座的整体尺寸，给整个桥梁建筑系统的尺寸规划、施工造成一定的麻烦，另一方面也难以杜绝垫石中心承压受力不均匀的问题，随着长期受力不均匀情况的存在，容易造成一定的结构安全隐患。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法，以解决现有技术中竖向隔振球型钢支座需要额外增加底座板厚度的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，包括自上至下依次设置的上座板、中座板、下座板、底座板，所述下座板、底座板之间设置盘式结构隔振器，所述盘式结构隔振器的底部中心处具有内凹部，所述内凹部与底座板之间形成容纳腔，所述容纳腔内设置弹性组件，所述弹性组件包括至少一个弹性元件，所述弹性元件的上表面与盘式结构隔振器抵接，弹性元件的下表面与底座板抵接。

4、进一步的，所述弹性组件包括至少两个弹性元件，在竖直投影方向上，所有弹性元件的投影圆共同具有一个内切圆n，所有弹性元件的投影圆的圆心位于同一个虚拟圆m上。

5、进一步的，在竖直投影方向上，所述虚拟圆m的圆心与盘式结构隔振器的中心线的投影重合，使得弹性元件以盘式结构隔振器的中心线为圆心进行圆周阵列。

6、进一步的，所述下座板包括主座体，所述主座体的下部设置装配板，所述底座板包括基座，所述基座的外缘设置向上延伸的限位环，所述限位环环绕在装配板外侧，所述装配板、限位环、基座之间形成装配空间，所述盘式结构隔振器被设置在装配空间中。

7、进一步的，所述盘式结构隔振器包括圆板体，将圆板体的中心轴线记为中心线，所述圆板体的外缘设置弯折边，所述弯折边朝着远离中心线的方向并倾斜向下延伸，所述弯折边、圆板体共同形成内凹部。

8、进一步的，所述圆板体的上表面与下座板的下表面抵接，所述圆板体的下表面与弹性元件的上表面抵接；所述弯折边的下部设置支撑面，所述基座的上表面设置环形槽，所述环形槽内设置支撑滑板，所述支撑面与支撑滑板抵接，且所述支撑面能够相对于支撑滑板进行滑动。

9、进一步的，所述上座板、中座板之间设置滑动摩擦副，所述中座板、下座板之间设置球面摩擦副。

10、进一步的，所述上座板朝向中座板的侧面设置限位板，所述限位板位于中座板的外侧，所述限位板朝向中座板的一侧与中座板的外侧壁之间设置导向摩擦副。

11、一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座的设计方法，用于设计所述的竖向隔振球型钢支座，所述设计方法包括：s1、获取竖向隔振球型钢支座的竖向设计承载力f、整体竖向刚度设计值k、设计均压σ，获取单个弹性元件的刚度k1、外径d1，并设置弹性组件中弹性元件的初始个数n；s2、将n个弹性元件以盘式结构隔振器的中心线为圆心进行圆周阵列，并获取所有弹性元件的投影圆的内切圆n的直径d；s3、根据n、k1的乘积计算弹性组件的竖向总刚度k2；根据d计算内切圆n的面积a2；s4、获取上座板、中座板、下座板、底座板、支撑滑板的综合竖向刚度k4，根据支座整体竖向刚度计算式计算盘式结构隔振器的竖向刚度k3；s5、根据计算式a3＝a2×k3/k2，计算盘式结构隔振器的承压面积a3；s6、根据计算式q＝σ×(a2+a3)，计算支座整体竖向荷载q；s7、判断是否q≥f；若是，则进行步骤s8；若否，则将n＝当前的n值-1，并返回步骤s2；s8、判断是否q＞102％f；若是，则将n＝当前的n值+1，并返回步骤s2；若否，则设计完成。

12、相对于现有技术，本发明所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法具有以下优势：

13、本发明所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法，在早期申请的基础上对竖向隔振球型钢支座进行改进，通过利用盘式结构隔振器与底座板之间的原有腔体空间，额外设置弹性件，并在对竖向隔振球型钢支座进行组装后，使得弹性件分别与盘式结构隔振器、底座板抵接；这使得在竖向隔振球型钢支座进行实际服役过程中，在竖向荷载下，盘式结构隔振器通过底部中心处的弹性件首先将竖向力依次传递给底座板中心区域、垫石中心区域，然后随着盘式结构隔振器、弹性件产生竖向弹性变形，盘式结构隔振器的外缘与底座板抵接，并将部分竖向力依次传递至底座板外缘区域、垫石外缘区域；

14、从而一方面使得垫石的中心区域、外缘区域均承受一定的竖向力，能够明显提高垫石中心承压受力的均匀性，降低因受力不均导致的结构类安全隐患，另一方面由于竖向力由盘式结构隔振器、弹性件共同承担、传递，使得盘式结构隔振器承受的竖向力、竖向刚度明显降低，同时底座板承载的受力分布也更为均匀，为减小盘式结构隔振器、底座板的尺寸(如厚度)提供了有利条件，不仅使得原有的底座板厚度无需增加，甚至可以减少盘式结构隔振器、底座板的厚度，有利于减小钢支座的整体占用空间。此外，由于弹性件的弹性形变能力，也可以提供一定的减隔振作用，有利于增强整个竖向隔振球型钢支座的减隔振能力，有效降低列车振动对周围建筑、环境的影响。

技术特征：

1.一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述竖向隔振球型钢支座包括自上至下依次设置的上座板(1)、中座板(3)、下座板(5)、底座板(8)，所述下座板(5)、底座板(8)之间设置盘式结构隔振器(7)，所述盘式结构隔振器(7)的底部中心处具有内凹部(75)，所述内凹部(75)与底座板(8)之间形成容纳腔(84)，所述容纳腔(84)内设置弹性组件，所述弹性组件包括至少一个弹性元件(6)，所述弹性元件(6)的上表面与盘式结构隔振器(7)抵接，弹性元件(6)的下表面与底座板(8)抵接。

2.根据权利要求1所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述弹性组件包括至少两个弹性元件(6)，在竖直投影方向上，所有弹性元件(6)的投影圆共同具有一个内切圆n，所有弹性元件(6)的投影圆的圆心位于同一个虚拟圆m上。

3.根据权利要求2所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，在竖直投影方向上，所述虚拟圆m的圆心与盘式结构隔振器(7)的中心线(73)的投影重合，使得弹性元件(6)以盘式结构隔振器(7)的中心线(73)为圆心进行圆周阵列。

4.根据权利要求1所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述下座板(5)包括主座体(51)，所述主座体(51)的下部设置装配板(52)，所述底座板(8)包括基座(81)，所述基座(81)的外缘设置向上延伸的限位环(82)，所述限位环(82)环绕在装配板(52)外侧，所述装配板(52)、限位环(82)、基座(81)之间形成装配空间(83)，所述盘式结构隔振器(7)被设置在装配空间(83)中。

5.根据权利要求4所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述盘式结构隔振器(7)包括圆板体(71)，将圆板体(71)的中心轴线记为中心线(73)，所述圆板体(71)的外缘设置弯折边(72)，所述弯折边(72)朝着远离中心线(73)的方向并倾斜向下延伸，所述弯折边(72)、圆板体(71)共同形成内凹部(75)。

6.根据权利要求5所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述圆板体(71)的上表面与下座板(5)的下表面抵接，所述圆板体(71)的下表面与弹性元件(6)的上表面抵接；所述弯折边(72)的下部设置支撑面(74)，所述基座(81)的上表面设置环形槽，所述环形槽内设置支撑滑板(9)，所述支撑面(74)与支撑滑板(9)抵接，且所述支撑面(74)能够相对于支撑滑板(9)进行滑动。

7.根据权利要求1所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述上座板(1)、中座板(3)之间设置滑动摩擦副(2)，所述中座板(3)、下座板(5)之间设置球面摩擦副(4)。

8.根据权利要求1所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座，其特征在于，所述上座板(1)朝向中座板(3)的侧面设置限位板(11)，所述限位板(11)位于中座板(3)的外侧，所述限位板(11)朝向中座板(3)的一侧与中座板(3)的外侧壁之间设置导向摩擦副(10)。

9.一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座的设计方法，其特征在于，所述设计方法用于设计权利要求1-8任意一项所述的竖向隔振球型钢支座，所述设计方法包括：

技术总结
本发明提供了一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法，所述竖向隔振球型钢支座包括自上至下依次设置的上座板、中座板、下座板、底座板，所述下座板、底座板之间设置盘式结构隔振器，所述盘式结构隔振器的底部中心处具有内凹部，所述内凹部与底座板之间形成容纳腔，所述容纳腔内设置弹性组件，所述弹性组件包括至少一个弹性元件，所述弹性元件的上表面与盘式结构隔振器抵接，弹性元件的下表面与底座板抵接；本发明所述的一种具有弹性元件的竖向隔振球型钢支座及其设计方法，提高了垫石中心承压受力的均匀性，同时使得原有的底座板厚度无需增加，甚至可以减少盘式结构隔振器、底座板的厚度，有利于减小钢支座的整体占用空间。

技术研发人员：顾海龙,王勇,段昊天,贾立志,宋建平,胡元宏,仝延锋,吕妍文,曾献平,朱海,方亮
受保护的技术使用者：中船双瑞（洛阳）特种装备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7