專利名稱：球型－鉛芯阻尼鋼支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種球型—鉛芯阻尼鋼支座，它是一種減隔震大噸位支座，屬于橋梁、建筑等土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，大跨度和高承載的橋梁不斷出現(xiàn)，這使得大噸位支座得到了廣泛的應(yīng)用。球型鋼支座由于豎向承載力較大、特別是其轉(zhuǎn)動(dòng)能力大大超過(guò)其他的大噸位支座，而且外觀高度相對(duì)較小，因此逐漸得到廣泛的應(yīng)用。例如莊軍生、張士臣等人在《球型支座的試驗(yàn)研究》一文中，介紹了球型支座(Spherical bearing)的基本性能(1)通過(guò)球冠襯板與球面四氟板之間的滑動(dòng)來(lái)滿足支座轉(zhuǎn)角的需要，(2)球型支座的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大小與球面和平面摩擦阻尼有關(guān)。從而指出與盆式橡膠支座相比較，球型支座具有轉(zhuǎn)角更大、承載能力更高的特點(diǎn)。該文獻(xiàn)是我國(guó)較早對(duì)球型支座進(jìn)行研究的文獻(xiàn)之一。(中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第五屆年會(huì)以及第二次全國(guó)城市橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1990，天津)然而，該文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)的球型支座不具有減震能力，是在我國(guó)低烈度區(qū)中常用的球型支座，也是一些組合型支座常采用的核心部分。
又如，徐國(guó)彬，崔玲等人在《萬(wàn)向承載、萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)、抗震、減振球型鋼支座的研制》中，(第九屆全國(guó)空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議，2000，杭州蕭山)提出了采用多彈簧板組作為阻尼器的一種組合型的萬(wàn)向承載、萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)、抗震、減振的球型鋼支座。作者對(duì)該組合支座進(jìn)行了力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，并進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，證明它具有一定的抗震、減振能力。
該文獻(xiàn)中所涉及的抗震減振球型支座采用的多彈簧板是一種常用于機(jī)械方面的阻尼器，該阻尼器利用鋼材在擬動(dòng)力作用下，滯回曲線能形成梭形，具有一定的耗能作用。并且鋼材的彈性模量比較大，可以提供一定的水平剛度，因此具有一定的優(yōu)點(diǎn)。但是，該阻尼器也有不利的一面。它的滯回曲線包絡(luò)面面積比較小，因此耗能小；并且由于多彈簧板組的剛度很大，容許支座核心區(qū)的位移也較小，從而比較適合于固定支座。
第三，C.W.Render，J.F.Stanton and T.I.Campbell，等人(Rotation of HighLoad Multi-rotational Bridge Bearings，Journal of Structural Engineering Vol.121，No.4，1995)指出在橋梁工程中，支座的彎矩—轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系是設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的方面之一。在該文獻(xiàn)中，作者對(duì)各種大噸位支座進(jìn)行了轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)，指出球型支座所承受的彎矩于轉(zhuǎn)角關(guān)系不大，而同滑移偶合面的摩擦系數(shù)關(guān)系密切。該文是為配合美國(guó)規(guī)范所作的試驗(yàn)，為球型支座的采用和設(shè)計(jì)指出了方向(1)可以應(yīng)用在需要大轉(zhuǎn)角的橋梁中，(2)滑移偶合面采用較小的摩擦系數(shù)以滿足彎矩的要求。
從所報(bào)道的文獻(xiàn)中可清楚常用的球型鋼支座本身并無(wú)耗能特性，這阻礙了其在抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為了充分發(fā)揮球型鋼支座的自身優(yōu)勢(shì)，并且將該類(lèi)型支座推廣到廣大抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，本實(shí)用新型提供了一種具有消能減震作用的球型—鉛芯阻尼鋼支座。該支座不僅具有一般球型鋼支座的所有優(yōu)點(diǎn)，而且其耗能機(jī)制明確，各項(xiàng)動(dòng)力指標(biāo)優(yōu)良，并在地震后可以實(shí)現(xiàn)部分構(gòu)件的替換。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是(1)在常見(jiàn)的球型鋼支座下方設(shè)置底板，兩者在水平向可以相對(duì)滑動(dòng)，(2)增設(shè)鉛芯阻尼器，鉛芯阻尼器置于底板上方，利用鉛本身屈服強(qiáng)度低、滯回曲線近矩形等特點(diǎn)，作為材料阻尼。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是球型支座主要由上支座板、球冠襯板、下支座板等構(gòu)件組成，球冠襯板和下支座板以球形曲面接觸，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)；上支座板和球冠襯板之間可以滑動(dòng)。各接觸面采用PTFE聚四氟乙烯板和鏡面不銹鋼板作為偶合板，其摩擦系數(shù)相當(dāng)小。在球型支座主要部件(也稱核心區(qū))下方設(shè)置底板，兩者在水平向可以相對(duì)滑動(dòng)。增設(shè)鉛芯阻尼器，利用鉛本身屈服強(qiáng)度低、滯回曲線近似矩形等特點(diǎn)，作為阻尼材料。它具有很大的衰減性能。它在塑性變形時(shí)產(chǎn)生的晶格缺陷，在常溫下由于再結(jié)晶而恢復(fù)，具有良好的延性，適用于大變形的范圍。
具體地說(shuō)，本實(shí)用新型在現(xiàn)有球型支座上作了以下三方面改進(jìn)(1)在球型支座下方設(shè)置一底平面聚四氟乙烯板，通過(guò)粘結(jié)劑與球型支座主要部件(核心區(qū))連接，不銹鋼滑板和底板焊接，不銹鋼滑板介于底平面聚四氟乙烯板和底板之間可以相互滑動(dòng)，使鋼支座產(chǎn)生水平位移；(2)在鋼支座的二側(cè)設(shè)計(jì)了鉛芯阻尼器結(jié)構(gòu)，它是由定位板、加勁板、擋條、鉛芯阻尼器與底板間相互焊接構(gòu)成。鉛芯阻尼器是由鉛芯、限位桿和頂板構(gòu)成的；其中鉛芯阻尼器限位桿與鉛芯阻尼頂板焊接，其作用是使鉛芯不脫離鉛芯阻尼頂板。加勁板呈三角形或梯形，與擋條和定位板焊在一起，并與底焊接，定位板與底板和鉛芯阻尼器焊接；呈三角形的加勁板則在擋條外側(cè)，一個(gè)面與擋條相焊接，另一面則與底板焊接，此時(shí)定位板、阻尼器相互焊接，定位板與最上面小的梯形加勁板焊接固定，加勁板另一面與擋條相焊。
鉛芯阻尼器是一種滯回型阻尼器，其設(shè)計(jì)恢復(fù)力模型特性為雙線性模型。主要的指標(biāo)有屈服荷載Qy，屈服位移δy，彈性剛度Ks1，第二剛度Ks2。
根據(jù)球型鋼支座的豎向承載力不同，確定對(duì)應(yīng)的阻尼器所承受的剪力，初步確定阻尼器的尺寸，而后根據(jù)該阻尼器的恢復(fù)力模型，計(jì)算支座的水平剛度和水平等效阻尼系數(shù)。如果不滿足要求，則反復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程。
鉛芯的強(qiáng)度和彈性模量都很低，在地震力的反復(fù)作用下，很容易變形、斷裂。阻尼器的上下端板由鋼板焊接而成或鑄造成，可以承受由阻尼器拉板或核心區(qū)傳遞的集中作用，并進(jìn)行分散，使得鉛芯的應(yīng)力較小。阻尼器的限位桿由鋼筋制成，和上下端板相互焊接，并在鉛芯澆鑄時(shí)，與鉛芯相互接觸。當(dāng)鉛芯受到剪力時(shí)，根據(jù)力的平衡原理，有脫離端板的趨勢(shì)，鉛芯限位桿則擠壓鉛芯，保證鉛芯仍在端板內(nèi)。
(3)為了防止雨水或灰塵進(jìn)入，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的球型鉛芯阻尼鋼支座，將鋼板用螺栓固定在擋條上，且用粘結(jié)劑與鋼板連接，起緩沖作用且防止鋼板長(zhǎng)期使用的銹蝕。
本實(shí)用新型提供的球型—鉛芯阻尼鋼支座有兩種結(jié)構(gòu)。一種為剪切型，另一種為擠壓型。剪切型的鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)雖放在底板上，但它離球型支座的距離大于擠壓型，球型鋼支座通過(guò)鉛芯阻尼器拉板螺栓連接的鉛芯阻尼器拉板，發(fā)生較小的水平位移。
所述的球型支座的核心區(qū)由上支座板、不銹鋼圓板、平面聚四氟乙烯板、球冠襯板、球面聚四氟乙烯板、下支座板等構(gòu)件組成。其工作原理是(1)球面聚四氟乙烯板(凸板，和球冠襯板通過(guò)粘接劑相互結(jié)合)和下支座板(凹板，表面采用鍍鉻或和不銹鋼鏡面凹板焊接)形成第一組滑移偶合面；(2)不銹鋼圓板(平板，和上支座板焊接)和平面聚四氟乙烯板(平板，和球冠襯板粘結(jié))形成第二組滑移偶合面；(3)第一組滑移偶合面之間相互滑動(dòng)，形成轉(zhuǎn)角；第二組滑移偶合面之間相互滑動(dòng)，調(diào)整上部傳遞的豎向荷載的偏心距。
根據(jù)支座水平位移大小的不同，可以將球型—鉛芯阻尼鋼支座分為固定、單向移動(dòng)和雙向移動(dòng)支座三種類(lèi)型。固定支座是球型鋼支座與鉛芯阻尼器的直接積壓作用，使鉛芯變形，產(chǎn)生消能效應(yīng)。單向活動(dòng)和雙向活動(dòng)支座中，鉛芯阻尼器通過(guò)連接板與球型鋼支座相互作用，在風(fēng)荷載等可變荷載作用下，球型鋼支座的水平位移較小，阻尼器和連接板不接觸，支座可以自由滑動(dòng)。在地震等偶然荷載作用下，球型鋼支座的水平位移較大，連接板擠壓鉛芯阻尼器，使鉛芯變形，產(chǎn)生消能效應(yīng)。
本實(shí)用新型的有益效果是顯而易見(jiàn)的不但保存了球型鋼支座承載力大、轉(zhuǎn)動(dòng)性能優(yōu)良、高度小等優(yōu)點(diǎn)，并且具有消能減震的效用，且可以在地震后可以替換部分構(gòu)件，以滿足設(shè)防烈度較高地區(qū)的橋梁、建筑等對(duì)支座的要求。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是使用剪切型球型鉛芯阻尼鋼支座結(jié)構(gòu)示意圖；剪頭表示橫橋向或縱橋向移動(dòng)。
圖2是使用擠壓型球型鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)支座結(jié)構(gòu)示意圖；剪頭表示橫橋向或縱橋向移動(dòng)。
圖3是新設(shè)計(jì)的鉛芯阻尼器，(1)為平面圖，(2)為A-A剖面圖，(3)為左視圖；圖4為圖3所示的鉛芯阻尼器的示意圖；圖5為
圖1和圖2中所述的球型鋼支座核心區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.球型鋼支座核心區(qū)，2.橡膠密封板，3.鋼板，4.鉛芯阻尼器拉板螺栓，5.鉛芯阻尼拉板，6.鉛芯阻尼器，7.定位板，8.加勁板，9.擋條，10.底板，11.不銹鋼滑板，12.底平面聚四氟乙烯板，13.鉛芯，14.鉛芯阻尼器限位桿，15.鉛芯阻尼頂板，16.上支座板(含不銹鋼圓板)，17.平面聚四氟乙烯板，18.球冠襯板，19.球面聚四氟乙烯板。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
實(shí)施例1剪切型球型—鉛芯阻尼鋼支座的結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)
圖1)示意圖。本實(shí)例解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是球型支座主要由上支座板、球冠襯板、下支座板等構(gòu)件組成，球冠襯板和下支座板以球形曲面接觸，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)；上支座板和球冠襯板之間可以滑動(dòng)。各接觸面采用PTFE板和鏡面不銹鋼板作為偶合板，其摩擦系數(shù)相當(dāng)小。在球型支座1的下方設(shè)置底板，兩者在水平向可以相對(duì)滑動(dòng)。增設(shè)鉛芯阻尼器，利用鉛本身屈服強(qiáng)度低和滯回曲線近矩形等特點(diǎn)，作為材料阻尼。
底平面聚四氟乙烯板12通過(guò)粘接劑與球型鋼支座核心區(qū)1連接，不銹鋼滑板11位于平面聚四氟乙烯板12和底板10之間，且與底板焊接，底平面聚四氟乙烯板12和不銹鋼滑板11之間可以相互滑動(dòng)，使支座可發(fā)生水平位移。
在本實(shí)施例中鉛芯阻尼器6是由鉛芯、限位桿和頂板構(gòu)成的，鉛芯13為鑄造而成，鉛芯阻尼器限位桿14和鉛芯阻尼頂板15焊接，鉛芯阻尼限位桿14作用是使鉛芯13不脫離鉛芯阻尼頂板15(圖3)。
鉛芯阻尼器6置于底板10的上方，定位板7、加勁板8、擋條9和鉛芯阻器6與底板10相互焊接組成。從而構(gòu)成鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)生較小水平位移時(shí)，球型鋼支座1通過(guò)鉛芯阻尼器拉板螺栓4連接的鉛芯阻尼器拉板5也發(fā)生較小水平位移，但并未同鉛芯阻尼器6發(fā)生擠壓，鉛芯阻尼器6不發(fā)生作用；當(dāng)球型鋼支座1發(fā)生較大水平位移時(shí)，鉛芯阻尼器拉板5與鉛芯阻尼器6相碰，鉛芯發(fā)生剪切變形，消耗能量。
為了防止雨水和灰塵進(jìn)入鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)，用擋條螺栓將鋼板3固定在擋條9上，在鋼板3上用粘接方法放置一橡膠出封板，以增加緩沖力。
實(shí)施例2擠壓型鋼支座—鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖2)本實(shí)例中構(gòu)成鉛阻尼結(jié)構(gòu)中用的加勁板位于擋條9的外側(cè)，同樣起支撐作用，以加擋條9的水平承受力。本實(shí)例中加勁板呈三角形，當(dāng)然也可為梯形。
擠壓型鉛芯阻尼器定位板(7)、加勁板(8)、擋條(9)彼此和鉛芯阻尼器(6)并同底板(10)焊接組成。當(dāng)球型鋼支座(1)發(fā)生較小的水平位移時(shí)，由于球型鋼支座(1)和鉛芯阻尼器(6)之間存在間距，鉛芯阻尼器(6)不發(fā)生作用；當(dāng)球型鋼支座(1)的水平位移較大時(shí)，鉛芯阻尼器(6)受擠壓而產(chǎn)生變形，消耗能量。
本實(shí)施例其余均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3雙向活動(dòng)支座其橫橋向和縱橋向布置均采用如
圖1所示的構(gòu)造；單向活動(dòng)支座其縱橋向采用如
圖1所示的結(jié)構(gòu)，橫橋向采用如圖2所示的構(gòu)造；固定支座其橫橋向和縱橋向布置均采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)。其余均同實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.一種球型-鉛芯阻尼鋼支座，包括由上支座板、不銹鋼圓板、平面聚四氟乙烯板、球冠襯板、球面聚四氟乙烯板、下支座構(gòu)件，組成的球型支座的核心區(qū)，其特征在于(1)在球型支座下方設(shè)置一底平面聚四氟乙烯板，它與球型支座的核心區(qū)連接，不銹鋼滑板和底板焊接，不銹鋼滑板介于底平面聚四氟乙烯板和底板之間相互滑動(dòng)，使鋼支座產(chǎn)生水平位移；(2)在鋼支座的兩側(cè)設(shè)置有鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)，它是由定位板、加勁板、擋條、鉛芯阻尼器與底板間相互焊接構(gòu)成。鉛芯阻尼器是由鉛芯、限位桿和頂板構(gòu)成的；其中，鉛芯阻尼器限位桿與鉛芯阻尼頂板焊接，加勁板呈三角形或梯形，與擋條和定位板焊在一起，并與底板焊接；定位板與底板和鉛芯阻尼器焊接。
2.按權(quán)利要求1所述的球型-鉛芯阻尼鋼支座，其特征在于呈三角形的加勁板則在擋條外側(cè)，一個(gè)面與擋條相焊接，另一面則與底板焊接，定位板、阻尼器相互焊接，定位板與最上面小的梯形加勁板焊接固定，加勁板另一面與擋條相焊。
3.按權(quán)利要求1所述的球型-鉛芯阻尼鋼支座，其特征在于所述的分為剪切型或擠壓型二種結(jié)構(gòu)；剪切型鉛芯阻尼器放在底板上，但離球型支座的距離大于擠壓型。
4.按權(quán)利要求1或3所述的球型-鉛芯阻尼鋼支座，其特征在于按水平位移大小不同分為固定、單向移動(dòng)或雙向移動(dòng)三種類(lèi)型，雙向活動(dòng)支座橫橋向和縱橋向布置或單向活動(dòng)支座縱橋向是采用剪切型結(jié)構(gòu)；單向活動(dòng)支座橫橋向或固定支座橫橋向和縱橋向布置采用擠壓型結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求1所述的球型-鉛芯阻尼鋼支座，其特征在于鋼板用螺栓固定在擋條上，且用粘結(jié)劑與鋼板連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種球型－鉛芯阻尼鋼支座，其特征在球型支座下方設(shè)置一底平面聚四氟乙烯板，核心區(qū)連接，不銹鋼滑板和底板焊接，不銹鋼滑板介于底平面聚四氟乙烯板和底板之間相互滑動(dòng)，使鋼支座產(chǎn)生水平位移。在鋼支座兩側(cè)設(shè)置了鉛芯阻尼結(jié)構(gòu)，鉛芯阻尼器由鉛芯、限位桿和楔板構(gòu)成，利用鉛屈服強(qiáng)度低、滯回曲線近矩形等特點(diǎn)，起到吸引能量的作用。本實(shí)用新型提供的球型－鉛芯阻尼鋼支座；按水平位移大小不同可分為固定、單向移動(dòng)或雙向移動(dòng)三種類(lèi)型，分別采用兩種剪切或擠壓型二種結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的有益效果是顯而易見(jiàn)的不但保存了球型鋼支座承載力大、轉(zhuǎn)動(dòng)性能優(yōu)良、高度小等優(yōu)點(diǎn)，并且具有消能減震的效用，且可以在地震后可以替換部分構(gòu)件，以滿足設(shè)防烈度較高地區(qū)的橋梁、建筑等對(duì)支座的要求。
文檔編號(hào)E01D19/04GK2693818SQ20042002242
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者施衛(wèi)星, 吳德興, 何斌, 趙君黎, 邢月英 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué), 上海彭浦橡膠制品總廠