一种减振抗风支座及减振抗风方法与流程

本发明涉及桥梁支座技术领域。

背景技术：

风荷载是自然界中较普遍的一种荷载，尤其当桥梁结构跨度较大，高度较高时，风荷载可能使人感到不适，甚至引起桥梁结构的破坏，长时间的风荷载还可能使结构某些部位产生疲劳，危及桥梁结构安全，产生灾害。抗风支座是用来抵抗风荷载作用的一种支座。现有抗风支座技术一般是在桥梁上安装橡胶支座来抗风，橡胶支座允许桥梁的位移、转角较小，风力较大时，往往不能满足要求；而且橡胶材料受外界条件影响，容易老化变硬，甚至最终失效，使支座失去承载及转动功能，不能保证支座与桥梁的安全使用。另外，现有技术都是直接抵抗桥梁结构所受的风荷载，无法减弱或控制风荷载的大小，导致桥梁结构还是承受较大的风荷载。有的抗风支座采用活动型球型支座，此类抗风支座为了防止支座竖直放置时中座板滑动脱落，需将中座板结构设计为半球形结构，中座板凸球面放入一侧座板的球缺时，用弹簧从抗风支座外侧将中座板与有球缺的座板拉紧，这种结构会使抗风支座体形庞大笨重，制造与安装过程困难。现有技术的缺点：承载力低、纵向位移和转动能力小、结构笨重、支座部件易脱落及不具备减小风荷载等。

现有技术中，实用新型专利组合式抗风支座（CN201320448526），其主要技术特征为：包括上座板、带有外盆腔的下座板，所述的上座板和下座板间设置有钢衬板、橡胶减振板和带有内盆腔的内盆，上座板和钢衬板间设置有滑板，钢衬板底部设置有与内盆腔内壁相匹配的凸缘，凸缘和橡胶减振板在内盆腔内，内盆的底部设置有凸台，下座板的上部设置有与凸台相匹配的内置碟簧的腔体，压环通过带有减振弹簧的限位螺母与下座板相连接，压环内侧与凸缘相接触，外盆腔的内侧面与内盆腔的外侧面间设置有滑动摩擦副。发明专利一种新型结构的抗风球型支座（CN201410477901），具有座板Ⅳ；位于座板Ⅳ中部槽内的座板Ⅲ的弧形球面一侧与座板Ⅳ中部槽的弧形底面吻配贴合；座板Ⅳ一侧的座板Ⅴ的球缺面一侧与座板Ⅳ的弧形球面吻配贴合，座板Ⅳ、座板Ⅲ和座板Ⅴ组成支座的转动机构，实现支座的横桥向承载和转动的功能；座板Ⅳ另一侧具有座板Ⅱ，座板Ⅱ与座板Ⅲ之间设置弹簧，组成支座的弹性支承机构，实现支座的横桥向载荷传递、纵桥向位移和竖桥向位移的功能。以上现有技术，不具备减小风荷载作用、可产生的纵向位移和转角都较小，并且没有限制位移过大的措施。

技术实现要素：

本发明提供一种能减振耗能、减小风荷载作用的减振抗风支座及减振抗风方法。

本发明采用如下技术方案：一种减振抗风支座，包括下座板、中座板、上球型支座板；所述减振抗风支座还包括阻尼器和碟形弹簧，阻尼器安装在中座板和上球型支座板之间；碟形弹簧安装在阻尼器与中座板之间；所述上球型支座板的下部为半球状；中座板的顶面设有与上球型支座板下部形状相配合的球面结构。

所述减振抗风支座还包括球面镜面不锈钢板、平面镜面不锈钢板、球面耐磨板和平面耐磨板；球面镜面不锈钢板通过焊接方式连接在上球型支座板下部外表面上，平面镜面不锈钢板通过焊接方式连接在中座板底面上，球面耐磨板连接在中座板的球面结构处，球面耐磨板与球面镜面不锈钢板相接触；下座板上连接有平面耐磨板，平面耐磨板和平面镜面不锈钢板相接触。

所述阻尼器是黏滞阻尼器、磁流变阻尼器、粘弹性阻尼器或金属阻尼器；所述阻尼器包括螺杆，螺杆的上端通过螺母或焊接方式连接上球型支座板，螺杆的下端通过螺母连接中座板；中座板和上球型支座板的四端或两端安装有阻尼器，碟形弹簧套装在螺杆上且以螺杆为导向杆。

所述上球型支座板的上部为长方体形、圆柱形或正方体形；所述中座板的下部的竖向截面为倒“T”型；中座板下部四周粘贴有竖向耐磨条。

所述下座板包括槽型钢、安装槽型钢在上面的上盖板和连接在槽型钢两端的侧面封板，槽型钢与侧面封板连接处内侧设有卡槽，下座板的槽型钢上面粘接有平面耐磨板，平面耐磨板的两端分别插入在槽型钢两端的卡槽中。

所述减振抗风支座的最大转角为0.1rad。

一种减振抗风方法，采用上述的减振抗风支座进行减振抗风；通过在上球型支座板和中座板之间设置阻尼器来实现减振抗风支座的减振耗能，减小桥梁结构的风荷载作用；通过在上球型支座板与中座板之间设置球面结构来实现减振抗风支座的转动功能；通过在下座板设置槽型钢结构和上盖板来防止减振抗风支座脱落。

通过调节球面结构的曲率半径、调节阻尼器螺杆与中座板的间隙来实现减振抗风支座转动角度的调节；通过下座板槽型钢结构和侧面封板来实现减振抗风支座的预定大位移并防止减振抗风支座的位移量超出设计最大值。

本发明的有益效果是：1）本发明可以适应桥梁结构更大的位移需求；2）本发明具有大转角功能，最大设计转角为0.1rad；3）本发明通过设置不同个（组）阻尼器来实现支座的减振耗能，减小或减弱桥梁结构的风荷载作用；4）本发明可防止支座的位移量超出设计最大值，可避免支座脱落和破坏；5）本发明具有与桥梁结构同寿命的优点；6）本发明装置结构简单可靠，传力受力明确，由于重量较轻造价相对低廉，施工安装方便。本发明能克服现有抗风支座承载力低、纵向位移和转动能力小、结构笨重、支座部件易脱落及不具备减小风荷载的缺点，同时该支座还具有与桥梁结构同寿命和减振耗能的优点，能满足各类桥梁结构的设计要求。

附图说明

图1是本发明减振抗风支座主视示意图；

图2是本发明减振抗风支座俯视示意图；

图3是沿图2中I-I线的剖视结构示意图；

附图标记说明：上球型支座板1、阻尼器2、碟形弹簧3、球面镜面不锈钢板4、中座板5、下座板6、螺母7、螺杆8、球面耐磨板9、竖向耐磨条10、平面耐磨板11、上盖板12、侧面封板13、卡槽14、平面镜面不锈钢板15、槽型钢16。

具体实施方式

请参考图1至图3，一种减振抗风支座，包括：上球型支座板1、阻尼器2（包括螺杆8）、碟形弹簧3、球面镜面不锈钢板4、中座板5、下座板6、螺母7、球面耐磨板9、竖向耐磨条10、平面镜面不锈钢板15、平面耐磨板11；下座板包括上盖板12、侧面封板13、卡槽14及槽型钢16。从下至上依次是下座板、中座板、上球型支座板。通过采用上球型支座板、中座板和下座板的特殊结构来适应高承载力的要求，具有高承载力的能力；通过设置不同个（组）阻尼器来实现支座的减振耗能，减小或减弱桥梁结构的风荷载作用；通过采用上座板球面结构设计与中座板上部带有球面的结构来实现支座的转动功能；通过调节球面结构的曲率半径和阻尼器螺杆与中座板的间隙来实现转动功能的调节，支座可设计的最大转角为0.1rad；通过下座板槽型钢结构和上盖板来防止支座脱落；通过下座板槽型钢结构和侧面封板来实现支座的大位移并防止支座的位移量超出设计最大值。本发明具有与桥梁结构同寿命的优点。

上球型支座板一般连接于桥梁的桥塔位置，下座板连接于桥梁主梁或横梁。上球型支座板为一整体，上部为长方体形、圆柱体形或正方体形（其横截面为长方形、圆形或正方形），下部为半球形或近似半球形（其竖截面为半圆形或近似半圆形）结构。阻尼器可以是黏滞阻尼器、磁流变阻尼器、粘弹性阻尼器或金属阻尼器。所述阻尼器一端通过螺母或焊接方式连接于上球型支座板，另一端通过螺母连接于中座板。碟形弹簧位于阻尼器与中座板之间，以阻尼器的螺杆为导向杆。球面镜面不锈钢板通过焊接连接于上球型支座板的球型部分。中座板下部的竖向截面呈倒“T”型，上部为长方体形或正方体形或其他合适形状，上部顶面设有与上球型支座板下部相配合的球面结构，球面结构的曲率半径可以根据实际工程情况进行设计和调节。中座板下部四周粘贴有竖向耐磨条，中座板上部为带有球面的结构，可设计的最大转角为0.1rad，可通过调节球面结构的曲率半径和阻尼器螺杆与中座板的间隙来实现。平面镜面不锈钢板通过焊接连接于中座板底面。下座板主要由槽型钢、上盖板和侧面封板组成，平面耐磨板通过粘接方式、再通过卡槽连接于下座板。阻尼器和碟形弹簧的数量可以是2个（组）、4个（组）、6个（组）或8个（组）。

本发明中的减振抗风支座克服了现有抗风支座承载力低、纵向位移和转动能力小、结构笨重、支座部件易脱落及不具备减小风荷载的缺点；同时本发明中的减振抗风支座还具有与桥梁结构同寿命和减震耗能的优点，能满足各类桥梁结构的设计要求。

减振抗风支座的制作组装方法包括如下步骤：

步骤一：准备零部件，包括上球型支座板、阻尼器、碟形弹簧、球面镜面不锈钢板、中座板、螺母、球面耐磨板、竖向耐磨条、平面镜面不锈钢板、平面耐磨板、上盖板、侧面封板及槽型钢；

步骤二：制作下座板：将平面耐磨板粘接在槽型钢上，将侧面封板焊接在槽型钢两端，使侧面封板与槽型钢连接处内侧形成的卡槽卡合在平面耐磨板两端；

步骤三：安装中座板：在中座板底面上焊接好平面镜面不锈钢板，再将中座板安装在下座板上面的平面耐磨板上，使平面耐磨板和平面镜面不锈钢板相接触且二者能相对运动；在中座板下部四周粘贴竖向耐磨条；将球面耐磨板连接在中座板顶面的球面结构处；焊接好上盖板；下座板的上盖板是在安装中座板后进行焊接固定的；

步骤四：安装阻尼器：在阻尼器的螺杆下部套装一组碟形弹簧（根据实际需要确定碟形弹簧的个数），再将阻尼器安装在中座板上，阻尼器的螺杆下端通过螺母连接好中座板，中座板的四边中点附近位置各安装一个阻尼器；

步骤五：安装上球型支座板：在上球型支座板下部球形外表面上焊接球面镜面不锈钢板，再将上球型支座板安装到中座板上，使球面耐磨板与球面镜面不锈钢板相接触且二者能相对运动；阻尼器的螺杆上端通过螺母连接好上球型支座板；

步骤六：调试并完成减振抗风支座的制作组装。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。