一种单侧阻尼弹塑性钢支座及其阻尼方法与流程

本发明涉及桥梁及建筑减震技术领域。

背景技术：

自上世纪70年代，新西兰学者研究出弹塑性钢以来，弹塑性钢在桥梁及建筑领域已经大规模发展。弹塑性钢阻尼支座是一种由弹塑性钢阻尼元件和普通支座组合而成的新型桥梁减震支座。其工作原理为，在正常情况下，支座发挥普通桥梁支座的功能，地震情况下支座弹塑性钢阻尼元件反复塑性变形耗散地震能量来减少地震能量输入，减少地震对桥梁的破坏，该类支座既具有普通支座的功能又具备减震耗能功能。

传统的弹塑性钢阻尼支座阻尼副布置结构为同支座同向双侧展翼式双阻尼布置结构，该类型布置结构，由于阻尼元件展翼外露，造成支座需求安装空间较普通支座大得多。该类设置在大跨径连续梁桥梁中安装不存在问题，但目前在建桥梁以中、小跨径桥梁为主，中、小跨径桥梁安装空间较小，尤其是桥梁边跨，基本没有安装空间，因此，同支座同向双侧展翼式布置结构方式不再适用于中、小跨径桥梁。另外，依据最新发布的《中国地震动参数区划图》要求，国内各地区均要求抗震等级提高一级，因此研制一种适用于中、小跨径桥梁的减震耗能支座十分必要。

现有技术中，申请号为201410375820.9的中国发明公开了一种钢阻尼复合滑板橡胶支座及其阻尼方法，钢阻尼复合滑板橡胶支座包括：支座上板、支座下板和滑板橡胶支座，滑板橡胶支座位于支座上板、支座下板之间中部，纵向阻尼元件和横向钢阻尼元件两端间隔连接于支座上板和支座下板，横向钢阻尼元件中心对称的两端部通过滑动栓置于支座上板上的横向滑槽内，纵向钢阻尼元件和横向钢阻尼元件的其他端部通过固定螺栓固定。附加的纵向和横向钢阻尼元件由于受到较大的载荷作用而发生弹塑性变形，通过这样的变形提供一定的抗力，并消耗一部分地震能量，达到减震的目的。申请号为201520553379.9的中国实用新型公开了一种抗拉拔弹塑性钢阻尼盆式支座，包括下滑动板组件、底盆组件、铜环、橡胶块、平面耐磨板、活塞组件、上滑动板组件、缓冲橡胶垫、抗拉拔板、钢阻尼元件、限位块、剪力销、连接螺栓、连接销轴、上水平限位块、上水平剪力销。以上现有技术，支座结构阻尼元件布置均采用传统的同支座同向双侧展翼式双阻尼结构布置，不能满足中、小跨径桥梁的小空间安装要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单侧阻尼弹塑性钢支座及其阻尼方法，其能够在具备现有弹塑性钢阻尼支座各项功能的同时，满足中、小跨径桥梁的小空间安装要求，达到中、小跨径桥梁减震耗能的目的。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种单侧阻尼弹塑性钢支座，包括中座板、平衡块组件、横向钢阻尼元件、纵向钢阻尼元件、活塞组件、下滑动板组件、安装在下滑动板组件上面的底盆组件、安装在活塞组件上面的上滑动板组件，所述横向钢阻尼元件连接上滑动板组件和活塞组件；纵向钢阻尼元件连接底盆组件和下滑动板组件；所述中座板安装在底盆组件上面，活塞组件安装在中座板上面；所述纵向钢阻尼元件采用单侧布置：底盆组件和下滑动板组件的一侧连接纵向钢阻尼元件、另一侧设置平衡块组件。

所述的单侧阻尼弹塑性钢支座还包括上耐磨板、球面耐磨板、平面耐磨板、下耐磨板；所述上耐磨板设置在上滑动板组件与活塞组件之间，上耐磨板镶嵌在活塞组件上；球面耐磨板设置在活塞组件与中座板之间，球面耐磨板镶嵌在活塞组件上；平面耐磨板设置在中座板与底盆组件之间，平面耐磨板镶嵌在中座板上；下耐磨板设置在底盆组件与下滑动板组件之间，下耐磨板镶嵌在底盆组件上；所述纵向钢阻尼元件采用单侧双倍阻尼力布置。

所述横向钢阻尼元件的两端通过销轴三与上滑动板组件相连、中间通过销轴四与活塞组件相连；纵向钢阻尼元件的两端通过销轴一、固定块与下滑动板组件相连，纵向钢阻尼元件的中间通过销轴二与底盆组件相连。

所述底盆组件下部设有下导轨组件，下滑动板组件上部设有与下导轨组件相配合的下导轨槽，下导轨组件位于下导轨槽中且能在下导轨槽中移动；活塞组件上部设有上导轨组件，上滑动板组件下部设有与上导轨组件相配合的上导轨槽，上导轨组件位于上导轨槽中且能在上导轨槽中移动。

与上耐磨板、球面耐磨板、平面耐磨板、下耐磨板对摩的各表面均镀铬或贴覆镜面不锈钢板；所述下导轨组件与下导轨槽之间、上导轨组件与上导轨槽之间，平衡块组件与平衡块滑槽之间均设置有摩擦副及润滑介质。

在上滑动板组件与活塞组件横桥向两端均设置有用于限制横向钢阻尼元件在正常状态下不参与运动的横向保险装置；在下滑动板组件与底盆组件纵桥向两端均设置有用于限制纵向钢阻尼元件在正常状态下不参与运动的纵向保险装置。

所述下滑动板组件上设置有与平衡块组件相匹配的平衡块滑槽，所述平衡块组件位于平衡块滑槽中且能在平衡块滑槽中滑动。

一种利用上述单侧阻尼弹塑性钢支座的阻尼方法，通过纵向钢阻尼元件采用单侧双倍阻尼力布置，在底盆组件和下滑动板组件的一侧连接纵向钢阻尼元件、另一侧设置平衡块组件，减小纵桥向安装空间，从而达到减震耗能且满足中、小跨径桥梁的小空间安装要求的目的。

在活塞组件上部设置向上凸出的上导轨组件，在上滑动板组件下面设置与上导轨组件相配合的上导轨槽，上导轨组件与上导轨槽配合，实现单侧阻尼弹塑性钢支座的横桥向受力与导向功能；在底盆组件下部设置向下凸出的下导轨组件，在下滑动板组件上面设置与下导轨组件相配合的下导轨槽，下导轨组件与下导轨槽配合，实现单侧阻尼弹塑性钢支座的纵桥向受力与导向功能；通过设置平衡块组件，进行受力平衡，防止下导轨组件与下导轨槽卡死；通过在空置侧的下滑动板组件上设置平衡块滑槽，保证平衡块组件对受力平衡时，不影响单侧阻尼弹塑性钢支座滑动及转动性能。

在上滑动板组件与活塞组件横桥向两端均设置用于限制横向钢阻尼元件在正常情况下不参与运动的横向保险装置；在下滑动板组件与底盆组件纵桥向两端均设置用于限制纵向钢阻尼元件在正常情况下不参与运动的纵向保险装置； 正常情况下，单侧阻尼弹塑性钢支座通过纵向保险装置、横向保险装置分别限制纵向钢阻尼元件、横向钢阻尼元件运动，通过下滑动板组件与下耐磨板相对滑动、底盆组件与平面耐磨板相对滑动、中座板与球面耐磨板相对转动、上滑动板组件与上耐磨板相对滑动以及上导轨组件、下导轨组件，实现单侧阻尼弹塑性钢支座的竖向承载、水平受力与导向、滑移、转动功能；在非正常情况下，横向保险装置剪断，横向钢阻尼元件参与运动，阻尼耗能，纵向保险装置剪断，纵向钢阻尼元件参与运动，阻尼耗能。

本发明是一种适用中、小跨径桥梁的单侧阻尼弹塑性钢支座，通过纵桥向采用单侧双倍阻尼力设置，减小纵桥向安装空间，达到适用于中、小跨径桥梁减震耗能的目的。本发明是一种针对中、小跨径桥梁专设的弹塑性钢阻尼支座。该类结构支座除具备传统弹塑性钢阻尼支座的各项功能外，还能完全适应于小空间的安装要求，实现中、小跨径桥梁的减震功能。该类支座结构原理清晰、功能可靠，安装容易，工程造价低，使用寿命长，特别适用于铁路、公路等高震区中、小型桥梁，是一种实用性强、成本低的且具有减震耗能功能的支座及装置。正常情况下，由于保险装置的限制作用，纵、横向钢阻尼元件不参与运动，支座仅起普通支座作用，地震发生后，保险装置剪断，纵、横向钢阻尼元件参与运动，通过阻尼元件反复塑性变形耗散地震能量来减少地震能量输入，达到减少地震对桥梁的破坏，保护墩台和结构的目的。

附图说明

图1是本发明实施例中单侧阻尼弹塑性钢支座的俯视结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视结构示意图（纵桥向）；

图3是沿图2中B-B线的剖视结构示意图（横桥向）；

图中：1、上滑动板组件，2、球面耐磨板，3、底盆组件，4、中座板，5、下滑动板组件，6、下耐磨板，7、下导轨组件，8、平衡块组件，9、上导轨组件，10、上耐磨板，11、活塞组件，12、平面耐磨板，13、下导轨螺栓，14、纵向保险装置，15、固定块螺栓，16、固定块，17、销轴一，18、纵向钢阻尼元件，19、销轴二，20、销轴三，21、横向钢阻尼元件，22、销轴四，23、横向保险装置。

具体实施方式

请参考图1至图3，本发明中的单侧阻尼弹塑性钢支座，是一种针对中、小跨径桥梁专设的弹塑性钢阻尼支座结构。单侧阻尼弹塑性钢支座包括上滑动板组件1、上耐磨板10、活塞组件11、上导轨组件9、横向钢阻尼元件21、球面耐磨板2、中座板4、平面耐磨板12、底盆组件3、下耐磨板6、下滑动板组件5、下导轨组件7、下导轨螺栓13、纵向钢阻尼元件18、平衡块组件8、纵向保险装置14、横向保险装置23。纵向钢阻尼元件采用单侧双倍阻尼力布置，减小纵桥向安装空间要求，达到适用于中、小跨径桥梁减震耗能的目的。上耐磨板10设置在上滑动板组件1与活塞组件11之间，上耐磨板镶嵌固结在活塞组件11上。球面耐磨板2设置在活塞组件11与中座板4之间，球面耐磨板镶嵌固结在活塞组件11上。平面耐磨板12设置在中座板4与底盆组件3之间，平面耐磨板镶嵌固结在中座板4上。下耐磨板6设置在底盆组件3与下滑动板组件5之间，下耐磨板镶嵌固结在底盆组件3上。与各耐磨板对摩的表面均镀铬或贴覆镜面不锈钢板。横向钢阻尼元件21设置在上滑动板组件1与活塞组件11上，横向钢阻尼元件的两端通过销轴三20与上滑动板组件1相连、中间通过销轴四22与活塞组件11相连。纵向钢阻尼元件18设置在底盆组件3与下滑动板组件5上，纵向钢阻尼元件的两端通过销轴一17、固定块16、固定块螺栓15与下滑动板组件5相连，纵向钢阻尼元件的中间通过销轴二19与底盆组件3相连。

本发明通过纵向钢阻尼元件采用单侧双倍阻尼力布置，在底盆组件和下滑动板组件的一侧连接纵向钢阻尼元件、另一侧设置平衡块组件，减小纵桥向安装空间要求，从而达到减震耗能且满足中、小跨径桥梁的小空间安装要求的目的。纵向钢阻尼元件18采用单侧双倍阻尼力布置，纵向钢阻尼元件只设置在底盆组件与下滑动板组件的一侧，底盆组件与下滑动板组件的另一侧（空置侧）不设纵向钢阻尼元件，提高产品安装灵活性。空置侧设置平衡块组件8，保证产品受力均衡。空置侧的下滑动板组件5上设置与平衡块组件相匹配的平衡块滑槽，保证产品平衡块组件8对受力平衡时，不影响产品滑动及转动性能。在上滑动板组件1与活塞组件11横桥向两端均设置横向保险装置23，其可以限制横向钢阻尼元件21在正常状态下不参与运动，在地震作用下，横向保险装置23剪断后，参与运动，阻尼耗能。在下滑动板组件5与底盆组件3纵桥向两端均设置纵向保险装置14，其可以限制纵向钢阻尼元件18在正常状态下不参与运动，在地震作用下，纵向保险装置14剪断后，参与运动，阻尼耗能。

活塞组件11上部设置有向上凸出的上导轨组件9，与上滑动板组件1的上导轨槽间隙配合，实现单侧阻尼弹塑性钢支座的横桥向受力与导向功能。底盆组件3下部设置有向下凸出的下导轨组件7，与下滑动板组件5的下导轨槽间隙配合，实现单侧阻尼弹塑性钢支座的纵桥向受力与导向功能。

正常情况下，单侧阻尼弹塑性钢支座通过纵向保险装置、横向保险装置限制纵向钢阻尼元件、横向钢阻尼元件运动，通过下滑动板组件5与下耐磨板6相对滑动，底盆组件3与平面耐磨板12相对滑动，中座板4与球面耐磨板2相对转动，上滑动板组件1与上耐磨板10相对滑动，以及导轨结构功能可实现普通球型支座的竖向承载、水平受力与导向、滑移、转动等全部功能。地震发生后，通过纵向保险装置、横向保险装置断裂，释放纵向钢阻尼元件、横向钢阻尼元件，使其参与运动，通过阻尼元件反复塑性变形耗散地震能量来减少地震能量输入，达到减少地震对桥梁的破坏，保护墩台和结构的目的。

为避免单侧纵向钢阻尼元件18在运动过程中由于单侧受力引起下导轨组件7与下滑动板组件5的下导轨槽卡死，设置平衡块组件8，进行受力平衡，防止因下导轨组件7与下滑动板组件5卡死，影响产品性能。通过在下导轨组件7与下滑动板组件5的下导轨槽之间、上导轨组件9与上滑动板组件1的上导轨槽之间、平衡块组件8与下滑动板组件5空置侧设置摩擦副及润滑介质，以降低滑动摩擦阻力。

以下通过与现有技术比较，对本发明与现有技术的不同之处作进一步说明。

现有技术中，支座结构阻尼元件布置多采用传统双侧展翼式布置结构，支座安装需求空间较一般支座要大的多，本发明中支座结构对安装空间要求降低，安装灵活性高，更能适用于中、小跨径桥梁。与现有技术相比较，本发明的不同之处主要有如下几点：1、本发明采用纵向、横向分别布置纵向保险装置、横向保险装置，保证产品在一般情况下起普通支座作用，在地震情况下，通过阻尼元件耗能反复塑性变形耗散地震能量来减少地震能量输入，减少地震对桥梁的破坏；2，本发明采用单侧双倍阻尼力结构布置，空置一侧，减小纵桥向安装空间要求，提高产品安装灵活性；3、本发明通过设置平衡块组件，进行受力平衡，防止因下导轨组件与下滑动板组件卡死，影响产品性能；4、本发明通过在空置侧的下滑动板组件上设置平衡块滑槽，与平衡块组件形成摩擦副，保证产品平衡块组件对受力平衡时，不影响产品滑动及转动性能。总之，与现有技术相比，通过以上设置，使本发明所指的单侧阻尼弹塑性钢支座除具备传统弹塑性钢阻尼支座的各项功能外，还能完全适应于小空间的安装要求，实现中、小跨径桥梁的抗震功能。

本发明中，对关键部件阻尼元件（横向钢阻尼元件、纵向钢阻尼元件），可采用拆分或者更改形状；对关键部件平衡块组件，可采用零部件拆分的方法重新拆分；可对关键结构平衡块组件与下滑动板组件摩擦副所用连接方式更改。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。