球冠衬板及其制备方法、球形钢支座与流程

本发明涉及桥梁、建筑技术领域，具体而言，涉及一种球冠衬板及其制备方法、球形钢支座。

背景技术：

目前，球型钢支座作为桥梁、建筑领域的重要构件，一方面起着支撑上部结构荷载的作用，另一方面将上部结构的荷载和变形灵敏地传递给下部结构。球型钢支座通常包括与上部结构相连的上支座板、与下部结构相连的下支座板，以及位于上下支座板之间的球冠。球冠作为传递上部结构、下部结构荷载和变形的主要构件，需要有较高的耐磨性能、较小的粗糙度及摩擦系数。

为了使球冠球面能够灵敏地传递上部结构的荷载和变形，同时在与上支座板底面互相摩擦的过程中有较好的耐磨性能，国内相关铁路、公路标准提出只能采用包覆球面不锈钢板或球面镀铬两种方式。

在实际操作中，球冠包覆的不锈钢板材需要通过球形工装压制成的相应的球形(工装尺寸稍小于球冠球面尺寸)，然后将该球形不锈钢板放置于球冠上，通过加压、焊接的方式使两者结合。该工艺过程多次对不锈钢板材进行加压，大大降低了不锈钢板的耐磨性能和表面光洁度，同时，不锈钢板在与球冠相结合的过程中也存在无法紧密贴合、内部脱空的部位，也会降低球冠的耐磨性能。球冠表面镀铬的方式可以增加球冠的耐磨性能，打磨后能够保证较小的摩擦系数，但该工艺加工周期较长，镀层不均匀、易脱落，对环境污染大。

因此，设计一种耐磨性能好、摩擦系数小、加工效率高以及层间结合紧密的球冠及其制备方法是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种球冠衬板及其制备方法，其旨在解决现有的球冠制备方法加工效率低，球冠耐磨性能差、摩擦系数大以及层间结合不紧密的技术问题。

本发明的目的在于提供一种球形钢支座，其旨在解决现有的摩擦式支座中的球冠耐磨性能差、摩擦系数大以及层间结合不紧密的技术问题。

本发明提供的第一种技术方案：一种球冠衬板的制备方法包括以下步骤：

制备球冠基底，所述球冠基底的一侧表面为凸球面；

热喷涂合金保护层，所述合金保护层覆盖在所述凸球面上；

涂覆石墨封闭层，所述石墨封闭层填充在所述合金保护层的空隙处。

进一步地，所述热喷涂为离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂中任意一种。

进一步地，所述热喷涂合金保护层的步骤之前还包括：

对所述球冠基底的所述凸球面进行喷砂预处理。

进一步地，所述涂覆石墨封闭层的步骤之前还包括：

对所述合金保护层的表面进行抛光处理。

进一步地，所述热喷涂合金保护层的步骤中，所述合金保护层的材质选用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种。

本发明提供的第二种技术方案：一种球冠衬板包括球冠基底、合金保护层和石墨封闭层；所述球冠基底的一侧表面为凸球面；所述合金保护层热喷涂在所述凸球面上；所述石墨封闭层填充在所述合金保护层的空隙处。

本发明提供的第三种技术方案：一种球形钢支座包括上锚碇钢棒、上支座板、上耐磨板、下支座板、下耐磨板、下锚碇钢棒以及上述球冠衬板；

所述上锚碇钢棒固定安装在所述上支座板的顶部，用于连接桥跨结构；所述下锚碇钢棒固定安装在所述下支座板的底部，用于连接桥墩；

所述上支座板、所述上耐磨板、所述球冠衬板、所述下耐磨板、所述下支座板从上至下依次层叠设置；所述下支座板的上表面包括凹球面，所述下耐磨板的下表面与所述凹球面相匹配，所述下耐磨板的上表面与所述凸球面相匹配。

进一步地，所述球冠衬板的上表面开设有凹槽，所述上耐磨板设置在所述凹槽内。

进一步地，所述的球形钢支座还包括上锚碇螺栓和下锚碇螺栓；所述上锚碇螺栓用于将所述上锚碇钢棒连接到所述上支座板上；所述下锚碇螺栓用于将所述下锚碇钢棒连接到所述下支座板上。

相比现有的球冠及其制备方法，本发明提供的球冠衬板及其制备方法的有益效果是：

首先，在球冠基底的凸球面上热喷涂合金保护层，并在合金保护层上涂覆石墨封闭层，使球冠衬板的球面具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且合金保护层与球冠基底之间贴合紧密，不存在内部脱空的问题。其次，该制备方法不需要任何工装，加工成本低，而且加工效率高，可缩短加工周期。

相比现有的摩擦式支座，本发明提供的球形钢支座的有益效果是：采用了上述球冠衬板，具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且层结构之间贴合紧密，使球形钢支座使用性能更加良好，使用寿命更长，加工周期更短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的球形钢支座的半剖结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的球形钢支座的另一种视角的结构示意图。

图3为图1中球冠衬板的结构示意图。

图4为本发明第二实施例提供的球形钢支座的半剖结构示意图。

图5为本发明第三实施例提供的球冠衬板的制备方法的流程示意图。

图标：100-球形钢支座；110-上锚碇钢棒；120-上锚碇螺栓；130-上支座板；140-上耐磨板；150-下耐磨板；160-下支座板；170-下锚碇钢棒；180-下锚碇螺栓；200-球冠衬板；210-球冠基底；211-凹槽；220-合金保护层；230-石墨封闭层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的球形钢支座100的半剖结构示意图，图2为本发明第一实施例提供的球形钢支座100的另一种视角的结构示意图，请参阅图1和图2。需要说明的是，所有附图中带箭头的附图标记是指代虚体结构，例如孔、槽、腔等，不带箭头的附图标记是指代实体结构。

本实施例提供了一种球形钢支座100。球形钢支座100包括上锚碇钢棒110、上锚碇螺栓120、上支座板130、上耐磨板140、下耐磨板150、下支座板160、下锚碇钢棒170、下锚碇螺栓180以及球冠衬板200。

上锚碇钢棒110固定安装在上支座板130的顶部，用于连接桥跨结构。下锚碇钢棒170固定安装在下支座板160的底部，用于连接桥墩。

上支座板130、上耐磨板140、球冠衬板200、下耐磨板150、下支座板160从上至下依次层叠设置。下支座板160的上表面包括凹球面，下耐磨板150的下表面与凹球面相匹配，下耐磨板150的上表面与凸球面相匹配。

上锚碇螺栓120用于将上锚碇钢棒110连接到上支座板130上。下锚碇螺栓180用于将下锚碇钢棒170连接到下支座板160上。

图3为图1中球冠衬板200的结构示意图，请参阅图3，球冠衬板200包括球冠基底210、合金保护层220和石墨封闭层230。

球冠基底210用于支撑在下支座板160的表面为凸球面。合金保护层220热喷涂在凸球面上。合金保护层220的材质选用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种，或随着不锈钢钢牌号的更新而有所变化，或采用其他耐磨、防腐性能优良的合金材料。合金保护层220能够起到耐磨、防腐、减摩的作用。采用热喷涂的方式能够使合金保护层220与球冠基底210结合紧密。

石墨封闭层230涂覆在合金保护层220上、并填充在合金保护层220的空隙处。球冠衬板200的上表面开设有凹槽211，上耐磨板140设置在凹槽211内。

此外，本实施例提供的球形钢支座100不仅可以运用在桥梁建筑中，还可以用在较大的房屋建筑中，起到提高抗震能力的作用。

本实施例提供的球形钢支座100，在球冠基底210的凸球面上热喷涂合金保护层220，并在合金保护层220上涂覆石墨封闭层230，使球冠衬板200的球面具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且合金保护层220与球冠基底210之间贴合紧密，不存在内部脱空的问题。

第二实施例

图4为本发明第二实施例提供的球形钢支座100的半剖结构示意图，请参阅图4。本实施例提供了一种球形钢支座100，其结构与第一实施例中的结构相近，不同之处在于：本实施例的球形钢支座100采用的是双曲面的球冠衬板200，第一实施例中采用的是单曲面的球冠衬板200。

相应的，本实施例的球形钢支座100中，上支座板130的下表面包括凹曲面，下支座板160的上表面包括凹曲面，这里的凹曲面均为凹球面。球冠衬板200的上表面和下表面均为凸球面。球冠衬板200的上表面和下表面上均设置有凹槽211，上耐磨板140和下耐磨板150均设置在对应的凹槽211内。

本实施例的球形钢支座100采用了双曲面的球冠衬板200，具有良好的耐磨性能、防腐性能以及较小的摩擦系数，而且合金保护层220与球冠基底210之间贴合紧密，不存在内部脱空的问题。

第三实施例

本实施例提供一种球冠衬板的制备方法，如图5所示，球冠衬板的制备方法包括以下步骤：

S1：制备球冠基底。

球冠基底的一侧表面为凸球面。

S2：对球冠基底的凸球面进行喷砂预处理。

喷砂预处理是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(例如：铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂)高速喷射到球冠基底的凸球面，使凸球面在磨料的冲击和切削作用下，获得较高的清洁度和较小的粗糙度，使球冠基底的凸球面的机械性能得到改善，提高抗疲劳性，增加球冠基底的凸球面与后续层结构之间的附着力，延长了耐久性，也有利于提高后续层结构的平整性。

S3：热喷涂合金保护层。

合金保护层覆盖在凸球面上。热喷涂为离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂中任意一种。合金保护层的材质选用1Cr3、2Cr13、3Cr3、Cr17中任意一种。合金保护层能够显著提高球冠衬板的耐磨和减摩性能。

热喷涂工艺首先利用热源将粉末状或丝状的材料加热到熔融或半熔融状态，然后将材料以一定速度喷射到进行过喷砂预处理的凸球面上，沉积形成合金保护层。

采用热喷涂工艺能够使合金保护层与球冠基底的凸球面紧密贴合，不会存在内部脱空的情况。

S4：对合金保护层的表面进行抛光处理。

进行抛光处理之前，需待合金保护层将至常温。抛光处理能够提高合金保护层与后续层结构之间的贴合强度。

S5：涂覆石墨封闭层。

石墨封闭层覆盖在合金保护层上，石墨封闭层填充在合金保护层的空隙处，形成球冠衬板。涂覆石墨封闭层后，球冠衬板的球面具有良好的耐磨、减摩、防腐性能。

本实施例提供的球冠衬板的制备方法的有益效果：首先，球冠衬板的球面具有良好的耐磨、减摩、防腐性能。其次，该方法不需要任何工装，加工效率高，可缩短球冠衬板的加工周期。

以上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，均应包含在本发明的保护范围之内。