一种多级摩擦消能型桥梁支座及消能方法与流程

本发明属于桥梁构件，更具体地，涉及一种多级摩擦消能型桥梁支座及消能方法。

背景技术：

1、桥梁支座作为桥梁工程中的关节构件，可将桥梁结构的上部荷载传递至墩台，满足桥梁结构的受力和位移需求。近年来，多地发生地震，部分地区桥梁发生结构损伤、落梁等事故，导致救援工作受到影响。

2、目前高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座等具有防落梁功能，但存在以下缺陷：①高阻尼橡胶支座服役期间受橡胶材料老化、剪切变形影响，常发生胶料开裂、内部加紧钢板锈蚀等病害，耐久性较差；②摩擦摆支座耐久性，但其运动过程中会有抬升，一些对竖向位移敏感的桥梁应用受到限制。

3、基于上述缺陷和不足，本领域亟需开发一种耐久性好，且运动过程中无抬升的减震多级消能型桥梁支座。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多级摩擦消能型桥梁支座及消能方法，通过设置小摩擦系数的滑动副、大摩擦系数的摩擦副，分别满足桥梁支座温度作用下自由变形、地震作用下发生大位移时摩擦消能减震的功能需求。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种多级摩擦消能型桥梁支座，包括：

3、上座板，设于主梁下；

4、限位底板，设于垫石上，该限位底板上设有滑动限位腔；

5、下座板，设于所述滑动限位腔内，且沿纵桥方向，所述下座板与滑动限位腔之间设有第一滑动间隙，所述下座板底面与限位底板之间设有滑板，所述下座板上还设有转动腔，该滑板与所述限位底板滑动连接，用于实现桥梁沿纵桥方向的自由变形，满足桥梁运营载荷下的变形需求；

6、中间板，设于所述转动腔内，且该中间板与所述上座板之间设有摩擦片，所述摩擦片与中间板固定连接，与上座板滑动连接，所述摩擦片与镜面散热板之间的摩擦系数≥0.1，两者在滑动过程中通过摩擦消耗能量，以降低地震作用下主梁沿纵桥的大位移，实现桥梁减震消能需求。

7、作为进一步优选的，所述上座板底面设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有镜面散热板，所述镜面散热板与所述摩擦片在指定范围内可水平相对运动，以此方式，使得所述镜面散热板与所述摩擦片之间形成平面移动副。

8、作为进一步优选的，所述摩擦片采用聚合物类材料、复合物摩擦材料、金属类摩擦材料中的任意一种材料制备而成。

9、作为进一步优选的，所述镜面散热板与上座板采用镶嵌或焊接的方式固结为一体；

10、所述镜面散热板采用硬质铝合金材料制备而成，用于将其与摩擦片摩擦产生的热量均匀传递至上座板和空气中。

11、作为进一步优选的，所述下座板底面设有第三凹槽，所述滑板固定设有该第三凹槽内，且所述滑板的厚度大于所述第三凹槽的深度。

12、作为进一步优选的，所述滑板采用聚四氟乙烯、改性聚四氟乙烯、改性超高分子量聚四氟乙烯、超高性能聚四氟乙烯中任意一种材料制备而成；

13、所述滑板与所述限位底板之间的水平摩擦系数≤0.05。

14、作为进一步优选的，所述中间板的底面为凸球形结构，相应的，所述下座板上的转动腔与所述球形结构相凹球形结构；

15、所述下座板与中间板之间设有中间板配合件；

16、所述下座板上设有第二凹槽，所述中间板配合件固定设于该第二凹槽内，且所述中间板配合件的厚度大于所述第二凹槽的深度，以此方式，使得所述中间板与中间板配合件间形成转动副，以满足桥梁转动位移。

17、作为进一步优选的，所述中间板的底面为矩形结构，相应的，所述下座板上的转动腔与所述球形结构相适应的矩形结构，且中间板的周向外壁面与转动腔的四周壁面见设有指定宽度的转动间隙；

18、所述下座板与中间板之间设有中间板配合件，所述中间板配合件顶面与中间板固定连接，底面与下座板固定连接，且该中间板配合件为弹性件，以此方式，使得所述中间板与中间板配合件间形成以所述转动间隙为约束的转动副，以满足桥梁转动位移。

19、按照本发明的另一个方面，还提供了一种多级摩擦消能型桥梁支座的消能方法，包括以下步骤：

20、s1自由变形阶段：当主梁在温度作用、车辆荷载作用下产生小位移自由形变，所述：限位底板与滑板发生相对滑动，实现桥梁沿纵桥方向的自由变形，满足桥梁运营荷载下的变形需求；

21、s2减震消能阶段：当限位底板限制下座板继续滑动时，主梁与垫石之间仍然存在相对运动，限位底板与滑板的相对运动受到限制，摩擦片与镜面散热板之间开始相对运动，所述摩擦片与镜面散热板之间的摩擦系数≥0.1，两者在滑动过程中通过摩擦消耗能量，以降低地震作用下主梁沿纵桥的大位移，实现桥梁减震消能需求。

22、作为进一步优选的，在服役过程中，所述桥梁支座可实现主梁转动位移的需求：

23、中间板与中间板配合件间产生相对转动，满足转动位移；或者

24、中间板与下座板间产生相对转动，同时，中间板配合件在中间板的挤压或拉伸下发生形变，以满足桥梁转动位移。

25、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

26、1.本发明支座能根据不同工况启用不同摩擦系数的摩擦副，当主梁在温度作用、车辆荷载作用下产生小位移自由形变，限位底板与滑板发生相对滑动，实现桥梁沿纵桥方向的自由变形，满足桥梁运营载荷下的变形需求；当限位底板限制下座板继续滑动时，主梁与垫石之间仍然存在相对运动，限位底板与滑板的相对运动受到限制，摩擦片与镜面散热板之间开始相对运动，并产生运动摩擦力，该运动摩擦力用于消耗梁沿纵桥方向发生的大位移能量，以降低地震作用下主梁沿纵桥的大位移，实现桥梁减震消能需求。即本发明通过设置小摩擦系数的滑动副、大摩擦系数的摩擦副，分别满足桥梁支座温度作用下自由变形、地震作用下发生大位移时摩擦消能减震的功能需求。

27、2.本发明支座具有较好的耐久性，且运动过程中无抬升，具有广泛的适用性。

技术特征：

1.一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述上座板(8)底面设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有镜面散热板(7)，所述镜面散热板(7)与所述摩擦片(6)在指定范围内可水平相对运动，以此方式，使得所述镜面散热板(7)与所述摩擦片(6)之间形成平面移动副。

3.根据权利要求2所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述摩擦片(6)采用聚合物类材料、复合物摩擦材料、金属类摩擦材料中的任意一种材料制备而成。

4.根据权利要求2所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述镜面散热板(7)与上座板(8)采用镶嵌或焊接的方式固结为一体；

5.根据权利要求1所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述下座板(3)底面设有第三凹槽，所述滑板(2)固定设有该第三凹槽内，且所述滑板(2)的厚度大于所述第三凹槽的深度。

6.根据权利要求1所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述滑板(2)采用聚四氟乙烯、改性聚四氟乙烯、改性超高分子量聚四氟乙烯、超高性能聚四氟乙烯中任意一种材料制备而成；

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述中间板(5)的底面为凸球形结构，相应的，所述下座板(3)上的转动腔与所述球形结构相凹球形结构；

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座，其特征在于，所述中间板(5)的底面为矩形结构，相应的，所述下座板(3)上的转动腔与所述球形结构相适应的矩形结构，且中间板(5)的周向外壁面与转动腔的四周壁面见设有指定宽度的转动间隙；

9.一种如权利要求1-8任一项所述的多级摩擦消能型桥梁支座的消能方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种多级摩擦消能型桥梁支座的消能方法，其特征在于，在服役过程中，所述桥梁支座可实现主梁转动位移的需求：

技术总结
本发明属于桥梁构件技术领域，并具体公开了一种多级摩擦消能型桥梁支座及消能方法。包括：上座板，限位底板，限位底板上设有滑动限位腔；下座板，设于所述滑动限位腔内，下座板与滑动限位腔之间设有第一滑动间隙，下座板底面与限位底板之间设有滑板，下座板上还设有转动腔，该滑板与限位底板滑动连接，二者摩擦系数小，满足桥梁运营荷载下的自由变形需求；中间板，设于转动腔内，且该中间板与所述上座板之间设有摩擦片，所述摩擦片与中间板固定连接，与上座板滑动连接，二者之间摩擦系数大，可在主梁沿纵桥方向发生的大位移时消耗能量，实现桥梁减震消能需求。本发明支座具有两阶段运动特性，分别满足桥梁在运营荷载、地震作用的需求。

技术研发人员：张毅,徐源庆,韦志铝,过超,汪继平,李冲,王大伟,王志鹏,黄文龙,罗庆生,甘亮元,张鹏,王志强,张精岳,白晓宇
受保护的技术使用者：广西容梧高速公路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16