CN111764268A - 一种自复位支座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程结构隔震减震领域，公开了一种自复位支座，其中支座包括上支座板和下支座板，还包括支撑件和耗能器，支撑件放置在下支座板上，上支座板放置在支撑件上，支撑件的***设有多个耗能器，耗能器的两端分别与上支座板和下支座板对应可拆卸连接。本发明提供的一种自复位支座，在地震作用下将发生摇摆变形，且可通过支座中的耗能器耗散地震能量，通过支座中支撑件的摇摆，可以改变结构振动频率，同时在上部结构的自重下支座具有良好的自复位能力，从而克服现有工程结构中支座在强震中的剪切破坏问题，同时增强支座的耗能能力和自复位能力，提高整体工程结构的震后功能可恢复性能。

Description

一种自复位支座
技术领域
本发明涉及工程结构隔震减震领域，特别是涉及一种自复位支座。
背景技术
地震是一种常见的自然灾害，工程结构一旦遭受地震破坏，将会导致巨大的人员伤亡和经济损失，而且震后修复极其困难。因此提升工程结构的抗震性能特别是震后的可恢复性意义重大。
在工程结构特别是桥梁结构中，通常需要在上部结构和下部结构之间安装支座来抵抗外荷载、温度变化、地震等作用。传统支座如板式橡胶支座等是通过橡胶钢板叠层之间的剪切变形适应地震作用下的结构变形，但是由于支座能够提供的剪切变形能力有限，难以提供有效的耗能；而且这种剪切变形是不可控的，尤其在较大的水平地震作用下，剪切变形很可能过大而导致支座发生剪切破坏，造成严重后果。
目前，常用隔震支座在强震中会发生过大的水平剪切变形，可能造成上部结构之间或者桥梁上部结构和挡块之间发生严重碰撞，同时在震后可能产生较大残余位移，不利于工程结构快速恢复功能。以桥梁为例，现有桥梁固定支座使得地震时桥梁下部结构受力较大，地震中桥梁下部结构损伤严重，震后可能产生较大的塑性变形，难以实现桥梁结构震后的自复位或功能可恢复，整个桥梁结构也难以快速修复。
发明内容
本发明实施例提供一种自复位支座，用于解决或部分解决现有支座耗能能力低、剪切变形过大易失效或残余位移大的问题，实现工程结构的震后快速恢复功能。
本发明实施例提供一种自复位支座，包括上支座板和下支座板，还包括支撑件和耗能器，所述支撑件放置在所述下支座板上，所述上支座板放置在所述支撑件上，所述支撑件的***设有多个所述耗能器，所述耗能器的两端分别与所述上支座板和所述下支座板对应可拆卸连接。
在上述方案的基础上，多个所述耗能器关于所述支撑件对称分布。
在上述方案的基础上，所述耗能器两端的截面尺寸大于中间部位的截面尺寸。
在上述方案的基础上，所述耗能器的两端外壁上分别设有螺纹结构，所述上支座板和所述下支座板上与所述耗能器对应处分别设有与所述螺纹结构匹配的内螺纹孔。
在上述方案的基础上，所述上支座板和/或所述下支座板上的内螺纹孔的长度大于所述耗能器安装完成时***的长度。
在上述方案的基础上，所述上支座板的底面上以及所述下支座板的顶面上在所述支撑件的***分别固定连接有多个剪力键；所述上支座板连接的剪力键的下端与所述支撑件侧壁之间的距离大于上端与所述支撑件侧壁之间的距离，所述下支座板连接的剪力键的上端与所述支撑件侧壁之间的距离大于下端与所述支撑件侧壁之间的距离。
在上述方案的基础上，所述剪力键朝向所述支撑件的侧面设为斜面；所述上支座板连接的所述剪力键的顶端与所述支撑件相接，所述下支座板连接的所述剪力键的底端与所述支撑件相接。
在上述方案的基础上，所述支撑件的每一侧均设有所述剪力键。
在上述方案的基础上，所述支撑件分别位于所述上支座板和所述下支座板的中心部位。
本发明实施例提供的一种自复位支座，在地震作用下会发生摇摆变形而不是剪切变形，且可通过支座中的耗能器耗散地震能量，通过支座中支撑件的摇摆，可以减小支座损伤，同时在上部结构的自重下支座具有一定的自复位能力，从而解决现有支座耗能能力低、剪切变形过大或残余位移大的问题，提高整体工程结构的抗震性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例的自复位支座的结构示意图；
图2为本发明实施例的自复位支座的摇摆状态示意图；
图3为本发明实施例中耗能器的整体示意图；
图4为本发明实施例中耗能器的俯视示意图；
图5为本发明实施例的关于图1中A-A面的截面俯视示意图；
图6为本发明实施例中自复位支座在桥梁上的应用示意图；
图7为本发明实施例中自复位支座在桥梁上的局部连接示意图。
附图标记说明：
其中，1、上支座板；2、支撑件；3、耗能器；3-1、耗能段；3-2、外螺纹端头；4、下支座板；5、剪力键；6、预留螺栓孔；7、内螺纹孔；8、支座锚固螺栓；9、墩柱；10、盖梁；11、自复位支座；12、预制T梁；13、预埋螺纹管。
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。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
参考图1，本发明实施例提供一种自复位支座，该自复位支座包括上支座板1和下支座板4。该自复位支座还包括支撑件2和耗能器3。支撑件2放置在下支座板4上，上支座板1放置在支撑件2上。支撑件2的***设有多个耗能器3。耗能器3的一端与上支座板1可拆卸连接，耗能器3的另一端与下支座板4可拆卸连接，便于耗能器3的拆卸替换。
支撑件2放置于下支座板4和上支座板1之间，并且与上支座板1和下支座板4断开，即支撑件2和上支座板1以及下支座板4之间均没有连接。使得支撑件2能够相对支座板产生摇摆。支撑件2***的耗能器3设于上支座板1和下支座板4之间；且耗能器3的两端与上支座板1和下支座板4对应连接。耗能器3具有一定的变形能力。
本实施例提供的一种自复位支座，在地震作用下会发生摇摆变形而不是剪切变形，即支撑件2会相对支座板产生摇摆，如图2所示。在支撑件2摇摆时，耗能器3在上下支座板之间会相应发生变形。进而可通过支座中的耗能器3耗散地震能量，通过支座中支撑件2的摇摆，可以减小支座损伤，同时在上支座板1上部结构的自重下支座具有一定的自复位能力，从而克服现有支座在地震作用下剪切变形过大的问题，同时增强支座的耗能能力和自复位能力，提高整体工程结构的抗震性能。
本实施例提供的自复位支座11可用作桥梁支座或用于建筑结构中，在地震作用下支撑件2可发生摇摆，同时耗能器3发生弹塑性变形耗散地震能量。与现有支座相比，该自复位支座11可以使原有的剪切变形转变为刚性体(即支撑件2)的摇摆变形和耗能器3的弯曲耗能。通过合理设计，可使自复位支座11在震后自复位，支座损伤集中于耗能器3，震后损伤的耗能器3易于更换。本实施例采用支座摇摆变形原理，支座同时实现承载和耗能功能分离，通过支座的自复位摇摆变形和耗能降低主体结构损伤，提高工程结构的抗震韧性和可恢复性。
在上述实施例的基础上，进一步地，耗能器3包括耗能钢棒。耗能器3的材质为钢材，具有一定的可变形能力，且强度能够满足一定的支撑需要。耗能器3可呈棒状，便于产生弹塑性变形实现耗能效果。进一步地，耗能器3也可为其他材质或形状，以能较好的实现消耗地震能量为目的，具体不做限定。
进一步地，支撑件2的截面可为圆形或矩形截面；支撑件2包括钢块、钢管混凝土块或其他刚性材料。支撑件2应满足支撑刚度需要。
在上述实施例的基础上，进一步地，多个耗能器3关于支撑件2对称分布。参考图5，可在支撑件2的每一侧均设置多个耗能器3。耗能器3关于支撑件2对称分布，且多个耗能器3在支撑件2的***沿周向均匀分布。耗能器3是在支撑件2发生摇摆时随上下支座板一起运动进而产生弯曲和拉压变形，起到耗能作用。在支撑件2***对称设置耗能器3，有利于支撑件2受力稳定，提高支座的耗能能力、自复位能力以及稳定性。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，耗能器3两端的截面尺寸大于中间部位的截面尺寸。耗能器3的两端端部主要用于和上下支座板连接。耗能器3的中间部位为主要的耗能段3-1。设置耗能器3两端的截面尺寸较大，可便于与上下支座板连接，同时避免耗能器在连接部位失效。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，耗能器3的两端外壁上分别设有螺纹结构，上支座板1和下支座板4上与耗能器3对应处分别设有与螺纹结构匹配的内螺纹孔7。将耗能器3的两端拧入上、下支座板的预留内螺纹孔7内。支撑件2发生摇摆时，耗能器3发生弯曲和拉压变形，耗散地震能量。
具体的，参考图3，耗能器3为狗骨形，中部为耗能段3-1，耗能段3-1为截面相同的柱状结构。耗能器3的上下端设置有外螺纹端头3-2，外螺纹端头3-2设为外螺纹结构，且外螺纹端头3-2的截面尺寸大于耗能段3-1的截面尺寸。耗能器3的外螺纹端头3-2用于与上支座板1和下支座板4通过内螺纹孔7进行连接固定。耗能器3的中部耗能段3-1与外螺纹端头3-2之间可连接渐变段。渐变段的截面尺寸从耗能段3-1到外螺纹端头3-2逐渐增大。参考图4，耗能器3的截面可为圆形。耗能器3的截面也可为其他形状或者其他形状的组合，例如，可设置耗能段3-1和渐变段的截面为非圆形，设置外螺纹端头3-2的截面为圆形；具体形状不做限定。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，上支座板1和/或下支座板4上的内螺纹孔7的长度大于耗能器3安装完成时***的长度。耗能器3安装完成时即为耗能器3的两端与上下支座板分别连接完成时的状态。耗能器3安装完成时***的长度即为耗能器3***内螺纹孔7中的长度，即为图1中的L1；图1中内螺纹孔7贯穿上下支座板设置，此时，内螺纹孔7的长度即为L2。
设置L2大于L1，是为了便于耗能器3的更换安装。具体的，以上支座板1上的内螺纹孔7长度大于耗能器3安装完成时***的长度为例：在更换新的耗能器时，可用千斤顶将上部结构及上支座板顶起，先将耗能器3的上端拧入上支座板1的内螺纹孔7中，且拧入深度可大于最终所需的深度，使得放下千斤顶后耗能器3的下端未到达下支座板或刚接触下支座板，耗能器3的下端可对准下支座板4上的内螺纹孔7处。然后将耗能器3从上支座板1上的内螺纹孔7中拧出，同时耗能器3的下端会拧入下支座板4中，直至耗能器3到达最终所需部位处，可为耗能器3的两端***上下支座板的深度相同时的部位。
从而耗能器3拧动时无需同时移动上下支座板即可实现耗能器3的安装，该设计巧妙，操作简便，易于实现。耗能器3的拆卸按照上述步骤反向操作即可。
进一步地，上支座板1和/或下支座板4上的内螺纹孔7可贯穿设置。具体不做限定，以能便于耗能器3的安装拆卸为目的。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，上支座板1的底面上以及下支座板4的顶面上在支撑件2的***分别连接有多个剪力键5。上支座板1连接的剪力键5的下端与支撑件2侧壁之间的距离大于上端与支撑件2侧壁之间的距离；下支座板4连接的剪力键5的上端与支撑件2侧壁之间的距离大于下端与支撑件2侧壁之间的距离。剪力键5在支撑件2的顶端四周以及底端四周对支撑件2起到限位作用，可阻止支撑件2与下支座板4及上支座板1发生相对滑移。剪力键5可焊接在上支座板1和下支座板4上。
剪力键5远离支座板的一端与支撑件2之间的距离较大。参考图2，使得剪力键5对支撑件2起到防止支撑件2水平滑移和扭转的限位作用，支撑件2在剪力键5之间可发生摇摆。该设置可避免摇摆过程中剪力键5与支撑件2发生碰撞。布置的剪力键5对支撑件2上下两个面进行水平位移限位，防止支撑件2发生滑移和扭转，同时能够保证支撑件2的正常摇摆不受限制。
进一步地，剪力键5朝向支撑件2的侧面设为斜面。上支座板1连接的剪力键5顶端与支撑件2相接，下支座板4连接的剪力键5底端与支撑件2相接。即剪力键5朝向支撑件2的一侧面相对支撑件2的表面为倾斜的。且剪力键5在支撑件2的***与支撑件2接触，可更有效的防止支撑件2发生水平滑移。
进一步地，剪力键5朝向支撑件2的侧面也可为曲面，例如凸面或凹面，以能实现对支撑件2的水平限位且不影响支撑件2的摇摆移动为目的，具体不做限定。
进一步地，剪力键5固定布置于支撑件2的上下端角部或四周。具体的，参考图5，在支撑件2每一侧的角部均设置剪力键5，从而对支撑件2在每一侧均起到限位作用，使得支撑件2在任一方向均不能发生滑移。
也可在支撑件2的四周非角部即侧边处设置剪力键5，也可对支撑件2实现较好的限位作用。支撑件2四周剪力键5的具体设置部位以及数量可根据实际需要灵活设置，具体不做限定。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，剪力键5的截面为三角形，其中的一个锐角点顶住支撑件2的端部。剪力键5呈截面为三角形的柱状结构。固定布置于支撑件2的上下端角部或四周，阻止支撑件2与下支座板4及上支座板1发生相对滑移，同时能够保证支撑件2的正常摇摆不受限制。所布置的剪力键5同时可以限制支撑件2发生扭转。
具体的，剪力键5的截面形状可为直角三角形，其中一个直角边用于与上支座板1或下支座板4相连，斜边朝向支撑件2。剪力键5的截面形状也可为钝角三角形或锐角三角形，以使得朝向支撑件2的侧面为斜面为目的，斜面与支撑件2的侧面所呈角度根据设计所需的支撑件2摇摆角度而定，具体不做限定。进一步地，剪力键5的截面形状也可为平行四边形、梯形或其他任何形状，以能实现对支撑件2的水平限位且不影响支撑件2的摇摆为目的，具体不做限定。
在上述实施例的基础上，进一步地，支撑件2分别位于上支座板1和下支座板4的中心部位。支撑件2放置在上支座板1和下支座板4的中心位置，其与上支座板1和下支座板4为硬接触，没有任何连接措施。
进一步地，本实施例还提供一种工程结构，以桥梁结构为例，包括上述自复位支座，还包括上部梁体和下部梁体，上支座板与所述上部梁体相连，下支座板与所述下部梁体相连。参考图6，该自复位支座11设于上部梁体和下部梁体或墩柱9之间。参考图1，上支座板1和下支座板4分别设有预留螺栓孔6；参考图7，上支座板1在预留螺栓孔6处通过支座锚固螺栓8与上部梁体相连，下支座板4在预留螺栓孔6处通过支座锚固螺栓8与下部梁体或墩柱9相连。保证支座锚固螺栓8可穿过预留螺栓孔6与上部梁体和下部盖梁10或墩柱9进行有效锚固连接。
具体的，参考图7，支座上方的上部梁体可为预制T梁12；支座下方的下部梁体可为盖梁10。支座锚固螺栓8穿过上支座板1并伸入上部预制T梁12中的预埋螺纹管13实现上支座板1和上部梁体的连接固定。支座锚固螺栓8穿过下支座板4和下部的盖梁10中的预埋螺纹管13锚固。自复位支座11在桥梁上的应用示意图如图6和图7所示。
在上述实施例的基础上，进一步地，为了解决现有工程结构支座中存在的问题，本实施例提出将现有支座的剪切变形模式转化为摇摆耗能模式。通过支座中的支撑件2的摇摆和耗能器3的弯曲为支座提供自复位能力和耗能能力。本实施例构造简单，易于实现，能够广泛适用于工程结构中。
进一步地，上述各实施例提供的自复位支座不仅可用于桥梁中，还可应用于建筑结构、空间结构减震隔震领域。
为实现上述目的，本实施例提供一种摇摆自复位支座11，具体涉及工程结构隔震减震领域。该自复位支座11主要包括上支座板1、刚性支承及摇摆部件即支撑件2、下支座板4、连接于上、下支座板4之间的耗能钢棒、布置于刚性支承及摇摆部件角部或侧面的剪力键5。自下而上依次是下支座板4、刚性支承及摇摆部件和上支座板1。
地震作用下，刚性支承及摇摆部件发生摇摆，并通过剪力键5的设置防止刚性支承及摇摆部件发生滑移，从而可以避免传统的橡胶支座在强震中出现过大的抗剪滑移和不可控的剪切破坏问题。同时刚性支承及摇摆部件发生摇摆，减小支座主体损伤，将损伤集中在耗能钢棒上。
本实施例的有益效果是：支座中的刚性支承及摇摆部件放置在上下支座板中间，其与上支座板1和下支座板4为硬接触，没有任何连接措施；刚性支承及摇摆部件的角部或四周具有剪力键5，从而保证了刚性支承及摇摆部件能够防止滑动的同时可以自由摇摆，避免了传统的橡胶支座过大的抗剪滑移和不可控的剪切破坏。
本实施例的耗能钢棒上下端锚固于上下支座板上，在支座发生摇摆时能够通过耗能钢棒的弯曲和拉压变形耗散地震能量，而且地震损坏后，可将损坏的耗能钢棒取下，能够快速更换新的耗能钢棒。
本实施例的刚性支承及摇摆部件发生摇摆，可以减小其自身损伤，同时在上支座板1上部结构的自重下支座具有良好的自复位能力；通过增加耗能钢棒可以增强支座的摇摆耗能能力，最终实现支座的震后快速恢复。采用支座摇摆变形原理，支座同时实现承载和耗能功能分离，通过支座的自复位摇摆变形和耗能降低主体结构损伤，提高工程结构的抗震韧性和可恢复性。
本实施例突破传统支座设计思路，设计灵活，受力机理明确，通过刚性支承及摇摆部件摇摆减轻支座的损伤，将损伤集中在耗能钢棒上，稍加修复即可使用，有利于工程结构的快速恢复保证交通生命线不中断，加快灾区救援的时间；同时使支座避免不可控的剪切变形和剪切破坏，具有较好的耗能能力和自复位能力。损伤后耗能钢棒可快速更换，具有快速修复的特点。能够解决传统支座在地震作用下耗能能力低、剪切变形过大易失效或残余位移大的问题，实现工程结构的震后快速恢复功能。摇摆自复位支座11构造简单，容易实现，能够广泛适用于工程结构中，值得在实际工程中推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种自复位支座，包括上支座板和下支座板，其特征在于，还包括支撑件和耗能器，所述支撑件放置在所述下支座板上，所述上支座板放置在所述支撑件上，所述支撑件的***设有多个所述耗能器，所述耗能器的两端分别与所述上支座板和所述下支座板对应可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的自复位支座，其特征在于，多个所述耗能器关于所述支撑件对称分布。
3.根据权利要求1所述的自复位支座，其特征在于，所述耗能器两端的截面尺寸大于中间部位的截面尺寸。
4.根据权利要求1至3任一所述的自复位支座，其特征在于，所述耗能器的两端外壁上分别设有螺纹结构，所述上支座板和所述下支座板上与所述耗能器对应处分别设有与所述螺纹结构匹配的内螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的自复位支座，其特征在于，所述上支座板和/或所述下支座板上的内螺纹孔的长度大于所述耗能器安装完成时***的长度。
6.根据权利要求1至3任一所述的自复位支座，其特征在于，所述上支座板的底面上以及所述下支座板的顶面上在所述支撑件的***分别固定连接有多个剪力键；所述上支座板连接的剪力键的下端与所述支撑件侧壁之间的距离大于上端与所述支撑件侧壁之间的距离，所述下支座板连接的剪力键的上端与所述支撑件侧壁之间的距离大于下端与所述支撑件侧壁之间的距离。
7.根据权利要求6所述的自复位支座，其特征在于，所述剪力键朝向所述支撑件的侧面设为斜面；所述上支座板连接的所述剪力键的顶端与所述支撑件相接，所述下支座板连接的所述剪力键的底端与所述支撑件相接。
8.根据权利要求6所述的自复位支座，其特征在于，所述支撑件的每一侧均设有所述剪力键。
9.根据权利要求1至3任一所述的自复位支座，其特征在于，所述支撑件分别位于所述上支座板和所述下支座板的中心部位。
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