本发明专利技术涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，与桥梁上部结构和桥梁下部结构相连接，包括顶板、底板、弹簧和支座本体；顶板和底板分别与桥梁上部结构和桥梁下部结构相连接；底板上设置有支座本体；支座本体包括支座顶板、支座底板和耗能体；耗能体设置于支座顶板和支座底板中间，支座底板与底板相连接；支座顶板上设置有导孔，顶板上设置有导向杆，导向杆穿过导孔与支座顶板活动连接；底板和顶板之间设置有若干对称分布的弹簧。本发明专利技术的减震支座，通过弹簧提供竖向支承力，减少支座本体受到的竖向力，提升了支座对大跨桥梁的适用性；弹簧在支座顶板与支座底板发生相对横向运动时实现负刚度效果，极大提升传统支座的耗能减震性能。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座
[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，尤其是涉及一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座。
技术介绍
[0002]桥梁结构包括上部行人和车辆通行的主梁结构和下部支承上部结构的桥墩和桥塔。上部结构和下部结构之间常设置支座，起到隔震和耗能的作用，避免地震力传递给上部结构同时直接耗散结构地震动力响应，保护桥梁结构的安全。
[0003]常规的支座包括板式橡胶支座，高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座、铅芯橡胶支座等等。随着桥梁结构跨度的增大，上部结构重量增大；同时社会经济的发展对桥梁安全和性能提出了新的要求。现有技术主要通过改善橡胶等材料的性能提升耗能性能，包括增加耗能性能好的铅芯等，但是增加铅材料会在支座制作中带来污染问题；在提升竖向承载力方面，通过在橡胶材料中增加叠层钢板等方式，然而这会限制其耗能能力。这些技术经过多年的发展，难以再实现突破，急需研发新的方法提升桥梁减震支座的承载能力和耗能性能。
技术实现思路
[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，包括弹簧、顶板、底板和支座本体；支座本体包括支座顶板、耗能体和支座底板；顶板和底板上分别设置球铰，中间采用弹簧连接，顶板与底板平行，弹簧轴线与底板垂直；顶板上设置导向杆，导向杆穿过支座顶板上的导孔，限制顶板与支座顶板在顶板面内的相对运动，允许发生面外的相对运动，导向杆下部外表面设螺纹，通过螺帽限制顶板与支座顶板面外相对运动的位移幅值，支座底板固定在底板上。支座安装在桥梁上部结构和下部结构之间，上部结构的重量作用下弹簧受压缩短，最大缩短至顶板与支座顶板接触，此时弹簧和支座共同承担上部结构压力；在地震等水平动力作用下，顶板与底板发生横向相对位移，位移通过导向杆传递到耗能体，使其发生变形耗能减震；同时，弹簧轴线倾斜，压力的水平分量产生负刚度效果，促进耗能体的变形提升耗能效果。有效提升传统支座的竖向承载力并利用弹簧产生负刚度提升减震耗能效果。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术提供一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，与桥梁上部结构和桥梁下部结构相连接，包括顶板、底板、弹簧和支座本体；所述顶板与桥梁上部结构相连接，所述底板与桥梁下部结构相连接；所述底板上表面设置有支座本体；
[0007]所述支座本体包括支座顶板、支座底板和耗能体；所述耗能体设置于支座顶板和支座底板中间，所述支座底板与底板相连接；所述支座顶板上设置有导孔，所述顶板上设置有导向杆，所述导向杆穿过导孔与支座顶板活动连接；所述导向杆限制顶板与支座顶板在顶板面内的相对运动，允许发生顶板面外的相对运动，并限制顶板与支座顶板面外相对运动的位移幅值；
[0008]所述底板和顶板之间设置有若干对称分布的弹簧；初始位置时，顶板和底板平行，弹簧的轴线与顶板和底板垂直；
[0009]所述顶板上方承受竖向压力时，弹簧受压缩短，弹簧最大缩短至顶板与支座顶板接触，此时弹簧和支座本体共同承担压力；
[0010]所述顶板与底板在水平作用下发生横向相对位移时，位移通过导向杆传递到耗能体，使其发生变形耗能减震；同时，弹簧轴线倾斜，压力的水平分量产生负刚度效果，促进耗能体的变形增加耗能从而提升减震效果。
[0011]本专利技术的一个实施方式中，所述弹簧与顶板、底板均球铰连接，允许顶板和底板在面内各个方向的相对运动。
[0012]本专利技术的一个实施方式中，所述顶板下表面设置有第一球铰，弹簧顶部与顶板通过第一球铰相连接；
[0013]所述底板上表面设置有第二球铰，弹簧底部与底板通过第二球铰相连接。
[0014]本专利技术的一个实施方式中，所述第一球铰包括第一半球壳和第一圆球；第一半球壳设置于顶板下表面，第一圆球设置于第一半球壳内部；所述第一圆球与弹簧顶部相连接。
[0015]本专利技术的一个实施方式中，所述第二球铰包括第二半球壳和第二圆球；第二半球壳设置于底板上表面，第二圆球设置于第二半球壳内部；所述第二圆球与弹簧底部相连接。
[0016]本专利技术的一个实施方式中，所述导向杆外表面设置有螺纹，与螺帽配合实现顶板与支座顶板的活动连接。
[0017]本专利技术的一个实施方式中，所述弹簧沿着顶板和底板的轴线对称布设。
[0018]本专利技术的一个实施方式中，初始位置时，弹簧的负刚度系数k
ns
按下式计算
[0019][0020]其中n为布设的弹簧的数量，k
s
为弹簧的刚度系数，l为弹簧在上部结构重量下压缩后的长度，Δl为弹簧压缩量，即弹簧自由长度为l+Δl。
[0021]本专利技术的一个实施方式中，所述支座本体包括但不限于橡胶支座、高阻尼橡胶支座或铅芯橡胶支座；所述耗能体包括但不限于橡胶、高阻尼橡胶或铅芯橡胶；
[0022]本专利技术的一个实施方式中，顶板、底板、支座顶板、支座底板和耗能体的平面形状包括但不限于方形或者圆形。
[0023]本专利技术的一个实施方式中，支座顶板与支座底板平行。
[0024]本专利技术的减震支座，通过弹簧提供竖向支承力，减少支座本体受到的竖向力，提升了支座对大跨桥梁的适用性；弹簧在支座顶板与支座底板发生相对横向运动时实现负刚度效果，极大提升传统支座的耗能减震性能。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，通过弹簧提供竖向支承力，减少支座本体受到的竖向力，提升了支座对大跨桥梁的适用性。
[0027](2)本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，利用弹簧实现了横向负刚度效果，极大提升传统支座的耗能减震性能。
[0028](3)本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，利用上部结构重量压缩弹簧施加压力实现负刚度效果，无需预先压缩弹簧，使安装更加方便，避免施加预
压力弹簧在运输和安装中的风险。
[0029](4)本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，通过承压力和耗能增效，能够减少桥梁工程中支座用量，实现显著的经济和环保效益。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座的正视图；
[0031]图2为本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座安装弹簧受压缩短后的正视图；
[0032]图3为本专利技术的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座工作中顶板与底板间发生相对水平位移时的正视图；
[0033]图4为本专利技术中弹簧的负刚度系数计算示意图；
[0034]图中标号：1、弹簧；2、顶板；3、底板；4、导向杆；5、支座顶板；6、支座底板；7、耗能体；8、螺帽；9、第一圆球；10、第一半球壳；11、第二圆球；12、第二半球壳；13、导孔。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供一种具有高承压能力和横向本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，与桥梁上部结构和桥梁下部结构相连接，其特征在于，包括顶板(2)、底板(3)、弹簧(1)和支座本体；所述顶板(2)与桥梁上部结构相连接，所述底板(3)与桥梁下部结构相连接；所述底板(3)上表面设置有支座本体；所述支座本体包括支座顶板(5)、支座底板(6)和耗能体(7)；所述耗能体(7)设置于支座顶板(5)和支座底板(6)中间，所述支座底板(6)与底板(3)相连接；所述支座顶板(5)上设置有导孔(13)，所述顶板(2)上设置有导向杆(4)，所述导向杆(4)穿过导孔(13)与支座顶板(5)活动连接；所述导向杆(4)限制顶板(2)与支座顶板(5)在顶板(2)面内的相对运动，允许发生顶板(2)面外的相对运动，并限制顶板(2)与支座顶板(5)面外相对运动的位移幅值；所述底板(3)和顶板(2)之间设置有若干对称分布的弹簧(1)；初始位置时，顶板(2)和底板(3)平行，弹簧(1)的轴线与顶板(2)和底板(3)垂直；所述顶板(2)上方承受竖向压力时，弹簧(1)受压缩短，弹簧(1)最大缩短至顶板(2)与支座顶板(5)接触，此时弹簧(1)和支座本体共同承担压力；所述顶板(2)与底板(3)在水平作用下发生横向相对位移时，位移通过导向杆(4)传递到耗能体(7)，使其发生变形耗能减震；同时，弹簧(1)轴线倾斜，压力的水平分量产生负刚度效果，促进耗能体(7)的变形增加耗能从而提升减震效果。2.根据权利要求1所述的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，其特征在于，所述顶板(2)下表面设置有第一球铰，弹簧(1)顶部与顶板(2)通过第一球铰相连接；所述底板(3)上表面设置有第二球铰，弹簧(1)底部与底板(3)通过第二球铰相连接。3.根据权利要求2所述的一种具有高承压能力和横向负刚度效应的减震支座，其特征在于，所述第一球铰包括第一半球壳(10)和第一圆球(9)；...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，孙利民，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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