用于支承高荷载的弹性垫 【发明领域】
本发明涉及设置于桥梁的顶梁处，或设置于建筑物的顶部与底部之间的弹性垫，其用于以稳定的方式支承荷载，本发明特别是涉及下述支承高荷载用的弹性垫，其可通过下述方式，提高安全性，该方式为：在滑动过程中，因对膨胀进行限制，同时，产生荷载衰减，因而能支承较高的荷载，该弹性垫能降低施工成本，同时具有广泛的应用性。
背景技术
图9所示的普通弹性垫110包括由橡胶制成的主体111，以及多个增强板112，该增强板嵌入到该主体111中，与水平方向保持平行。也就是说，上述弹性垫110直接作为单独的部件设置，从而允许产生压曲或滑动，同时支承梁或建筑物的顶部荷载。但是，有时，最好采用通过顶板200和底板300增强的弹性支座100，以便对弹性垫110按照预定方向，或预定角度的压曲或滑动进行限制。在这里，通过在顶板200和底板300处相对应地设置止动件、导向件、夹持件或类似部件，对顶板200和底板300的运动方向进行控制，从而抑制压曲或滑动。该技术为公知技术，故不对其进行具体描述。
由于弹性垫110中的主体111由橡胶制成，这样因橡胶的物理性质，在弹性垫110的内部，沿作用荷载的方向，按照预定的角度，产生压曲或滑动。此外，由于弹性垫110包括多个增强板112，这样可防止受压而产生的过度变形。还有，如果在地震的情况下，作用有过大的水平荷载，则作业能量便转变为橡胶主体111的变形能量，由此减小水平荷载造成的冲击。于是，弹性垫110必须是这样设计的，在橡胶地极限强度下，仍可进行正常工作。再有，该弹性垫110必须能承受大于设计荷载的临时超载或变形而不会被破坏。
如果荷载作用于带有增强板112的普通弹性垫110上，则上述主体111的变形膨胀在一定程度上受到抑制。但是，增强板112之间的主体111会向四周产生膨胀，也就是说，容易产生变形，由此耐久性和支承荷载应力降低。于是，在支承较大的荷载的同时，提高安全性的方面受到限制。因此，人们提出并采用图10所示的弹性支座。按照该弹性支座，弹性支座100包括顶板200，具有圆柱形空腔310的底板300，弹性垫120。该弹性垫120包括由橡胶制成的弹性部件121，该弹性部件121压靠于底板300的圆柱形空腔310中；活塞122，其嵌入上述圆柱形空腔310中，以便由弹性部件121弹性向上支承；滑动板123，其固定于该活塞122的顶面上，以便使顶板220顺利实现滑动；以及密封装置，其与活塞122固定，以便对压靠于圆柱形空腔310中的弹性部件121进行密封。在这里，滑动板123一般由聚四氟乙烯(PTFE)树脂形成。
从结构上讲，上述弹性垫120不能用作单独部件，其必须用作通过顶板200和底板300增强的弹性支座100。
如果需要，上述弹性支座100可形成各种形式。比如，图10表示可万向移动的弹性支座。在全方位固定的弹性支座的场合，去掉滑动板123，整体成形弹性垫120的活塞122和顶板200，由此借助嵌入到圆柱形空腔310中的活塞122，便防止顶板200向四周产生滑动。另外，在可单向移动的弹性支座的场合，在顶板200和/或活塞122处，沿一个方向形成有导向槽，单独的导向销嵌入到该导向槽中，或导向销设置于位于与导向槽相对应的位置的活塞122或顶板200处，由此使顶板200沿导向槽，按照一个方向滑动。
当在具有弹性垫120的弹性支座100上作用有竖向荷载时，活塞122向四周摆动，从而象图9所示的弹性支座100那样，其向四周压曲。
在图10所示的弹性支座100中，由于弹性部件121密封于底板300的圆柱形空腔310上，这样竖向荷载作用于弹性支座100上，从而即使在弹性垫121受压的情况下，仍不会产生膨胀。于是，图10所示的弹性支座100比图9所示的，具有弹性垫110的弹性支座100更安全，同时支承更高的荷载。但是，当由于地震，作用有来自外部的水平荷载而引起滑动时，不会产生阻尼，由此使安全性降低。
在图10所示的弹性支座100中，由于就力学结构来说，圆柱形空腔310，弹性部件121和活塞122为圆形，这样在增加弹性支座100的尺寸以便支承较高荷载的场合，根据本领域公知的Hoop公式，圆柱形空腔310的直径和深度，以及具有圆柱形空腔310的底板300的宽度增加预定值。
梁或构成梁的桁架的长度因其自重，外部力或温度的变化而伸缩。于是，为了支承梁或构成梁的桁架，考虑到安全性，要求适合的边缘距离。
在采用弹性支座支承梁或构成梁的桁架的场合，此时弹性支座固定于桥墩的顶面上，为了确保适合的边缘距离，要求弹性支座具有预定的宽度。另外，为了安全地支承桥墩和弹性支座，也要求桥墩的顶面具有规定的宽度。如果不必要地增加用于确保边缘距离的弹性支座的宽度，以及用于支承弹性支座的桥墩的顶面宽度，则桥墩的整体宽度大于设计值，这会大大增加施工成本。于是，必须确定弹性支座的适合宽度，以及桥墩的顶表面的适合宽度，以便确保边缘距离，保证安全性。
发明概述
在采用图10所示的弹性支座100支承构成混凝土梁的梁或桁架的场合，要求规定尺寸的弹性支座100，以便支承足够高的荷载，但是，如上所述，由于在增加弹性支座100的尺寸的场合，其宽度必须增加到一定程度，这样不得不通过使弹性支座100的宽度大于确保边缘距离的适合的尺寸，使桥墩的整体宽度增加到设计值以上，这样会产生下述问题，即造成施工成本的浪费，会对使用造成限制。
再有，在车辆用桥梁的场合，特别是在铁道车辆用桥梁的场合，在桥梁中的梁上作用有动荷载。在这里，从安全的观点来说，支承动荷载用的弹性支座最好按照下述方式形成，该方式为：沿纵向产生压曲，同时沿与纵向相垂直的方向，尽量抑制压曲的发生，即抑制梁的扭曲。但是，由于图9所示的弹性垫110和图10所示的弹性支座100为这样的结构，从而允许向四周产生压曲，这样不能避免安全问题。
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种支承高荷载用的弹性垫，其可通过下述方式，提高安全性，该方式为：在滑动过程中，因对膨胀进行限制，同时产生荷载衰减，从而能支承较高的荷载，此外该弹性垫可降低施工成本，同时具有更广泛的应用性。
附图简述
通过参照附图具体描述本发明的优选实施例，更加容易得出本发明的上述目的和优点，其中：
图1A～1C为本发明的第1实施例的弹性垫的图，其中图1A为弹性垫的平面图或底视图，图1B为图1A的正面剖视图，图1C为图1A的侧面剖视图；
图2A为表示下述状态的图，在该状态，在图1A所示的弹性垫上作用有偏心竖向荷载，该竖向荷载基本上沿与纵向相垂直的方向，另外图2B为表示在图1A所示的弹性垫上作用有基本上沿纵向的偏心竖向荷载的状态的图；
图3A为表示下述状态的图，在该状态，在图1A所示的弹性垫上作用有偏心水平荷载，该水平荷载基本上沿与纵向相垂直的方向，另外图3B为表示在图1A所示的弹性垫上作用有基本上沿纵向的偏心水平荷载的状态的图；
图4A和4B为本发明的第2实施例的弹性垫的图，其中图4A为该弹性垫的平面图或底视图，图4B为图4A的正面剖视图；
图5A和5B为本发明的第3实施例的弹性垫的图，其中图5A为该弹性垫的平面图或底视图，图5B为图5A的正面剖视图；
图6A和6B为本发明的第4实施例的弹性垫的图，其中图6A为该弹性垫的平面图或底视图，图6B为图6A的正面剖视图；
图7A和7B为本发明的第5实施例的弹性垫的图，其中图7A为该弹性垫的平面图，图7B为图7A的正面剖视图；
图8为本发明的，具有弹性垫的弹性支座的正面剖视图；
图9为表示具有普通的弹性垫的弹性支座的正面剖视图；
图10为表示具有另一种普通的弹性垫的弹性支座的正面剖视图。
优选实施例
为了实现上述目的，本发明提供一种用于支承高荷载的弹性垫，其包括顶板；底板；缸体部件，其内贯穿有多个圆柱形空腔；多个弹性部件，其压靠于相应的圆柱形空腔上；顶部活塞和底部活塞，它们分别嵌入圆柱形空腔的两侧，以便将弹性部件密封；以及弹性增强部件，其整体成形于顶板与缸体部件之间，以及底板与缸体部件之间，以便接纳顶部和底部活塞。
下面对本发明的优选实施例进行具体描述。
图1A为本发明的第1实施例的弹性垫的平面图或底视图，图1B为图1A的正面剖视图，图1C为图1A的侧视图。参照图1A～1C，本发明的弹性垫10包括顶板11；底板12；缸体部件13，其内贯穿有多个圆柱形空腔13a和13b；弹性部件19a和19b，其压靠于相应的圆柱形空腔13a和13b上；顶部活塞15和16，以及底部活塞17和18，它们分别嵌入两个圆柱形空腔13a和13b中，以便将弹性部件19a和19b密封；弹性增强部件20，其整体成形于顶板11与缸体部件13之间，以及底板12和缸体部件13之间，以便接纳顶部和底部活塞15，16，17和18。按照本实施例，缸体部件13包括一对缸体14’和14”，该缸体分别呈圆筒状，上述圆柱形空腔13a和13b穿过该缸体。
图2A为表示下述状态的图，在该状态，在本发明的第1实施例的弹性垫上作用有偏心竖向荷载，该竖向荷载基本上沿与纵向相垂直的方向，另外图2B为表示在本发明的第1实施例的弹性垫上作用有基本上沿纵向的偏心竖向荷载的状态的图。如图2A所示，即使在基本上沿与纵向相垂直的方向，即沿箭头所示的方向的偏心竖向荷载作用于弹性垫10上的情况下，仍不会将该弹性垫10压曲。另外，如图2B所示，如果基本上沿纵向的偏心竖向荷载作用于弹性垫10上，顶板11和顶部活塞15和17沿荷载作用的方向倾斜，从而在顶部和底部活塞15，16，17和18周围作用有竖向荷载的一侧的第1和第2弹性增强部件20a和20b受压，而相对一侧的第1和第2弹性增强部件20a和20b受拉。
图3A为表示下述状态的图，在该状态，在本发明的第1实施例的弹性垫上作用有偏心水平荷载，该水平荷载基本上沿与纵向相垂直的方向，另外图3B为表示在图2A所示的弹性垫上作用有基本上沿纵向的偏心水平荷载的状态的图。参照图3A和3B，即使在沿任何一侧，即纵向或与纵向相垂直的方向作用有水平荷载的情况下，第1和第2弹性增强部件20a和20b仍受拉，从而顶板11和缸体部件13以滑动的方式相对底板12移动，于是，使作用于其上的水平荷载衰减。如图1A～3B所示，沿一个方向呈弧形的单向加工表面15a，16a，17a和18a形成于顶部和底部活塞15，16，17和18中的，与顶板11和底板12相接触的端部处，从而该顶板11与顶部活塞15和17，底部活塞16和18与底板12处于线接触状态，由此使接触部之间的摩擦力减小，实现顺利的滑动。
图4A为本发明的第2实施例的弹性垫的平面图或底视图，图4B为图4A的正面剖视图。参照图4A和4B，包围缸体部件13、顶板11和底板12的外表面的弹性增强部件20与这三者整体成形，以便形成防腐部20c。如上所述，通过将缸体部件13、顶板11和底板12的外表面包住，便可防止由金属形成的相应部件产生腐蚀，由此延长产品的使用期限。
图5A为本发明的第3实施例的弹性垫的平面图或底视图，图5B为图5A的正面剖视图。参照图5A和5B，在顶板11和底板12中，分别开设有安装孔11a和12a，能量吸收部件21从缸体14’和14”之间穿过。在这里，本领域公知的任何材料可用作该能量吸收部件21，作为最典型的实例，采用铅。
在按照上述方式设置能量吸收部件21的状态，如果施加水平荷载，从而顶板11和缸体部件13以滑动方式相对底板12移动，则该能量吸收部件21发生变形，从而吸收能量。于是，突然施加的水平荷载减弱，由此防止对弹性垫10造成破坏，使安全性提高。
图6A为本发明的第4实施例的弹性垫的平面图或底视图，图6B为图6A的正面剖视图。参照图6A和6B，缸体部件13为矩形块，在该部件中，开设有一对圆柱形空腔13a和13b。由于在本实施例的弹性垫上作用水平和竖向荷载的状态与第1实施例中的相同，故省略对其的具体描述。
图7A为本发明的第5实施例的弹性垫的平面图或底视图，图7B为图7A的正面剖视图。参照图7A和7B，在矩形块14中开设有通孔14a，在顶板11和底板12中，分别开设有安装孔11a和12a。于是，能量吸收部件21从圆柱形空腔13a和13b之间穿过。设置能量吸收部件21而获得的作用与参照图5A和5B所进行描述的作用相同，故省略对其的具体描述。
图8为本发明的，具有弹性垫的弹性支座的正面剖视图。参照图8，弹性支座100包括弹性垫10，顶板200和底板300。该顶板200与弹性垫10中的顶板11固定，底板300与底板12固定。
图8表示比如，可万向滑动的弹性支座。但是，如果需要，可通过相应地在顶板200和底板300中设置止动件、导向件或夹持件的方式，适当地采用全方位固定的弹性支座，或单向固定的弹性支座。
在本发明的弹性垫10中，如图2A和2B所示，当沿纵向顺利地实现压曲时，沿与该纵向相垂直的方向不产生压曲，这是本发明的特征，而已有技术是无法实现的。本发明的上述特征允许本发明的弹性垫10用作支承车辆，特别是铁路车辆用桥梁中的梁体的装置。在此场合，预计会大大提高安全性。另外，如通过本发明的上述实施例所描述的那样，与普通的弹性垫110或120不同，如果需要，可减小弹性垫10的宽度。还有，在相同支承面积的情况下，本发明的弹性垫10可支承高于普通的弹性垫110或120的荷载。
如上所述，按照本发明，在滑动过程中，使荷载衰减，从而支承较高的荷载。另外，在施工过程中，可通过下述效果，提高桥梁的安全性，该效果为：防止与纵向相垂直的方向的压曲。此外，如果需要，可以很容易地调节弹性支座的宽度，因此使施工成本降低。另外，本发明的弹性垫可按照提高商业价值的各种改进形式实施。
按照本发明，由于弹性增强部件接纳顶部和底部缸体，这样无需单独的密封机构，同时使密封效果进一步提高。
本发明不限于具有一对圆柱形空腔的上述弹性垫，在后面所附的权利要求所定义的本发明的请求保护范围和实质内，容易得出各种变换和改进形式。