复合橡胶球桥梁减震支座.pdf

本发明涉及一种复合橡胶球桥梁减震支座，由内部复合橡胶球、高强绳网和外部橡胶球壳组成。所述内部复合橡胶球被具有各向同性约束能力的高强绳网紧密包裹。所述内部复合橡胶球、高强绳网、外部橡胶球壳相互套置；所述外部橡胶球壳通过橡胶硫化，密实包裹内层橡胶球和高强绳网的组合体。内部复合橡胶球体的结构组成以及包裹高强绳网的存在有效地约束了内部复合橡胶球在受压后的水平向变形，极大的提高了支座的竖向承载力。正常使用时，本发明能通过变形起到固定支座的效果；较小地震作用时，本发明可以通过支座变形消耗地震对桥梁所产生的作用能量；强震作用下，本发明可以发生滑动和转动，有效降低了下部结构的地震力需求。本发明结构简单、制作方便、性价比高，具有较高的经济效益和社会效益。

1.   一种复合橡胶球桥梁减震支座，由内部复合橡胶球（1）、高强绳网（2）和外部橡胶球壳（3）组成，其特征在于：所述内部复合橡胶球（1）被具有各向同性约束能力的高强绳网（2）紧密包裹，得到内部复合橡胶球和高强绳网组成的组合体；所述组合体与外部橡胶球壳（3）相互套置；所述外部橡胶球壳（3）通过橡胶硫化形成，密实包裹内部复合橡胶球（1）和高强绳网（2）组成的组合体。

2.   根据权利要求1所述的复合橡胶球桥梁减震支座，其特征在于所述内部复合橡胶球（1）及外部橡胶球壳（3）所使用的橡胶是天然橡胶、合成橡胶、高阻尼橡胶或者它们的混合物。

3.   根据权利要求1所述的复合橡胶球桥梁减震支座，其特征在于所述内部复合橡胶球（1）为实心圆球体，或是包含内部绳网框架结构实心球体，或是均匀掺加了约束纤维的复合橡胶材料制成实心球体。

4.   根据权利要求1所述的复合橡胶球桥梁减震支座，其特征在于所述高强绳网（2）采用高强钢丝，或高强纤维等具有较强抗拉能力的材料制成，并编制为三角形网格。

5.   根据权利要求1所述的复合橡胶球桥梁减震支座，其特征在于所述内部约束纤维（4）的布置方式、纤维材料，和高强绳网（2）的材料、材料截面尺寸、间距、圈数、绳网网格形式、层数以及制造材料的强度、弹性模量均可根据设计需要进行调整。

复合橡胶球桥梁减震支座
技术领域
本发明属于桥梁工程、地震工程技术领域，具体涉及一种复合橡胶结构组合而成的新式桥梁减震支座，特别涉及一种复合橡胶球桥梁减震支座。
背景技术
近几十年来，橡胶减隔震支座作为桥梁减隔震的重要措施，获得了越来越多的重视，并取得了重大的发展。板式橡胶支座、叠层橡胶支座等逐步得到了广泛的应用，并成为了国内外桥梁支座的主流。板式橡胶支座或叠层橡胶支座在遭遇常遇地震或者振动性冲击时，橡胶层在变形过程中消耗能量，提供阻尼，并在变形后提供回复能力。然而对于传统板式橡胶支座，因为其外观形状为平板式，橡胶体内部是由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合而成，平面形式为圆形或矩形；在遭受罕遇地震时，其剪切变形能力有限，由于支座不能滚动被剪坏或者失去其应有的作用，不能发挥减隔震的作用。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供一种具备较高竖向承载力、满足正常使用功能，并能在地震或重大冲击作用下通过支座滑动、转动，减少上部结构地震力对下部结构影响的橡胶支座。
为达到以上目的，本发明打破原有橡胶支座设计思路，采用如下解决方案：支座采用整体球型，内部复合橡胶球采用复合橡胶材料，在内部复合橡胶球外包裹高强绳网，并在内部复合橡胶球和高强绳网的组合体外硫化形成外层橡胶球壳。其中内部复合橡胶球是包含内部绳网框架结构的，也可以是均匀掺加了纤维材料的复合橡胶材料制成；包裹用高性能绳网可以采用多种材料，如高强钢丝、高分子纤维布等；其目的是当支座受到荷载作用时，内部复合橡胶球和高强绳网一起充分发挥纤维复合材料的抗拉性能，在空间约束核心橡胶体的变形，远超过传统橡胶支座内置薄钢板的约束作用，因而可以大大增加支座的轴向承载能力。
正常使用状态下，复合橡胶球桥梁减震支座因为上部结构荷载的作用发生变形，支座与梁体、桥墩形成明显接触面，支座具有与传统的板式橡胶支座相同的功能。
在较小地震作用下，地震力小于复合橡胶球桥梁减震支座与支座垫石的摩擦力，支座发生剪切变形，消耗能量，同时，橡胶体能够共同提供恢复力使桥梁的主梁在地震的作用过程中与地震作用后支座能有效地复位而基本不发生偏离，从而保障桥梁震后的通行能力；强震作用下，地震力超过摩擦力，复合橡胶球桥梁减震支座发生滚动，从而极大地削弱上部结构传递到下部结构的地震力，起到减隔震的作用。同时，因为复合橡胶球桥梁减震支座具有各向同性的特点，支座适用范围广，且对来自各个方向的地震动输入都能发挥作用。
据此，本发明提出的复合橡胶球桥梁减震支座，由内部复合橡胶球、高强绳网和外部橡胶球壳组成，所述内部复合橡胶球被具有各向同性约束能力的高强绳网紧密包裹，得到内部复合橡胶球和高强绳网的组合体，所述组合体与外部橡胶球壳相互套置；所述外部橡胶球壳通过硫化，密实包裹内部复合橡胶球和高强绳网组成的组合体。
本发明中，所述内部复合橡胶球和外部橡胶球壳使用的橡胶可以是天然橡胶、合成橡胶或高阻尼橡胶中一种以上。
本发明中，所述内部复合橡胶球是实心圆球体，可以是包含内部绳网框架结构实心球体，或可以是均匀掺加了约束纤维的复合橡胶材料制成实心球体。
本发明中，所述高强绳网编织而成具有各向同性约束能力的网格，所述网格为三角形网格等，同时，紧密包裹内部复合橡胶球。
本发明中，所述高强绳网的材料为高强钢丝，或是高强纤维材料中任一种。
本发明中，所述内部复合橡胶球的半径和外部橡胶球壳的厚度可以是变化的，视具体情况而定。
本发明中，所述内部约束纤维的布置方式和纤维材料可根据设计需要进行调整。
本发明中，高强绳网2的材料、材料截面尺寸、间距、圈数、绳网网格形式、层数以及制造材料的强度、弹性模量等均可根据设计需要进行调整。
本发明提供的技术方案的优点：
1）  内部复合橡胶球体的结构组成以及外表包裹高强绳网的存在有效地约束了橡胶体在受压后的横向变形，极大的提高了支座的竖向承载力。
2）  正常使用时，橡胶球支座受压变形，支座与梁体、桥墩形成明显接触面，可以起到固定支座的作用。
3）  橡胶与墩（梁）体的摩擦系数大于聚四氟滑板与钢板的摩擦系数，在较小地震情况下，支座不发生滚动，通过支座滑动及剪切变形，可以消耗更多地震对桥梁所产生的作用能量。
4）  强震作用下，支座可以发生滑动和转动，有效降低了下部结构的地震力需求，相比普通叠层橡胶支座具有更为优异的减隔震效果。
5）  球型结构不仅在降低水平方向的地震水平分量时没有方向性的约束，而且还能减小结构在竖向的地震分量。
总之，本发明适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种悬架结构之类的建筑物上，起减隔震作用。
附图说明
图1为本发明的整体图。
图2 为本发明的1/4剖视图。
图3 为本发明的1/2剖视图。
图4为本发明的实施组装示意图。
图中标号：1为内部复合橡胶球，2为高强绳网，3为外部橡胶球壳，4为内部约束纤维。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。
实施例1：请见图1、图2、图3和图4，复合橡胶球桥梁减震支座，由内部复合橡胶球1、高强绳网2和外部橡胶球壳3组成。
作为本发明的技术要点之一内部复合橡胶球1是实心圆球体，内部包含按照一定规律呈现的内部约束纤维4，内部约束纤维4在球体内的排列是各向相同的，是为了保证球体在运动时是各向同性的。
作为本发明的技术要点之一的高强绳网2采用高强钢丝，或高强纤维等具有较强抗拉能力的材料。
作为本发明的技术要点之一的高强绳网2编织成具有各向同性约束能力的三角形网格，在空间紧密包裹内部复合橡胶球1。
作为本发明的技术要点之一的外部橡胶球壳3为在内部复合橡胶球1和高强绳网2的组合体外通过橡胶硫化制成，密实包裹内部复合橡胶球1和高强绳网2的组合体；外径大于内部复合橡胶球1和高强绳网2的组合球体的直径，球壳厚度均匀。
作为本发明实施例的又一种变换，所述内部复合橡胶球也可以是均匀掺加了纤维材料的复合橡胶材料制成的实心球体。
作为本发明实施例的又一种变换，所述高强绳网2的绳网材料、绳丝截面尺寸、间距、圈数、绳网网格形式、层数以及制造材料的强度、弹性模量等均可根据设计需要进行调整。
作为本发明实施例的又一种变换，用于包裹内部复合橡胶球1和高强绳网2组合体的外部橡胶球壳3的具体形状和厚度可以依据力学和构造需要进行设计和调整。
上述的对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明构思所做出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。