具备防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座技术领域
本发明涉及桥梁结构或建筑技术领域，具体的说是一种具备防抬梁和防落梁功能
的双曲面球型减隔震支座。
背景技术
现在公路桥梁大量使用钢构桥梁，同时铁路桥梁大多采用无缝线路。目前的双曲
面球型减隔震支座在水平滑动过程中常常伴随着竖向升高，形成梁体抬高现象，导致钢构
桥梁的内力重新分布和铁路轨道的平整度，容易引发行车安全隐患。同时，减隔震支座的震
后位移通常按抗震计算结果设计，但地震时存在种种不可预测的因素，不排除震后位移超
出理论计算值的可能性，当支座在地震情况下运动至最大位移处时，因为没有挡块，容易造
成梁体落梁危险。
发明内容
针对上述现有的双曲面球型减隔震支座易形成梁体抬高现象，容易引发行车安全
隐患和地震梁体落梁危险等问题，本发明提供一种具备防抬梁和防落梁功能的双曲面球型
减隔震支座。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具备防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，该支座设有下座板、中座板
和上座板，所述下座板的上部和上座板下部均设有滑移凹球面，所述中座板的上、下表面均
为凸球面；所述下座板的上部和中座板的下部分别设有相匹配的凹球面滑板和凸球面滑
板，中座板的上部和上座板的下部分别设有相匹配的凸球面滑板和凹球面滑板，还设有顶
座板和限位板，所述顶座板设置在上座板的上部，顶座板下部四周设有挡块；上座板的上部
和顶座板的下部均设有平面滑板；所述下座板的上部限位方向两侧均设有限位板，下座板
和上座板上滑移凹球面的外部均设有内嵌圆环；所述中座板设置在下座板和上座板的滑移
凹球面及内嵌圆环围成的空间内，且围成的空间直径大于中座板的直径。
所述上座板与中座板之间、中座板与下座板之间的凹球面滑板和凸球面滑板分别
组成上球面摩擦副和下球面摩擦副，这两个摩擦副均为滑动及转动摩擦副，所述凹球面滑
板和凸球面滑板其中一个为不锈钢球面滑板，另一个为非金属球面滑板。
所述顶座板与上座板之间的平面滑板组成平面摩擦副，其中一个为不锈钢平面滑
板，另一个为非金属平面滑板。
所述上座板的上部外四周和与其相对应的挡块内侧均设有导向滑板。
所述上座板的下部外四周和与其相对应的限位板内侧均设有导向滑板。
所述中座板为上、下表面均呈凸球面的圆柱形。
本发明的有益效果：
本发明提供的具备防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，通过在下座板的上
部限位方向设置限位板，且在上座板和下座板上设置内嵌圆环，中座板设置在下座板和上
座板的滑移凹球面及内嵌圆环围成的空间内，且围成的空间直径大于中座板的直径，可有
效解决梁体落梁的问题；正常运行时，支座的曲面摩擦副受到四周限位板约束，仅顶座板与
上座板之间的平面摩擦副可水平滑动，支座的正常滑行不会带来梁体的抬升，满足桥梁正
常行车平稳性要求；小震时，支座的平面摩擦副首先滑动，可能会运行到水平极限位置，在
地震力小于限位板的水平极限承载力时，限位板仍然起到限位作用，支座起到硬抗式支座
功能作用；中震时，当地震水平力超过限位板的水平极限承载力时，限位板剪断破坏，两个
球面摩擦副的水平滑动约束解除，支座通过上座板与中座板、中座板与下座板的双球面合
成作用实现水平往复滑动，在往复滑动过程中，通过滑动面的摩擦阻力耗散地震能量，并延
长结构自振周期，达到减隔震效果；大震时，支座运行到地震最大位移处，支座在水平方向
从上到下顶座板永久挡块与上座板上部侧面部位相互接触、上座板下部内嵌圆环与中座板
接触挤压，中座板与下座板上部内嵌圆环接触挤压，这样支座在水平方向各个部件依次相
互接触挤压，阻止梁体继续向前运动最终实现支座的防落梁功能作用；地震过后，支座上部
结构自重沿曲面方向的分力作为回复力，使支座复位。
附图说明
图1是本发明实施例1结构示意图；
图2是本发明实施例1结构的A-A剖视图；
图3是本发明实施例2结构示意图；
图4是本发明实施例2结构的A-A剖视图；
图5是本发明实施例中防落梁功能起作用时的结构示意图；
附图标记：1、下座板，2、中座板，3、上座板，4、顶座板，5、限位板，6、下球面摩擦副，7、上
球面摩擦副，8、平面摩擦副，9、导向摩擦副，10、锚栓。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
如图所示：一种具备防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，该支座设有
下座板1、中座板2和上座板3，所述下座板1的上部和上座板3下部均设有滑移凹球面，所述
中座板2的上、下表面均为凸球面；所述下座板1的上部和中座板2的下部分别设有相匹配的
凹球面滑板和凸球面滑板，中座板2的上部和上座板3的下部分别设有相匹配的凸球面滑板
和凹球面滑板，所述下座板1的上部限位方向两侧均设有限位板4，下座板1和上座板3上滑
移凹球面的外部均设有内嵌圆环；所述中座板2设置在下座板1和上座板3的滑移凹球面及
内嵌圆环围成的空间内，且围成的空间直径大于中座板2的直径。
实施例1
给出多向活动防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，如图1、2所示。其主要由
下座板1、中座板2、上座板3、顶座板4、限位板5、下球面摩擦副6、上球面摩擦副7、平面摩擦
副8、导向摩擦副9和锚栓10等部件组成。下座板1的上部四周均设置有限位板5，上部内嵌圆
柱面，中心部位为球面，球面上部焊接球面不锈钢滑板；中座板2上、下部均为凸球面，外侧
为圆柱面，上、下凸球面均镶嵌非金属球面滑板；上座板3上部为平面，并镶嵌非金属滑板，
上、下部四侧均设置导向非金属滑板，下部内嵌圆柱面，下部中心为凹球面，凹球面上焊接
球面不锈钢滑板；顶座板4下部四周设置有永久挡块，挡块上焊接导向不锈钢滑板，下部中
心焊接有平面不锈钢滑板。
下座板1焊接的球面不锈钢滑板与中座板2镶嵌的非金属滑板组成下球面摩擦副
6；上座板3焊接的球面不锈钢滑板与中座板2镶嵌的非金属滑板组成上球面摩擦副7；顶座
板4焊接的平面不锈钢滑板与上座板3镶嵌的非金属滑板组成平面摩擦副8；顶座板4焊接的
导向不锈钢滑板与上座板3上部四周镶嵌的导向非金属滑板组成导向摩擦副9；限位板5焊
接的导向不锈钢滑板与上座板3下部四周镶嵌的导向非金属滑板组成导向摩擦副9；支座的
每个摩擦副均由不锈钢滑板和非金属滑板组成。平面摩擦副8、上球面摩擦副7、下球面摩擦
副6共同承担支座的竖向承载作用；平面摩擦副8承担支座水平滑动作用；上球面摩擦副7和
下球面摩擦副6承担支座的转动和地震下的曲面滑动作用；导向摩擦副9承担支座水平力传
递作用。
本实施例的多向活动防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，正常运行
时，支座的上球面摩擦副7和下球面摩擦副6受到四周限位板5的约束，仅有顶座板4与上座
板3之间的平面摩擦副8可沿纵桥向（或横桥向）水平滑动，支座的正常滑行不会带来梁体的
抬升，满足桥梁正常行车平稳性要求，起到防抬梁作用；发生小震时，支座的平面摩擦副8的
摩擦系数较小会首先发生纵桥向（或横桥向）滑动，并运行到水平极限位置，即顶座板4底部
四周的永久挡块与上座板3上部的非金属导向滑板相接触，将水平力传递到限位板5上，由
于小震时的地震水平作用力小于限位板5的水平极限承载力时，限位板5仍然起到限位作
用，支座起到硬抗式支座功能作用；中震时，当地震水平力超过限位板5的水平极限承载力
时，限位板5剪断破坏，两个球面摩擦副的水平滑动约束解除，支座通过双球面的合成作用
实现纵桥向（或横桥向）水平往复滑动。在往复滑动过程中，通过两球面摩擦副的摩擦阻力
耗散地震能量，并延长结构自振周期，达到减隔震效果；大震时，支座运行到地震最大位移
处，支座在水平方向从上到下即顶座板4永久挡块与上座板3上部侧面部位导向非金属滑板
相互接触、上座板3下部内嵌圆环与中座板2接触挤压，中座板2与下座板1上部内嵌圆环接
触挤压，这样支座在纵桥向或横桥向各个部件依次相互接触挤压，阻止梁体继续向前运动
最终实现支座的防落梁功能作用，如图5所示；地震过后，支座上部结构自重沿曲面方向的
分力作为回复力，使支座复位。
实施例2
给出单向活动防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，如图3、4所示。其主要由
下座板1、中座板2、上座板3、顶座板4、限位板5、下球面摩擦副6、上球面摩擦副7、平面摩擦
副8、导向摩擦副9和锚栓10等部件组成。下座板1的上部四周均设置有限位板5，上部内嵌圆
柱面，中心部位为球面，球面上部焊接球面不锈钢滑板；中座板2上、下部均为凸球面，外侧
为圆柱面，上、下凸球面均镶嵌非金属球面滑板；上座板3上部为平面，并镶嵌非金属滑板，
上、下部四侧均设置导向非金属滑板，下部内嵌圆柱面，下部中心为凹球面，凹球面上焊接
球面不锈钢滑板；顶座板4下部四周设置有永久挡块，挡块上焊接导向不锈钢滑板，下部中
心焊接有平面不锈钢滑板。
下座板1焊接的球面不锈钢滑板与中座板2镶嵌的非金属滑板组成下球面摩擦副
6；上座板3焊接的球面不锈钢滑板与中座板2镶嵌的非金属滑板组成上球面摩擦副7；顶座
板4焊接的平面不锈钢滑板与上座板3镶嵌的非金属滑板组成平面摩擦副8；顶座板4焊接的
导向不锈钢滑板与上座板3上部四周镶嵌的导向非金属滑板组成导向摩擦副9；限位板5焊
接的导向不锈钢滑板与上座板3下部四周镶嵌的导向非金属滑板组成导向摩擦副9；支座的
每个摩擦副均均由不锈钢滑板和非金属滑板组成。平面摩擦副8、上球面摩擦副7、下球面摩
擦副6共同承担支座的竖向承载作用；平面摩擦副8承担支座水平滑动作用；上球面摩擦副7
和下球面摩擦副6承担支座的转动和地震下的曲面滑动作用；导向摩擦副9承担支座水平力
传递作用。
本实施例的单向活动防抬梁和防落梁功能的双曲面球型减隔震支座，正常运行
时，支座的上球面摩擦副7和下球面摩擦副6受到四周限位板5的约束，仅有顶座板4与上座
板3之间的平面摩擦副8可沿主位移方向水平滑动，支座的正常滑行不会带来梁体的抬升，
满足桥梁正常行车平稳性要求，起到防抬梁作用；发生小震时，支座的平面摩擦副8的摩擦
系数较小会首先发生主位移方向滑动，并运行到水平极限位置，即顶座板4底部四周的永久
挡块与上座板3上部的非金属导向滑板相接触，将水平力传递到限位板5上，由于小震时的
地震水平作用力小于限位板5的水平极限承载力时，限位板5仍然起到限位作用，支座起到
硬抗式支座功能作用；中震时，当地震水平力超过限位板5的水平极限承载力时，限位板5剪
断破坏，两个球面摩擦副的水平滑动约束解除，支座通过双球面的合成作用实现主位移方
向水平往复滑动。在往复滑动过程中，通过两球面摩擦副的摩擦阻力耗散地震能量，并延长
结构自振周期，达到减隔震效果；大震时，支座运行到地震最大位移处，支座在水平方向从
上到下即顶座板4永久挡块与上座板3上部侧面部位导向非金属滑板相互接触、上座板3下
部内嵌圆环与中座板2接触挤压，中座板2与下座板1上部内嵌圆环接触挤压，这样支座在主
位移方向各个部件依次相互接触挤压，阻止梁体继续向前运动最终实现支座的防落梁功能
作用，如图5所示；地震过后，支座上部结构自重沿曲面方向的分力作为回复力，使支座复
位。支座在限位方向正常运行和发生小震时，始终起到限位作用；发生中震时，支座的限位
板5剪断破坏，与主位移方向起到同样的减隔震作用；大震起到防落梁功能作用，震后支座
复位。