本發明屬于阻尼結構技術領域，涉及一種具備空間普適性的鋼阻尼支座。
背景技術：
橋梁減隔震技術可以有效避免橋梁主體結構在地震中遭受嚴重損傷。其中，地震行為可控是對系列減隔震裝置提出的基本技術要求。面向工程應用時，較強的空間適應性以及良好的工程可實踐性是對減隔震裝置提出的又一基本要求。
中國專利cn202954294u和cn201485785u先后公開了一種雙向阻尼消能盆式支座和彈塑性防落梁球型鋼支座，前者由于阻尼單元為ε形，所占平面空間很大，后者由于阻尼單元為彈塑性柱，所占豎向空間較大，且阻尼單元根部錨固比較困難，彈塑性柱體越高，前述問題越突出。另外，對于需要提供更高噸位阻尼力，更大行程位移的情況，其空間占用問題越加突出。因此，上述兩種裝置在不同工程場景應用時均受到不同程度的限制。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了提供一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，在滿足相關裝置地震行為可控可預測的基本技術要求的前提下，又具備很好的工程可實踐性。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，包括：
支承模塊：其包括底板、頂板、以及球冠組件，所述底板和球冠組件之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠組件與頂板之間活動接觸并具有沿橫向的自由度；
震時限位模塊：包括第一傳動肋板、第二傳動肋板、第一棒形阻尼單元和第二棒形阻尼單元，所述的第一傳動肋板、第二傳動肋板分別沿縱向和橫向布置，所述第一傳動肋板的兩端分別連接所述球冠組件和第一棒形阻尼單元的中部，所述第二傳動肋板的兩端分別連接所述球冠組件和第二棒形阻尼單元，所述第一棒形阻尼單元的兩端與底板活動連接，所述第二棒形阻尼單元的兩端則與頂板活動連接。
進一步的，在底板和頂板上分別設有第一卡槽和第二卡槽，所述第一棒形阻尼單元和第二棒形阻尼單元的端部分別伸入所述第一卡槽和第二卡槽中，并分別與第一卡槽和第二卡槽的內壁面保持間隔。
更進一步的，所述的第一棒形阻尼單元和第二棒形阻尼單元均由位于中間的等直連接段，以及對稱式布置在等直連接段兩端的變截面曲線段、等直過渡段和端部球頭一體化加工而成。
進一步的，所述的第一棒形阻尼單元、第二棒形阻尼單元分別以球冠組件為中心對稱布置，且每個方向上的第一棒形阻尼單元、第二棒形阻尼單元分別沿縱向和橫向設有一根或多根。
進一步的，所述的第一棒形阻尼單元和第二棒形阻尼單元位于同一水平面上，或第一棒形阻尼單元和第二棒形阻尼單元沿豎直方向疊層布置。
進一步的，所述底板與球冠組件之間布置有由沿縱向的第一滑道、以及匹配滑動布置在第一滑道上的第一滑塊組成的滑動接觸對。
進一步的，所述頂板與球冠組件之間布置有由沿橫向的第二滑道、以及配合滑動布置在第二滑道上的第二滑塊組成的滑動接觸對。
更進一步的，所述的第一滑道和第二滑道的截面分別獨立的為矩形或t型。
進一步的，所述球冠組件的上、下方分別設有球冠蓋板和球冠托板，所述底板和球冠托板之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠蓋板與頂板之間活動接觸并具有沿橫向的自由度，此時，所述第一傳動肋板的端部連接所述球冠托板，所述第二傳動肋板的端部連接所述球冠蓋板。
更進一步的，所述球冠組件分別通過球面接觸和平面接觸設置在所述的球冠托板和球冠蓋板之間。
進一步的，所述第一傳動肋板和第二傳動肋板上還設有加強連接的加勁肋板。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
一、空間適應性和工程可實踐性更強，兩個方向的棒形阻尼單元可以沿水平方向延伸展開布置，也可以沿豎直方向疊層設置，分別具備節省豎向空間和水平空間的技術優勢。
二、可根據抗震目標功能需求，在不顯著增加占用空間的前提下，設置多根棒形阻尼單元，提供大噸位阻尼力。
三、在不影響阻尼元件震時力學行為的前提下，同時可提供豎向限位功能，有效避免高烈度區的橋梁在豎向地震動效應下的梁體上拋震害的發生。
四、阻尼單元的邊界連接的效果更好，可靠性更高。由于棒形阻尼單元為一體化設計加工，解決了以往懸臂結構形式根部錨固困難等技術難題。
附圖說明
圖1為實施例1中鋼阻尼支座的三維結構示意圖；
圖2為實施例1中部分鋼阻尼支座的其中一個視角的三維結構示意圖；
圖3為實施例1中部分鋼阻尼支座的另一個視角的三維結構示意圖；
圖4為實施例1中部分鋼阻尼支座的三維結構示意圖；
圖5為實施例1中部分鋼阻尼支座的其中一個視角的半剖結構示意圖；
圖6為實施例1中部分鋼阻尼支座的另一個視角的半剖結構示意圖；
圖7為實施例1中棒形阻尼單元的結構示意圖和受力圖示；
圖8為實施例2中部分鋼阻尼支座的其中一個視角的三維結構示意圖；
圖9為實施例2中部分鋼阻尼支座的另一個視角的三維結構示意圖；
圖10為實施例3中部分鋼阻尼支座的其中一個視角的三維結構示意圖；
圖11為實施例3中部分鋼阻尼支座的另一個視角的三維結構示意圖；
圖12為實施例3中鋼阻尼支座的其中一個視角的側視圖；
圖13為實施例3中鋼阻尼支座的另一個視角的側視圖；
圖14為實施例4中鋼阻尼支座的其中一個視角的側視圖；
圖15為實施例4中鋼阻尼支座的另一個視角的側視圖；
圖中標記說明：
1-底板，2-球冠托板，3-球冠組件，4-球冠蓋板，5-頂板，6-第一棒形阻尼單元，7-第二棒形阻尼單元，8-加勁肋板，11-第一卡槽，12-第一矩形滑道，13-第一凹形滑道，21-第一傳動肋板，22-第一矩形滑塊，23-第一凸形滑塊，41-第二傳動肋板，42-第二矩形滑塊，43-第二凸形滑塊，51-第二卡槽，52-第二矩形滑道，53-第二凹形滑道，61-端部球頭，62-等直過渡段，63-變截面曲線段，64-等直連接段。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
以下各實施方式或實施例中，如無特別說明的功能部件或結構，則表明其均為本領域為實現對應功能而采用的常規部件或結構。
橋梁結構支承系統中一般沿順橋向和沿橫橋向的支承需求有所區別，對于支座構件，基本可以沿上述方向分為活動型(雙向活動型、單向活動型)和固定型兩種。下文順向指沿橋梁順橋向，橫向指沿橋梁橫橋向。
為適應橋梁工程支承系統中的各種安裝空間場景等，本發明提供了一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，其結構參見圖1至圖6、圖8至圖11等所示，包括：
支承模塊：其包括底板1、頂板5、以及球冠組件3，所述底板1和球冠組件3之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠組件3與頂板5之間活動接觸并具有沿橫向的自由度；
震時限位模塊：包括第一傳動肋板21、第二傳動肋板41、第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7，所述的第一傳動肋板21、第二傳動肋板41分別沿縱向和橫向布置，所述第一傳動肋板21的兩端分別連接所述球冠組件3和第一棒形阻尼單元6的中部，所述第二傳動肋板41的兩端分別連接所述球冠組件3和第二棒形阻尼單元7，所述第一棒形阻尼單元6的兩端與底板1活動連接，所述第二棒形阻尼單元7的兩端則與頂板5活動連接。
在一些實施方式中，請再參見圖1等所示，在底板1和頂板5上分別設有第一卡槽11和第二卡槽51，所述第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7的端部分別伸入所述第一卡槽11和第二卡槽51中，并分別與第一卡槽11和第二卡槽51的內壁面保持間隔。更優選的，對于雙向活動型支座的情況，所述的第一棒形阻尼單元6的端部球頭61與第一卡槽11之間沿第一滑道方向預留1～3cm間隙，所述的第二棒形阻尼單元7的端部球頭61與第二卡槽51之間沿第一滑道方向預留1～3cm間隙；對于單向活動型支座的情況，所述的第一棒形阻尼單元6的端部球頭61與第一卡槽11之間沿第一滑道方向預留1～3cm間隙；對于固定型支座的情況，上述所有間隙設置為0cm。
更具體的，請再參見圖7a所示，所述的第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7均由位于中間的等直連接段64，以及對稱式布置在等直連接段64兩端的變截面曲線段63、等直過渡段62和端部球頭61一體化加工而成。此處，變截面曲線段63是基于等應變原理而設計的，即當第一棒形阻尼單元6等發生形變時，變截面曲線段63的應變分布均勻，相關結構性能等可以參考以下文獻：【1】gao,h.,&wang,j.researchondifferencesbetweencylindricalande-shapeddampersforthebidirectionalseismiccontrol[j].journalofbridgeengineering,2020,vol.25(4):04020008。同樣，第二棒性阻尼單元7也可以參上設計。
更優選的，請再參見圖7b所示，第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7在地震作用下受力彎矩圖示為一三角形分布，中部彎矩最大，對應的區域為所述的變截面曲線段63的最大直徑處，也即等直連接段64的直徑。兩端彎矩最小，對應的區域為所述的端部球頭61。
在一些實施方式中，請再參見圖1等所示，所述的第一棒形阻尼單元6、第二棒形阻尼單元7分別以球冠組件3為中心對稱布置，且每個方向上的第一棒形阻尼單元6、第二棒形阻尼單元7分別沿縱向和橫向設有一根或多根，多根可以為兩根或以上，此時，請參見圖8至圖11等所示。
在一些實施方式中，所述的第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7位于同一水平面上，或第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7沿豎直方向疊層布置。
在一些實施方式中，請再參見圖4等所示，所述底板1與球冠組件3之間布置有由沿縱向的第一滑道、以及匹配滑動布置在第一滑道上的第一滑塊組成的滑動接觸對。
在一些實施方式中，請再參見圖4等所示，所述頂板與球冠組件3之間布置有由沿橫向的第二滑道、以及配合滑動布置在第二滑道上的第二滑塊組成的滑動接觸對。
更具體的，所述的第一滑道和第二滑道的截面分別獨立的為矩形或t型，此時，對應矩形，第一滑道和第二滑道分別為第一矩形滑道1212和第二矩形滑道52，第一滑塊和第二滑塊則分別為第一矩形滑塊22和第二矩形滑塊42，組成的是非抗拉接觸對，請再參見圖12和圖13所示；而當截面(即滑道與滑塊的接觸截面)為t型時，對應的，第一滑道和第二滑道分別為第一凹形滑道13和第二凹形滑道53，第一滑塊和第二滑塊則分別為第一凸形滑塊23和第二凸形滑塊43，請再參見圖14至圖15所示。同時設置所述的第一凹形滑道13和所述的第一凸形滑塊23組成的抗拉接觸對、所述的第二凹形滑道53和所述的第二凸形滑塊43組成的抗拉接觸對，可實現鋼阻尼支座的豎向抗拉拔功能，且該功能由運營支承模塊實現，與震時限位模塊功能相互獨立，互不影響。
在一些實施方式中，請再參見圖1至圖6等所示，所述球冠組件3的上、下方分別設有球冠蓋板4和球冠托板2，所述底板1和球冠托板2之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠蓋板4與頂板5之間活動接觸并具有沿橫向的自由度，此時，所述第一傳動肋板21的端部連接所述球冠托板2，所述第二傳動肋板41的端部連接所述球冠蓋板4。
更進一步的，所述球冠組件3分別通過球面接觸和平面接觸設置在所述的球冠托板2和球冠蓋板4之間。具體的，球冠組件3與球冠托板2之間為球面接觸，并設置球面摩擦副，目的是做類似球鉸的球面轉動用以適應橋梁結構上部結構發生的轉角變形(這也是對支座構件提出的基本要求之一，適應轉角)。另外，如果要求支座具備豎向抗拉能力時，則要求球冠組件3與球冠蓋板4之間是固定連接(水平和豎向均為固定連接)，如果不要求支座具備豎向抗拉能力時，則球冠組件3與球冠蓋板4之間可以是部分活動連接(豎向為活動連接，水平向為固定連接)，也可以是固定連接。
在一些實施方式中，請再參見圖9等所示，所述第一傳動肋板21和第二傳動肋板41上還設有加強連接的加勁肋板8。
以上各實施方式中的，所述的第一棒形阻尼單元6沿第一滑道方向并列設置為兩根，亦可以是多根，即在不明顯增加占用空間的情況下提供更高噸位的阻尼力。同樣，所述的第二棒形阻尼單元7沿第二滑道方向并列設置為兩根，亦可以是多根，即在不明顯增加占用空間的情況下提供更高噸位的阻尼力。兩滑道方向的棒形阻尼單元可以沿水平方向延伸展開布置，該種實施形式的鋼阻尼支座所占的豎向空間較??；亦可以沿豎向方向疊層布置，該種實施形式的鋼阻尼支座所占的平面空間較小。因此本發明各實施例中的鋼阻尼支座對橋梁工程支承系統中各種安裝場景均具備很好的空間普適性。
以上各實施方式可以任一單獨實施，也可以任意兩兩組合或更多的組合實施。
本發明的具備空間普適性的支座在應用時，以橋梁工程載體為例，在橋梁結構正常使用狀態下，球冠組件3與球冠托板2的球面接觸滿足橋梁結構梁端轉動位移的需求，底板1與球冠托板2的平面接觸或者是球冠蓋板4與頂板5的平面接觸滿足橋梁結構梁端平動位移的需求；地震作用下，傳動肋板傳動棒形阻尼單元沿指定方向發生塑性變形，耗散地震能量，滿足梁體地震限位的需求。
本發明中，第一滑道和第二滑道可根據橋梁結構順橋向和橫橋向的支承需求選擇性設置。
本發明中，對于活動型支座的情況，通過在卡槽與棒形阻尼單元端部球頭61沿指定方向預留間隙(間隙量＝支座活動位移量)的方式滿足相關位移需求；對于固定型支座的情況，前述間隙量設置為零，通過棒形阻尼單元的彈性工作區間提供支座構件的目標強度和剛度。
本發明可以選擇性地提供梁體豎向限位的功能，通過在第一滑道和第二滑道處同時設置“凸形”和“凹形”抗拉接觸對，提供豎向抗拉功能。該功能的實現由支座運營支承模塊完成，不會干涉震時限位模塊中棒形阻尼單元的地震力學行為(沿指定方向發生塑性變形)，可控性和可預期性更強。
下面結合具體實施例來對上述實施方式進行更詳細的說明。
實施例1：
為適應橋梁工程支承系統中的各種安裝空間場景等，本實施例提供了一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，其結構參見圖1至圖6等所示，包括：
支承模塊：其包括底板1、頂板5、以及球冠組件3，所述底板1和球冠組件3之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠組件3與頂板5之間活動接觸并具有沿橫向的自由度；
震時限位模塊：包括第一傳動肋板21、第二傳動肋板41、第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7，所述的第一傳動肋板21、第二傳動肋板41分別沿縱向和橫向布置，所述第一傳動肋板21的兩端分別連接所述球冠組件3和第一棒形阻尼單元6的中部，所述第二傳動肋板41的兩端分別連接所述球冠組件3和第二棒形阻尼單元7，所述第一棒形阻尼單元6的兩端與底板1活動連接，所述第二棒形阻尼單元7的兩端則與頂板5活動連接。本發明中，球冠組件3可以由一球冠狀的塊體構成。
請再參見圖1等所示，在底板1和頂板5上分別設有第一卡槽11和第二卡槽51，所述第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7的端部分別伸入所述第一卡槽11和第二卡槽51中，并分別與第一卡槽11和第二卡槽51的內壁面保持間隔。所述的第一棒形阻尼單元6的端部球頭61與第一卡槽11之間沿第一滑道方向預留1～3cm間隙，所述的第二棒形阻尼單元77的端部球頭61與第二卡槽51之間沿第一滑道方向預留1～3cm間隙。
請再參見圖7a所示，所述的第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7均由位于中間的等直連接段64，以及對稱式布置在等直連接段64兩端的變截面曲線段63、等直過渡段62和端部球頭61一體化加工而成。此處，變截面曲線段63是基于等應變原理而設計的，即當第一棒形阻尼單元6等發生形變時，變截面曲線段63的應變分布均勻。請再參見圖7b所示，第一棒形阻尼單元66和第二棒形阻尼單元77在地震作用下受力彎矩圖示為一三角形分布，中部彎矩最大，對應的區域為所述的變截面曲線段63的最大直徑處，也即等直連接段64的直徑。兩端彎矩最小，對應的區域為所述的端部球頭61。
請再參見圖1等所示，所述的第一棒形阻尼單元6、第二棒形阻尼單元7分別以球冠組件3為中心對稱布置。所述的第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7位于同一水平面上，即呈正交方式沿水平方向延伸展開設置。
請再參見圖4等所示，所述底板1與球冠組件3之間布置有由沿縱向的第一滑道、以及匹配滑動布置在第一滑道上的第一滑塊組成的滑動接觸對。
請再參見圖4等所示，所述頂板與球冠組件3之間布置有由沿橫向的第二滑道、以及配合滑動布置在第二滑道上的第二滑塊組成的滑動接觸對。
本實施例中，第一滑道和第二滑道的截面均為矩形，此時，第一滑道和第二滑道分別為第一矩形滑道1212和第二矩形滑道52，第一滑塊和第二滑塊則分別為第一矩形滑塊22和第二矩形滑塊42，組成的是非抗拉接觸對。
請再參見圖1至圖6等所示，所述球冠組件3的上、下方分別設有球冠蓋板4和球冠托板2，所述底板1和球冠托板2之間活動接觸并具有沿縱向的自由度，所述球冠蓋板4與頂板5之間活動接觸并具有沿橫向的自由度，此時，所述第一傳動肋板21的端部連接所述球冠托板2，所述第二傳動肋板41的端部連接所述球冠蓋板4。所述球冠組件3分別通過球面接觸和平面接觸設置在所述的球冠托板2和球冠蓋板4之間。球冠組件3與球冠托板2之間為球面接觸，并設置球面摩擦副，目的是做類似球鉸的球面轉動用以適應橋梁結構上部結構發生的轉角變形(這也是對支座構件提出的基本要求之一，適應轉角)。另外，如果要求支座具備豎向抗拉能力時，則要求球冠組件3與球冠蓋板4之間是固定連接(水平和豎向均為固定連接)，如果不要求支座具備豎向抗拉能力時，則球冠組件3與球冠蓋板4之間可以是部分活動連接(豎向為活動連接，水平向為固定連接)，也可以是固定連接。
請再參見圖9等所示，所述第一傳動肋板21和第二傳動肋板41上還設有加強連接的加勁肋板8。
該實施例可以沿兩個相互正交的方向提供指定大小的阻尼力，兩個正交的方向分別對應橋梁結構的順橋向和橫橋向。任何角度的地震動作用都可以分解成這兩個方向。地震作用下，沿第一滑道的地震分量促使第一矩形滑道12和第一矩形滑塊22沿該滑道滑動方向發生滑動，由于第一棒形阻尼單元6的中部與第一矩形滑塊22的附屬結構相連，第一棒形阻尼單元6的兩個端部與第一矩形滑道12的附屬結構相連，第一矩形滑道12和第一矩形滑塊22沿該滑道滑動方向發生滑動促使第一棒形阻尼單元6按圖7中的受力模式發生變形，提供阻尼力。沿第二滑道的地震分量促使第二矩形滑道52和第二矩形滑塊42沿該滑道滑動方向發生滑動，由于第二棒形阻尼單元7的中部與第二矩形滑塊42的附屬結構相連，第二棒形阻尼單元7的兩個端部與第二矩形滑道52的附屬結構相連，第二矩形滑道52和第二矩形滑塊42沿該滑道滑動方向發生滑動促使第二棒形阻尼單元7按圖7中的受力模式發生變形，提供阻尼力。第一滑動體系及第一棒形阻尼單元6和第二滑動體系及第二棒形阻尼單元7的受力互不干擾，因此該實施例可以沿指定的兩個正交方向提供指定大小的阻尼力，以適應任一方向的地震動作用。
實施例2：
參考圖8-圖9，本實施例提供一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，其為豎向空間節省型的提供更高噸位阻尼力的雙向活動型支座。
與實施例1不同的是，第一棒形阻尼單元6沿第一滑道方向并列設置為兩根，并對稱設置在球冠組件3的兩側，第二棒形阻尼單元7沿第二滑道方向并列設置為兩根，對稱設置在球冠組件3的兩側。第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7呈正交方式沿水平方向延伸展開設置。
實施例3：
參考圖10-圖11，本實施例提供一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，其為水平空間節省型的提供更高噸位阻尼力的雙向活動型支座。
與實施例2不同的是，本實施例中，第一棒形阻尼單元6和第二棒形阻尼單元7呈正交方式沿豎直方向疊層設置。
實施例4：
參考圖14-圖15，本實施例提供一種具備空間普適性的鋼阻尼支座，其為水平空間節省型的提供更高噸位阻尼力且具備豎向抗拉拔功能的雙向活動型支座。
與實施例3不同的是，本實施例中，球冠托板2與底板1之間由第一凹形滑道13和第一凸形滑塊23組成的抗拉接觸對接觸連接。球冠蓋板4與頂板5之間由第二凹形滑道53和第二凸形滑塊43組成的抗拉接觸對接觸連接。同時在第一滑道處和第二滑道處同時設置抗拉接觸對，可實現該實例中鋼阻尼支座的豎向抗拉拔功能，該功能由運營支承模塊實現，與震時限位模塊功能相互獨立，互不干擾，相關力學行為可控性更強。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。