本发明专利技术提供了一种装配式预压球铰型减震装置，包括减震榫和传力筒，所述减震榫包括橡胶层、榫身和法兰球窝，所述榫身的一端设有球头，所述球头的外表面固定包裹有橡胶层，所述法兰球窝上设有用于容纳球头及橡胶层的球形腔体，所述橡胶层与球形腔体的内壁接触构成球面摩擦副，所述传力筒活动套设于所述法兰球窝上。本发明专利技术的装配式预压球铰型减震装置便捷的实现了竖向和水平向减震功能的解耦，根据球头受到的弯矩大小能够由两端固结的超静定结构变成一端固结一端铰接的静定结构，提高了金属软钢减震榫的水平向刚度和滞回耗能能力。
【技术实现步骤摘要】
一种装配式预压球铰型减震装置
本专利技术涉及减震
，具体涉及一种装配式预压球铰型减震装置。
技术介绍
在全球公共基础设施体系中，大跨桥梁承担着越来越重要的作用。尤其是在地貌复杂的高山峡谷地带，如中国的西南地区，设计人员通常采用大跨斜拉梁桥、悬索梁桥、拱桥等来实现对复杂地貌的跨越。减隔震技术一直被公认为是提高桥梁抗震性能的理想措施。其中金属软钢阻尼器能够通过快速进入屈服状态，产生塑性变形吸收地震能量，从而减小地震响应。由于其加工便捷，耗能机理明确、耗能性能优越，既能单独用作耗能限位装置，又能与其他隔震系统配合使用，受到广泛的青睐。短刚臂阻尼元件，又称减震榫，是一种等弯矩悬臂梁的金属减震装置。通常减震榫与活动支座组合使用，由活动支座承受竖向荷载，减震榫承受水平力。正常使用时由减震榫的挠曲变形来满足梁部的位移需要，此时减震榫处于弹性工作状态。地震时减震榫发生较大挠曲变形，处于弹塑性工作状态，消耗地震能量。然而在目前所存在的减震榫中，通常采用单悬臂减震榫或者是两端固结的减震榫(如申请号为201620385905.X中国专利公开了一种分离式软钢减震榫)。单悬臂减震榫因为本身构造原因，相较于两端固结减震榫刚度较低，难以满足大跨桥梁或者铁路桥梁正常使用状态下刚度和承载能力需求。为了提高软钢阻尼器刚度，一方面会极大的提高造价，二则在构造上会不美观，或者难以在实际工程中进行安装。而若应用两端固结的分离式软钢减震榫，在近断层竖向地震作用下，减震榫在对桥梁上部结构进行水平向限位的同时往往会受到较大的轴向力作用，不利于减震榫发挥抗震作用。综上所述，急需一种装配式预压球铰型减震装置以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种装配式预压球铰型减震装置，旨在解决现有减震榫存在难以满足高烈度地区大跨桥梁或者铁路桥梁正常使用和抗震需求的问题；本专利技术的装配式预压球铰型减震装置便捷的实现了竖向和水平向减震功能的解耦，并且提高了金属软钢减震榫的水平向刚度和滞回耗能能力，具体技术方案如下：一种装配式预压球铰型减震装置，包括减震榫和传力筒，所述减震榫包括橡胶层、榫身和法兰球窝，所述榫身的一端设有球头，所述球头的外表面固定包裹有橡胶层，所述法兰球窝上设有用于容纳球头及橡胶层的球形腔体，所述橡胶层与球形腔体的内壁接触构成球面摩擦副，所述传力筒活动套设于所述法兰球窝上。以上技术方案中优选的，所述橡胶层与球形腔体内壁之间的起滑摩擦弯矩小于榫身与头球连接截面的屈服强度。以上技术方案中优选的，所述球形腔体的内壁经过喷丸或喷砂处理。以上技术方案中优选的，所述法兰球窝包括对称设置的第一球窝和第二球窝，所述第一球窝和第二球窝上均设有内凹球面，两个内凹球面配合构成球形腔体，第一球窝和第二球窝对球头及橡胶层提供径向预压力；所述第一球窝和第二球窝之间通过高强度螺栓连接。以上技术方案中优选的，通过调整球形腔体的内径和橡胶层的厚度控制径向预压力。以上技术方案中优选的，所述内凹球面的边缘进行圆角化处理；所述第一球窝和第二球窝外表面均进行镀锌处理；所述球头与榫身之间采用圆弧过渡连接。以上技术方案中优选的，所述传力筒与法兰球窝之间留有间隙。以上技术方案中优选的，所述榫身的另一端设有底盘法兰，通过底盘法兰固定于桥梁的下部结构上，所述传力筒固定于桥梁的上部结构上。以上技术方案中优选的，所述榫身与底盘法兰之间采用螺纹连接。以上技术方案中优选的，所述榫身垂直于轴向的截面为圆形，由上至下，榫身的周向直径逐渐增大，榫身的几何变形符合等强度梁理论；所述榫身采用低碳钢；所述法兰球窝、底盘法兰和传力筒均采用45#钢。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：本专利技术的减震装置可以根据减震榫受到的弯矩大小实现多级抗震。本专利技术的减震装置在正常使用工况下，球铰处于固结状态，减震榫能够提供更高的刚度较好地控制桥梁上部结构的位移，弥补了现有的悬臂软钢金属阻尼器刚度低的不足；当地震来临时，球铰由固结状态变成铰接，此时减震榫未发生屈服，通过球铰的摩擦和活动支座进行桥梁结构减隔震，控制桥梁的地震响应；随着地震力的增大，减震装置榫身开始发生屈服耗能，能够提供较高的等效阻尼比，较好控制桥梁各个部位的地震响应，取得良好的减震效果。传力筒活动套设于法兰球窝上，法兰球窝在传力筒内可以沿着竖向运动且法兰球窝与传力筒之间留有间隙，实现了减震榫竖向和水平向的解耦，并且能允许温度和徐变带来的主梁变形。球形腔体的内壁经过喷丸或喷砂处理，可以控制内壁表面的摩擦系数，而通过调整球形腔体的内径和橡胶层的厚度可以控制径向预压力，因此可以实现控制橡胶层与球形腔体内壁之间的起滑摩擦弯矩，从而可以实现根据实际使用工况设计本专利技术的减震装置，满足不同工况的需求。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是减震装置中减震榫的结构示意图；图2是减震装置中传力筒的结构示意图；图3是减震装置的应用示意图；其中，1、橡胶层，2、第一球窝，3、第二球窝，4、球头，5、高强度螺栓，6、榫身，7、底盘法兰，8、传力筒。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例1：参见图1-3，一种装配式预压球铰型减震装置，具体是一种用于桥梁上的减震装置，包括减震榫和传力筒8，所述减震榫包括橡胶层1、榫身6和法兰球窝，所述榫身6的一端设有球头4，所述球头4的外表面固定包裹有橡胶层1，所述法兰球窝上设有用于容纳球头4及橡胶层1的球形腔体，所述橡胶层1与球形腔体的内壁接触构成球面摩擦副，所述球头4、橡胶层1以及法兰球窝构成球铰结构，所述橡胶层1优选为耐磨硫化橡胶，所述传力筒8活动套设于所述法兰球窝上，传力筒8和法兰球窝之间能相对滑动，从而释放了减震榫顶部竖向自由度，实现了减震榫水平向和竖向的解耦，优化了减震榫的水平方向抗震性能。参见图2和图3，所述榫身6的另一端设有底盘法兰7，通过底盘法兰7固定于桥梁的下部结构上，所述传力筒8固定于桥梁的上部结构上。具体地，所述底盘法兰7和传力筒8上均设有安装孔，所述底盘法兰7通过高强度螺栓固定连接在桥墩中的预埋钢板上，所述传力筒8通过高强度螺栓连接在梁体上。优选的，所述传力筒8与法兰球窝之间留有间隙，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种装配式预压球铰型减震装置，其特征在于，包括减震榫和传力筒(8)，所述减震榫包括橡胶层(1)、榫身(6)和法兰球窝，所述榫身(6)的一端设有球头(4)，所述球头(4)的外表面固定包裹有橡胶层(1)，所述法兰球窝上设有用于容纳球头(4)及橡胶层(1)的球形腔体，所述橡胶层(1)与球形腔体的内壁接触构成球面摩擦副，所述传力筒(8)活动套设于所述法兰球窝上。/n
【技术特征摘要】
1.一种装配式预压球铰型减震装置，其特征在于，包括减震榫和传力筒(8)，所述减震榫包括橡胶层(1)、榫身(6)和法兰球窝，所述榫身(6)的一端设有球头(4)，所述球头(4)的外表面固定包裹有橡胶层(1)，所述法兰球窝上设有用于容纳球头(4)及橡胶层(1)的球形腔体，所述橡胶层(1)与球形腔体的内壁接触构成球面摩擦副，所述传力筒(8)活动套设于所述法兰球窝上。
2.根据权利要求1所述的装配式预压球铰型减震装置，其特征在于，所述橡胶层(1)与球形腔体内壁之间的起滑摩擦弯矩小于榫身(6)与球头(4)连接截面的屈服弯矩。
3.根据权利要求2所述的装配式预压球铰型减震装置，其特征在于，所述球形腔体的内壁经过喷丸或喷砂处理。
4.根据权利要求3所述的装配式预压球铰型减震装置，其特征在于，所述法兰球窝包括对称设置的第一球窝(2)和第二球窝(3)，所述第一球窝(2)和第二球窝(3)上均设有内凹球面，两个内凹球面配合构成球形腔体，第一球窝(2)和第二球窝(3)对球头(4)及橡胶层(1)提供径向预压力；所述第一球窝(2)和第二球窝(3)之间通过高强度螺栓(5)连接。
5.根据权利要求4所述的装配式预...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏标，闵浩峥，蒋丽忠，李姗姗，万克成，陈立，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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