斜拉桥用大位移量抗拉型桥梁支座
技术领域
本发明涉及一种桥梁支座，具体涉及一种斜拉桥用大位移量抗拉型桥梁支座。
背景技术
在地震高烈度地区建设桥梁时，应考虑桥梁减隔、隔震设计，特别在跨江、河、湖、海、谷等地区，大跨度斜拉桥、悬索桥的设计既要考虑抗震性能需求，还要满足强风荷载下的结构位移需求。桥梁支座作为连接桥墩与桥梁上部结构之间的载体，不仅承受竖向承载力、水平承载力的功能，也要承受竖向拉拔力，地震工况下也要具有减隔震功能。目前工程领域的橡胶阻尼支座、摆式减隔震支座、弹塑性钢减震支座已在我国桥梁领域广泛应用，但对于大跨度斜拉桥，以上桥梁支座的应用有限，因为计算的参数与常规预制、现浇结构桥梁差异较大，比如超大位移量、特殊转角、抗拉功能、剪断装置等。
目前的斜拉桥用桥梁支座主要有两种，一种不带抗拉装置的普通球型支座结构，将球型支座倒置，球心朝着桥墩方向，增大支座的底板尺寸用于匹配桥梁的设计计算位移，包括常规温度伸缩位移和地震位移的组合；这种结构将横向活动位移和纵向活动位移放置在同一平面内，位移释放路径为斜交，复位时容易造成固定墩桥梁支座限位构造剪断，桥梁支座整体受力体系失效；另有设置限位块的纵向活动支座，限位块剪断后横向活动位移和纵向活动位移依然在同一平面内，上述问题不可避免。
另一种是带抗拉装置的球型支座，也采用球型支座本体结构，其横向活动位移和纵向活动位移分离式设计，但拉拔组件与支座内核的配合受力复杂，结构上的缺陷无法设置足够的转动间隙，且存在压、拉、转、剪等复合受力工况，无法确保各功能的清晰路径；个别拉压支座结构的限位组件采用整体钢件进行切削，组装困难，日常维养更换不易。
目前也有个别抗拉支座结构中增加了剪力结构，但未设置剪断面，更换困难，给桥梁后续维养造成极大的困难，成本剧增。
发明内容
本发明的目的是提供一种斜拉桥用大位移量抗拉型桥梁支座，增加拉拔轴等抗拉组件来实现桥梁抗拉功能，设置限位挡块实现桥梁横向活动位移和纵向活动位移的分离，不仅能承受竖向压力，也能在承受竖向抗拔力的情况下实现纵向大位移量的释放，地震工况下通过剪断装置可以释放横向活动位移，适用于有抗拉需求的大位移量斜拉桥。
本发明所采用的技术方案为：
斜拉桥用大位移量抗拉型桥梁支座，自上而下包括顶板、中座板、球冠板和底板，中座板的底面呈凹球面，球冠板的顶面呈凸球面，其特征在于：
中座板和球冠板的中心设置有对应的竖向通孔，中座板竖向通孔的上部孔径大于下部孔径；
中座板竖向通孔的上部设置有环形的抗拉球冠板，抗拉球冠板顶部内侧设置有圆形沉槽，抗拉轴插入竖向通孔，抗拉轴顶部的扩大端压覆在抗拉球冠板的沉槽中。
中座板顶部的外周设置有对称的两块横向剪力板和对称的两块纵向限位板；
纵向限位板顶部内侧设置凹槽，对应的中座板上设置有凸台，中座板的凸台嵌入纵向限位板的凹槽；
横向剪力板通过剪力栓固定到顶板的底面，纵向限位板通过纵向限位栓固定到顶板的底面。
底板顶面设置有下陷的凹槽，球冠板位于底板的凹槽内；
中座板底部和球冠板顶部的外周设置有对称的两块横向限位板，横向限位板内侧底部设置有凸台条，对应的球冠板外侧设置有凹槽，横向限位板的凸台条嵌入球冠板的凹槽，中座板边缘压覆在横向限位板的凸台条上；
横向限位板通过横向限位栓固定到底板的顶面。
顶板上方设置有上调坡板，顶板和上调坡板通过上螺栓固定；
底板下方设置有下调平板，底板和下调平板通过下螺栓固定。
顶板底部设置有横向薄板，中座板顶部镶嵌有横向滑板，横向薄板和横向滑板组成一对平面摩擦副。
纵向限位板的凹槽上设置内设置有竖向的第一薄板和水平的第二薄板，对应的中座板的凸台上设置横向竖SF板和横向平SF板，组成两对平面摩擦副；
中座板底部外侧设置有侧向SF板，对应的横向限位板内侧设置有第三薄板，侧向SF板和第三薄板组成一对平面摩擦副。
中座板的底面镶嵌有转动滑板，与球冠板的顶面组成一对球面转动摩擦副。
中座板竖向通孔的上部与下部之间形成环状的台阶，呈曲面，对应的抗拉球冠板的底面呈曲面；
抗拉球冠板的底面镶嵌有抗拉转动滑板，抗拉转动滑板与台阶曲面组成一对球面抗拉转动摩擦副。
球冠板底面镶嵌有纵向滑板，对应的底板上也设置有纵向滑板，二者组成一对平面摩擦副。
球冠板外侧的凹槽内设置有水平的纵向平SF板，对应的横向限位板凸台条的底面设置有第四薄板，纵向平SF板和第四薄板组成一对平面摩擦副。
本发明具有以下优点：
1、本发明整体结构采用横向活动位移和纵向活动位移的分离设计，避免了桥梁支座位移释放或位移复位时斜交现象。
2、本发明整体结构的拉拔组件与限位组件重合，简化了传统抗拉支座的构造，综合成本减低。
3、本发明通过在底板设置凹槽的构造，纵向大位移量在底板凹槽内单方向释放活动位移，路径清晰；设置的横向限位板及横向限位栓，改变了传统抗拉支座底板整体铸造的形式，更换便捷，组装容易。
4、本发明的拉拔轴与球冠板采用螺纹配合，可以根据计算的拉拔力设置相应长度的螺纹配合长度；拉拔轴低于拉拔球冠板，间接降低了支座整体高度。
5、本发明在支座上部和下部分别设置上调坡钢板及下调平板，保证了支座上下部的平整度，提高了支座安装精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明的俯视图。
图4是本发明轴侧四分之一剖视图。
图5是图1中的P局部放大图。
图6是图1中的Q局部放大图。
图7是图1中的M局部放大图。
图8是图2中的N局部放大图。
图9是本发明横向位移示意图。
图10是本发明纵向位移示意图。
图中标记：
1—上调坡板；
2—顶板，2a—横向薄板；
3—横向剪力板，3a—剪力栓；
4—纵向限位板，4a—纵向限位栓，4b—第一薄板，4c—第二薄板；
5—中座板，5a—横向滑板，5b—转动滑板，5c—横向竖SF板，5d—横向平SF板，5e—侧向SF板；
6—抗拉球冠板，6a—抗拉转动滑板；
7—球冠板，7a—纵向滑板，7b—纵向平SF板；
8—抗拉轴；
9—横向限位板，9a—横向限位栓，9b—第三薄板，9c—第四薄板；
10—底板，10a—纵向薄板；
11—下调平板；
12—套筒，12a—下螺栓，12b—锚杆；
13—上螺栓，13a—垫片，13b—螺母。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种千米级斜拉桥用大位移量抗拉型桥梁支座，自上而下包括顶板2、中座板5、球冠板7和底板10，中座板5的底面呈凹球面，球冠板7的顶面呈凸球面。
所述中座板5和球冠板7的中心设置有对应的竖向通孔，中座板5竖向通孔的上部孔径大于下部孔径；中座板5竖向通孔的上部设置有环形的抗拉球冠板6，抗拉球冠板6顶部内侧设置有下陷的圆形沉槽，抗拉轴8插入竖向通孔，抗拉轴8顶部的扩大端压覆在抗拉球冠板6的沉槽中。
中座板5顶部的外周设置有对称的两块横向剪力板3和对称的两块纵向限位板4；纵向限位板4顶部内侧设置凹槽，对应的中座板5上设置有凸台，中座板5的凸台嵌入纵向限位板4的凹槽；横向剪力板3通过剪力栓3a固定到顶板2的底面，纵向限位板4通过纵向限位栓4a固定到顶板2的底面。
底板10顶面设置有下陷的凹槽，球冠板7位于底板10的凹槽内；中座板5底部和球冠板7顶部的外周设置有对称的两块横向限位板9，横向限位板9内侧底部设置有凸台条，对应的球冠板7外侧设置有凹槽，横向限位板9的凸台条插入球冠板7的凹槽，中座板5边缘压覆在横向限位板9的凸台条上；横向限位板9通过横向限位栓9a固定到底板10的顶面。
顶板2上方设置有上调坡板1，顶板2和上调坡板1通过上螺栓13固定；底板10下方设置有下调平板11，底板10和下调平板11通过下螺栓12固定。
本发明的支座结构中具有多处摩擦副，包括：
1、顶板2底部设置有横向薄板2a，中座板5顶部镶嵌有横向滑板5a，横向薄板2a和横向滑板5a组成一对平面摩擦副。
2、纵向限位板4的凹槽上设置内设置有竖向的第一薄板4b和水平的第二薄板4c，对应的中座板5的凸台上设置横向竖SF板5c和横向平SF板5d，组成两对平面摩擦副。
3、中座板5底部外侧设置有侧向SF板5e，对应的横向限位板9内侧设置有第三薄板9b，侧向SF板5e和第三薄板9b组成一对平面摩擦副。
4、中座板5的底面镶嵌有转动滑板5b，与球冠板7的顶面组成一对球面转动摩擦副。
5、中座板5竖向通孔的上部与下部之间形成环状的台阶，呈曲面，对应的抗拉球冠板6的底面呈曲面；抗拉球冠板6的底面镶嵌有抗拉转动滑板6a，抗拉转动滑板6a与台阶曲面组成一对球面抗拉转动摩擦副。
6、球冠板7底面镶嵌有纵向滑板7a，对应的底板10上也设置有纵向滑板7a，二者组成一对平面摩擦副。
7、球冠板7外侧的凹槽内设置有水平的纵向平SF板7b，对应的横向限位板9凸台条的底面设置有第四薄板9c，纵向平SF板7b和第四薄板9c组成一对平面摩擦副。
参见附图对本发明的结构进行进一步详细的说明：
支座整体自上而下包括上调坡板1、顶板2、中座板5、抗拉球冠板6、球冠板7、拉拔轴8、底板10、下调平板11等，中座板5四周设置有横向剪力板3和纵向限位板4，底板10两侧只设置横向限位板9，中座板5上部为平面，下部为凹面，中间有两个不同直径的孔腔。球冠板7上部为球面，下部为平面，中间为螺纹空腔。
顶板2与横向剪力板3采用剪力栓3a连接，剪力栓3a具有可更换构造，也可用剪力销或者其他剪断装置替代；顶板2与纵向限位板4通过安全系数较大的纵向限位栓4a连接。顶板2下部焊接有横向薄板2a、纵向限位板4内侧焊接有第一薄板4b和第二薄板4c。
中座板5上部镶嵌有横向滑板5a，与顶板2下方的横向薄板2a形成实现横向活动位移的平面摩擦副，摩擦系数不大于0.03，横向薄板2a可采用无硅脂的高性能滑板；中座板5下部的凹面镶嵌有转动滑板5b，与球冠板7上部的球面形成球面转动摩擦副, 摩擦系数不大于0.03；中座板5内部为直径不同的柱面空腔，大直径空腔与抗拉球冠板6、小直径空腔与拉拔轴8设置有转动间隙，大直径柱面下方的小球径与抗拉球冠板6下部凹面镶嵌的抗拉转动滑板6a形成球面抗拉转动摩擦副，摩擦系数不大于0.03，球面可镀铬或者焊接球面薄板。
拉拔轴8与抗拉球冠板6为紧配合，与球冠板7内侧的空腔为螺纹配合，螺纹为粗牙螺纹，拉拔轴8组装时应在球冠板7内部设置可靠的螺纹防松抗拉螺钉，拉拔轴直径根据实际计算值取值，材质等级不低于45号钢，最小直径不小于30mm。
球冠板7底部镶嵌的纵向滑板7a与焊接在底板10内凹槽的纵向滑板7a形成平面摩擦副，摩擦系数不大于0.03，纵向滑板7a可采用无硅脂的高性能滑板；球冠板两侧上沿焊接或螺钉连接有纵向水平SF板，与横向限位板9下沿焊接的第四薄板9c形成平面摩擦副，摩擦系数不大于0.05。
与底板10通过横向限位栓9a连接的横向限位板9，其内侧焊接的第三薄板9b与中座板5的侧向SF板形成平面摩擦副，也可以在桥梁产生竖向拉拔力时，提供微小的竖向摩擦力，摩擦系数不大于0.05。
底板10内侧凹槽上焊接有四角切边的纵向薄板10a，与球冠板7下部镶嵌的纵向滑板7a形成实现纵向活动位移的平面摩擦副，摩擦系数不大于0.03。由于位移量较大，纵向薄板10a可采用分片焊接，但其表面平整度应与整体结构类型保持一致。
顶板2上部的上调坡板1可根据梁底坡度设置相应的坡度，与梁体为焊接，短边高度不低于10cm；套筒12深入底板10下部的下调平板锚固孔中，通过下螺栓12a连接底板、下调平板与套筒，套筒与锚杆为螺纹连接。套筒12、下螺栓12a和锚杆12b组成的下锚固件可根据纵向活动位移量的大小设置，其个数不小于上螺栓13、垫片13a、螺母13b组成的上锚固件个数。
如图9，地震工况下，当横向剪力板3上的剪力栓3a剪断后，梁体、上调坡板1、顶板2组成的整体沿着纵向限位板4进行横向活动位移的释放，支座本体不分离。
如图10，正常情况下，横向剪力板3连接限位的顶板2与中座板5、拉拔轴8连接限位的球冠板7与抗拉球冠板6沿着横向限位板9释放大位移量的纵向活动位移，在横向限位板9的竖向限位作用下，支座本体不分离。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
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