一种高性能球钢支座结构的制作方法

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1.本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种高性能球钢支座结构。

背景技术：

2.桥梁支座作为连接桥梁上部结构和下部结构的重要连接构件，一方面要保证荷载作用下传力路径可靠，另一方面要适应温度、收缩徐变、车辆制动等因素引起的支座位移和转角，此外，在地震灾害下还要求支座具有足够的容许位移和一定的耗能能力。
3.目前，球钢支座由于其具有构造简单、容许位移大、竖向承载力高等优点，已被广泛用于桥梁工程。球钢支座通过球面传力，不会出现力的缩颈现象，作用在混凝土上的反力比较均匀；球形钢支座通过球面聚四氟乙烯板的滑动来实现支座的转动过程，转动力矩小，而且转动力矩只与支座球面半径及聚四氟乙烯板的摩擦系数有关，与支座转角大小无关，特别适用于大转角的要求，设计转角可达0.05rad；球钢支座各向转动性能一致，适用于宽桥、曲线桥；球钢支座不用橡胶承压，也就不存在橡胶老化对支座转动性能的影响，特别适用于低温地区。
4.但对于大吨位的球钢支座而言，其尺寸较大，给支座的生产制造和安装定位带来了较大不便，究其原因：支座上下座板与球冠之间填充聚四氟乙烯板以方便滑动，上下座板和球冠采用的低合金钢抗压强度可达到200mpa以上，而聚四氟乙烯设计抗压强度仅25mpa～45mpa左右，且随着温度的升高，聚四氟乙烯的抗压强度将下降，因此聚四氟乙烯较低的抗压强度导致不得不增大支座尺寸以获得较大的支座竖向承载力。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能球钢支座结构，能够满足高承压的要求、且方便进行制造和安装。
6.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高性能球钢支座结构，包括上座板、球冠和下座板，所述球冠为几何球缺，所述上座板与球冠之间设有平面滑动面，所述球冠与下座板之间设有球形滑动面，所述球冠与上座板之间、所述下座板与球冠之间分别设置有用于实现高承压的摩擦层。
7.进一步地，所述摩擦层的厚度大于或等于0.7mm。
8.进一步地，所述摩擦层的摩擦系数具体为0.02～0.1。
9.进一步地，所述摩擦层具体采用高压芳纶纤维和特氟龙纤维混合编织物的新型耐磨材料制成。
10.进一步地，所述摩擦层具体采用超高压聚四氟乙烯纤维编织物、诺梅克斯(nomex)、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维编织物构成的新型耐磨材料制成。
11.进一步地，所述下座板的底部通过支座垫石与桥墩连接。
12.进一步地，所述支座垫石内预埋设置有钢筋。
13.进一步地，支座垫石具体采用高强混凝土、超高性能混凝土(uhpc)或纤维水泥基
复合材料(ecc混凝土)制成。
14.进一步地，所述支座垫石具体采用钢套管内浇注混凝土的形式制成。
15.进一步地，所述上座板通过锚固螺栓与主梁相连接，所述下座板通过锚固螺栓与支座垫石相连接。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
17.一、本实用新型在球冠与下座板间设置球形滑动面，以适应支座转角；在球冠与上座板间设置平面滑动面，以适应支座水平位移；此外，在球冠与上座板间、下座板与球冠间分别设置摩擦层，利用摩擦层实现高承压的效果，该摩擦层可采用新型耐磨材料制成，其抗压强度可达到200mpa以上，与上座板、下座板、球冠的抗压强度相匹配，可以极大地减小支座的几何尺寸，从而便于支座的制造和安装。
18.二、本实用新型将摩擦层厚度设置为大于或等于0.7mm，可方便适应球钢支座加工误差，便于支座的制造，该厚度突破了传统纤维布材料的使用范围，且采用新型耐磨材料的摩擦层相比传统的聚四氟乙烯具有更好的耐磨性，耐摩擦设计里程可达到30km，本实用新型提出的球钢支座具有耐寒(零下50℃)和耐高温(180℃)的优点，能够有效改善支座的环境温度适应性，拓宽球钢支座的适用场合。
19.三、本实用新型中，由于高性能球钢支座尺寸较传统球钢支座小，支座对墩顶或盖梁的局部压应力较大，通常桥墩或盖梁中使用的混凝土抗压强度为40～55mpa，本实用新型通过在支座与墩顶或盖梁之间设置传力构造，以实现高压应力的过渡，传力构造可采用高强支座垫石的形式，能够可靠地分散支座下方的局部应力，进而防止下部桥墩或盖梁出现局部承压破坏。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型的安装效果示意图；
22.其中：1、上座板，2、球冠，3、下座板，4、摩擦层，5、锚固螺栓，6、支座垫石，7、桥墩，8、主梁，9、钢筋。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
24.实施例：
25.如图1和图2所示，一种高性能球钢支座，包括上座板1、球冠2、下座板3、摩擦层4、锚固螺栓5和支座垫石6。其中，球冠2在几何上为一个球缺，球冠2与下座板3间设有球形滑动面以适应支座转角，球冠2与上座板1间设有平面滑动面以适应支座水平位移；球冠2与上座板1间、下座板3与球冠2间设置摩擦层4，以实现高承压效果，摩擦层4的厚度大于或等于0.7mm，摩擦层的摩擦系数可根据需要设置为0.02～0.1；此外，为了防止下部桥墩或盖梁出现局部承压破坏，在支座与桥墩7或盖梁间设置相应的传力构造，利用传力构造分散支座下方的局部应力。
26.本实施例在支座(下座板3)与桥墩7间设置有支座垫石6，支座(下座板3、上座板1)通过锚固螺栓5分别对应与支座垫石6、主梁8连接。
27.本实施例中，摩擦层4采用超高压芳纶纤维和特氟龙纤维混合编织物的新型耐磨材料制成，实际应用中，摩擦层4还可采用高压聚四氟乙烯纤维编织物、诺梅克斯(nomex)、玻璃纤维、芳纶纤维、或玄武岩纤维编织物构成的新型耐磨材料制成。
28.本实施例中，支座垫石6采用超高性能混凝土(uhpc)制成，实际应用中，支座垫石6还可采用高强混凝土或纤维水泥基复合材料(ecc混凝土)制成，也可以采用钢套管内浇注混凝土的形式制成，此外，为保证支座垫石6的高强性能，本实施例在支座垫石6内预埋有钢筋9。
29.综上可知，本技术方案通过将传统球钢支座中的聚四氟乙烯层替换为新型高承压耐磨材料制成的超厚摩擦层，该摩擦层的抗压强度可以达到200mpa以上，与上座板、下座板、球冠的抗压强度相匹配，可以极大地减小支座的几何尺寸，便于支座制造和安装。超厚摩擦层还可方便适应球钢支座加工误差、便于支座的制造，该厚度突破了传统纤维布材料的使用范围。新型耐磨材料相比聚四氟乙烯具有更好的耐磨性，耐摩擦设计里程可达到30km，该支座具有耐寒(零下50℃)和耐高温(180℃)的优点，可以改善支座的环境温度适应性，拓宽球钢支座的适用场合。由于高性能球钢支座尺寸较传统球钢支座小，支座对墩顶或盖梁的局部压应力较大，而通常桥墩或盖梁中使用的混凝土抗压强度为40～55mpa，因此为了防止出现局部承压破坏，本技术方案在支座与墩顶或盖梁之间设置传力构造来实现高压应力的过渡，传力构造可以是高强支座垫石，以能够可靠分散支座下方的局部应力，高强支座垫石的设计很好地解决了局部承压破坏的问题。

技术特征：

1.一种高性能球钢支座结构，其特征在于，包括上座板(1)、球冠(2)和下座板(3)，所述球冠(2)为几何球缺，所述上座板(1)与球冠(2)之间设有平面滑动面，所述球冠(2)与下座板(3)之间设有球形滑动面，所述球冠(2)与上座板(1)之间、所述下座板(3)与球冠(2)之间分别设置有用于实现高承压的摩擦层(4)。2.根据权利要求1所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述摩擦层(4)的厚度大于或等于0.7mm。3.根据权利要求1～2任一所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述摩擦层(4)的摩擦系数具体为0.02～0.1。4.根据权利要求1所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述摩擦层(4)具体采用高压芳纶纤维和特氟龙纤维混合编织物的新型耐磨材料制成。5.根据权利要求1所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述摩擦层(4)具体采用超高压聚四氟乙烯纤维编织物、诺梅克斯、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维编织物构成的新型耐磨材料制成。6.根据权利要求1所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述下座板(3)的底部通过支座垫石(6)与桥墩(7)连接。7.根据权利要求6所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述支座垫石(6)内预埋设置有钢筋(9)。8.根据权利要求6所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，支座垫石(6)具体采用高强混凝土、超高性能混凝土或纤维水泥基复合材料制成。9.根据权利要求6所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述支座垫石(6)具体采用钢套管内浇注混凝土的形式制成。10.根据权利要求6所述的一种高性能球钢支座结构，其特征在于，所述上座板(1)通过锚固螺栓(5)与主梁(8)相连接，所述下座板(3)通过锚固螺栓(5)与支座垫石(6)相连接。

技术总结

本实用新型涉及一种高性能球钢支座结构，包括上座板、球冠、下座板、高摩擦层、锚固螺栓和支座垫石。球冠在几何形状上为一个球缺，球冠与下座板间设有球形滑动面以适应支座转角，球冠与上座板间设有平面滑动面以适应支座水平位移；球冠与上座板间、下座板与球冠间设置高承压超厚摩擦层，摩擦系数根据需要可设置为0.02～0.1；为了防止下部桥墩或盖梁出现局部承压破坏，在支座与桥墩或盖梁间设置传力构造，传力构造可采用高强支座垫石，支座通过锚固螺栓与支座垫石、主梁分别连接。与现有技术相比，本实用新型能够极大地减小支座的几何尺寸，方便支座的制造和安装，同时具有安装容差大、高承压、高耐久、耐低温和耐高温的优点，适合推广与应用。合推广与应用。合推广与应用。