本發(fā)明涉及一種橋梁支座，具體是涉及一種球型橋梁支座。

背景技術(shù)：

橋梁支座有多種類型，例如球型支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座等，橋梁支座的作用主要有兩點(diǎn)，其一是將橋梁載荷（動載和靜載）有效傳遞到橋墩，其二則是用以克服梁體因受制動力、環(huán)境溫度、混凝土收縮或徐變以及載荷作用等引起的位移產(chǎn)生的梁體偏壓。例如在橋體橫向，如果因環(huán)境溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致梁體邊長，而墩柱之間的間距不變，若梁體與墩柱之間是剛性的連接，則剛性連接的部分有可能會被剪斷或者梁體對連接部分產(chǎn)生很大的剪切力。橋梁支座則使梁體盡可能正壓在墩柱上。

其中，球型支座是在盆式橡膠支座的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，我國在70年代開始研制球型支座，經(jīng)歷了多年的研制，球型支座技術(shù)逐漸趨向成熟。球型支座的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角，摩擦性能也較好，但是從2016年京福高速的橋梁支座的檢視中發(fā)現(xiàn)，部分支座出現(xiàn)球面聚四氟乙烯板老化問題，嚴(yán)重影響了支座的使用壽命。

橋梁支座需要承載巨大的載荷，因此，提供適應(yīng)變形的橋梁支座中的移動接合面（適應(yīng)直線位移或角位移）是否處于良好的工作狀態(tài)非常重要，即移動接合面的摩擦系數(shù)應(yīng)比較小。前述的球面聚四氟乙烯板的老化，則使得球面配合部分的摩擦狀況極為惡劣。

由于橋梁支座應(yīng)用于重載場合，受此影響，橋梁支座普遍采用面接觸的摩擦面配合，球型支座也不例外。為了保證橋梁支座實(shí)現(xiàn)正常的工作狀態(tài)，目前常采用的措施是保證摩擦面的表面清潔，例如移動型支座中的滑板支座的四氟板表面和與之摩擦的不銹鋼表面清潔。并在摩擦接合面施以潤滑劑，例如5201-2硅脂潤滑油。然而，即便如此，摩擦接合面的摩擦系數(shù)仍然非常大，對變形的響應(yīng)能力比較差。

典型地，如中國專利文獻(xiàn)CN101476284B公開了一種轉(zhuǎn)體球型支座，該支座提供了三個摩擦減磨板，并提供一個由球型支撐體與球面凹腔形成的球面摩擦面，所有的摩擦面均是滑動摩擦，摩擦系數(shù)相對較大。

而中國專利文獻(xiàn)CN105064205A公開了一種球型支座，其說明書第48段指出，通過在上支座與下支座之間設(shè)置活動座以實(shí)現(xiàn)球型支座的轉(zhuǎn)動和滑動的功能分離，可避免支座局部功能疊合造成卡死應(yīng)力集中，一定程度上能夠克服摩擦環(huán)境為滑動摩擦?xí)r滑動環(huán)境惡劣的問題，但由于其摩擦結(jié)構(gòu)的配置仍然是常規(guī)的聚四氟乙烯板與球窩之間的配合，對摩擦環(huán)境的改善作用有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種類金剛石膜仿生支座，可以大幅的降低主要摩擦面的摩擦系數(shù)，而能夠有效提高球型橋梁支座的使用壽命。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種類金剛石膜仿生支座，包括上支座板和具有球窩的下支座板，以及與球窩配合的球冠襯板和介于球冠襯板與上支座板間的滑板組件，所述滑板組件包括：

橡膠板，該橡膠板的下表面與球冠襯板間形成固定的平面配合，而上表面則陣列有第一凹槽和第一圓坑；

聚四氟乙烯板，該聚四氟乙烯板的下表面具有與第一凹槽相應(yīng)的凸起和與第一圓坑相應(yīng)的凸頭，從而該聚四氟乙烯板的下表面與橡膠板的上表面對位配合而形成仿生板；

滑板，該滑板的下表面與聚四氟乙烯板的上表面形成第一摩擦結(jié)構(gòu)，該滑板的上表面則與上支座板的下表面配合；

所述球窩的表面形成有類金剛石膜，用于與球冠襯板形成滑動配合。

上述類金剛石膜仿生支座，可選地，所述第一凹槽是直槽；

直槽的走向是第一凹槽陣列的一個方向，且在該方向上，第一凹槽依序連接相鄰第一圓坑。

可選地，第一凹槽的走向與順橋向平行。

可選地，所述第一凹槽的深度為橡膠板厚度的一半。

可選地，相鄰第一圓坑間距為35mm~55mm。

可選地，所述球冠襯板的上表面形成有凹坑，以使橡膠板中下部嵌入到凹坑中而形成在球冠襯板上的固定。

可選地，在上支座板下表面與球冠襯板上表面間，圍繞凹坑設(shè)有密封圈。

可選地，所述球窩陣列有第二凹槽和第二圓坑，其中，在選定的一個陣列方向上，第二圓坑通過第二凹槽連通。

可選地，在第二凹槽和第二圓坑陣列的外圍設(shè)有密封圈。

可選地，上支座板和下支座板間圍繞滑板組件以及球窩和球冠襯板設(shè)有防塵圍板。

依據(jù)本發(fā)明，橡膠板與聚四氟乙烯板取代現(xiàn)有的面面配合，兩者除了配合之外，還存在第一凹槽與凸起、第一圓坑與凸頭連接，當(dāng)聚四氟乙烯板與滑板產(chǎn)生動摩擦或者靜摩擦?xí)r，上述連接所產(chǎn)生的變形能夠產(chǎn)生一定的耗能，從而能夠有效的保護(hù)聚四氟乙烯板。而對于球冠襯板，基于前述的變形以及所構(gòu)造的類金剛石膜在具有較能量沖擊的條件下，自身摩擦界面的摩擦系數(shù)降低，能夠提高球冠襯板的使用壽命，并減輕橡膠板的負(fù)擔(dān)。整體而言，能夠提高整個支座的使用壽命。

附圖說明

圖1為依據(jù)本發(fā)明的一種類金剛石膜仿生支座的主視半剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為仿生板部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為仿生板俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4一種下支座板主視半剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為一種下支座板俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.上支座板，2.螺栓，3.平面不銹鋼板，4.聚四氟乙烯板，5.橡膠板，6.密封圈，7.球冠襯板，8.密封圈，9.防塵圍板，10.下支座板，11.類金剛石膜，12.螺栓，501.第一凹槽，502.第一圓坑，101.第二凹槽，102.第二圓坑。

具體實(shí)施方式

關(guān)于類金剛石鍍膜（DLC，Diamond-like carbon），是一種由碳元素構(gòu)成、在性質(zhì)上和鉆石類似，同時又具有石墨原子組成結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。類金剛石薄膜是一種非晶態(tài)薄膜，由于具有高硬度和高彈性模量，低摩擦因數(shù)，耐磨損以及良好的真空摩擦學(xué)特性，很適合于作為耐磨涂層，從而引起了摩擦學(xué)界的重視。

DLC膜不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且具有很低的摩擦系數(shù)，一般低于0.2，是一種優(yōu)異的表面抗磨損改性膜。DLC的摩擦系數(shù)隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化，其摩擦系數(shù)最低可達(dá)0.005。摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數(shù)，但加入H能提高潤滑作用，環(huán)境也對摩擦系數(shù)有一定的影響。

圖1中所示的橋梁支座是對傳統(tǒng)球型支座的進(jìn)一步改進(jìn)，采用了仿生結(jié)構(gòu)和減磨結(jié)構(gòu)，整體上稱為類金剛石膜仿生支座。

圖1中，上支座板1上設(shè)置的螺栓2用于與例如橋梁的梁體連接，用于將梁體產(chǎn)生的振動（震動）、移動傳遞到上支座板1上，或者說由上支座板1進(jìn)行承載。

下支座板10則使用圖1中所示的螺栓12安裝在例如橋梁墩柱上，最終把載荷轉(zhuǎn)嫁到例如橋梁墩柱上。

橋梁支座不是剛性的轉(zhuǎn)接，需要具有一定的對滑移、轉(zhuǎn)動、震動等產(chǎn)生一定的響應(yīng)能力，該響應(yīng)能力源于橋梁支座自身的結(jié)構(gòu)。

對于球型支座，響應(yīng)能力是其球型構(gòu)造部分和球型構(gòu)造部分上部的滑板組件部分。

具體地，對于本發(fā)明概念條件下的類金剛石膜仿生支座，其基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)球型支座一樣，均包括上支座板1和具有球窩的下支座板10，以及與球窩配合的球冠襯板7和介于球冠襯板7與上支座板間的滑板組件，其中關(guān)于球窩的開設(shè)位置等常規(guī)結(jié)構(gòu)在此不再贅述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對此應(yīng)有清楚的理解。

相對于傳統(tǒng)的球型支座，基于本發(fā)明的類金剛石膜仿生支座的結(jié)構(gòu)改動主要涉及兩個地方，一個地方是如圖1中所示的由依序自上而下疊置的平面不銹鋼板3、聚四氟乙烯板4和橡膠板5所形成的滑板組件，另一個地方則是球冠襯板7與球窩的配合結(jié)構(gòu)，兩個地方的改動存在相互影響，首先是對于兩個滑動界面，一個是球冠襯板7與球窩配合的滑動界面，另一個是滑板組件所具有的滑動界面，在仿生板部分性能改善的條件下，對滑動界面的沖擊會被降低，而滑動性能的提升，則對仿生板部分的影響減弱。

下面先看第一個地方，即所述滑板組件，其包括：

橡膠板5，該橡膠板5的下表面與球冠襯板7間形成固定的平面配合，即橡膠板5與球冠襯板7之間是固定連接的，但應(yīng)當(dāng)理解，由于橡膠板5存在上下的承壓關(guān)系，在該方向上受到橋梁支座屬性條件下自身結(jié)構(gòu)的約束。而在水平方向上，則采用與球冠襯板7之間的直接連接。

橡膠板5的結(jié)構(gòu)具體可以參見說明書附圖2和3，可見不同于傳統(tǒng)的橡膠板5上表面的平面結(jié)構(gòu)，而是在橡膠板5的上表面則陣列有第一凹槽501和第一圓坑502。

傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)主要用于提供一個摩擦結(jié)構(gòu)，據(jù)以產(chǎn)生多個摩擦結(jié)構(gòu)，以降低整體的摩擦系數(shù)，從而提高對上支座板1承載載荷的響應(yīng)能力，但如前所述，該種結(jié)構(gòu)盡管摩擦結(jié)構(gòu)多，但卻容易損壞聚四氟乙烯板4或者橡膠板5（主要用于減隔震），盡管通過上述結(jié)構(gòu)減少了一個摩擦結(jié)構(gòu)，但可以通過變形來耗能，當(dāng)變形過大時，既存的摩擦結(jié)構(gòu)可以起作用，又不會損壞耗能部分，即橡膠板5。

關(guān)于聚四氟乙烯板4，其結(jié)構(gòu)與橡膠板5則是對位結(jié)構(gòu)，從而該聚四氟乙烯板4的下表面具有與第一凹槽501相應(yīng)的凸起和與第一圓坑502相應(yīng)的凸頭，從而該聚四氟乙烯板4的下表面與橡膠板5的上表面對位配合而形成如圖2所示的仿生板，該種結(jié)構(gòu)類同于榫接，但不用于傳統(tǒng)的連接，而是用于產(chǎn)生變形，從而用于緩沖或者產(chǎn)生耗能。

此處類同于人體組織，在受到例如皮膚表面的沖擊的時候，會產(chǎn)生變形，在變形容許的范圍內(nèi)，不會損傷皮膚，當(dāng)然，如果產(chǎn)生滑動摩擦，則有可能將皮膚擦破。例如膝蓋部分，如果膝關(guān)節(jié)處于蜷曲狀態(tài)，皮膚表面緊繃，其在皮膚表面的緩沖作用就會下降，而比較容易被擦傷。

基于上述結(jié)構(gòu)，由于存在垂直于法向的變形部分和可以滑移的部分，兩者相互配合，在變形容許的范圍內(nèi)可以進(jìn)行緩沖，而在超出緩沖的范圍外，首先緩沖消耗掉了一定的能量，然后是滑移，滑移則進(jìn)一步消耗能量，整體上對滑板組件的損傷被降低。

下面再看能夠產(chǎn)生滑移的部分，如圖3中所示的平面不銹鋼板3，與聚四氟乙烯板4配合構(gòu)成滑移結(jié)構(gòu)。

具體地，平面不銹鋼板3構(gòu)成滑板，該滑板的下表面與聚四氟乙烯板4的上表面形成第一摩擦結(jié)構(gòu)，該滑板的上表面則與上支座板1的下表面配合，在產(chǎn)生的水平方向的移動較小時，該第一摩擦結(jié)構(gòu)處于一種靜摩擦狀態(tài)，而前述的仿生結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變形，以消耗能量。當(dāng)?shù)谝荒Σ两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生動摩擦狀態(tài)時，仿生結(jié)構(gòu)部分則起到了緩沖作用的條件下，自身受到的損傷也被降低。

再一個摩擦結(jié)構(gòu)則是所述球窩的表面與球冠襯板7的球冠部分球面所形成的滑動摩擦結(jié)構(gòu)，此處進(jìn)一步提供一個摩擦結(jié)構(gòu)，該部分結(jié)構(gòu)主要產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的響應(yīng)，在一些條件下，也可以產(chǎn)生微量的移動響應(yīng)，降低其摩擦系數(shù)也有利于保護(hù)橡膠板5，具體地，在球窩的表面形成有類金剛石膜11，用于與球冠襯板7形成滑動配合，改善球型支座的摩擦工況。

球型支座的球冠襯板7與球窩摩擦工況的改善，可以進(jìn)一步減輕滑板組件的負(fù)擔(dān)，使橡膠板5受到的損傷減小。

關(guān)于第一凹槽501的形狀，如果僅僅考慮變形，其形狀可以是簡單的圓槽或者方槽，并且加工也相對簡單，只需考慮聚四氟乙烯板4的配合即可。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一凹槽501是直槽，直槽的變形方向更容易控制，并且在特定的方向上，其變形能力高于其他方向，或者說呈現(xiàn)出一種各向異性的特點(diǎn)，從而可以據(jù)此確定預(yù)設(shè)的容許最大變形的方向?yàn)闃蛄褐ё惭b時需要確定的方向，例如順橋向。

進(jìn)一步地，直槽的走向是第一凹槽501陣列的一個方向，且在該方向上，第一凹槽501依序連接相鄰第一圓坑502，從而如圖3所示，圖中所形成的相當(dāng)于第一圓坑502通過第一凹槽501連接的串列，多個串聯(lián)具有第一排列方向，即直槽的走向，而對于直槽垂直的方向上，則是陣列的另一個方向，圖3中可以清晰的顯示出該種陣列方式。

一般而言，順橋向和橫橋向是容易產(chǎn)生較大變形的方向，第一凹槽501的走向與順橋向平行，用于承載可能最大的變形。

此外直槽與圓坑的配合所形成的槽型，在例如順橋向可以具備一定的導(dǎo)向能力，聚四氟乙烯板4在順橋向于槽型內(nèi)具有預(yù)定的活動空間，此時，槽型與聚四氟乙烯板4上形成的突出結(jié)構(gòu)并不完全匹配，直槽的寬度小于第一圓坑502的直徑，用以產(chǎn)生滑行的結(jié)構(gòu)適配直槽的寬度，相對而言，第二圓坑502內(nèi)可以儲存潤滑油或者潤滑脂，順次連接的第二圓坑502可以儲存相對較多的潤滑油或者潤滑脂。

優(yōu)選地，所述第一凹槽501的深度為橡膠板5厚度的一半，一方面減少對橡膠板5的損傷，同時，使變形可處于可控的最大可能。

進(jìn)一步地，考慮減少對橡膠板5的損傷條件下，獲得盡可能大的變形能力，相鄰第一圓坑502間距為35mm~55mm。

所述球冠襯板7的上表面形成有凹坑，以使橡膠板5中下部嵌入到凹坑中而形成在球冠襯板7上的固定，固定方式簡單，并且基于凹坑形成的周向約束，將橡膠板5可靠地限制在球冠襯板7上。

優(yōu)選地，在上支座板1下表面與球冠襯板7上表面間，圍繞凹坑設(shè)有密封圈6，用于保護(hù)摩擦結(jié)構(gòu)，尤其是，在橋梁支座所應(yīng)用的領(lǐng)域中普遍環(huán)境惡劣，為保持摩擦結(jié)構(gòu)處于良好的狀態(tài)，需要對其進(jìn)行一定程度的密封。

此外，為了進(jìn)一步改善球冠襯板7與球窩之間的摩擦環(huán)境，所述球窩陣列有第二凹槽101和第二圓坑102，其中，在選定的一個陣列方向上，第二圓坑102通過第二凹槽101連通，該種結(jié)構(gòu)盡管使得摩擦面面積減小，承載環(huán)境變得惡劣，但由于凹槽和圓坑可以儲存潤滑脂或者潤滑油，能夠有效的改善摩擦條件。

此外，對于類金剛石膜11，其厚度不宜過大，否則制作成本太高，將其厚度控制在0.01mm較為合適。

對于第二凹槽101或者第二圓坑102的厚度，深度控制在1mm左右，具體可以選擇1mm。

基于同樣的考慮，在第二凹槽101和第二圓坑102陣列的外圍設(shè)有密封圈8，以對摩擦結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。

整體上，上支座板1和下支座板10間圍繞滑板組件以及球窩和球冠襯板7設(shè)有防塵圍板9。