本發(fā)明涉及一種橋梁支座及其減震方法，尤其是一種聚氨酯高速鐵路橋梁減震支座及其減震方法，屬于橋梁減隔震技術領域。

背景技術：

橋梁支座是橋梁的重要傳力裝置，其架設于墩臺上，頂面支持橋梁上部的結構，承受上部結構的各種力并將力傳遞給墩臺，且要求在各種力的作用下，支座能適應上部結構的轉角和位移，使上部結構可自由變形而不產生額外的附加內力，因此支座的構造非常重要。而高速鐵路橋梁由于在使用中具有以下特點：列車行車速度高，可達350km/h，且列車行車密度大，可達3~5分鐘一列客車，而高速行車的舒適性和安全性要求較高，因此對高速鐵路橋梁支座提出更高的要求。目前，歐洲各國高速鐵路橋梁支座主要為盆式支座和球型鋼支座，日本新干線鐵路橋梁上大量采用板式橡膠支座、盆式支座、黃銅支承板支座，韓國高速鐵路橋梁大都采用板式橡膠支座和盆式支座，中國臺灣高速鐵路橋梁支座主要為盆式支座，中國大陸高速鐵路橋梁支座主要采用盆式支座和球型鋼支座。盆式支座轉動靈活、構造簡單、性能可靠、造價低廉，在國內已有近三十年的使用經驗，因此在國內高速鐵路橋梁上大量使用。但是在高寒地帶，當冬季溫度低于-40℃，橡膠在低溫下硬化，容易喪失彈性性能，因此現有橡膠盆式支座不宜在低溫環(huán)境采用。球型鋼支座不存在橡膠老化問題，大大提高了支座的使用壽命，更適用于低溫地區(qū)，但單純鋼的球型鋼支座存在減震效果不理想的問題；近來出現采用改性超高分子量聚乙烯滑板，球型鋼支座結構尺寸進一步減少，使工程造價有所降低。因此，球型鋼支座在高速鐵路橋梁上廣泛采用，尤其球型鋼支座轉動靈活、構造簡單、承載能力大，適用于大噸位支座，經常用于大跨度連續(xù)梁橋，但是球型鋼支座對橋梁下部結構的尺寸空間要求較大，造成橋墩的工程造價較高。因此開發(fā)一種轉動靈活、構造簡單、性能可靠、造價更低且適用于低溫地區(qū)的高速鐵路橋梁支座顯得十分重要。

另一方面，聚氨酯彈性部件是介于塑料和橡膠之間的一種高分子復合材料，具有優(yōu)良的耐磨性、回彈性能好、良好的力學性能及耐油、耐低溫、耐臭氧老化等性能，廣泛應用于膠輥、油封、汽車輪胎等領域，已深入到國民經濟和人民生活中，成為一種發(fā)展迅速的復合材料。橋梁支座的發(fā)展與工程材料的發(fā)展緊密相連，將聚氨酯彈性部件應用到橋梁減隔震支座中，可以充分發(fā)揮聚氨酯彈性部件良好的力學性能和回彈性能等特性，有利于提高橋梁支座的減隔震效果，同時降低橋梁建設的工程造價。聚氨酯彈性部件的出現，并在橋梁支座領域得到應用，對橋梁支座的發(fā)展將帶來新的革命。

通過對國內專利進行檢索，發(fā)現有相關專利，舉例如下：

1. 專利申請?zhí)朇N201510606156.9，名稱為“可更換模塊化梳齒型減隔震支座及其制備方法”的發(fā)明專利公開了一種可更換模塊化梳齒型減隔震支座及其制備方法。其主要技術特征為：包括設有上支座板和下支座板的支座主體，所述上支座板的四周設置有減震耗能底座和減震耗能板構成的減震耗能模塊，減震耗能底座通過第一螺栓與上支座板相連接，下支座板四周設置有與減震耗能模塊相匹配的減震耗能模塊擋板，減震耗能模塊擋板通過第二螺栓與下支座板相連接，減震耗能模塊擋板上設置有齒形與減震耗能板相匹配的梯形梳齒。該可更換模塊化梳齒型減隔震支座，將地震發(fā)生時易損壞的和用于耗能的零部件模塊化，實現更換方便快捷，降低修復支座所需造價，與整體更換支座相比節(jié)省了人力，物力，財力。

2. 專利申請?zhí)朇N201310111776.6，名稱為“一種新型減隔震支座及其更換方法”的發(fā)明專利公開了一種新型減隔震支座，包括支座本體以及位于支座本體上/下部的上連接鋼板和下連接鋼板，所述支座本體或通過滑動機構或通過滾動機構與上/下連接鋼板滑動連接，所述上/下連接鋼板的上/下側面設有套筒及錨固螺栓，上/下連接鋼板的下/上側面設有用于限制支座本體水平滑移的限位擋塊；所述支座本體的上鋼板和下鋼板的周邊設有用于安裝拉桿的連接機構。該減隔震支座的支座本體與上/下連接鋼板之間的摩擦系數小，容易脫離更換，由于限位擋塊的限制，正常使用時支座本體不會產生水平滑移，也不會干涉到支座的中橡膠的剪切變形；該支座的更換方法操作簡便、安全，不受場地條件限制，不必動用大型的頂起設備，更換周期短，效率高、成本低。

上述專利雖然都涉及到橋梁支座，也能達到減隔震的效果，但都沒有解決對橋梁下部結構的尺寸空間要求較大，造成橋墩的工程造價較高的問題，因此需要改進。

技術實現要素：

本發(fā)明克服現有盆式支座和球型鋼支座的不足，提供了一種轉動靈活、構造簡單、性能可靠、造價低廉且耐老化，適用于高速鐵路橋梁減震的聚氨酯支座及其減震方法。

本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術手段為：一種聚氨酯橋梁減震支座，包括上座板組件和下座板組件，上座板組件設置于下座板組件的正上方，下座板組件包括支撐部件和滑移部件，支撐部件位于整個下座板組件的中間位置，主要用于承受豎向載荷，與上座板組件一起構成豎向減震部分，同時也作為支座水平滑移和轉動的支點；滑移部件設于支撐部件上端的四周，用于緩解水平滑移或轉動時產生的震動，與上座板組件一起構成水平減震部分。

進一步地，滑移部件包括橫向滑移體和縱向滑移體，為水平載荷提供水平反力，通過橫向滑移體和縱向滑移體的自動復位和限位功能起到減震作用。

進一步地，滑移部件為多個彈性部件，通過彈性部件的水平壓縮實現阻尼耗能，起到減震作用；組成橫向滑移體的多個彈性部件對稱均勻設置于支撐部件上端的橫向兩側，組成縱向滑移體的多個彈性部件對稱均勻設置于支撐部件上端的縱向兩側，橫向滑移體的多個彈性部件與縱向滑移體的多個彈性部件相互垂直。

進一步地，每個彈性部件包括鋼板、彈性體和球面耐磨板，鋼板有兩塊，彈性體固定于兩塊鋼板的中間，彈性部件的一端通過一塊鋼板的外側固定在支撐部件，彈性部件另一端的鋼板的外側固定有球面耐磨板。

進一步地，彈性體為聚氨酯彈性體，通過聚氨酯彈性體制成的滑移部件自動復位和限位。

進一步地，支撐部件包括下座板、承壓板和中座板，下座板位于最下端，承壓板設于下座板上面，中座板設于承壓板上面，滑移部件固定在中座板的四周。

進一步地，下座板下面部分為平板，上面部分有圓形鋼盆，承壓板設置在下座板的鋼盆內，中座板下端的四周外圍空缺形成臺階，支座承壓后臺階的凸起部分也位于下座板的鋼盆內，保證支撐部件的穩(wěn)固。由于承壓板主要起豎向承壓作用且抗壓強度較高，因此承壓板的結構尺寸要求較小，使橋梁下部結構的尺寸空間要求較小，節(jié)省了橋墩的工程造價；此外，下座板鋼盆內的承壓板處于三向應力狀態(tài)，具有類似液體的功能，轉動靈活，能滿足橋梁梁部結構轉動的需要。

進一步地，承壓板為橫向截面為圓形的厚板，側面呈內凹狀，其最大處外徑與下座板鋼盆的內徑一致。承壓板的變形受到鋼盆的外約束，其破壞應力受下座板鋼盆的極限強度的限制，因此更適用于大噸位的高速鐵路橋梁。

進一步地，中座板的上面還固定有平面耐磨板，平面耐磨板為上座板組件和下座板組件的接觸面，當上座板組件與下座板組件間發(fā)生滑移時，平面耐磨板對中座板起保護作用，延長了下座板組件的使用壽命。

進一步地，上座板組件包括上座板、平面不銹鋼板、側面不銹鋼板，上座板上面部分為平板，下面部分有擋板，下座板組件的上端位于上座板擋板形成的空缺內，防止支座滑移時上座板組件和下座板組件分離；平面不銹鋼板設置在上座板內部的上表面，側面不銹鋼板設在上座板擋板的內表面，在滑移時不銹鋼板對上座板進行保護，延長上座板組件的使用壽命。

進一步地，上座板組件的頂部固定有上錨碇鋼棒，下座板組件的底部固定有下錨碇鋼棒。

一種聚氨酯橋梁減震支座的減震方法，通過上座板組件和下座板組件之間的滑移來實現，下座板組件的滑移部件通過水平壓縮實現阻尼耗能，起到水平減震的作用；當支撐部件承受豎向載荷后，承壓板受到擠壓產生豎向變形，經變形承壓后承壓板與下座板的鋼盆緊密貼合，起到豎向減震作用，且承壓板的變形受到鋼盆的外約束，其破壞應力受下座板鋼盆的極限強度的限制；同時，支撐部件也作為水平滑移和轉動時的支點，與滑移部件一起實現水平減震。

進一步地，在滑移部件內安裝多個由聚氨酯彈性體構成的彈性體，當支座橫向單側滑移時，下座板組件中橫向滑移一側由聚氨酯彈性體構成的彈性部件處于壓縮狀態(tài)，橫向另一側的彈性部件處于自由狀態(tài)，而縱向兩側的彈性部件與上座板構成側向滑動摩擦副；當支座橫向方向滑移時，橫向一側處于壓縮狀態(tài)的彈性部件恢復自由狀態(tài)，另一側處于自由狀態(tài)的彈性部件則變成壓縮狀態(tài)，縱向兩側的彈性部件仍然與上座板構成側向滑動摩擦副；支座縱向滑移時，情況與橫向滑移類似。

進一步地，當支座發(fā)生水平滑移和轉動時，中座板底部下沿的突出部分不高出下座板的鋼盆上沿，且中座板底部不與下座板鋼盆的上沿接觸，既保證支座的穩(wěn)固性，也延長了支座的使用壽命。

本發(fā)明的有益效果是：

1. 本發(fā)明在下座板組件的中座板四周均勻對稱設置彈性部件，與上座板組件組成側向滑動摩擦副，對減震支座橫向和縱向的水平滑移起到限位作用和自動復位作用，避免橋梁支座在極限狀況下產生過大水平位移，造成橋梁上部梁部結構發(fā)生傾覆。當橋梁支座承受的水平荷載大于其正常使用狀態(tài)下的最大水平荷載時，支座的水平滑行速度對彈性部件形成沖擊，彈性部件通過自身的彈性變形消耗支座的滑動動能，起到阻尼耗能作用，提高了橋梁支座水平限位的可靠性。

2. 本發(fā)明承壓板主要起豎向承壓作用，而承壓板的抗壓強度較高，因此承壓板的結構尺寸要求較小，使橋梁下部結構的尺寸空間要求較小，節(jié)省了橋墩的工程造價。此外，處于下座板鋼盆內的承壓板處于三向應力狀態(tài)，具有類似液體的功能，轉動靈活，能滿足橋梁梁部結構轉動的需要。

3. 本發(fā)明橫向或縱向滑移體的總抗壓強度滿足聚氨酯彈性部件支座最大水平載荷的要求。當橫向或縱向滑移體的總抗壓強度大于聚氨酯彈性部件支座的最大水平荷載時，可保證聚氨酯彈性部件不會被壓壞，有利于防止聚氨酯彈性部件老化。

4. 本發(fā)明支座承受豎向荷載后，承壓板產生豎向變形，經壓縮后與鋼盆不存在空隙，即緊密貼合。使用時豎向承載后的承壓板與鋼盆盆壁之間緊密貼合，增大承壓板的彈性模量，減小承壓板的彈性壓縮量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一整體示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一上座板組件示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例一下座板組件示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例一彈性部件示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例二下座板組件示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例二彈性部件示意圖；

其中：1.上座板組件，11.上座板，111.凸出塊，12.平面不銹鋼板，13.側面不銹鋼板，2. 上錨碇鋼棒，3. 下座板組件，31.支撐部件，311.下座板，312.承壓板，313.中座板，314.平面耐磨板，32.滑移部件，321橫向滑移體，322縱向滑移體，33.彈性部件，331.彈性體，332.鋼板，333.球面耐磨板，4.下錨碇鋼棒。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

如圖1-圖4所示，一種聚氨酯橋梁減震支座，包括上座板組件1和下座板組件3，上座板組件1設置于下座板組件3的正上方，下座板組件1包括支撐部件31和滑移部件32，支撐部件31位于整個下座板組件3的中間位置，主要用于承受豎向載荷，與上座板組件1一起構成豎向減震部分，同時也作為支座水平滑移和轉動時的支點；滑移部件32設于支撐部件31上端的四周，用于緩解水平滑移或轉動時產生的震動，與上座板組件1一起構成水平減震部分。

進一步地，滑移部件32包括橫向滑移體321和縱向滑移體322，為水平載荷提供水平反力，通過橫向滑移體和縱向滑移體的自動復位和限位功能起到減震作用。

進一步地，滑移部件32為多個彈性部件33，通過彈性部件33的水平壓縮實現阻尼耗能，起到減震作用；組成橫向滑移體321的多個彈性部件33對稱均勻設置于支撐部件31上端的橫向兩側，組成縱向滑移體322的多個彈性部件33對稱均勻設置于支撐部件31上端的縱向兩側，橫向滑移體321的多個彈性部件33與縱向滑移體321的多個彈性部件33相互垂直。

進一步地，每個彈性部件33包括鋼板332、彈性體331和球面耐磨板333，鋼板332有兩塊，彈性體331固定于兩塊鋼板332的中間，彈性部件33的一端通過一塊鋼板332的外側固定在支撐部件31，彈性部件33另一端的鋼板332的外側固定有球面耐磨板333。

進一步地 ，鋼板332為圓形平板，彈性體331為兩頭大、中間小，即兩頭沿中間呈細腰狀的聚氨酯體，以便彈性部件33受到擠壓時彈性體331朝中間細腰處變形，且橫向滑移體321和縱向滑移體322的多個彈性部件33緊密并行排列而不會因彈性體331變形使各個彈性部件33之間相互擠壓。本發(fā)明如圖5-圖6所示的另一個實施例中，彈性體331為圓柱體狀，彈性體331的直徑小于鋼板332的直徑，橫向滑移體321和縱向滑移體322的多個彈性部件33之間并行排列且留有空隙；彈性體331還可以是橫截面為多邊形的形狀。

進一步地，彈性體331為聚氨酯彈性體，由于聚氨酯彈性部件抗壓強度高且彈性良好，因此由其制成的滑移部件具有良好的自動復位功能和限位功能。

進一步地，支撐部件31包括下座板311、承壓板312和中座板313，下座板311位于最下端，承壓板312設于下座板311上面，中座板312設于承壓板312上面，滑移部件32的多個彈性部件33均勻對稱焊接在中座板313的四周。

進一步地，下座板311的下面部分為方形平板，上面部分有圓形鋼盆；承壓板312設置在下座板311的鋼盆內；中座板313上端為方形平板，下端的四周外圍空缺形成圓周形臺階，支座承壓后臺階的凸起部分也位于下座板311的鋼盆內，保證支撐部件31的穩(wěn)固。由于承壓板312主要起豎向承壓作用且抗壓強度較高，因此承壓板312的結構尺寸要求較小，使橋梁下部結構的尺寸空間要求較小，節(jié)省了橋墩的工程造價；此外，下座板311鋼盆內的承壓板312處于三向應力狀態(tài)，具有類似液體的功能，轉動靈活，能滿足橋梁梁部結構轉動的需要。

進一步地，承壓板312為橫向截面為圓形的厚板，側面呈內凹狀，其最大處外徑與下座板311鋼盆的內徑一致。承壓板312的變形受到鋼盆的外約束，其破壞應力受下座板311鋼盆的極限強度的限制，因此更適用于大噸位的高速鐵路橋梁。

進一步地，承壓板312為承壓聚氨酯板，采用承壓聚氨酯板傳遞支座反力，且對橋梁支點的反力有一定的調整作用，對梁體的豎向荷載有一定的減震緩沖功能。由于承壓聚氨酯板密封在下座板311鋼盆內，處于三向應力狀態(tài)，因而承載力得到提高，一般情況下鋼盆未破壞時，聚氨酯板不會喪失承載能力。本發(fā)明的另一個實施例中承壓板312為橡膠板。

進一步地，中座板313的上面還固定有平面耐磨板314，平面耐磨板314為上座板組件1和下座板組件3的接觸面，當上座板組件1與下座板組件3間發(fā)生滑移時，平面耐磨板314對中座板313起保護作用，延長了下座板3組件的使用壽命。

進一步地，上座板組件1包括上座板11、平面不銹鋼板12、側面不銹鋼板13，上座板11為方形，其上面部分為平板，下面部分有擋板，四周的擋板圍成一個方形空缺，下座板組件3的上端位于上座板11擋板形成的空缺內，防止支座滑移時上座板組件1和下座板組件3分離；平面不銹鋼板12設置在上座板11平面的下表面，側面不銹鋼13板設在上座板11擋板的內表面，在滑移時不銹鋼板對上座板11進行保護，延長上座板組件1的使用壽命。

進一步地，上座板組件1的頂部固定有上錨碇鋼棒2，下座板組件3的底部固定有下錨碇鋼棒4。

進一步地，上座板11平板部分的橫向或縱向兩端各有兩個向外延伸的凸出塊111，四根上錨碇鋼棒2固定在各個凸出塊111上。

進一步地，下座板311平板部分的四個角處有固定下錨碇鋼棒4的孔，四根下錨碇鋼棒4通過下座板311平板上的孔固定在下座板組件3的下方。

從上述實施例可以看出本發(fā)明還涉及到一種聚氨酯減震橋梁支座的減震方法，通過上座板組件1和下座板組件3來實現，發(fā)生滑移時，下座板組件3的滑移部件32通過水平壓縮實現阻尼耗能，起到減震的作用，且下座板組件3套在上座板11下端的擋板形成的空缺內，防止上座板組件1與下座板組件3間脫落；當支座承受豎向載荷后，承壓板312受到擠壓產生豎向變形，經變形承壓后承壓板312與下座板311的鋼盆緊密貼合，再次起到減震作用。

進一步地，在滑移部件內安裝多個由聚氨酯彈性體構成的彈性體，當支座橫向單側滑移時，下座板組件3中橫向滑移一側由聚氨酯彈性體構成的彈性部件33處于壓縮狀態(tài)，橫向另一側的彈性部件33處于自由狀態(tài)，而縱向兩側的彈性部件33與上座板11構成側向滑動摩擦副；當支座橫向方向滑移時，橫向一側處于壓縮狀態(tài)的彈性部件33恢復自由狀態(tài)，另一側處于自由狀態(tài)的彈性部件33則變成壓縮狀態(tài)，縱向兩側的彈性部件33仍然與上座板11構成側向滑動摩擦副；支座縱向滑移時，情況與橫向滑移類似。

進一步地，當支座發(fā)生水平滑移和轉動時，中座板313底部下沿的突出部分不高出下座板311的鋼盆上沿，且中座板313底部不與下座板311鋼盆的上沿接觸，既保證支座的穩(wěn)固性也延長了支座的使用壽命。

由此可見，本發(fā)明還具有以下有益效果：

1. 本發(fā)明在下座板組件的中座板四周均勻對稱設置彈性部件，與上座板組件組成側向滑動摩擦副，對減震裝置橫向和縱向的水平滑移起到限位作用和自動復位作用，避免橋梁支座在極限狀況下產生過大水平位移，造成橋梁上部梁部結構發(fā)生傾覆。當橋梁支座承受的水平荷載大于其正常使用狀態(tài)下的最大水平荷載時，彈性部件的水平滑行速度對彈性部件形成沖擊，彈性部件通過自身的彈性變形消耗支座的滑動動能，在地震等極限狀況下，起到阻尼耗能作用，提高了橋梁支座水平限位的可靠性。

2. 本發(fā)明承壓板主要起豎向承壓作用，而承壓板的抗壓強度較高，因此承壓板的結構尺寸要求較小，使橋梁下部結構的尺寸空間要求較小，節(jié)省了橋墩的工程造價。此外，處于下座板鋼盆內的承壓板處于三向應力狀態(tài)，具有類似液體的功能，轉動靈活，能滿足橋梁梁部結構轉動的需要。