一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座

技术领域

本发明属于桥梁设施技术领域，更具体地，涉及一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座。

背景技术

球型支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠的传递给桥梁的下部结构，从而使结构的受力情况和理论计算图式相符合，其质量和性能将直接影响到整座桥梁的实用性和耐久性。球型支座一般由下支座板、球冠衬板、上支座板、滑板(平面滑板和球面滑板各一块)及橡胶密封圈和防尘罩等部件组成。平面滑板和球面滑板是支座的主要滑动部件，支座的转角通过球冠衬板与球面滑板之间的滑动来实现，支座的位移通过平面滑板与下支座板的之间的滑动来实现；滑板采用高分子材料制成，表面涂以硅脂，以减小滑动摩擦及磨耗，因此滑板的磨耗关乎到球型支座的使用寿命。

现阶段一般桥梁支座使用适用范围为-40℃～60℃，其在高温高腐蚀海洋气候环境条件下使用会出现以下问题：(1)在高温高腐蚀海洋气候环境条件下要求桥梁支座在-40℃～80℃环境下工作，而一般桥梁支座使用适用范围为-40℃～60℃；目前常用高分子材料滑板在温度高于60℃情况下其机械物理性能稳定性急剧下降，极易发生损坏，降低了支座使用寿命；(2)在长期的使用过程中涂抹在高分子材料滑板上的硅脂会消耗掉，滑板不具备自润滑的功能，其磨耗增大对支座的使用寿命影响很大；(3)高温高腐蚀海洋气候环境条件下需要桥梁支座涂装体系应具备良好的高盐雾耐受性和环境适应性，耐温变性，而目前使用的重防腐体系在桥梁支座安装使用过程中会出现安装破损、不易修复等问题，提高了桥梁支座局部腐蚀的风险，影响桥梁支座的使用寿命。

因此，现阶段亟需一种耐高温耐腐蚀的球形支座，其具有自润滑功能、性能稳定、使用寿命长等特点，使其能适用于海洋气候环境。

发明内容

针对现有技术的球形支座容易在高温高腐蚀海洋气候环境条件下失效损坏，本发明提供一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座以解决此类问题。

为实现上述目的，本发明提供一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，包括上支座，其采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，通过锚栓组件固定在大梁上，底部设有第一镜面层；球冠衬板，其为铜合金ZCuAl9Mn材料制成，位于所述上支座、下支座之间作为滑动部件，顶部设有球面结构的第二镜面层，底部设有平面结构的第三镜面层；下支座，其采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，通过脚螺栓固定在墩台上，顶部设有第四镜面层；通过第一镜面层与第二镜面层组成的球面摩擦副，利用球面来转动，实现支座的转动角度调节；通过第三镜面层和第四镜面层组成的平面摩擦副，利用平面来水平位移，实现支座的水平滑动；所述球面摩擦副及平面摩擦副在45Mpa压力下的摩擦系数≤0.11。

进一步地，所述球冠衬板顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔，所述镶嵌孔内设有石墨润滑柱。

进一步地，所述石墨润滑柱底部还设有弹簧，弹簧另一端与镶嵌孔底部抵触，通过弹簧利用自身弹性势能推动石墨润滑柱，使石墨润滑柱分别始终与第一镜面层、第四镜面层保持抵触状态，在发生相对滑动被磨损从而形成润滑层，降低球面摩擦和平面摩擦副的摩擦系数，减少球冠衬板的磨损。

进一步地，所述锚栓组件、地脚螺栓分别采用A2-70材质的钢材制成。

进一步地，所述下支座顶部沿顺桥向和横桥向分别设有限位架，通过限位架对上支座板进行限位，使其承受各向水平荷载，各向均无位移。

进一步地，所述下支座顶部沿横桥向设有限位架，所述限位架上设有侧板导向条，所述侧板导向条与沿横桥向设于上支座侧边的凹槽配合，对上支座进行限位导向，避免其沿横桥向水平位移，使其沿顺桥向进行单向水平位移。

进一步地，所述下支座顶部设有的第四镜面层面积大于第三镜面层面积，使球冠衬板可在下支座顶部沿多个方向进行水平滑动，从而承受各向水平荷载，具有多向位移性能。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，所述球冠衬板采用铜合金ZCuAl9Mn(或同等性能的材料)，其化学成分和力学性能满足GB/T 1176-2013的要求，具有良好的抗腐蚀性能，且在分别与上支座、下支座直接组成摩擦副时，自身材料特性使其滑动性和自润滑性能好，无须涂抹硅脂，摩擦系数低且稳定。

2.本发明的一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，通过在球冠衬板顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔，所述镶嵌孔内设有石墨润滑柱，在球冠衬板分别与上支座、下支座发生相对滑动时，石墨润滑柱外侧部分被磨损粘附在摩擦面上，不但能形成一层牢固的润滑薄膜，而且还能提高金属表面对其他润滑剂的润湿性能，从而保持长时间的润滑作用。

3.本发明的一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，通过上支座板、下支座板采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，其化学成分和力学性能满足GB/T 4237-2007的要求，锚栓组件、地脚螺栓分别采用A2-70材质的钢材制成，使球型支座整体构成材料具有耐高温抗腐蚀性，能够在高温腐蚀的海洋气候环境下保持性能稳定，大大延长了球形支座的使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一实施例中一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中球冠衬板的仰视结构示意图；

图3为本发明第二实施例中固定型球型支座的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中单向型球型支座的结构示意图；

图5为本发明第三实施例中多向型球型支座的结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-上支座、11-第一镜面层、2-球冠衬板、21-第二镜面层、22-第三镜面层、23-镶嵌孔、3-下支座、31-第四镜面层、32-限位架、4-地脚螺栓、5-锚栓组件、6-石墨润滑柱、7-侧板导向条。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，本发明提供了一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，包括依次设有的上支座1、球冠衬板2及下支座3；其中上支座1通过锚栓组件5固定在大梁上，下支座3通过地脚螺栓4固定在墩台上，球冠衬板2位于下支座3顶部上。所述球冠衬板2顶部设有球面结构的第二镜面层21，底部设有平面结构的第三镜面层22；所述上支座1底部设有与第二镜面层21相适配的第一镜面层11；所述下支座3顶部设有第四镜面层31。通过第一镜面层11与第二镜面层21组成的球面摩擦副，利用球面来转动，实现支座的转动角度调节；通过第三镜面层22和第四镜面层31组成的平面摩擦副，利用平面来水平位移，实现支座的水平滑动。本发明支座中，球冠衬板2采用铜合金ZCuAl9Mn材料制成，其化学成分和力学性能满足GB/T1176-2013的要求，所述上支座板1、下支座板3采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，其化学成分和力学性能满足GB/T 4237-2007的要求；球冠衬板2采用铜合金作为固体自润滑材料，相比高分子材料滑板，其承载能力更高，设计时选用与高分子材料滑板相同面压时，其承载的安全冗余更大；通过球冠衬板2顶底部分别与上支座1、下支座3直接组成摩擦副，取代了一般支座中高分子材料制成的平面滑板和球面滑板，其摩擦副在45Mpa下的摩擦系数≤0.11，满足了球面支座的设计需求，且采用合金材料制成，能够在高温腐蚀的海洋气候环境下保持性能稳定，大大延长了球形支座的使用寿命。

实施例1

如图1所示，所述上支座板1采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N(或同等性能的材料)，其化学成分和力学性能满足GB/T 4237-2007的要求。所述上支座板1底部通过抛光打磨形成第一镜面层11，其为凹球面结构，与球冠衬板2相适配，通过与球冠衬板2组成球面摩擦副实现支座的转动角度调节。在进行安装工作时，可通过锚栓组件5将上支座板1固定在大梁上，其中锚栓组件5采用不锈钢材料制成，具有良好的抗腐蚀性能，优选的，可采用A2-70材质的钢材制成。

所述下支座3采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N(或同等性能的材料)，其化学成分和力学性能满足GB/T 4237-2007的要求。所述下支座3顶部通过抛光打磨形成第四镜面层31，其为平面结构，与球冠衬板2底部相适配，通过与球冠衬板2组成平面摩擦副实现支座的水平滑动。在进行安装工作时，可通过预先浇筑地脚螺栓4将下支座3固定在大梁上，其中地脚螺栓4采用不锈钢材料制成，具有良好的抗腐蚀性能，优选的，可采用A2-70材质的钢材制成。

所述球冠衬板2采用铜合金ZCuAl9Mn(或同等性能的材料)，其化学成分和力学性能满足GB/T 1176-2013的要求，具有良好的抗腐蚀性能，且在分别与上支座1、下支座3直接组成摩擦副时，自身材料特性使其滑动性和自润滑性能好，无须涂抹硅脂，摩擦系数低且稳定。优选地，如图2所示，所述球冠衬板2顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔23，所述镶嵌孔23内设有石墨润滑柱6，在球冠衬板2分别与上支座1、下支座3发生相对滑动时，石墨润滑柱6外侧部分被磨损粘附在摩擦面上，不但能形成一层牢固的润滑薄膜，而且还能提高金属表面对其他润滑剂的润湿性能，从而保持长时间的润滑作用。优选地，所述石墨润滑柱6底部还设有弹簧，弹簧另一端与镶嵌孔23底部抵触，通过弹簧利用自身弹性势能推动石墨润滑柱6，使石墨润滑柱6分别始终与第一镜面层11、第四镜面层31保持抵触状态，在发生相对滑动时更容易被磨损从而形成润滑层，降低球面摩擦和平面摩擦副的摩擦系数，减少球冠衬板2的磨损，使其运行更稳定，大大延长了球形支座的使用寿命。

实施例2

如图3所示，本发明第二实施例中，提供一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，其承受各向水平荷载，各向均无位移；其包括依次设有的上支座1、球冠衬板2及下支座3；其中上支座1通过锚栓组件5固定在大梁上，下支座3通过地脚螺栓4固定在墩台上；所述上支座板1、下支座板3分别采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，球冠衬板2采用铜合金ZCuAl9Mn材料制成，锚栓组件5、地脚螺栓4分别采用A2-70材质的钢材制成；所述球冠衬板2顶部设有第二镜面层21，与上支座1底部设有的第一镜面层11组成球面摩擦副；所述球冠衬板2底部设有第三镜面层22，和下支座3顶部设有的第四镜面层31组成的平面摩擦副；所述球冠衬板2顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔23，所述镶嵌孔23内设有石墨润滑柱6；所述石墨润滑柱6底部与镶嵌孔23孔底之间设有弹簧。

本发明第三实施例中，在下支座3顶部沿顺桥向和横桥向分别设有限位架32，通过限位架32对上支座板1进行限位，避免其水平位移。

实施例3

如图4所示，本发明第三实施例中，提供一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，承受单向水平荷载，具有顺桥向位移性能；其包括依次设有的上支座1、球冠衬板2及下支座3；其中上支座1通过锚栓组件5固定在大梁上，下支座3通过地脚螺栓4固定在墩台上；所述上支座板1、下支座板3分别采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，球冠衬板2采用铜合金ZCuAl9Mn材料制成，锚栓组件5、地脚螺栓4分别采用A2-70材质的钢材制成；所述球冠衬板2顶部设有第二镜面层21，与上支座1底部设有的第一镜面层11组成球面摩擦副；所述球冠衬板2底部设有第三镜面层22，和下支座3顶部设有的第四镜面层31组成的平面摩擦副；所述球冠衬板2顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔23，所述镶嵌孔23内设有石墨润滑柱6；所述石墨润滑柱6底部与镶嵌孔23孔底之间设有弹簧。

本发明第三实施例中，在下支座3顶部沿横桥向设有限位架32，所述限位架32上设有侧板导向条7，其与沿横桥向设于上支座1侧边的凹槽配合，对上支座1进行限位导向，避免其沿横桥向水平位移，使其沿顺桥向进行单向水平位移。

实施例4

如图5所示，本发明第四实施例中，提供一种耐高温抗腐蚀的金属摩擦面球型支座，承受各向水平荷载，具有多向位移性能；其包括依次设有的上支座1、球冠衬板2及下支座3；其中上支座1通过锚栓组件5固定在大梁上，下支座3通过地脚螺栓4固定在墩台上；所述上支座板1、下支座板3分别采用双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N制成，球冠衬板2采用铜合金ZCuAl9Mn材料制成，锚栓组件5、地脚螺栓4分别采用A2-70材质的钢材制成；所述球冠衬板2顶部设有第二镜面层21，与上支座1底部设有的第一镜面层11组成球面摩擦副；所述球冠衬板2底部设有第三镜面层22，和下支座3顶部设有的第四镜面层31组成的平面摩擦副；所述球冠衬板2顶部及底部阵列开有多个镶嵌孔23，所述镶嵌孔23内设有石墨润滑柱6；所述石墨润滑柱6底部与镶嵌孔23孔底之间设有弹簧。

本发明第四实施例中，在下支座3顶部设有的第四镜面层31面积大于第三镜面层22面积，使球冠衬板2可在下支座3顶部沿多个方向进行水平滑动，从而承受各向水平荷载，具有多向位移性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。