[发明专利]用于建筑工程的滑动支承和其材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于建筑工程应用的滑动支承(sliding bearing)，特别用于土木建筑例如桥梁、大楼、要求同时承受垂直负载并允许相对运动和/或旋转的结构和要在地震事件中受到保护的结构，所述支承具有低摩擦系数和适于在苛刻工况下使用，两者均是因为施加的负载和高的工作温度。

背景技术

在土木结构例如大楼和桥梁的建筑中，存在使用的结构支承设备，其具有允许在结构的两个或两个以上部分之间相对运动，通常是相对滑动或旋转的功能。为了允许上述运动，在结构中设置有铰链或滑动式的限制物(constraints)。

上述限制物通常包括一对适于相对滑动和/或旋转的平或曲表面以允许相对运动和/或旋转。为了尽量减少各部分中静态和动态摩擦，上述一对表面的第一表面由金属例如奥氏体不锈钢或铝合金或镀硬铬铁素体钢制成，而另一表面方便地由一种低摩擦聚合物制成。在滑动表面之间通常使用润滑剂用于进一步减少各部分之间的摩擦。

根据现有技术发展水平，主要用于制造滑动支承的低摩擦聚合物是聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)。这种材料已经用于这种类型的应用超过40年，积累的专业技术已经允许完全确定其性能和限度。这些性能和限度已经规定成本技术领域的标准，其中例如欧洲标准EN 1337-2“结构支承-第2部分：滑动元件”和用于美国州公路及运输协会(the American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO)建筑的技术规格。

通过两表面的材料性能和可能的润滑剂的适宜组合，滑动支承的该对表面具有低摩擦系数，包括静态的和动态的，高耐磨性和适当的对来自结构固定负载和工作活动的压缩负载的抗性。

虽然PTFE在土木工程领域的应用经过40多年来现在巩固下来，但是许多该材料的失效已知主要是由于差的耐磨性和温度升高时PTFE特征性的抗压强度的过度减小。

通过在科学文献中已知为“冷流(cold flow)”的蠕变现象(creep phenomenon)，发生上述的PTFE的抗压强度的降低。该现象就是聚合物的连续蠕变，它被挤压出来，并从滑动支承侧面出来，从而产生由PTFE制成的表面元件的高度的连续降低。

在高温存在时，该现象进一步增强；冷流程度事实上与压缩负载和工作温度的高值的组合有关。

表述“支承工作温度”是指滑动表面达到的温度。如果在30℃和100℃之间，该工作温度被认为是高的。

考虑到PTFE显示的摩擦系数的低值，上述聚合物一直被认为是制造滑动支承的理想滑动材料，因此，已经开发技术以使PTFE的使用适应各种操作条件。在这一技术发展中，参考技术标准已经形成规定，在工作温度的基础上，确定在滑动支承中适于PTFE表面的最高压力的限度。例如，欧洲标准EN 1337-2强制性地规定对于暴露于高于30℃的最高工作温度的支承考虑相对于在30℃测得的特征强度，30℃以上每度减少2％PTFE的抗压强度的特征值。

但是，从经济角度来看，这个标准是不利的，因为它导致滑动支承的尺寸和相关费用的增加。

PTFE不能胜任在高的工作温度下使用的进一步的证据是这样的事实，即EN 1337系列的欧洲标准将滑动支承与一个或多个PTFE表面配合的使用限定至等于48℃的最高工作温度。超过这个温度，必须使用不同类型的结构支承，具有较高的成本和就摩擦系数而言较差的性能。在实践中，这些不同的结构支承是滚子支承(roller bearing)和摇臂支承(rockerbearing)，特别昂贵且部分地丧失最初效能，因为它们是完全由金属制成的，受大气物质(atmospheric agents)作用，在缺乏适当和昂贵的维修时，摩擦系数达到比滑动支承的摩擦系数高得多的值。

作为具有比西欧和北美地区温度更高的平均温度的特征的气候区域的国家的工业和基础设施日益发展的结果，从成本和设计的角度来看，PTFE在高的工作温度下的性能的失效是一种非常重要的处罚。事实上，已经注意到在过去几年中结构支承的许多失效是由PTFE的过度冷流造成的。这些失效的经济影响是显著的，包括对土木结构的不可逆转的损害和有关支承更换的费用。

然而，通常冷流现象不仅妨碍在具有高环境温度特征的气候区域的所有土木工程应用，而且还妨碍那些应用，其中滑动支承的表面经受高滑动速度，比如，例如由地震事件或剧烈交通状况或高速铁路交通造成的滑动速度。