專利名稱：一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，主要用于房屋及橋梁等建筑物的基礎(chǔ)隔震，也可用于儀器、設(shè)備的隔振減振，屬于結(jié)構(gòu)隔震控制與振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在橋梁、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工中，必須考慮到地震、振動(dòng)等對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的影響。支座是工程建設(shè)中大量應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)隔震裝置，其不但要把建筑結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)的重量傳遞給下部結(jié)構(gòu)，而且還要具有減隔震的作用。
隔震是結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中研究最早、應(yīng)用最廣的一項(xiàng)減震技術(shù)。它的基本原理在于通過設(shè)置隔震裝置使得結(jié)構(gòu)體系的水平剛度降低，使其自振周期延長，遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)的自振周期和場地卓越周期，從而把地面運(yùn)動(dòng)有效的隔離開來，達(dá)到減震的效果?；A(chǔ)隔震是在上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層，通過隔震層的隔震系統(tǒng)來限制和吸收傳入結(jié)構(gòu)的地震能量。理論研究與工程實(shí)踐表明，基礎(chǔ)隔震技術(shù)是建筑物抵御地震災(zāi)害的最有效方法之一。現(xiàn)有的安裝在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的隔震支座很多，常見的如由薄橡膠板和薄鋼板交替疊合而成的疊層橡膠支座，由砂墊層、石磨層、不銹鋼板和聚縮醛樹脂為滑動(dòng)材料構(gòu)成的普通滑動(dòng)支座等等，這些隔震支座的缺點(diǎn)或是對(duì)材料要求高、制作難度大，或是成本昂貴，不具備自動(dòng)復(fù)位的性能。
目前，在工程結(jié)構(gòu)隔震研究中，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于水平隔震的研究開展了很多工作，而對(duì)豎向隔震的研究涉及較少。一般認(rèn)為，水平地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞起控制作用，因此對(duì)隔震的研究長期以來集中在水平隔震上，并且在這方面已經(jīng)取得了很多成果，尤其是疊層鋼板橡膠支座基礎(chǔ)隔震技術(shù)應(yīng)用最多。但大量地震震害表明，豎向地震對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響有時(shí)是不能忽視的，它的作用有時(shí)會(huì)超過水平地震作用。特別對(duì)一些高烈度區(qū)和震中附近的區(qū)域，豎向地震分量非常明顯，有時(shí)達(dá)到水平地震分量的2/3以上。由于結(jié)構(gòu)豎向剛度大，其豎向固有周期與豎向地震波卓越周期相近，因而結(jié)構(gòu)的豎向震動(dòng)特性值得關(guān)注和研究。
另外，不論是在建筑物還是橋梁采用隔震手段，共同的特點(diǎn)就是在強(qiáng)震過程中以隔震裝置集中產(chǎn)生大變形來換取結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較小的變形，甚至仍保持在彈性范圍內(nèi)。同時(shí)，當(dāng)?shù)卣疠^強(qiáng)時(shí)，由于低頻部分含有的能量也相應(yīng)增加，結(jié)構(gòu)反應(yīng)將會(huì)明顯增大，特別當(dāng)?shù)卣饎?dòng)能量集中在低頻段時(shí)，容易與隔震結(jié)構(gòu)發(fā)生共振現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)反應(yīng)會(huì)更大。因此為防止隔震裝置變形過大而導(dǎo)致滾翻失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生，又必須對(duì)其進(jìn)行限位防護(hù)并使其遠(yuǎn)離低頻共振區(qū)域。因此，急需開發(fā)一種既能限位又能時(shí)時(shí)遠(yuǎn)離共振區(qū)域的水平和豎向三維減隔震耗能體系。
同樣，機(jī)械振動(dòng)也嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全、人員的身體健康和人們的生產(chǎn)生活。目前雖然有較多的隔振減振器，但幾乎都是單方面隔振器，并且承載力較小，缺少大承載力的三維隔振耗能減振器。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能同時(shí)隔離與抑制水平和豎向地震作用、不能自動(dòng)復(fù)位、不能限位保護(hù)、不能時(shí)時(shí)遠(yuǎn)離共振區(qū)域以及承載力小的不足之處，提高隔震支座的隔震性能及適用范圍，防止支座變形失穩(wěn)；基于傳統(tǒng)的隔震技術(shù)、控制方法及機(jī)械原理，提出一種能夠自動(dòng)復(fù)位、承載力大、隔震周期能動(dòng)可變并帶軟碰撞限位保護(hù)的變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座。
本實(shí)用新型提供了一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座。該支座主要包括有變曲率底座1、限位板2、下連接板3、滑塊4、高彈橡膠圈6、摩擦涂層7、中連接板9、碟形彈簧疊合件10、鋼圈12、凸軸13、中心軸桶14、上連接板15和阻尼器16。將下連接板3設(shè)置于基礎(chǔ)18之上，下連接板3上設(shè)置變曲率底座1和限位板2，將變曲率底座1套于限位板2內(nèi)側(cè)，通過螺栓5將下連接板3和限位板2與基礎(chǔ)18相固定；變曲率底座1表面設(shè)有摩擦涂層7，限位板2上邊緣向內(nèi)凸出，與變曲率底座1之間形成凹槽，變曲率底座1與限位板2凹槽間設(shè)置高彈橡膠圈6；將滑塊4置于變曲率底座1曲面中心，其上貼合中連接板9，滑塊4與中連接板9之間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；中連接板9上固接凸軸13和中心軸桶14，凸軸13上套有碟形彈簧疊合件10，與凸軸13動(dòng)配合，碟形彈簧疊合件10之間設(shè)有阻尼材料11，碟形彈簧疊合件10外側(cè)包有鋼圈12；中心軸桶間14設(shè)置阻尼器16，阻尼器16分別通過定位螺栓8與中連接板9和上連接板15相連接，碟形彈簧疊合件10與鋼圈12和中心軸桶14間留有空隙；阻尼器16和碟形彈簧疊合件10與上連接板15相連接，凸軸13和中心軸桶14伸入上連接板9，并與上連接板9之間留有空隙，使凸軸13、中心軸桶14與上連接板15之間動(dòng)配合；上連接板15通過螺栓5固定于上部結(jié)構(gòu)17。
所述碟形彈簧疊合件10的對(duì)合個(gè)數(shù)至少為兩個(gè)，串連碟形彈簧疊合件10組數(shù)至少為兩組。
所述阻尼器16可為普通油阻尼器或電流變/磁流變阻尼器，阻尼器16高度大于等于碟形彈簧疊合件10總高度，阻尼器16活塞19應(yīng)置于阻尼器16中間位置。
所述變曲率底座1曲面為兩種曲面的結(jié)合，中間曲面為大半徑圓弧曲面，兩側(cè)曲面為橢圓曲面。
所述滑塊4為半球形，其底面圓弧狀凸面密切貼合于摩擦涂層7，圓弧半徑與變曲率底座1中心圓弧曲面半徑一致。
所述中連接板9與滑塊4貼合處曲面為圓弧凹面，圓弧半徑同滑塊4上表面圓弧半徑，滑塊4上表面球面密切貼合于中連接板9圓弧凹面。
所述阻尼器16、凸軸13和中心軸桶14與上連接板15空隙應(yīng)大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件10串連組數(shù)，h為每組碟形彈簧疊合件10之間的距離。
所述鋼圈12與上連接板15距離應(yīng)大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件10串連組數(shù)，h為每組碟形彈簧疊合件10之間的距離。
所述高彈橡膠圈6的厚度應(yīng)大于變曲率底座1與限位板2間的凹槽寬度。
本實(shí)用新型的工作原理如下所述當(dāng)受風(fēng)荷載作用下，由于滑塊4與摩擦涂層7之間的摩擦力使得滑塊4不能克服最大靜摩擦力而保持靜止不動(dòng)，因而能有效控制上部結(jié)構(gòu)17在風(fēng)荷載作用下的變形和穩(wěn)定性；當(dāng)受小震或中震作用時(shí)，滑塊4克服最大靜摩擦力開始在摩擦涂層7上的中間圓弧曲面滑動(dòng)，由于圓弧曲面半徑較大且結(jié)構(gòu)水平自振周期僅與圓弧曲面曲率半徑有關(guān)，因此建筑物水平自振周期延長，有效隔離與抑制了水平地面運(yùn)動(dòng)，并通過摩擦力耗散了地震能量；同樣，在地震作用下，阻尼器16和碟形彈簧疊合件10也隨同豎向地面運(yùn)動(dòng)壓縮和拉伸，延長了建筑物豎向自振周期，有效隔離與抑制了豎向地面運(yùn)動(dòng)，并通過碟形彈簧疊合件10間的阻尼材料11以及中心軸桶14間的阻尼器16有效的吸收和耗散了豎向地震能量；當(dāng)遭遇地震波中的低頻成分或者大震時(shí)，滑塊4滑動(dòng)位移繼續(xù)增大，當(dāng)滑動(dòng)到橢圓曲面上時(shí)，由于橢圓曲面曲率不斷變化，致使隔震周期不斷改變，且滑塊位移越大，隔震周期越長，從而有效遠(yuǎn)離低頻共振區(qū)，減小了滑塊4的過大位移；但如果滑塊4位移過大，超過變曲率底座1的限制范圍時(shí)，滑塊4則與高彈橡膠圈6發(fā)生軟碰撞保護(hù)，有效的防止了隔震裝置由于大震或低頻激勵(lì)下變形過大而導(dǎo)致的滾翻失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生，耗散了地震能量，且防止了硬碰撞對(duì)上部結(jié)構(gòu)17的不利影響。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，該支座可用于隔離與抑制水平和豎向地震波引起的土木工程結(jié)構(gòu)震動(dòng)，大幅提高工程抗震能力，適用范圍廣。其具體優(yōu)點(diǎn)如下1.該支座同時(shí)具有三向適宜剛度和阻尼性能，單個(gè)支座承載力大，且承載力、剛度和阻尼容易調(diào)整。
2.該支座可在上部結(jié)構(gòu)自身重力作用下自行復(fù)位，并能有效防止上部建筑物扭轉(zhuǎn)及P-Δ效應(yīng)。
3.該支座水平和豎向變形能力好，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，抗磨損，性能穩(wěn)定，加工制作容易。


圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型圖1的A-A剖面圖；圖3是本實(shí)用新型圖1的B-B剖面圖；圖4是本實(shí)用新型圖1中變曲率底座1曲面示意圖；圖中1、變曲率底座，2、限位板，3、下連接板，4、滑塊，5、螺栓，6、高彈橡膠圈，7、摩擦涂層，8、定位螺栓，9、中連接板，10、碟形彈簧疊合件，11、阻尼材料，12、鋼圈，13、凸軸，14、中心軸桶，15、上連接板，16、阻尼器，17、上部結(jié)構(gòu)，18、基礎(chǔ)，19、活塞。
具體實(shí)施方式
按照?qǐng)D1～圖4所示本實(shí)用新型的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座的技術(shù)方案將市售和設(shè)計(jì)加工的部件組裝為一體，實(shí)現(xiàn)該支座。該支座中，各部件之間均采用常規(guī)螺栓、螺紋連接方式。
本實(shí)施例中，碟形彈簧疊合件10的對(duì)合個(gè)數(shù)為兩個(gè)，串連碟形彈簧疊合件10組數(shù)為兩組；阻尼器16為普通油阻尼器，阻尼器16高度大于碟形彈簧疊合件10總高度，活塞19置于阻尼器16中間位置；摩擦涂層7為耐磨聚四氟乙烯材料；阻尼器16、凸軸13和中心軸桶14與上連接板15空隙大于nh；鋼圈12與上連接板15距離大于等于nh；高彈橡膠圈6的厚度為兩倍的變曲率底座1與限位板2間的凹槽寬度；變曲率底座1圓弧曲面半徑R＝1米，兩側(cè)橢圓曲面長軸a＝0.3米，b＝0.09米，如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于該支座主要由變曲率底座(1)、限位板(2)、下連接板(3)、滑塊(4)、高彈橡膠圈(6)、摩擦涂層(7)、中連接板(9)、碟形彈簧疊合件(10)、鋼圈(12)、凸軸(13)、中心軸桶(14)、上連接板(15)和阻尼器(16)組成；其中，將下連接板(3)設(shè)置于基礎(chǔ)(18)之上，下連接板(3)上設(shè)置變曲率底座(1)和限位板(2)，變曲率底座(1)套于限位板(2)內(nèi)側(cè)，通過螺栓(5)將下連接板(3)和限位板(2)與基礎(chǔ)(18)相固定；變曲率底座(1)表面設(shè)有摩擦涂層(7)，限位板(2)上邊緣向內(nèi)凸出，與變曲率底座(1)之間形成凹槽，變曲率底座(1)與限位板(2)凹槽間設(shè)置高彈橡膠圈(6)；將滑塊(4)置于變曲率底座(1)曲面中心，其上貼合中連接板(9)，滑塊(4)與中連接板(9)之間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；中連接板(9)上固接凸軸(13)和中心軸桶(14)，凸軸(13)上套有碟形彈簧疊合件(10)，與凸軸(13)動(dòng)配合，碟形彈簧疊合件(10)之間設(shè)有阻尼材料(11)，碟形彈簧疊合件(10)外側(cè)包有鋼圈(12)；中心軸桶間(14)設(shè)置阻尼器(16)，阻尼器(16)分別通過定位螺栓(8)與中連接板(9)和上連接板(15)相連接，碟形彈簧疊合件(10)與鋼圈(12)和中心軸桶(14)間留有空隙；阻尼器(16)和碟形彈簧疊合件(10)與上連接板(15)相連接，凸軸(13)和中心軸桶(14)伸入上連接板(9)，并與上連接板(9)之間留有空隙，使凸軸(13)、中心軸桶(14)與上連接板(15)之間動(dòng)配合；上連接板(15)通過螺栓(5)固定于上部結(jié)構(gòu)(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于碟形彈簧疊合件(10)的對(duì)合個(gè)數(shù)至少為兩個(gè)，串連碟形彈簧疊合件(10)組數(shù)至少為兩組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于阻尼器(16)可為普通油阻尼器或電流變/磁流變阻尼器，阻尼器(16)高度大于等于碟形彈簧疊合件(10)總高度，阻尼器(16)活塞(19)應(yīng)置于阻尼器(16)中間位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于變曲率底座(1)曲面為兩種曲面的結(jié)合，中間曲面為大半徑圓弧曲面，兩側(cè)曲面為橢圓曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于所述滑塊(4)為半球形，其底面圓弧狀凸面密切貼合于摩擦涂層(7)，圓弧半徑與變曲率底座(1)中心圓弧曲面半徑一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于所述中連接板(9)與滑塊(4)貼合處曲面為圓弧凹面，圓弧半徑同滑塊(4)上表面圓弧半徑，滑塊(4)上表面球面密切貼合于中連接板(9)圓弧凹面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于阻尼器(16)、凸軸(13)和中心軸桶(14)與上連接板(15)空隙應(yīng)大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件(10)串連組數(shù)，h為每組碟形彈簧疊合件(10)之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于鋼圈(12)與上連接板(15)距離應(yīng)大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件(10)串連組數(shù)，h為每組碟形彈簧疊合件(10)之間的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，其特征在于高彈橡膠圈(6)的厚度大于變曲率底座(1)與限位板(2)間的凹槽寬度。
專利摘要一種變曲率自行復(fù)位保護(hù)三維減隔震耗能支座，屬于結(jié)構(gòu)隔震控制與振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。該支座結(jié)構(gòu)為將變曲率底座、下連接板、限位板組合，變曲率底座表面涂有摩擦涂層，在變曲率底座與限位板之間設(shè)置高彈橡膠圈，將滑塊置于變曲率底座中心，其上貼合中連接板，中連接板上裝有凸軸和中心軸桶，凸軸上套有碟形彈簧疊合件，碟形彈簧疊合件之間設(shè)有阻尼材料，外側(cè)包有鋼圈，中心軸桶間設(shè)置阻尼器，凸軸和中心軸桶深入上連接板，并與上連接板之間留有空隙。本實(shí)用新型能夠同時(shí)隔離和抑制水平地震波和豎向地震波，有效消除扭轉(zhuǎn)及P－Δ效應(yīng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的不利影響，且能限位保護(hù)，承壓力大，自動(dòng)復(fù)位，耗能能力強(qiáng)，適合建筑物及儀器、設(shè)備隔震減震。
文檔編號(hào)E04B1/98GK2818612SQ200520114719
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者楊林, 周錫元, 閆維明, 黃浩華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)