專利名稱：豎向抗拔型摩擦擺支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種豎向抗拔型摩擦擺支座，屬建筑結(jié)構(gòu)隔震減震控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
FPS(Friction Pendulum System)又稱摩擦擺系統(tǒng)，是一種有效的干摩擦滑移隔震體系，于1985年由美國的Dr.Victor Zayas首先提出。FPS隔震消能的主要原理是將結(jié)構(gòu)物本身與地面隔離，利用滑動面的設(shè)計周期來延長結(jié)構(gòu)物的振動周期，以大幅度減少結(jié)構(gòu)地震作用的動力放大效應(yīng)；此外，還可利用FPS滑動面與滑塊之間的摩擦來大量消耗地震能量，實現(xiàn)減少地震力輸入的目的。FPS摩擦擺滑動隔震的方法造價低、施工簡單、具有很強(qiáng)的承載能力，除具有一般平面滑動隔震系統(tǒng)的特點外，還具有良好的穩(wěn)定性和復(fù)位功能和抗平扭能力，隔震效果較好。FPS可作為斜拉橋立柱減振器和建筑結(jié)構(gòu)底部隔震器，也可與結(jié)構(gòu)頂部TMD(Tuned Mass Damper)形成組合控制系統(tǒng)以對電視塔等高聳結(jié)構(gòu)施加進(jìn)一步控制。目前，F(xiàn)PS摩擦擺已在建筑加固及橋梁隔震方面得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在美國和日本，采用FPS摩擦擺隔震系統(tǒng)的建筑物已達(dá)數(shù)百座。美國西雅圖Seahawks Football Stadium的大跨桁架屋蓋結(jié)構(gòu)和土耳其伊斯坦布爾機(jī)場金字塔形屋蓋結(jié)構(gòu)的隔震裝置均采用了摩擦擺隔震支座，都能起到良好的隔震效果。
現(xiàn)有摩擦擺支座構(gòu)造如圖1所述，主要由三部分組成蓋板1、中部滑塊2、和下部滑槽3。其中蓋板1上的滑動面為不銹鋼材料制作的下凹球形狀表面，與滑動面接觸的中部滑塊2的底面粘有復(fù)合摩擦材料，摩擦材料多采用聚四氟乙烯(PTFE)，在中部滑塊2的上表面有一關(guān)節(jié)，可保證滑塊上部連接軸的頂面在滑塊沿球狀表面滑動時保持水平。摩擦擺支座通常設(shè)置在主體結(jié)構(gòu)與其支承構(gòu)件間，通過支座內(nèi)部滑塊的滑動來隔離地震作用并利用滑塊和滑動接觸面間的滑動摩擦耗能，從而實現(xiàn)對主體結(jié)構(gòu)隔震。
北京工業(yè)大學(xué)莊鵬博士在其博士論文《空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座隔震的理論和實驗研究》中分析了摩擦擺支座在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的隔震性能，研究表明該支座具有很好的隔震效果，可以應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中。而現(xiàn)有的摩擦擺隔震系統(tǒng)在豎向沒有抗拔能力，當(dāng)支座受拉時，蓋板與滑塊容易脫離，而空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)自重相對較輕，在風(fēng)荷載或地震作用下，部分支座在豎向可能受拉將導(dǎo)致摩擦擺支座的上部蓋板和滑塊脫離，使摩擦擺支座失效，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此，將摩擦擺支座應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)中，支座的抗拔是急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有摩擦擺支座豎向不抗拔的缺點，提出了一種具抗拔能力的新型豎向抗拔摩擦擺支座。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。主要包括有下連接鋼板13、滑塊7，在下連接鋼板13的上表面設(shè)置有滑槽8，其特征在于還包括有上部蓋板4和抗拔擋板5，上部蓋板4包括有上連接鋼板9和下?lián)鯄K10，二者固定連接為一體，滑塊7的上表面為半球形突起，與下?lián)鯄K10的下表面的半球形凹槽相配合，滑塊7在下?lián)鯄K10的帶動下能夠沿著滑槽8的底面滑動。在上連接鋼板9和下?lián)鯄K10之間設(shè)置有抗拔擋板5，抗拔擋板5包括有圓環(huán)形的擋板12和短柱11，短柱11穿過下?lián)醢?0，其一端與擋板12的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板13固定連接，短柱11與下?lián)醢?0在水平方向上留有間隙。
所述的下?lián)醢?0為“十”字型。
所述的短柱11與下?lián)醢?0在水平方向上的間隙大于滑塊7在滑槽8內(nèi)的最大滑動距離。
在滑槽8的內(nèi)側(cè)面貼有緩沖膠條6。
滑槽8的底面、擋板12的上、下表面、上連接鋼板9的下表面、下?lián)鯄K10的上表面為具有相同半徑的弧面；上連接鋼板9的下表面、擋板12的上表面的兩個弧面的頂點在同一豎直平面內(nèi)，即都在通過支座中心點的豎直平面內(nèi)，并且兩頂點之間的豎向距離為3～10mm。擋板12的下表面的弧面頂點E和下?lián)鯄K10的上表面的弧面頂點G在同一豎向柱面內(nèi)，二者之間的豎向距離與上連接鋼板9的下弧面和擋板12的上弧面之間的豎向距離相同。
抗拔型摩擦擺支座的工作過程為在任意水平向強(qiáng)震作用下，設(shè)置在建筑物上部結(jié)構(gòu)與下部支承構(gòu)件間的摩擦擺支座的上部蓋板4和滑槽8發(fā)生水平相對運動，上部蓋板帶動滑塊在滑槽內(nèi)滑動，從而減小了結(jié)構(gòu)的水平剛度延長了結(jié)構(gòu)的周期，隔離了地震能量的向上傳遞；此外，由于滑塊和下部滑槽間的摩擦作用，支座在滑動過程中也耗散了地震能量，從而實現(xiàn)減震。當(dāng)滑塊移動到滑槽邊緣時，由于緩沖膠條的保護(hù)，避免了滑塊的損傷以利于滑塊的順利滑動，保護(hù)了支座的安全。此外，多維地震作用下支座可能出現(xiàn)豎向受拉狀態(tài)，按照本技術(shù)方案添加擋板和蓋板下?lián)鯄K后，使得本發(fā)明在實現(xiàn)水平多向隔震的同時亦具有較好的豎向抗拔能力，而且可以限制支座在豎向的扭轉(zhuǎn)角度，更為可靠地確保了在強(qiáng)地震多維地面運動綜合作用下結(jié)構(gòu)的安全性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對傳統(tǒng)摩擦擺支座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，添加了擋板和蓋板下?lián)鯄K，以及緩沖膠條，使支座在豎向具有很強(qiáng)的抗拔能力，增強(qiáng)了摩擦擺支座的安全性和適用性，確保了強(qiáng)地震多維地震作用以及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，便于制作和安裝，實用性強(qiáng)。


圖1、傳統(tǒng)摩擦擺支座模型圖；圖2(a)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座去掉上連接鋼板俯視圖；圖2(b)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座圖2(a)帶連接鋼板剖面圖；圖3、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座下部滑槽俯視圖；圖4、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座下部滑槽及滑塊俯視圖；圖5(a)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座擋板構(gòu)造圖；
圖5(b)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座擋板剖面放大圖；圖6(a)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座去掉上連接鋼板俯視圖；圖6(b)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座上部蓋板構(gòu)造圖；圖6(c)、本發(fā)明豎向抗拔摩擦擺支座擋塊俯視圖；圖中1、蓋板，2、中部滑塊，3、下部滑槽，4、上部蓋板，5、抗拔擋板，6、緩沖膠條，7、滑塊，8、滑槽，9、上連接鋼板，10、下?lián)鯄K，11、短柱，12、擋板，13、下連接鋼板，14，螺栓孔。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖2～圖6詳細(xì)說明本實施例。
本實施例的技術(shù)方案見圖2，主要包括有上表面設(shè)置有滑槽8的下連接鋼板13、緩沖膠條6、滑塊7、上部蓋板4和抗拔擋板5。上部蓋板4包括有上連接鋼板9和下?lián)鯄K10，二者固定連接為一體，滑塊7的上部為半球形突起，與下?lián)鯄K10的半球形凹槽相配合，滑塊7在下?lián)鯄K10的帶動下能夠沿著滑槽8的底面滑動。在上連接鋼板9和下?lián)鯄K10之間設(shè)置有抗拔擋板5，抗拔擋板5包括有圓環(huán)形的擋板12和短柱11，短柱11穿過下?lián)醢?0，其一端與擋板12的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板13固定連接，短柱11與下?lián)醢?0在水平方向上留有間隙。
各部件的主要構(gòu)造與特征分述如下(1)滑槽8的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，滑槽圓面的半徑為d，滑槽的滑動面為弧面，其弧面半徑為R，弧面頂點在中心位置?；瑝K7的半徑為r，緩沖膠條的寬度為a，則支座的允許滑動位移為H＝d-r-a?；鄣钠矫娉叽缛Q于支座允許滑動位移以及滑塊半徑，滑槽厚度由支座的承載能力確定。
(2)緩沖膠條如圖2(b)示，在滑槽8的內(nèi)側(cè)面貼一圈橡膠或塑料膠條，以防止在較大地震作用下滑塊7與滑槽8邊緣發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞，保護(hù)滑塊7的完整性，使滑塊7能在滑槽8內(nèi)順利滑動。
(3)滑塊7的位置與構(gòu)造分別見圖2和圖4，滑塊7大小設(shè)計主要依據(jù)支座的承載力，保證滑塊7在壓力的作用下具有足夠的強(qiáng)度，并能順利滑動，滑塊7底部粘放聚四氟乙烯材料滑片。
(4)抗拔擋板的結(jié)構(gòu)如圖5所示，抗拔擋板包括擋板12和短柱11兩部分，擋板12通過四個短柱11與下連接鋼板13固定連接，短柱11面向滑槽8的側(cè)面為弧形表面，根據(jù)抗拔力的大小選擇其截面面積。擋板12為與短柱11連接的環(huán)形板，當(dāng)上部蓋板4和滑塊7在滑槽8中共同滑動時，為了使擋板12和上連接鋼板9、下?lián)鯄K10在豎直方向始終保持固定的距離，把擋板12的上下表面都做成弧面，并且弧面半徑均為R。擋板12的上弧面是以點O為頂點的弧線BC，繞支座的中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)360度而成的弧面；擋板12的下弧面是以點E為頂點的弧線DE，繞制作中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)360度而成的弧面，其構(gòu)造如圖5(a)。
(5)上部蓋板4的結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示，上部蓋板4分為上連接鋼板9和下?lián)鯄K10兩部分。上連接鋼板9與上部結(jié)構(gòu)通過螺栓相連，螺栓從其下表面穿出，螺栓頭不露出下表面。上連接鋼板9的下表面為弧面，弧面半徑為R，弧面頂點在連接鋼板的形心位置點M，弧面為弧線LN繞支座中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)360度而成，由于上連接鋼板9的下表面頂點M和擋板12的上表面頂點O均在過支座中心軸線A-A的豎向平面內(nèi)，兩弧面頂點M、O在豎向具有5mm的距離，所以在滑動的過程中，上連接鋼板9的下表面與擋板12的上表面始終保持著固定的距離。
上部蓋板4的下?lián)鯄K10的結(jié)構(gòu)如圖6(c)所示，是抗拔的關(guān)鍵部件，其上表面的弧面頂點G與擋板12的下表面弧面頂點E在同一豎向柱面內(nèi)，弧面以點G為頂點，半徑為R的弧線FH繞軸線A-A旋轉(zhuǎn)360度而成。如此設(shè)計可保證滑塊7在滑槽8內(nèi)向邊緣滑動時，下?lián)鯄K10隨著滑塊7在弧面上升高而升高，由于下?lián)鯄K10上弧面的頂點和擋板12的下弧面的頂點E在同一豎向柱面內(nèi)，并且二者頂點之間留有5mm的距離，因此擋塊10的上弧面可以和擋板的下弧面始終保持固定的距離。在支座滑動的過程中，上部蓋板移動而下部滑槽不動，下?lián)鯄K10的截面近似“十”字型，是由圓面切除幾個扇面而成，下?lián)鯄K10的邊緣到短柱11邊緣的距離大于H，即大于滑塊7在滑槽8內(nèi)的最大滑動距離，這樣下?lián)鯄K10在滑動時就不會與短柱11相碰。當(dāng)支座產(chǎn)生豎向拉力時，上部蓋板整體向上移動5mm后，上部蓋板的下?lián)鯄K10與擋板12充分接觸，限制了上部蓋板的移動，形成了抗拔的能力。由于上部蓋板與上部結(jié)構(gòu)相連，不易更換，所以在出現(xiàn)較大豎向拉力時，要確保擋板破壞先于擋塊的原則，擋板12損壞便于更換。
基于以上技術(shù)方案，本實施例中，可通過擋板12與滑槽8及下?lián)鯄K10之間的距離確定支座最大允許豎向扭轉(zhuǎn)角度，圓環(huán)形擋板12的下弧面頂點和蓋板的下?lián)鯄K10的上弧面頂點之間有5mm的間隙，當(dāng)支座出現(xiàn)豎向拉力時，僅須克服較小的位移就可以發(fā)揮支座抗拔的作用，而且抗拔力的大小可以通過擋板12及下?lián)鯄K10的尺寸來確定，模擬分析表明該設(shè)計方法可以使支座具有足夠的抗拔能力。上部蓋板的上連接鋼板9和下部滑槽8的下連接鋼板13均開有圓孔，利用螺栓與建筑物相連接。
本實施例中，首先將各部件加工完畢，然后進(jìn)行組裝，主要步驟可概括為(1)采用現(xiàn)有加工和裝配技術(shù)制作，先加工好下部滑槽，滑槽的圓弧面半徑為R，弧面為不銹鋼材料，保證弧面光滑，并把合適尺寸的小短柱連接在四個角部。
(2)按尺寸加工好滑塊，滑塊與上部蓋板的關(guān)節(jié)處要采用不銹鋼材料，安置在滑槽的中央，并把緩沖膠條粘在滑槽的邊緣。
(3)按尺寸加工好上部蓋板，把上部蓋板放在滑塊之上，最后把抗拔擋板拼接焊在短柱之上。
權(quán)利要求
1.豎向抗拔型摩擦擺支座，主要包括有下連接鋼板(13)、滑塊(7)，在下連接鋼板(13)的上表面設(shè)置有滑槽(8)，其特征在于還包括有上部蓋板(4)和抗拔擋板(5)，上部蓋板(4)包括有上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)，二者固定連接為一體；滑塊(7)的上部為半球形突起，與下?lián)鯄K(10)的半球形凹槽相配合，滑塊(7)在下?lián)鯄K(10)的帶動下能夠沿著滑槽(8)的底面滑動；在上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)之間設(shè)置有抗拔擋板(5)，抗拔擋板(5)包括有圓環(huán)形的擋板(12)和短柱(11)，短柱(11)穿過下?lián)醢?10)，其一端與擋板(12)的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板(13)固定連接，短柱(11)與下?lián)醢?10)在水平方向上留有間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于所述的下?lián)醢?10)為“十”字型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于所述的短柱(11)與下?lián)醢?10)在水平方向上的間隙大于滑塊(7)在滑槽(8)內(nèi)的最大滑動距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于在滑槽(8)的內(nèi)側(cè)面貼有緩沖膠條(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于滑槽(8)的底面、上連接鋼板(9)的下表面、擋板(12)的上、下表面和下?lián)鯄K(10)的上表面為具有相同半徑的弧面；上連接鋼板(9)的下弧面頂點M和擋板(12)的上弧面O在同一豎直平面內(nèi)，并且兩弧面頂點之間留有3mm～10mm的距離；擋板(12)的下弧面頂點E和下?lián)鯄K(10)的上弧面頂點G在同一豎向柱面內(nèi)，兩頂點之間的距離與上連接鋼板(9)的下弧面頂點M和擋板(12)的上弧面頂點O之間的距離相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種豎向抗拔型摩擦擺支座，屬建筑結(jié)構(gòu)隔震減震控制領(lǐng)域。主要包括有上表面設(shè)置有滑槽(8)的下連接鋼板(13)、滑塊(7)、上部蓋板(4)和抗拔擋板(5)。上部蓋板(4)包括有上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)，二者固定連接為一體。滑塊(7)的上部的半球形突起與下?lián)鯄K(10)的半球形凹槽相配合，滑塊(7)在下?lián)鯄K(10)的帶動下能夠沿著滑槽(8)的底面滑動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)之間添加了抗拔擋板(5)，使支座在豎向具有很強(qiáng)的抗拔能力，確保了強(qiáng)地震多維地震作用以及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，便于制作和安裝，實用性強(qiáng)。
文檔編號E04B1/98GK101086152SQ200710099429
公開日2007年12月12日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者薛素鐸, 趙偉, 李雄彥 申請人:北京工業(yè)大學(xué)