專利名稱：摩擦－彈簧三維復(fù)合隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有水平、豎向三維復(fù)合隔震功能的支座，屬建筑結(jié)構(gòu)隔震減震控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
支座隔震系被動控制技術(shù)，是通過在上部結(jié)構(gòu)與下部支承體系間設(shè)置隔震裝置來減少上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，其主要機(jī)理是使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基本周期或前幾階周期與地震作用的卓越周期錯開，從而避開結(jié)構(gòu)與地震作用卓越周期相接近部分的結(jié)構(gòu)振動，同時減小地震動對結(jié)構(gòu)的能量輸入，從而降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于體育館、展覽館、會展中心、航站樓及工業(yè)廠房等建筑中。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的跨度一般較大，結(jié)構(gòu)的地震作用呈多向隨機(jī)性，有些結(jié)構(gòu)如網(wǎng)架屋蓋維修機(jī)庫等，水平地震作用與豎向地震作用下的響應(yīng)均較強(qiáng)烈，適用于此類建筑的隔震支座應(yīng)具有三維復(fù)合隔震功能。
具有三維復(fù)合隔震功能的支座應(yīng)具備以下特點(diǎn)(1)滿足水平隔震要求，耗能能力好和合理的初始剛度；(2)水平自復(fù)位能力強(qiáng)；(3)具有一定的豎向隔震作用，由于大跨結(jié)構(gòu)的空間整體性好，從現(xiàn)有的震害情況看，在強(qiáng)震作用下，空間網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)的大多數(shù)桿件仍處于彈性工作狀態(tài)，因此只要合理控制支座的豎向剛度，適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)的豎向地震輸入即可避免震害；(4)支座豎向剛度要適中，一方面要求具有合理的初始剛度，以滿足支座豎向承載要求，同時保證結(jié)構(gòu)風(fēng)振和小震時不產(chǎn)生振動；(5)有足夠的豎向抗拔和轉(zhuǎn)動能力；(6)支座的高度不宜過大。
從大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的隔震支座的研究與使用情況看，以疊層橡膠材料隔震居多。疊層橡膠支座雖然可通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期，但由于其自身的物理特性，導(dǎo)致存在以下缺陷只能隔離水平地震作用，無法實(shí)現(xiàn)多維隔震；自身阻尼較小，致使結(jié)構(gòu)在地震作用下會出現(xiàn)較大的水平位移；豎向抗拔能力較差；震后的自復(fù)位能力不足。上述問題的存在，使隔震技術(shù)在大跨結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到了一定的約束。
隨著形狀記憶合金(SMA)在土木工程中應(yīng)用研究的深入，針對上述不足，國內(nèi)外學(xué)者利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)、超彈性和高阻尼特性，開發(fā)出了一批具有自復(fù)位功能的被動控制和半主動控制的復(fù)合支座，并對其性能進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。大跨空間結(jié)構(gòu)的隔震研究在水平隔震方面取得了大量的成果，有些隔震系統(tǒng)已應(yīng)用于實(shí)際工程，并取得了良好的效果，但能滿足三維復(fù)合隔震要求的裝置相對匱乏。
目前三維復(fù)合隔震的研究多是針對多層結(jié)構(gòu)，所采取的技術(shù)措施為水平隔震利用疊層橡膠，豎向則采用與阻尼器并聯(lián)或利用液壓系統(tǒng)隔震。上述系統(tǒng)在多層結(jié)構(gòu)中具有可行性，但要將其應(yīng)用于大跨網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)存在以下問題(1)水平隔震支座與豎向隔震裝置串連，使支座的高度大大增加，在支座偏心附加彎矩的作用下，支座的穩(wěn)定性難以得到足夠的保證；(2)水平隔震采用橡膠支座，由于水平阻尼較小，在地震作用下結(jié)構(gòu)的水平位移較大；(3)缺乏豎向抗拔能力，支座轉(zhuǎn)動能力不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的復(fù)合隔震提供一種三維隔震支座。
本發(fā)明的技術(shù)方案見附圖1，復(fù)合隔震支座主要包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀。
其特征在于，包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀；水平隔震裝置位于支座的上部，包括水平承托構(gòu)件、復(fù)位彈簧、滑移層、水平抗拔構(gòu)件和限位構(gòu)件；水平承托構(gòu)件由從上到下依次由上連接板1、圓形短柱2和底封板3構(gòu)成，且它們的形心相互重合；水平承托構(gòu)件位于外護(hù)筒5的內(nèi)部，外護(hù)筒5為圓管，外護(hù)筒5軸線與水平承托構(gòu)件的豎向軸線重合；水平復(fù)位彈簧4位于圓形短柱2與外護(hù)筒5間，沿圓形短柱2的徑向輻射布置；水平復(fù)位彈簧4的一端與外護(hù)筒5的內(nèi)壁連接，另一端與圓形短柱2的外壁固定；滑移層設(shè)在底封板3的下部，自上而下依次包括滑移面6、圓形碟片7和銜接水平與豎向隔震裝置的豎向彈簧承壓板8；滑移片6復(fù)合在封底板3的下表面；圓形碟片7固定在豎向彈簧承壓板8的上表面；水平抗拔構(gòu)件由限位板9和限位擋板10構(gòu)成，限位板9為一環(huán)形板，限位板9的內(nèi)環(huán)固定于圓形短柱2的外壁；限位擋板10均勻?qū)ΨQ布置在外護(hù)筒5的頂端，與外護(hù)筒5筒壁固定；水平限位構(gòu)件11為一環(huán)形鋼圈，固定于豎向彈簧承壓板8的上表面，并在水平限位構(gòu)件11內(nèi)壁敷設(shè)緩沖墊12；豎向隔震裝置位于支座的下部，包括導(dǎo)向筒、隔震彈簧及彈簧預(yù)壓限位器；導(dǎo)向筒由共心的滑筒13插接在導(dǎo)筒14共同構(gòu)成，滑筒13的筒壁豎剖面呈T形，其上端固定在豎向彈簧承壓板8的下表面，導(dǎo)筒14的筒壁豎剖面呈U形，下端固定在底部連接板15的上表面，并在導(dǎo)筒14底部設(shè)置豎向承壓墊16；隔震彈簧17均勻?qū)ΨQ地安裝在導(dǎo)向筒內(nèi)，隔震彈簧17上部與豎向彈簧承壓板8的下表面連接，下端與底部連接板15的上表面固定；彈簧預(yù)壓限位器18位于豎向彈簧承壓板8的上部，插接于外護(hù)筒5筒壁的預(yù)留孔內(nèi)，預(yù)留孔在外護(hù)筒5筒壁上均勻開設(shè)；豎向彈簧承壓板8與護(hù)筒5內(nèi)壁間預(yù)留間隙。
本發(fā)明的支座水平向采用平板滑移隔震裝置，其豎向高度得以降低，從而使支座的總體高度減小，因此支座的穩(wěn)定性得到了有效保證。為了克服現(xiàn)有支座水平滑動位移較大和震后復(fù)位的問題，本發(fā)明的支座在水平隔震裝置中增設(shè)了水平復(fù)位彈簧4，并設(shè)計(jì)了水平限位構(gòu)件11，以保證支座在水平地震作用下的復(fù)位能力和工作安全性。此外，本發(fā)明的支座的限位板9和限位擋板10的共同作用使支座的水平隔震裝置具有抗拔能力，彈簧預(yù)壓限位器18使豎向隔震裝置也具有抗拔能力，因而支座整體具有抗拔性。
為使支座能提供局部轉(zhuǎn)動能力，直徑為d2的豎向彈簧承壓板8與護(hù)筒5內(nèi)壁間預(yù)留間隙s1，從構(gòu)造上滿足支座的轉(zhuǎn)動要求。
豎向隔震彈簧根據(jù)支座所受的荷載大小選用不同類別的彈簧，當(dāng)支座壓力不大時，可選用柱狀螺旋壓縮彈簧，當(dāng)支座壓力較大時，則可采用環(huán)形彈簧。


圖1(a)、水平復(fù)位裝置平面；；圖1(b)、抗拔限位板布置平面；圖1(c)、豎向隔震裝置平面；圖1(d)、支座豎向A-A剖面；圖1(e)、支座豎向B-B剖面；圖2、支座豎向剖面幾何尺寸圖；圖中D為護(hù)筒外徑，H為護(hù)筒高度，H1為支座高度。
1、上連接板；2、圓形短柱；3、底封板；4、水平復(fù)位彈簧；5、外護(hù)筒；6、滑移片；7、圓形碟片；8、豎向彈簧承壓板；9、限位板；10、限位擋板；11、水平限位構(gòu)件；12、緩沖墊；13、滑筒；14、導(dǎo)筒；15、底部連接板；16、豎向承壓墊；17、隔震彈簧；18、彈簧預(yù)壓限位器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施依據(jù)為圖1，依據(jù)支座構(gòu)造和組裝程序可按六類主要部件進(jìn)行加工。部件I由固定在底部連接板15上的外護(hù)筒5和導(dǎo)筒14共同構(gòu)成，部件II為隔震彈簧17，部件III包括豎向彈簧承壓板8和滑筒13，滑筒13固定在豎向彈簧承壓板8的下表面，部件IV為豎向彈簧限位器，部件V為水平承托構(gòu)件、水平復(fù)位彈簧4和限位板9，部件VI為限位擋板10。首先將各主要部件加工完畢，然后進(jìn)行組裝，組裝次序由下而上，主要步驟可概括為(1)在部件I中安裝豎向隔震彈簧；(2)安裝部件II；(3)安裝部件III；(4)在部件III上施加豎向壓力預(yù)壓隔震彈簧17，然后安裝部件IV；(5)安裝部件V；(6)安裝部件VI。
隔震彈簧17按支座所受的荷載大小選用不同類別的彈簧，當(dāng)支座壓力不大時，可選用柱狀螺旋壓縮彈簧，當(dāng)支座壓力較大時，則應(yīng)采用環(huán)形彈簧。
本發(fā)明的支座有兩種工作狀態(tài)，即靜力作用工作狀態(tài)和動力作用工作狀態(tài)。支座的隔震功能主要體現(xiàn)在動力工作狀態(tài)，支座的具體實(shí)施方式
也是針對動力作用展開的。由于本發(fā)明的支座具有水平與豎向復(fù)合隔震功能，可同時在水平向與豎向?qū)Y(jié)構(gòu)隔震，因此實(shí)施方式闡述與支座的構(gòu)造和工作原理密切相關(guān)。
水平采用滑移隔震，當(dāng)支座受水平地震激勵作用時，水平承托構(gòu)件的底封板3的下表面與圓形碟片7間產(chǎn)生滑動，出現(xiàn)水平相對位移，實(shí)現(xiàn)水平隔震。同時，水平復(fù)位彈簧4被拉伸或壓縮，為水平承托構(gòu)件提供震后復(fù)位所需的回復(fù)力。為保證支座具有足夠的滑移性能和抗拔能力，水平滑移裝置的尺寸相關(guān)性應(yīng)滿足如下關(guān)系[Uh，max]≤(d3-d1)/2＜s2式中[Uh，max]為最大單向允許水平滑移量，d1、d3分別為圓形碟片7和水平限位構(gòu)件11的直徑，s2為最大水平滑移時限位板10與限位擋板11的最小疊合尺寸。
豎向采用彈簧隔震，豎向隔震裝置位于支座的下部。在豎向激勵作用下，隔震彈簧17在導(dǎo)向筒內(nèi)上下運(yùn)動。由于隔震彈簧17可使支座的特征頻率避開輸入激勵的共振頻域，從而實(shí)現(xiàn)豎向隔震。由于導(dǎo)向筒的極值行程小于隔震彈簧17的彈性極限壓縮量，且導(dǎo)筒底部設(shè)置了豎向承壓墊16，從而可確保隔震彈簧17始終處于彈性狀態(tài)。彈簧在壓縮或拉伸后均產(chǎn)生彈性回復(fù)力，因而支座的豎向震后復(fù)位可由隔震彈簧17保證。此外，由于支座所受動力荷載的瞬態(tài)往復(fù)特征，都有利于支座的復(fù)位。彈簧預(yù)壓限位器18位于豎向彈簧承壓板8的上部，插接于外護(hù)筒5筒壁的預(yù)留孔內(nèi)，故預(yù)壓彈簧限位18使支座在豎向具有抗拔功能。
支座在水平與豎向地震作用下，為使支座具有可靠的工作性能，在構(gòu)造上要求支座在水平與豎向?qū)崿F(xiàn)“剛度解耦”?！皠偠冉怦睢狈从车氖侵ё絼偠扰c豎向剛度的非相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)剛度解耦的關(guān)鍵是使支座的水平和豎向位移為一對正交量，位移的正交由支座的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)。在水平向，由于彈簧預(yù)壓限位器18的存在使豎向彈簧處于預(yù)壓狀態(tài)，從而確保支座的滑移面6與圓形碟片7總處于緊密接觸狀態(tài)，確保水平位移，同時水平隔震裝置的軸向剛度比隔震彈簧17的剛度大，故豎向剛度取決于豎向隔震裝置的剛度；在豎向，由于導(dǎo)向筒的水平剛度比滑移面的水平剛度大得多，因此滑移剛度為支座的控制剛度。
直徑d2的豎向彈簧承壓板8與外護(hù)筒5內(nèi)壁間隙s1的存在，使支座具備局部轉(zhuǎn)動能力，從而滿足支座的轉(zhuǎn)動要求。
權(quán)利要求
1.摩擦-彈簧三維復(fù)合隔震支座，其特征在于，包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀；水平隔震裝置位于支座的上部，包括水平承托構(gòu)件、復(fù)位彈簧、滑移層、水平抗拔構(gòu)件和限位構(gòu)件；水平承托構(gòu)件由從上到下依次由上連接板(1)、圓形短柱(2)和底封板(3)構(gòu)成，且它們的形心相互重合；水平承托構(gòu)件位于外護(hù)筒(5)的內(nèi)部，外護(hù)筒(5)為圓管，外護(hù)筒(5)軸線與水平承托構(gòu)件的豎向軸線重合；水平復(fù)位彈簧(4)位于圓形短柱(2)與外護(hù)筒(5)間，沿圓形短柱(2)的徑向輻射布置；水平復(fù)位彈簧(4)的一端與外護(hù)筒(5)的內(nèi)壁連接，另一端與圓形短柱(2)的外壁固定；滑移層設(shè)在底封板(3)的下部，自上而下依次包括滑移面(6)、圓形碟片(7)和銜接水平與豎向隔震裝置的豎向彈簧承壓板(8)；滑移片(6)復(fù)合在封底板(3)的下表面；圓形碟片(7)固定在豎向彈簧承壓板(8)的上表面；水平抗拔構(gòu)件由限位板(9)和限位擋板(10)構(gòu)成，限位板(9)為一環(huán)形板，限位板(9)的內(nèi)環(huán)固定于圓形短柱(2)的外壁；限位擋板(10)均勻?qū)ΨQ布置在外護(hù)筒(5)的頂端，與外護(hù)筒(5)筒壁固定；水平限位構(gòu)件(11)為一環(huán)形鋼圈，固定于豎向彈簧承壓板(8)的上表面，并在水平限位構(gòu)件(11)內(nèi)壁敷設(shè)緩沖墊(12)；豎向隔震裝置位于支座的下部，包括導(dǎo)向筒、隔震彈簧及彈簧預(yù)壓限位器；導(dǎo)向筒由共心的滑筒(13)插接在導(dǎo)筒(14)共同構(gòu)成，滑筒(13)的筒壁豎剖面呈T形，其上端固定在豎向彈簧承壓板(8)的下表面，導(dǎo)筒(14)的筒壁豎剖面呈U形，下端固定在底部連接板(15)的上表面，并在導(dǎo)筒(14)底部設(shè)置豎向承壓墊(16)；隔震彈簧(17)均勻?qū)ΨQ地安裝在導(dǎo)向筒內(nèi)，隔震彈簧(17)上部與豎向彈簧承壓板(8)的下表面連接，下端與底部連接板(15)的上表面固定；彈簧預(yù)壓限位器(18)位于豎向彈簧承壓板(8)的上部，插接于外護(hù)筒(5)筒壁的預(yù)留孔內(nèi)，預(yù)留孔在外護(hù)筒(5)筒壁上均勻開設(shè)；豎向彈簧承壓板(8)與護(hù)筒(5)內(nèi)壁間預(yù)留間隙。
全文摘要
摩擦－彈簧三維復(fù)合隔震支座屬隔震減震控制領(lǐng)域?，F(xiàn)有的三維復(fù)合隔震支座要將其應(yīng)用于大跨網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)存在以下問題(1)水平隔震支座與豎向隔震裝置串連，支座的高度大，缺乏穩(wěn)定性；(2)在地震作用下結(jié)構(gòu)的水平位移較大；(3)缺乏豎向抗拔能力，支座轉(zhuǎn)動能力不足。本發(fā)明的復(fù)合隔震支座主要包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀。支座水平向采用平板滑移隔震裝置，使支座高度得以降低，穩(wěn)定性得到了有效保證，同時水平向還設(shè)置了復(fù)位和限位裝置，使支座具有自復(fù)位和限位功能。豎向采用彈簧隔震，通過構(gòu)造設(shè)計(jì)具有合理的轉(zhuǎn)動能力。此外，本發(fā)明的支座整體具有抗拔性。
文檔編號E04H9/02GK101086189SQ20071009975
公開日2007年12月12日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者薛素鐸, 李雄彥 申請人:北京工業(yè)大學(xué)