一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，包括設(shè)置于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)承臺之間的三維隔震裝置，三維隔震裝置由上下串聯(lián)的水平隔震單元、摩擦耗能單元和豎向隔震單元構(gòu)成：水平隔震單元為軸向豎直安裝的豎向鉛芯橡膠支座；摩擦耗能單元分別由上、下摩擦卡槽扣連組成，通過接觸面的摩擦滑動提供初始支持力和耗散震/振動能量，并能起到一定的抗拉作用；豎向隔震單元由至少兩個等尺寸規(guī)格的傾斜鉛芯橡膠支座并聯(lián)，形成一組空間對稱的外擴(kuò)筒形結(jié)構(gòu)，使豎向隔震單元承載的豎向變形轉(zhuǎn)化為傾斜橡膠支座的斜向變形和外擴(kuò)位移。本發(fā)明能同時隔離三向地震和環(huán)境振動，采用該裝置的被保護(hù)結(jié)構(gòu)或設(shè)備在地震/振動作用下的震/振動響應(yīng)及震/振動傳遞得到有效控制，保護(hù)震/振動作用下的安全。
【專利說明】一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境振動和抗震、減震【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，它可用于在普通建筑物、特殊結(jié)構(gòu)、橋梁、以及機(jī)械設(shè)備減震/振。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展及城市規(guī)模的擴(kuò)大，由工業(yè)設(shè)備及軌道交通等眾多振動引發(fā)的環(huán)境振動及噪聲問題逐漸顯現(xiàn)出來，環(huán)境振動已成為影響人類生活和生產(chǎn)的七大公害之一。環(huán)境振動對人類自身的身心健康，生活居住的舒適性，以及精密儀器的生產(chǎn)都產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如地鐵振動對沿線周圍的建筑生產(chǎn)、古建筑的安全和住宅的居住環(huán)境均產(chǎn)生影響。為了減小由于外界擾動而產(chǎn)生的微小共振，進(jìn)行防振設(shè)計具有重要意義。
[0003]強(qiáng)烈地震是威脅人類的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。水平隔震結(jié)構(gòu)體系通過延長上部結(jié)構(gòu)的自振周期增大結(jié)構(gòu)阻尼，降低了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，確保上部結(jié)構(gòu)在大地震時仍可處于彈性狀態(tài)，或保持在彈塑性變形的初期狀態(tài)。隔震技術(shù)不但保證了結(jié)構(gòu)本身的安全，也保護(hù)了結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)備、設(shè)施免受破壞。
[0004]對于同時隔離地震和振動的三維隔震裝置，由于水平和豎向振動作用的耦聯(lián)，使得該隔震裝置已成為國際難題。目前，對于通過發(fā)明一個未定的三維隔震支座來減輕水平和豎向地震作用已經(jīng)有過很多的嘗試。許多三維隔震器進(jìn)行了可行性測試，主要利用空氣彈簧和液壓油進(jìn)行豎向隔震。很多三維隔震裝置都具有良好的豎向隔震性能或阻尼性能。但這些設(shè)備的缺點(diǎn)也不能忽略不計，因為它們非常昂貴，而且相對來說形狀比較大，從而限制了其大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，能同時隔震三向地震動和環(huán)境振動，采用該支座的被保護(hù)結(jié)構(gòu)或設(shè)備，在地震/振動作用下的震/振動響應(yīng)及震/振動傳遞得到了有效控制，保護(hù)地震/振動作用下的安全。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下:
一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，包括設(shè)置于基礎(chǔ)承臺和上部結(jié)構(gòu)之間的三維隔震裝置，裝置的上表面與上部結(jié)構(gòu)錨固，下表面與傾斜的基礎(chǔ)承臺錨固，三維隔震裝置由水平隔震單元、摩擦耗能單元和豎向隔震單元串聯(lián)形成，具體為:
水平隔震單元為軸向豎直安裝的鉛芯橡膠支座，鉛芯橡膠支座的一端與上部結(jié)構(gòu)固定連接，另一端與剛性連接梁固定連接，形成水平隔震裝置，使鉛芯橡膠支座承載來自上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，通過鉛芯橡膠支座的水平變形實現(xiàn)水平向隔震。
[0007]摩擦耗能單元分別由上下摩擦卡槽扣連組成，卡槽數(shù)目與豎向隔震單元中鉛芯橡膠支座數(shù)量一致。上摩擦卡槽與剛性連接梁固定連接，下摩擦卡槽與對應(yīng)的連接角塊相連。上下摩擦卡槽的接觸面采用摩擦材料，通過采用不同材料使摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。上下摩擦卡槽為反扣式構(gòu)造，具有一定的抗拉能力。在豎向荷載作用下，豎向隔震單元發(fā)生外擴(kuò)運(yùn)動，帶動下摩擦卡槽發(fā)生相對滑動。接觸面間的摩擦力可以給上部結(jié)構(gòu)提供一定的初始支持力，同時起到耗能的效果。
[0008]豎向隔震單元由至少兩個等尺寸規(guī)格的鉛芯橡膠支座并聯(lián)，鉛芯橡膠支座以相同的角度傾斜設(shè)置，其水平位置按中心對稱方式布置，傾斜角度根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載和隔震所需的豎向位移進(jìn)行計算確定，在0° — 90°之間調(diào)整，形成一組空間對稱的外擴(kuò)筒形結(jié)構(gòu)。當(dāng)豎向隔震單元采用三個或三個以上鉛芯橡膠支座時，每個傾斜支座在同一水平截面上的投影均勻排列在同一圓周上，該圓周的直徑根據(jù)隔震裝置的水平尺寸大小、傾斜支座的斜向位移距離及水平隔震單元的水平尺寸大小確定。傾斜支座上端與剛性連接角塊固定連接，連接角塊的角度與鉛芯橡膠支座傾斜角度相同，角塊上表面保持水平。在豎向荷載作用下，傾斜的鉛芯橡膠支座發(fā)生斜向變形，豎向隔震單元發(fā)生外擴(kuò)運(yùn)動，支座整體發(fā)生豎向彈性變形，進(jìn)而實現(xiàn)對外界豎向激勵的延遲響應(yīng)和緩沖傳遞，從而實現(xiàn)豎向隔震。
[0009]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，包括上部結(jié)構(gòu)、下部基礎(chǔ)承臺、水平隔震支座、剛性連接梁、上摩擦卡槽、水平限位擋塊、下摩擦卡槽、連接角塊、豎向隔震支座；其特征在于:所述上部結(jié)構(gòu)與水平隔震支座通過螺栓相連；水平隔震支座固定在剛性連接梁上；剛性連接梁與上摩擦卡槽固定連接；上摩擦卡槽與下摩擦卡槽相互扣連，其接觸面采用摩擦材料，不同材料摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)變化，可以自由滑動；連接角塊為三角棱柱體，分別固定連接下摩擦卡槽與豎向隔震支座；豎向隔震支座通過螺栓固定在下部基礎(chǔ)承臺上，基礎(chǔ)承臺表面有一定的傾斜角度，此角度與連接角塊的角度相同；水平限位擋塊與剛性連接梁焊接，可以防止上摩擦卡槽與下摩擦卡槽發(fā)生整體同向水平滑動。
[0010]所述豎向隔震支座采用鉛芯橡膠支座，兩個豎向隔震支座以“八”字形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽與下摩擦卡槽發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座發(fā)生壓剪變形。
[0011]所述豎向隔震支座采用鉛芯橡膠支座，豎向隔震支座以“V”形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽與下摩擦卡槽發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座發(fā)生壓剪變形。
[0012]所述上摩擦卡槽的“T”形槽與下摩擦卡槽的“T”形榫頭相扣連摩擦接觸，摩擦面采用某種摩擦材料，摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)可變。
[0013]所述水平隔震支座為鉛芯橡膠支座，起到水平隔震的效果。
[0014]所述水平隔震支座的直徑大于豎向隔震支座。
[0015]所述豎向隔震支座最少使用兩只，可根據(jù)具體設(shè)計要求按照圓周對稱放置2~10個。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明水平隔震單元提供較小的水平剛度，傾斜鉛芯橡膠支座通過斜向壓剪變形提供較小的豎向剛度，隔震裝置能實現(xiàn)隔離水平向和豎向的地震或振動功能，從而實現(xiàn)三維減震/振的目的。本發(fā)明的三維隔震裝置可是上部結(jié)構(gòu)在有水平及豎向振動和震動時均得到保護(hù)，使振動設(shè)備的振動傳遞得到有效衰減，適用于建筑結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備的地震和振動保護(hù)； 2.本發(fā)明可以調(diào)整傾斜鉛芯橡膠支座的傾斜角度，以及通過改變摩擦卡槽接觸面的材料而調(diào)整摩擦系數(shù)，從而適應(yīng)不同位移和荷載，并可以對該裝置的組成進(jìn)行調(diào)整，該裝置的大小和承載力之間的關(guān)系并不是恒定的，可以滿足不同荷載而不改變其大??；
3.本發(fā)明特別設(shè)計了摩擦耗能單元，平衡狀態(tài)下，接觸面的靜摩擦力可以提供一定的豎向初始剛度；在外部激勵作用下發(fā)生震/振動時，可以起到摩擦耗能效果，顯著加快了震/振動的衰減速率，增強(qiáng)了隔震效果；
4.本發(fā)明中上、下摩擦卡槽為反扣式連接設(shè)計，在較大的豎向震/振動作用下，支座具有一定的抗拉能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例一的三維隔震支座的剖面圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例二的三維隔震支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例二的上摩擦卡槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例二的下摩擦卡槽示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明實施例二的連接角塊示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明實施例二的鉛芯橡膠支座結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7為本發(fā)明實施例三的單組豎向隔震單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8為本發(fā)明實施例四的三維隔震支座的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下:
實施例一:
參見圖1和圖2，本摩擦抗拉三維隔震支座，包括上部結(jié)構(gòu)1、下部基礎(chǔ)承臺2、水平隔震支座3、剛性連接梁4、上摩擦卡槽5、水平限位擋塊6、下摩擦卡槽7、連接角塊8、豎向隔震支座9 ;其特征在于:所述上部結(jié)構(gòu)I與水平隔震支座3通過螺栓相連；水平隔震支座3固定在剛性連接梁4上；剛性連接梁4與上摩擦卡槽5固定連接；上摩擦卡槽5與下摩擦卡槽7相互扣連，其接觸面采用摩擦材料，不同材料摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)變化，可以自由滑動；連接角塊8為三角棱柱體，分別固定連接下摩擦卡槽7與豎向隔震支座9 ;豎向隔震支座9通過螺栓固定在下部基礎(chǔ)承臺2上，基礎(chǔ)承臺2表面有一定的傾斜角度，此角度與連接角塊8的角度相同；水平限位擋塊6與剛性連接梁4焊接，可以防止上摩擦卡槽5與下摩擦卡槽7發(fā)生整體同向水平滑動。
[0026]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
所述豎向隔震支座9采用鉛芯橡膠支座，兩個豎向隔震支座9以“八”字形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽5與下摩擦卡槽7發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座9發(fā)生壓剪變形。
[0027]所述豎向隔震支座9采用鉛芯橡膠支座，豎向隔震支座9以“V”形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽5與下摩擦卡槽7發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座9發(fā)生壓剪變形。
[0028]所述上摩擦卡槽5的“T”形槽與下摩擦卡槽7的“T”形榫頭相扣連摩擦接觸，摩擦面采用摩擦材料，通過采用不同材料使摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。
[0029]所述水平隔震支座3為鉛芯橡膠支座，起到水平隔震的效果。
[0030]所述水平隔震支座3的直徑大于豎向隔震支座9。
[0031]所述豎向隔震支座9最少使用兩只，可根據(jù)具體設(shè)計要求按照圓周對稱放置2~10個。
[0032]實施例三:參見圖1一7，在本實施例中，豎向隔震單元采用兩組鉛芯橡膠支座。
[0033]一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，包括設(shè)置于基礎(chǔ)承臺10和上部結(jié)構(gòu)I之間的三維隔震單元，裝置的上表面與上部結(jié)構(gòu)錨固，下表面與傾斜的基礎(chǔ)承臺錨固，三維隔震裝置由水平隔震單元、摩擦耗能單元和豎向隔震單元串聯(lián)形成，具體為:水平隔震單元為軸向豎直安裝的鉛芯橡膠支座3，鉛芯橡膠支座的一端與上部結(jié)構(gòu)I固定連接，另一端與剛性連接梁4固定連接，形成水平隔震裝置，使鉛芯橡膠支座3承載來自上部結(jié)構(gòu)I的豎向荷載，通過鉛芯橡膠支座3的水平變形實現(xiàn)水平向隔震。摩擦耗能單元分別由上、下摩擦卡槽
5、7扣連組成，共有兩組卡槽。上摩擦卡槽5與剛性連接梁4固定連接，下摩擦卡槽7與對應(yīng)的連接角塊8相連。上、下摩擦卡槽5、7的接觸面采用摩擦材料，采用不同材料使摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。上、下摩擦卡槽5、7為反扣式構(gòu)造,具有一定的抗拉能力。在豎向荷載作用下，豎向隔震單元發(fā)生外擴(kuò)運(yùn)動，帶動下摩擦卡槽7發(fā)生相對滑動。接觸面間的摩擦力可以給上部結(jié)構(gòu)提供一定的初始支持力，同時起到耗能的效果。豎向隔震單元由兩個等尺寸規(guī)格的鉛芯橡膠支座9并聯(lián)，鉛芯橡膠支座9以相同的角度傾斜設(shè)置，其水平位置按中心對稱方式布置，傾斜角度根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載和隔震所需的豎向位移進(jìn)行計算確定，在0° — 90°之間調(diào)整，形成一組空間對稱的外擴(kuò)筒形結(jié)構(gòu)。傾斜支座9上端與剛性連接角塊8固定連接，連接角塊8的角度與鉛芯橡膠支座9傾斜角度相同，角塊8上表面保持水平。在豎向荷載作用下，傾斜的鉛芯橡膠支座9發(fā)生斜向變形，豎向隔震單元發(fā)生外擴(kuò)運(yùn)動，支座整體發(fā)生豎向彈性變形，進(jìn)而實現(xiàn)對外界豎向激勵的延遲響應(yīng)和緩沖傳遞，從而實現(xiàn)豎向隔震，并可以對本實施例摩擦抗拉三維隔震裝置的組成和構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整。因為本實施例摩擦抗拉三維隔震裝置可以滿足不同的荷載而不改變其大小，所以三維隔震裝置的大小和承載能力之間的關(guān)系并不是恒定的。
[0034]本實施例摩擦抗拉三維隔震裝置的目的是由水平隔震單元實現(xiàn)水平減震/振，由豎向隔震單元的傾斜外擴(kuò)位移實現(xiàn)豎向隔震/振，從而實現(xiàn)三維減震/振的目的。本實施例摩擦抗拉三維隔震裝置可使上部建筑結(jié)構(gòu)在有水平及豎向振動和地震時均得到保護(hù)，并使振動設(shè)備的振動傳遞得到有效衰減。本實施例摩擦抗拉三維隔震裝置使用與建筑結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備的地震和振動保護(hù)。
[0035]本實施例中，水平隔震支座3的直徑大于傾斜的豎向隔震支座9的直徑，使水平隔震單元和豎向隔震單元的豎向承載力相適應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定可靠的隔震，有效化解地震和振動所釋放的具有破壞力的能量。
[0036]實施例四:
本實施例與實施例三基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，參見圖8，三維隔震裝置中豎向隔震單元使用了三只傾斜的豎向隔震支座。每個傾斜支座在同一水平截面上的投影均勻排列在同一圓周上，該圓周的直徑根據(jù)隔震裝置的水平尺寸大小、傾斜支座的斜向位移距離及水平隔震單元的水平尺寸大小確定。
[0037]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的作出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明三維隔震裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，包括上部結(jié)構(gòu)(I)、下部基礎(chǔ)承臺(2)、水平隔震支座(3)、剛性連接梁(4)、上摩擦卡槽(5)、水平限位擋塊(6)、下摩擦卡槽(7)、連接角塊(8)、豎向隔震支座(9);其特征在于:所述上部結(jié)構(gòu)(I)與水平隔震支座(3)通過螺栓相連；水平隔震支座(3)固定在剛性連接梁(4)上；剛性連接梁(4)與上摩擦卡槽(5)固定連接；上摩擦卡槽(5)與下摩擦卡槽(7)相互扣連，其接觸面采用摩擦材料，不同材料摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)變化，可以自由滑動；連接角塊(8)為三角棱柱體，分別固定連接下摩擦卡槽(7)與豎向隔震支座(9);豎向隔震支座(9)通過螺栓固定在下部基礎(chǔ)承臺(2)上，基礎(chǔ)承臺(2)表面有一定的傾斜角度，此角度與連接角塊(8)的角度相同；水平限位擋塊(6)與剛性連接梁(4)焊接，可以防止上摩擦卡槽(5)與下摩擦卡槽(7)發(fā)生整體同向水平滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述豎向隔震支座(9)采用鉛芯橡膠支座，兩個豎向隔震支座(9)以“八”字形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽(5)與下摩擦卡槽(7)發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座(9)發(fā)生壓剪變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述豎向隔震支座(9)采用鉛芯橡膠支座，豎向隔震支座(9)以“V”形與水平線傾斜放置，受到豎向壓力時，上摩擦卡槽(5 )與下摩擦卡槽(7 )發(fā)生對稱的外擴(kuò)相對滑動，豎向隔震支座(9 )發(fā)生壓剪變形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述上摩擦卡槽(5)的“T”形槽與下摩擦卡槽(7)的“T”形榫頭相扣連摩擦接觸，摩擦面采用摩擦材料，不同材料的摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)可變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述水平隔震支座(3)為鉛芯橡膠支座，起到水平隔震的效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述水平隔震支座(3)的直徑大于豎向隔震支座(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜向滑動阻尼耗能三維隔震支座，其特征在于:所述豎向隔震支座(9)最少使用兩只，可根據(jù)具體設(shè)計要求按照圓周對稱放置2~10個。
【文檔編號】E04B1/98GK104481046SQ201410722566
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】劉文光, 許浩, 何文福, 饒聰, 趙晗 申請人:上海大學(xué)