CN101029538A - 变刚度变阻尼三向隔振/震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变刚度变阻尼三向隔振/震支座，属于结构振动控制领域。由竖向支座与水平隔震构件组成，竖向支座包括上、下连接板(8，6)、上、下连接板之间的具有较小的竖向刚度的预压弹簧(7)、十字形铅剪切阻尼器、设置在预压弹簧内的具有较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧(9)。补偿弹簧上端穿入固定在上连接板底面上的补偿支座(15)的第二预留孔(16)中，使补偿弹簧上端处于无约束状态。十字形铅剪切阻尼器由竖向十字拉杆(10)、第二铅(18)、十字底槽夹板(17)、剪切螺栓(11)构成。本发明既可以隔离竖直方向上的微小的环境振动，也可以隔离三个方向上的地震动。

Description

变刚度变阻尼三向隔振/震支座

技术领域：

本发明涉及一种变刚度变阻尼三向隔振/震支座，属于结构振动控制领域。

背景技术：

随着城市轨道交通和高架线路的不断发展，由轨道交通和高架线路所诱发的环境振动也越来越严重的危害着城市居民的健康；大中型城市人口剧增，城市空间利用率不断提高，越来越多的建筑紧邻交通线路修建，使得环境振动对人们造成的影响也越显得突出，研究表明，由轨道交通和高架线路引起的环境振动以竖向振动为主，然而，环境振动的控制手段和技术尚不够成熟，国内目前还没有成型的环境振动控制技术产品可供使用。

一般认为，水平地震对结构的破坏起控制作用，但大量的地震震害表明，竖向地震对结构物的影响是不容忽视的，它的作用有时会超过水平地震作用。由于结构的竖向刚度大，其竖向固有周期与竖向地震波卓越周期相近，因而结构的竖向震动特性值得关注和研究。虽然隔震技术在国内外已经相对成熟，且日趋产业化，但是目前的隔震技术隔离的主要是水平方向的地震动，对竖向地震动几乎没有隔震效果。三维隔震支座的开发成为各大院校和研究机构研究的热点。

对结构的竖向隔震问题，国外学者提出过一些三维隔震支座，但由于竖向刚度较大，在有限的范围内又难以提供隔离竖向地震作用所需的阻尼，竖向耗能能力和隔震效果有限；国内学者也曾提出的采用碟形弹簧来隔离竖向地震动，开创了我国研究水平/竖向隔震支座的先例；但由于碟形弹簧为竖向承重元件，竖向刚度较大，对隔离环境振动几乎不起作用，且碟形弹簧不能提供抗拉能力，这为隔震结构在地震来临时埋下隐患。

发明内容：

本发明的目的在于解决上述两个迫切需要解决的问题：隔离竖向环境振动和三个方向上的地震动。排除环境振动长时间对居民的日常生活的干扰，隔离水平和竖向地震动向上部结构的传输。本发明能同时兼顾环境振动与地震动的影响，同时隔离两种振动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：由竖向支座与水平隔震构件组成，竖向支座包括上连接板8、下连接板6、预压弹簧7、变刚度补偿弹簧9、补偿支座15、凹多边形铅剪切阻尼器；其中，凹多边形铅剪切阻尼器设置在上连接板8、下连接板6之间，凹多边形铅剪切阻尼器每两条边与上下连接板形成的空间内设置具有较小的竖向刚度的预压弹簧7，每个预压弹簧7的内部安置有具有较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧9，补偿弹簧9底端固定，上端穿入固定在上连接板8底面上的补偿支座15的第二预留孔16中，使补偿弹簧9上端处于无约束状态；所述的凹多边形铅剪切阻尼器由竖向凹多边形拉杆、第二铅18、凹多边形底槽夹板、剪切螺栓11构成，凹多边形底槽夹板固定在下连接板6上，且凹多边形底槽夹板之间的距离可根据所需的阻尼力的大小进行设计，凹多边形拉杆在凹多边形底槽夹板中间，两者之间的空隙里填充第二铅18，凹多边形拉杆上端为自由端，插入上连接板8底面上预制的凹多边形夹板中，且留有第一预留孔12，孔中插入剪切螺栓11拴接。第一预留孔12为椭圆形，剪切螺栓11能够在第一预留孔12中竖直方向一定范围内自由滑动，根据需要插入不同的剪切螺栓，使剪切螺栓与第一预留孔12之间的空隙大小可调。

凹多边形铅剪切阻尼器采用十字形铅剪切阻尼器，由竖向十字拉杆10、第二铅18、十字底槽夹板17、剪切螺栓11构成。竖向十字拉杆10插入十字槽形夹板14中。

铅剪切阻尼器既可以提供竖向阻尼力，又可作为竖向导向构件，即它具有较小的竖向刚度和足够的水平刚度，可约束竖向支座的水平变形。预压弹簧7支撑上部荷载，具有较小的竖向刚度，对高频微小振动很敏感，主要用来隔离高频的竖向微小振动和环境振动。预压弹簧7内部的变刚度补偿弹簧9具有较大的竖向刚度；只有在地震来临或结构出现较大振动，支座竖向位移超过一定位移限值时才开始工作，能够提供一定刚度的拉力和支持力，改变原隔震结构的隔震刚度，可防止结构在竖向位移过大的情况下发生倾覆破坏。

也可以采用Y形，＊形或*形的铅剪切阻尼器。

补偿支座15只有在地震来临时或结构出现较大振动，支座竖向位移超过一定限值时才开始工作，所谓变阻尼。

所述的水平隔震构件为铅芯叠层橡胶支座，由底板1、底板1上交替堆叠的橡胶片4、钢片5、顶层橡胶片4上设置的中连接板13、橡胶片4与钢片5中心的第一铅2组成；竖向支座的下连接板6与铅芯叠层橡胶支座的中连接板13由螺栓3固定。铅芯叠层橡胶支座可由金属磨擦隔震支座或其他水平隔震支座代替。

所述的上下连接板四周具有防止预压弹簧7失稳的折边，折边的高度可根据预压力的大小和支座的高度进行设计。

本发明的优点在于：

1.本发明既可以隔离竖直方向上的微小的环境振动，也可以隔离三个方向上的地震动。因此，可适用于地铁、高架桥沿线建筑结构的减振隔震，安装有高新精密仪器等建筑的减振隔震，古建筑的隔振(震)加固，以及现有叠层橡胶支座所适用的任何场合。

2.本发明所采用十字形铅阻尼器，既可以提供较大的竖向阻尼力，又可以作为竖向运动的导向构件，限制竖向支座出现水平位移，节省了材料和空间。

3.本发明可针对不同的振动情况，具有自动改变支座的刚度和阻尼的功能。

4.本隔振/震支座既可以提供足够的支持力，还可以提供竖直方向上的拉力。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构简图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为图1的C-C剖视图；

图5为十字形铅剪切阻尼器俯视图；

图6为十字形铅剪切阻尼器主视图；

图7(a)为补偿支座的主视图；

图7(b)为补偿支座的左视图；

图7(c)为补偿支座的俯视图；

图8为本发明的另一种实施例的结构简图；

图中，1、底板，2、第一铅，3、螺栓，4、橡胶片，5、钢片，6、下连接板，7、预压弹簧，8、上连接板，9、变刚度补偿弹簧，10、竖向十字拉杆，11、剪切螺栓，12第一预留孔13、中连接板，14、十字槽形夹板，15、补偿支座，16、第二预留孔，17、十字底槽夹板，18、第二铅，19、金属摩擦滑移隔震支座。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施例。

如图1所示，变刚度变阻尼三向隔振/震支座由竖向支座与铅芯叠层橡胶支座串联组成，隔振/震支座为方柱形，也可为圆形。竖向支座构件的结构见图1、图2、图4，包括：上连接板8、下连接板6、预压弹簧7、变刚度补偿弹簧9、补偿支座15、十字形铅剪切阻尼器、剪切螺栓11。其中，十字形铅剪切阻尼器设置在上、下连接板之间，十字形铅剪切阻尼器每两条边与上下连接板形成的空间内设置四支具有较小的竖向刚度的预压弹簧7，每个预压弹7的内部安置有具有较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧9，补偿弹簧9底端固定，上端穿入固定在上连接板8底面上的补偿支座15的第二预留孔16中，使补偿弹簧9上端处于无约束状态，补偿支座15参见图7。其中，变刚度补偿弹簧9的竖向刚度大于预压弹簧7的竖向刚度，可为50至500倍，较佳的选择范围为80至150倍。所述的十字形铅剪切阻尼器参见图5、图6，由竖向十字形拉杆10、第二铅18、十字底槽夹板17、剪切螺栓11构成，十字底槽夹板17固定在下连接板6上，且十字底槽夹板17之间的距离可根据所需的阻尼力进行设计，十字形拉杆10在十字底槽夹板17中间，两者之间的空隙里填充第二铅18，十字形拉杆10上端为自由端，插入上连接板8底面上预制的十字槽形夹板14中，且留有椭圆形第一预留孔12，孔中插入剪切螺栓11拴接。

铅芯叠层橡胶支座，参见图1、图3。由底板1、底板1上交替堆叠橡胶片4、钢片5、顶层橡胶片4上设置的中连接板13、橡胶片4与钢片5中心的第一铅2组成；竖向支座的下连接板6与铅芯叠层橡胶支座的中连接板13由螺栓3固定。

平时工作状态(仅环境振动作用时)时，三向隔振/震支座处于无阻尼弹性工作状态，上部荷载完全由预压弹簧7承担，竖向支座的预压弹簧的刚度较小，可以隔离高频微小振动；补偿弹簧的上端穿入补偿支座15的第二预留孔16，处于无约束状态，不传递竖向荷载，十字形铅剪切阻尼器的竖向十字拉杆10上端插入上连接板底面的十字槽形夹板14中，在十字槽形夹板14上的第一预留孔12中穿入剪切螺栓11，且与第一预留孔12之间留有一定空隙，使竖向十字拉杆10的上端在一定竖向位移范围内不承受微小振动传来的剪力。铅芯叠层橡胶隔震支座具有较大的初始刚度，在高频微小振动作用下不发生位移变形，保证了上部结构的稳定性。因此，三向支座在无地震的日常工作时，处于无阻尼弹性工作状态，可以很好的隔离微小振动对上部结构的影响。

当地震来临时，地面振动较大，振幅较高，支座的竖向位移超过预设的弹性变形范围，十字形铅剪切阻尼器的竖向十字拉杆10在上连接板8的作用下，产生较大位移，当位移超过一定限值，带动铅阻尼器工作，使竖向支座由无阻尼状态进入有阻尼状态，第一铅2发生剪切变形，消耗地震能量；同时，当上连接板8的竖向位移超过一定限值时，补偿支座15将带动补偿弹簧9开始工作，增大了隔震支座的竖向抗拉刚度和抗压刚度，避免支座出现较大的竖向变形发生危险。水平隔震构建在地震来临时，由弹性状态进入弹塑性工作状态，在较大的水平位移下，铅芯发生剪切变形，耗散地震能量。当地震结束时，三向支座在弹簧和橡胶的作用下，由弹塑性工作状态恢复弹性状态，且具有很好的复位功能，免维修。因此变刚度变阻尼三向隔振/震支座可以很好的隔离水平和竖向地震对结构物的影响。

如图8所示，为本发明的另一实施例，由竖向支座与金属摩擦滑移隔震支座19串联组成，其中的竖向支座与以上实施例结构相同。

Claims (7)

1.变刚度变阻尼三向隔振/震支座，由竖向支座与水平隔震构件组成，其特征在于：所述的竖向支座包括上连接板(8)、下连接板(6)、预压弹簧(7)、变刚度补偿弹簧(9)、补偿支座(15)、凹多边形铅剪切阻尼器；其中，凹多边形铅剪切阻尼器设置在上、下连接板(8、6)之间，凹多边形铅剪切阻尼器每两条边与上下连接板(8、6)形成的空间内设置具有较小的竖向刚度的预压弹簧(7)，每个预压弹簧(7)的内部安置有具有较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧(9)，补偿弹簧(9)底端固定，上端穿入固定在上连接板(8)底面上的补偿支座(15)的第二预留孔(16)中，使补偿弹簧(9)上端处于无约束状态；所述的凹多边形铅剪切阻尼器由竖向凹多边形拉杆、第二铅(18)、凹多边形底槽夹板、剪切螺栓(11)构成，凹多边形底槽夹板固定在下连接板(6)上，凹多边形拉杆在凹多边形底槽夹板中间，两者之间的空隙里填充第二铅(18)，凹多边形拉杆上端插入上连接板(8)底面上预制的凹多边形夹板中，且留有第一预留孔(12)，插入剪切螺栓(11)拴接。

2.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：所述的凹多边形铅剪切阻尼器为十字形铅剪切阻尼器，由竖向十字拉杆(10)、第二铅(18)、十字底槽夹板(17)、剪切螺栓(11)构成，竖向十字拉杆(10)插入十字槽形夹板(14)中。

3.根据权利要求2所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：所述的水平隔震构件为铅芯叠层橡胶支座，由底板(1)、底板(1)上交替堆叠橡胶片(4)、钢片(5)、顶层橡胶片(4)上设置的中连接板(13)、橡胶片(4)与钢片(5)中心的第一铅(2)组成；竖向支座的下连接板(6)与铅芯叠层橡胶支座的中连接板(13)由螺栓(3)固定。

4.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：所述的凹多边形铅剪切阻尼器为Y形或*形或*形。

5.根据权利要求3所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：第一预留孔(12)为椭圆形，剪切螺栓(11)在第一预留孔(12)的竖直方向能够在一定范围内自由滑动。

6.根据权利要求3所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：第二预留孔(16)为椭圆形，补偿弹簧(9)的上端穿入其中的部分能够在竖直方向上一定位移范围内自由滑动。

7.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼三向隔振/震支座，其特征在于：所述的上、下连接板(8、6)四周具有防止预压弹簧(7)失稳的折边。

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