CN101709594B - 一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，该支座包括上连接板(2)、下连接板(3)和夹持在上下两连接板之间的叠层橡胶弹性体(1)，其特征是，叠层橡胶弹性体(1)的体内绕其垂直中心线均布有若干个与所述中心线平行的圆柱孔(10)，每一圆柱孔(10)两头的叠层橡胶弹性体(1)的上封板(1-4)和下封板(1-5)上分别设有一通孔；每一圆柱孔(10)内设有一圆柱螺旋弹簧(4)并注有弹性胶泥(12)，绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝分别向两头延伸，穿出所述通孔后分别与上连接板(2)和下连接板(3)固定连接；每一所述的通孔内分别设有与绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝相匹配的密封圈(11)；所述的弹性胶泥(12)为甲基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶。

Description

一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座

技术领域

本发明涉及一种用于抗震(或振)的建筑构件，具体涉及一种叠层橡胶隔震支座。

背景技术

叠层橡胶隔震支座是防震动工程中常用的二维隔震构件，该构件主要是在上下连接板间模压硫化一橡胶与钢板交替叠合层构成。这种叠层橡胶隔震支座不仅可承载建筑物等恒定载荷，而且具有良好的水平变形能力和阻尼耗能能力，因此可有效地把建筑物与地震的水平作用隔开。但是，现有的叠层橡胶隔震支座的抗拉能力相对较差，很难满足高层建筑的隔震的要求，因为地震本身具有多维特性，尤其是位于地震的高烈度区很容易造成高层建筑摇摆甚至倾覆，要求隔震支座能承受巨大的拉力。拉伸应力在某一数值前支座表现为弹性，超过这一数值，则表现为屈服，过屈服点后，虽外观未见损伤，但内部由于受拉伸变形作用会产生许多空孔，严重时会出现橡胶层断裂或橡胶/钢板界面粘合破坏。

国知局2007年8月29日授权公告了“一种具有抗拉作用的叠层橡胶隔震支座”(授权公告号为CN200940296)的实用新型专利，该专利方案的特征是在橡胶垫体内绕对称中心线环形均布至少三只柔性抗拉构件，该柔性抗拉构件的中部弯曲置于橡胶垫的中心孔内，两头固定在橡胶垫的上下两端面上，并要求柔性抗拉构件的伸展长度不大于橡胶垫的拉伸弹性变形量。上述实用新型方案虽然既可提高高层建筑物的抗摇摆甚至倾覆的能力，还可可有效地保护橡胶垫和隔震支座的整体结构不被破坏，但是由于所述的柔性抗拉构件为钢丝绳，因此明显存在下述不足：1、钢丝绳的拉伸弹性变形量极小，当地震将建筑物抛起或使之摇摆时无法产生阻尼耗能作用；2、钢丝绳是一种非弹性构件，其张紧程度很难控制，紧了影响橡胶垫的剪切变形，松了会失去对橡胶垫受拉时的保护作用；3、由于受拉的初期钢丝绳可自由伸展长度，整个支座的早期刚度是由叠层橡胶的材料的物理特性所决定，因此无法根据实际需要对支座的早刚度进行预设调整，显然无法控制建筑物的风载反应和抵抗微震动；4、当建筑物的位移量不在钢丝绳的拉伸弹性变形范围内时，无法给建筑物的复位提供附加拉力，因此当建筑物质量较大时仅靠橡胶垫自身的刚度往往很难使建筑物完全复位；5、钢丝绳设置在橡胶垫的中心孔内，当支座单边受拉时(如建筑物倾覆时)，对受拉侧的叠层橡胶起不到保护作用，支座受拉侧的叠层橡胶仍有被撕裂的危险。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是进一步改善叠层橡胶隔震支座的压缩和剪切阻尼耗能效果以及抗拉伸破坏能力。

本发明解决上述技术问题的技术解决方案是：

一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，该支座包括上连接板、下连接板和夹持在上下两连接板之间的叠层橡胶弹性体，其特征是，

叠层橡胶弹性体的体内绕其垂直中心线均布有若干个与所述中心线平行的圆柱孔，每一圆柱孔两头的叠层橡胶弹性体的上封板和下封板上分别设有一通孔；每一

圆柱孔内设有一圆柱螺旋弹簧并注有弹性胶泥，其中，绕制圆柱螺旋弹簧的螺旋体的钢丝分别向两头延伸，穿出所述通孔后分别与上连接板和下连接板固定连接，所述的弹性胶泥为甲基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶；每一

所述的通孔内分别设有与绕制圆柱螺旋弹簧的螺旋体的钢丝相匹配的密封圈。

本发明所述的隔震支座，其中，上连接板和下连接板上与所述通孔相对处分别设有阶梯孔，绕制圆柱螺旋弹簧的螺旋体的钢丝的两头分别延伸至阶梯孔内，端头分别设一径向扩张的T形头，该T形头与所述阶梯孔的内壁分别焊接成一体。上述绕制圆柱螺旋弹簧的螺旋体的钢丝与上连接板和下连接板固定连接结构可显著提高二者连接的可靠性。

本发明所述的隔震支座，其中，位于下连接板上的梯孔内的T形头是由绕制圆柱螺旋弹簧的螺旋体的钢丝头径向扩展形成，位于上连接板上的梯孔内的T形头是在绕制圆柱螺旋弹簧的钢丝头上螺纹连接并固定一沉头圆螺母构成。上述改进方案不仅便于圆柱螺旋弹簧的安装，而且可通过沉头圆螺母调整圆柱螺旋弹簧预拉长度，进而使调整整个支座早期抗拉刚度变得更加便利。

为了提高早期刚度，以控制建筑物风载反应和抵抗地基的微震动，本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座的叠层橡胶弹性体内还可增设若干根铅棒，该铅棒竖向横穿所述的叠层橡胶弹性体并绕叠层橡胶弹性体的垂直中心线均匀分布。当所述的铅棒为一根时，便将其设置在叠层橡胶弹性体的中心。

根据弹性胶泥的化学和物理特性可知，它的阻尼耗能效果除了与其粘弹性和可压缩性有关外，其流动速度也是一个重要因素。因此，本发明所述的圆柱孔的内径与圆柱螺旋弹簧的外径之差控制在3～5mm为宜。

本发明所述的复合抗拉叠层橡胶隔震支座可以是圆形的，也可以是矩形的，即当叠层橡胶弹性体是圆柱形时，上下连接板可以是圆形的钢板，也可以是方形的钢板；当叠层橡胶弹性体是方形时，上下连接板则是方形的钢板。

由于本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座在常见叠层橡胶隔震支座基础上于叠层橡胶弹性体体内增设圆柱螺旋弹簧并注有弹性胶泥构成的，因此当地震使隔震支座受剪或/和受压变形时，所述圆柱孔内的圆柱螺旋弹簧必然随之伸长或缩短而吸收能量，同时圆柱孔内弹性胶泥也跟随产生相应的形状变化和体积变化而吸收外力所产生的能量。此外，在上述过程中，圆柱螺旋弹簧的螺旋体迫使弹性胶泥在叠层橡胶弹性体体内的圆柱孔中高速流动，将一部分外力转化为热能而消散。由上述分析可见，本发明所述的隔震支座在圆柱螺旋弹簧和弹性胶泥的联合作用下，不仅改善了阻尼耗能效果，而且显著提高了剪切拉伸强度，尤其地震中建筑物发生水平或/和沉降位移时，圆柱螺旋弹簧的刚弹性为建筑物复位的提供了附加拉力。此外本发明较现有技术还具有以下突出的优点和显著的效果：1、圆柱螺旋弹簧的弹性变形量远大于叠层橡胶弹性体的弹性变形量，且其张力与变形量呈线性变化，不存在其它不确定的因素，因此设计计算方便且容易使理论计算与实际效果一致；2、可通过调整圆柱螺旋弹簧预拉伸程度来调整其预设拉应力，从而达到预设整个支座早期抗拉刚度的目的；3、圆柱螺旋弹簧具有较好的刚弹性，当支座遭到破坏性的拉伸时，圆柱螺旋弹簧便进入拉伸工作状态，为支座提供附加的抗拉力，可有效保护中部的叠层橡胶弹性体。

附图说明

图1～4为本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图(图2的A-A剖视)，图2为俯视图，图3为图1的B-B剖面图，图4为图1中圆柱螺旋弹簧与上连接板或下连接板的连接结构的放大图。

图5和图6为本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座的另一具体实施例的结构示意图，其中，图5为主视图，图6为图5的C-C剖面图。

图7～9为本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座的再一具体实施例的结构示意图，其中，图7为主视图，图8为俯视图，图9为图7的D-D剖面图。

图10为本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座的又一具体实施例的横截面结构示意图。

图11a～11c为本发明所述复合抗拉叠层橡胶隔震支座在各种受力状态下圆柱孔及其内的圆柱螺旋弹簧和弹性胶泥的工作状态，其中，图11a为剪切状态，图11b为压缩状态，图11c为拉伸状态。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步详细描述，以便公众更好地掌握本发明的实施手段，充分理解本发明所具有的有益效果，但本发明不受所述实施例限制。

参见图1～3，叠层橡胶弹性1由一层橡胶1-1与一钢板1-2交替叠合后模压硫化构成，在模压硫化的过程中其周边自然形成橡胶保护层1-3；所述的叠层橡胶弹性1上下两头的上封板1-4和下封板1-5较中间的钢板1-2厚，利用其上所设的螺孔采用螺钉7将整个叠层橡胶弹性1固定在上连接板2和下连接板3中间。所述叠层橡胶弹性1的中心设有中心孔5，环绕中心孔5的轴线均匀分布有横截面为圆的圆柱孔10，每一圆柱孔10两头的叠层橡胶弹性体1的上封板1-4和下封板1-5上分别设有一通孔，与之相对处的上连接板2和下连接板3上分别设有阶梯孔6。所述的每一圆柱孔10内设有一圆柱螺旋弹簧4，并注有材料为甲基乙烯基苯基硅橡胶的弹性胶泥12。上封板1-4和下封板1-5上所设的每一通孔内设有一O型密封圈11，绕制圆柱螺旋弹簧4的螺旋体4-1两头的钢丝分别向两头延伸，穿出O型密封圈11的中心孔后分别延伸至阶梯孔6内，端头分别设一径向扩张的T形头4-2，该T形头4-2与所述阶梯孔6的内壁分别焊接成一体，将圆柱螺旋弹簧4的螺旋体4-1固定于上连接板2和下连接板3之间。

参见图4，本例中每一圆柱螺旋弹簧4两头的T形头4-2的具体构成如下所述：位于下连接板3上的梯孔内6的T形头4-2是由绕制圆柱螺旋弹簧4的螺旋体4-1的钢丝头径向扩展形成，位于上连接板2上的梯孔内6的T形头4-2是在绕制圆柱螺旋弹簧4的钢丝头上螺纹连接并焊接固定一沉头圆螺母9构成。

参见图1，本例中圆柱孔10的内径D与圆柱螺旋弹簧4的外径d之差为3mm。

参见图5和图6，本例是在图1～4所示实施例的基础增设铅棒8获得。具体改进方法是，圆柱孔10内所注入的弹性胶泥12为甲基硅橡胶，将图1～4所示实施例中的中心孔5的孔径扩展并压入铅棒8，圆柱孔10的内径D与圆柱螺旋弹簧4的外径d之差为4mm，其它结构与图1～4所示实施例相同。

参见图7～9，本例为一种矩形结构的支座，该支座是图5和6所示实施例的一种变形产品，它与图5和6所示实施例不同之处在于，上连接板2和下连接板3均为矩形钢板，叠层橡胶弹性1为一种横截面为矩形的六面体，该六面体的体内除中心孔5外，还设有八个横截面为圆的圆柱孔10，八个圆柱孔10绕中心孔5的轴线均匀分布并与中心孔5共同形成一3×3的点阵，每一圆柱孔10内设有一圆柱螺旋弹簧4并注有材料为甲基乙烯基苯基硅橡胶的弹性胶泥12；圆柱孔10的内径D与圆柱螺旋弹簧4的外径d之差为5mm。

参见图10，本例是在图7～9所示实施例的基础上作下述变化形成的，将铅棒8由一根增加至四根，并绕横截面为矩形的叠层橡胶弹性1的垂直中心线对角分布。

圆柱螺旋弹簧4和弹性胶泥12是完成本发明任务的核心构件，以下结合图11a～11c和图4简要介绍其工作原理，以便公众更好地理解本发明所能达到的技术效果。

参见图11a和图4，装配时拧动上连接板3的阶梯孔6内的沉头圆螺母9，将圆柱螺旋弹簧4的拉应力调整到设计值，然后将沉头圆螺母9与绕制圆柱螺旋弹簧4的钢丝头和阶梯孔6的内壁焊死。此时，在分布于叠层橡胶弹性1体内的圆柱螺旋弹簧4和弹性胶泥12的共同作用下，整个隔震支座便获得所需要的早期拉伸刚度。参见图11a，当地震所产生的强大剪力传递到上连接板2和下连接板3时，圆柱螺旋弹簧4便随上连接板2和下连接板3的相对位移而倾斜并拉长，一旦外力撤消，圆柱螺旋弹簧4的内张力便作用在上连接板2和下连接板3上，为建筑物复位提供拉力；另一方面，尽管叠层橡胶弹性体1在剪切变形过程中圆柱孔10的体积不变，但孔的形状会反复变化，同时圆柱螺旋弹簧4的螺旋体4-1也被反复拉伸，因此，弹性胶泥12必然在圆柱孔10内高速流动，使弹性胶泥12的分子链段和整个分子链的运动发生位移，产生极强的粘稠摩擦力，吸收外力所产生的能量，并将部分能量转化为热能消散，从而产生阻尼作用实现减振和缓冲。参见图11b和图11c，当地震使建筑物上下震动时，整个隔震支座必然交替受拉、受压。如果受压，除叠层橡胶弹性1被压缩而产生阻尼外，柱螺旋弹簧4和弹性胶泥12也同时被压缩(见图11b)，二者体积压缩过程中要接收部分能量并转化为弹性势能贮存，同时产生弹性，一旦外力撤消，二者在压缩弹性作用下会自行复原；此外，在上述过程中，随着柱螺旋弹簧4的一张一弛，弹性胶泥12同样也在圆柱孔10内高速流动而产生阻尼作用。受拉，如果力量较小，由于圆柱孔10会产生真空整个支座的刚度相对较高，减振和缓冲作用有限，但当破坏性的拉力作用在支座上时，一旦叠层橡胶弹性1产生较大的拉伸变形，圆柱螺旋弹簧4便立即进入工作状态，分担由上连接板2和下连接板3传递而来的拉力(见图11c)，显著提高整个支座的抗破坏能力。

Claims (6)

1.一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，该支座包括上连接板(2)、下连接板(3)和夹持在上下两连接板之间的叠层橡胶弹性体(1)，其特征是，

叠层橡胶弹性体(1)的体内绕其垂直中心线均布有若干个与所述中心线平行的圆柱孔(10)，每一圆柱孔(10)两头的叠层橡胶弹性体(1)的上封板(1-4)和下封板(1-5)上分别设有一通孔；每一圆柱孔(10)内设有一圆柱螺旋弹簧(4)并注有弹性胶泥(12)，其中，绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝分别向两头延伸，穿出所述通孔后分别与上连接板(2)和下连接板(3)固定连接，所述的弹性胶泥(12)为甲基硅橡胶或甲基乙烯基苯基硅橡胶；每一所述的通孔内分别设有与绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝相匹配的密封圈(11)。

2.根据权利要求1所述的一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，其特征是，上连接板(2)和下连接板(3)上与所述通孔相对处分别设有阶梯孔(6)，绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝的两头分别延伸至阶梯孔(6)内，端头分别设一径向扩张的T形头(4-2)，该T形头(4-2)与所述阶梯孔(6)的内壁分别焊接成一体。

3.根据权利要求2所述的一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，其特征是，位于下连接板(3)上的阶梯孔(6)内的T形头(4-2)是由绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝头径向扩展形成，位于上连接板(2)上的阶梯孔(6)内的T形头(4-2)是在绕制圆柱螺旋弹簧(4)的螺旋体(4-1)的钢丝头上螺纹连接并固定一沉头圆螺母(9)构成。

4.根据权利要求1～3之一所述的一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，其特征是所述的圆柱孔(10)的内径与圆柱螺旋弹簧(4)的外径之差为3～5mm。

5.根据权利要求1～3之一所述的一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，其特征是，还包括若干根铅棒(8)，该铅棒(8)竖向横穿叠层橡胶弹性体(1)，且绕叠层橡胶弹性体(1)的垂直中心线均匀分布。

6.根据权利要求4所述的一种复合抗拉叠层橡胶隔震支座，其特征是，还包括若干根铅棒(8)，该铅棒(8)竖向横穿叠层橡胶弹性体(1)，且绕叠层橡胶弹性体(1)的垂直中心线均匀分布。

Images