CN102337761A - 滚珠碟簧隔震装置 - Google Patents

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本发明涉及一种隔震装置，尤其涉及一种组合隔震装置。本发明的滚珠碟簧隔震装置，包括隔震支座，隔震支座上端连接阻尼器。本发明既适用于新建结构，也适用于原有结构物的抗震加固及震后维修，既适用于一般民用房屋，也适用于构筑物、桥梁等土木工程，还可用于加层及移位建筑中，适合仪器、设备隔震减震，造价低廉，应用前景广。

Description

滚珠碟簧隔震装置
技术领域
本发明涉及一种隔震装置，尤其涉及一种组合隔震装置。
背景技术
基础隔震目前主要有：叠层橡胶支座、摩擦滑移隔震元支座、滚动摆、滚球、滚轴等支座、组合隔震。其中，叠层橡胶支座应用最为广泛，达到90％以上。
(1)叠层橡胶支座
叠层橡胶支座是由钢板与橡胶叠合而成，每层橡胶和钢板的厚度仅为几毫米，中间用胶粘结。这样的构造使其竖向承载力很大，在水平方向上也会有较大的变形。支座的上下封板较厚，封板与连接钢板之间通过螺栓连接，连接钢板再通过螺栓与建筑物相连。根据叠层橡胶中间是否设置铅芯、碳等阻尼材料，可将叠层橡胶支座分为三种类型：普通叠层橡胶支座、铅芯叠层橡胶支座、高阻尼叠层橡胶支座。目前国内生产的橡胶支座主要是普通和铅芯型，高阻尼型应用较少。
由于常规的橡胶隔震垫性能的限制，使得常规的隔震技术存在一些较难克服的缺点。
夹层橡胶隔震垫是由橡胶和夹层钢板分层叠合经高温硫化粘结而成。在它的工程应用上，值得注意的问题如下：
①抗拉力不是很高：橡胶不是密度很高的物质，它的拉力一般不高。然而结构在地震中通常有很大的扭转力和竖向地震力，特别在强地震条件下，竖向地震往往很大。这使得基础常有提离现象。
②生产制造质量要求高：一方面由于夹层橡胶垫是整个建筑结构物的支承构件，它的质量和性能决定着建筑物近百年使用寿命的安全性。另一方面是它的质量和性能，从外观上难以判别，具有很强的质量隐藏性。
③与其它材料粘贴比较困难：橡胶与建筑物的混凝土表面一般很难连结，在橡胶隔震垫中一般使用特制粘结剂把橡胶和联结钢板相连，这也增加了造价。
④材料的使用经验相对较少：与钢材和混凝土相比，作为主体结构材料的橡胶，则缺乏使用经验。
⑤具有蠕变性。
(2)摩擦滑移隔震元件
摩擦滑移隔震元件主要由一些像石墨、云母、沙粒层、聚四氟乙烯板等摩擦系数较小的材料构成。其中石墨、沙粒等材料可以简单有效的改善农村住房的抗震性能，是由我国学者李立提出的，并在云南省的4栋16m2的平房上得到了应用，但由于沙粒等材料的承重能力有限，在较高的建筑上不能使用这一方法。
(3)滚动摆、滚球、滚轴等元件
此类元件主要由滚子和滑槽构成，地震发生时，滚子在滚槽内滚动，隔离地震波向上层结构的传递，同时滚槽能够对滚子的最大位移进行限制。若滑槽是凹形的，装置还具有自复位的能力。
目前已有的滚动隔震器主要有滚球加弹簧复位装置及滚球带凹形复位板隔震装置，在地震作用下，滚球加弹簧复位装置的基底与滚球之间发生相对滚动而产生的摩擦力可消耗地震能量，对地面输入很宽的频带范围均有效，国内外很多学者对此进行过一些理论和试验研究。滚球加弹簧复位装置虽然具有很好的隔震效果，但其限位能力不好，在地震较强时，滚球有可能从底板下滚出，且滚球的定位也很麻烦。如2001年5月23日授权公告的中国专利，公告号为CN2431333Y，公开了一种新型建筑物隔震耗能装置，其可动支撑的滚珠是圆形的球体，耗能球体上表面装配阻滑层，上下部接触面为球面形，滚球带凹形复位板隔震装置，由于滚球的存在，使其具有很好的减震效果，同时凹槽能够有效地控制滚球的滚动，且定位也方便可靠，但由于没有其他限制滚球滚动量的措施，滚球仍有从凹形复位板板滚出的可能。且其仅对水平方向的减震效果较好，竖向减震效果不佳。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种滚珠碟簧隔震装置，其将水平震动和竖向震动结合，构成三维隔震体系。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括隔震支座，隔震支座上端连接阻尼器。
本发明的滚珠碟簧隔震装置属于组合隔震，可以同时隔离水平和竖直方向的地震作用，构成三维隔震体系，有效地减轻结构的地震反应，提高地震时结构的安全性，减少次生灾害。地面的剧烈运动时，采用本发明可以使上部结构仍能处于正常的弹性工作状态，抑制振动时的不适感。上部结构设计比较自由，抗震措施简单，因为只考虑隔震装置，设计和施工过程都得到简化。
阻尼器包括导向筒，导向筒的上下两端分别设置限位板，两限位板之间沿导向筒圆周方向设置蝶形弹簧。上部阻尼器采用碟形弹簧作为竖向减震元件，利用碟形弹簧的变刚度特性和耗能能力，根据上部结构和场地特性选取合适的竖向刚度。导向筒上设有注入口，通过注入口将碟簧的导向筒内挤入铅心阻尼材料，限制单片碟簧的水平错动的同时增加了阻尼器的竖向阻尼。
隔震支座包括上支座板、下支座板，上支座板与下支座板相对的一侧对应位置间隔设置凹槽，凹槽内设置滚珠，滚珠与凹槽接触面为球形面。滚珠数量可以任意设置，滚珠与凹槽接触面为弧形的球形面，使钢珠有一定的复位能力。
滚珠优选采用球体，也可以采用其它的形状，只要保证滚珠与凹槽接触面为球形面即可。
凹槽内设有耗能摩擦层，耗能摩擦层采用聚四氟乙烯或二硫化钼或纳米金刚石或类金刚石，能够增大阻尼并有效地抑制上部结构的扭转效应。
上支座板与下支座板间隔处的四周交叉设置形状记忆合金丝，上支座板与下支座板上分别设有固定垫块，形状记忆合金丝通过固定垫块交叉设置。形状记忆合金(Shap Memory Alloy，简称SMA)，是一种具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性的新型功能材料，与采用普通金属材料制作的阻尼器相比，基于形状记忆合金超弹性滞回特性开发的被动阻尼器具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用期限长，耗能能力强，变形较大且变形可恢复等优点。在支座四周用形状记忆合金丝将上下两层支座板交叉相连，形状记忆合金丝设置位置可以与滚珠位置相对应。形状记忆合金丝的设置，可以更好的解决震后隔震装置的复位问题，防止滚珠滚出，同时形状记忆合金丝具有超弹性和高阻尼的特性，在地震过程中可以提供更多的阻尼力，耗散大量地震能量，起到更好的隔震效果。同时为了保证合金丝总是受拉，在设计形状记忆合金丝时常需预拉2-3％，保证伸长索和缩短都在拉伸范围内。
隔震支座与阻尼器之间通过螺栓固定连接，利用高强螺栓将上下两部分连接，使阻尼器与隔震支座结合成为一个整体。
本发明既适用于新建结构，也适用于原有结构物的抗震加固及震后维修，既适用于一般民用房屋，也适用于构筑物、桥梁等土木工程，还可用于加层及移位建筑中，适合仪器、设备隔震减震，造价低廉，应用前景广。
附图说明
图1为本发明的外形结构示意图；
图2为本发明的隔震支座示意图；
图3为本发明的实施例1隔震支座局部示意图；
图4为本发明的实施例2隔震支座局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本装置做详细描述：
本发明包括隔震支座，隔震支座上端连接阻尼器。
阻尼器包括导向筒4，导向筒4的上下两端分别设置限位板2，两限位板2之间沿导向筒4圆周方向设置蝶形弹簧3。导向筒4上设有注入口1。隔震支座包括上支座板6、下支座板5，上支座板6与下支座板5相对的一侧对应位置间隔设置凹槽10，凹槽10内设置滚珠8，滚珠8与凹槽10接触面为球形面。凹槽10内设有耗能摩擦层11。耗能摩擦层11采用聚四氟乙烯或二硫化钼或纳米金刚石或类金刚石。上支座板6与下支座板5间隔处的四周交叉设置形状记忆合金丝9。上支座板6与下支座板5上分别设有固定垫块12，形状记忆合金丝9通过固定垫块12交叉设置。隔震支座与阻尼器之间通过螺栓7固定连接。
实施例1
滚珠8为球体。
实施例2
滚珠8上、下两面与凹槽10接触处为球形面，其它面的形状可以根据要求任意设置。

Claims (10)

1.一种滚珠碟簧隔震装置，包括隔震支座，其特征在于，隔震支座上端连接阻尼器。
2.根据权利要求1所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，阻尼器包括导向筒，导向筒的上下两端分别设置限位板，两限位板之间沿导向筒圆周方向设置蝶形弹簧。
3.根据权利要求2所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，导向筒上设有注入口。
4.根据权利要求1或2所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，隔震支座包括上支座板、下支座板，上支座板与下支座板相对的一侧对应位置间隔设置凹槽，凹槽内设置滚珠，滚珠与凹槽接触面为球形面。
5.根据权利要求4所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，凹槽内设有耗能摩擦层。
6.根据权利要求5所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，耗能摩擦层采用聚四氟乙烯或二硫化钼或纳米金刚石或类金刚石。
7.根据权利要求4所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，滚珠为球体。
8.根据权利要求4所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，上支座板与下支座板间隔处的四周交叉设置形状记忆合金丝。
9.根据权利要求8所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，上支座板与下支座板上分别设有固定垫块，形状记忆合金丝通过固定垫块交叉设置。
10.根据权利要求1所述的滚珠碟簧隔震装置，其特征在于，隔震支座与阻尼器之间通过螺栓固定连接。
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