CN102575484A - 具有阻尼器类型的减振机构的隔震系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有支承机构的隔震系统中固定以正交角度垂直叠置的辊子的正交角度的方法。为了解决当减振机构的阻尼力超过地震能量时结构摇动的问题，本发明还提供了一种具有与地震能量匹配的阻尼力控制抑制功能的减振机构。为了保持辊子的正交角度，约束部件设有用于容许辊子滚动的小间隙，并且安装在辊子的正交部分上以便由此固定正交角度。当线性钢部件卷绕在筒形部件上并且通过水平力连续变形时，通过能量吸收产生阻尼力。通过改变线性钢部件的轴向截面面积来控制能量吸收的量。此外，水平力被中断以释放能量吸收，以便由此将线性钢部件的能量吸收抑制在小地震的振幅区域内，从而可通过阻尼器类型的减振机构控制和抑制衰减力。

Description

具有阻尼器类型的减振机构的隔震系统
技术领域
本发明涉及这样一种技术，其中在日本专利申请No.2006-539143中提出的隔震/免震系统中，彼此正交的顶部辊子和底部辊子的辊子型支承机构中顶部辊子和底部辊子的正交角度的固定机构和一具有控制和抑制阻尼力功能的阻尼器类型的减振机构配设给所述隔震系统。
背景技术
为了防止地震带来的结构损坏，认为将结构制得坚固是最好的。但是，无论结构多么坚固，都不能避免由于家具等坠落而导致的物理危险，除非抑制结构的摇动。
作为解决此问题的一种方法，为了吸收从地面接收的摇动，已知分为下部结构(诸如地基/基础)和上部结构(用作对其执行隔震的结构)、并且在两个结构之间构造支承功能、位置修复功能和减振功能以形成隔震系统，从而阻止结构的摇动是有效的。
尽管开发了各种隔震系统，但是很少系统能够以通用目的性能被用于从诸如住宅的轻质结构到大型结构。期望开发出具有通用目的性能的系统。
在现有的隔震系统中，使用橡胶、铅、合成油、合成树脂、钢材料等作为使用材料，并且需要高度先进的技术。另外，系统中包括劣化材料，或者机构具有内部结构，因此系统的零件需要精度。系统的制造要求特定的制造厂商或特定的材料，并且通常需要高度先进的加工技术或特殊的作业机械。制造量也很小，因此价格变得很高，并且系统得不到广泛应用。此外，在长的使用期间中，还需要专家角度的检查、零件更换等等。然而，内部结构不易检查，该系统在维护方面不是优选的。
除非对隔震结构赋予减振功能，在大地震时通过阻尼器等对隔震结构施加水平力，否则隔震结构会偏离轨道，有时会导致过度的或不稳定的摇动。因此，在隔震系统中通常设置减振机构。
以通常所针对的最大地震区域的能量吸收量为标准，现有的减振机构具有减振能力。因此，基于大地震的减振能力对于小的地震力而言过大。当提供减振功能时，损害了作为与之相对的功能的支承机构水平力缓冲功能。因此，在小地震的情况下，尽管安装了隔震系统，结构由于过度的减振能力而被摇动。因此，期望一种解决方案。
为了避免这种摇动，需要根据地震的幅度控制和抑制阻尼力。然而，不存在通过机械方式简单地控制和抑制阻尼力的方法。
[引用列表]
[非专利文献]
[非专利文献1]日本国土交通省住宅局等，“隔震建筑技术基准评述及计算示例和其评述”，工程学图书有限公司，2000年12月20日发行，第11-12页，图像4-6。
[非专利文献2]“响应式控制结构设计方法”，日本建筑构造技术人员协会编，SHOKOKUSH出版有限公司，第310-319页，附图和图像。
发明内容
[本发明要解决的问题]
本发明的第一目的是提供一种设置有用于防止水平接触表面上辊子的扭转的机构的隔震系统，所述辊子上下叠置，沿X轴和Y轴方向延伸并且彼此正交，所述辊子用作隔震系统中的支承机构，并且维持辊子的正交角度，从而利于减振机构的稳定操作。与该目的一起，第二目的是阐明一种操作原理，其能够以机械方式控制和抑制上述减振机构的阻尼力，并且在隔震系统中提供一种新颖类型的减振机构。
[用于解决问题的方法]
在本发明中，为了实现目的1，为了维持上下叠置且彼此正交的辊子(3)和(4)的正交角度，设置有容许辊子(3)和(4)滚动的微小间隙。由钢板制成、具有U形截面的保持部件(9)和(10)从上侧和下侧以这种方式放置在辊子(3)和(4)的正交部分上，即，U形截面的开口侧彼此面对，其中所述保持部件不允许所述正交角度移位。开口侧的前端部分以直角向外弯曲，并且在弯曲表面上形成有用于四个结合螺栓的孔。通过使保持部件(9)和(10)的接触表面与结合螺栓(11)紧密结合，形成了能够防止辊子(3)和(4)扭转的正交角度固定机构。通过这种机构，有利地形成减振机构的操作环境(权利要求1)。
在本发明中，为了解决上述目的2，设置有上述固定机构的隔震系统中的减振机构的构型如下所述。也就是说，用作塑料材料的线性钢部件(14)被卷绕在自由装配至筒形部件(12)上的外侧筒形部件(13)周围，并且能够通过与线性钢部件(14)的变形一致的能量吸收功能获得阻尼力，线性钢部件(14)的变形是由线性钢部件(14)和外侧筒形部件(13)的相对变形导致的(权利要求2)。
作为上述减振机构的附加功能，除了线性钢部件(14)和外侧筒形部件(13)的相对移位之外，通过设置间隙(21)和(22)并且为筒形部件(12)提供自由移动空间，中断了下部结构(1)和上部结构(8)之间的水平移位能量传递，并且停止了卷绕在外侧筒形部件(13)周围的线性钢部件(14)的变形。因此，取消了能量吸收功能，从而抑制了能量吸收(权利要求3和4)。
通过改变线性钢部件(14)的轴向截面面积，可改变从而控制能量吸收量(权利要求5)。
此外，通过如下方法，即，其中线性钢部件(14)的向左卷绕的数量和向右卷绕的数量相同，或者线性钢部件具有这样的截面面积，即，向左卷绕方向的轴向阻力和向右卷绕方向的轴向阻力相等，消除了附接时施加在外侧筒形部件(13)上的一对力，从而停止了外侧筒形部件的扭转。因此，能够稳定减振机构的操作环境(权利要求6)。
[发明的技术效果]
如上所述，根据本发明的辊子正交角度的固定机构和减振机构(当应用至本发明的隔震系统时是有用的)能够利用简单的构造形成，所用的材料能够集成到钢材料中，并且零件形状简单，因此没有提供复杂的形状和内部结构。因此，在制造时，当市场上标准化的钢材料使用通用目的的作业机械通过诸如切割、弯曲、焊接、及防锈涂覆的方法进行处理时，能够容易地制造具有用于从轻质结构到大型结构的通用目的性能的本发明的系统。
此外，对于本发明的系统的构成部件，没有使用劣化材料或贵重材料，或者不需要特殊的作业机械、特殊工艺，或特定材料供应者、特定制造厂商等的配合。因此，能够以极低的成本制造该系统。
另外，在设有本发明的机构的隔震系统中，开始使用后很少发生构成零件的劣化和功能的降低，并且通常不需要零件的更换等等。可以从外观上通过视觉方式确认系统的操作状态，因而能够充分满足其中必须长时间稳定地维持功能的隔震系统所需的各种要求。因此，通过在结构中安装本发明的系统，能够预期得到防止地震灾害的效果。
附图说明
图1是沿图2的线X-X的截面图，示出本发明的隔震系统的实施例；
图2是示出本发明的隔震系统的主要结构部分的附接状态的平面图；
图3是正交角度的固定机构的细节平面图，示出图2中的辊子保持部件的附接状态(权利要求1)；
图4是沿图2的线A-A的截面图，示出辊子正交角度的固定机构(权利要求1)；
图5是示出辊子正交角度的固定机构的部件组装的透视图(权利要求1)；
图6是示出图2中减振机构的主要部件的附接位置的细节平面图；
图7是沿图2的线B-B的截面图，示出减振机构的主要部件的附接位置；
图8是示出筒形部件和托架的支承孔的正视图(权利要求2)；
图9是示出筒形部件和外侧筒形部件之间的自由移动间隙的正视图(权利要求3)；和
图10是示出筒形部件和托架的支承孔之间的自由移动间隙(22)的正视图(权利要求4)。
具体实施方式
下面将基于图1至10描述用于实施本发明的实施例。
当图1所示的上部结构(8)沿水平方向移位时，彼此正交并用作支承机构的底部辊子(3)和顶部辊子(4)沿所述辊子分别覆盖的方向、即X轴方向和Y轴方向滚动，从而缓冲水平力。这时，当所述上部结构上施加有一偏置力时，图2中所示的辊子(3)和(4)的正交角度被扭转，并且用作减振机构的筒形部件(12)、外侧筒形部件(13)和线性钢部件(14)的交叉角度也被扭转，从而严重影响减振机构的操作。因此，在本发明中，为了维持图5中所示的用作支承机构、上下叠置并且彼此正交的辊子(3)和(4)之间的正交角度，设置有容许辊子(3)和(4)滚动的微小间隙。由钢板制成、具有U形截面的保持部件(9)和(10)从上侧和下侧以这种方式放置在辊子(3)和(4)的正交部分上，即，U形截面的开口侧沿正交方向彼此面对，其中所述保持部件不允许所述正交角度移位。开口侧的前端部分以直角向外弯曲，并且在弯曲表面上形成有用于四个结合螺栓的孔。保持部件(9)和(10)的接触表面与结合螺栓(11)紧密结合，从而用作辊子(3)和(4)的正交角度的固定机构。由此，如图6所示，用作减振机构的线性钢部件(14)的轴向总是保持与筒形部件(12)成直角。确保了图9中所示的筒形部件(12)和外侧筒形部件(13)之间的间隙(21)以及图10中所示的筒形部件(12)和托架(15)的附接支承孔(22)的接触表面之间的平衡，从而能够满足用于稳定操作减振机构的条件。
当由于施加在图1所示的上部结构(8)上的水平力而导致下部结构(1)和上部结构(8)沿水平方向相对移位时，上部结构和下部结构通过在凹型辊子接纳件(2)和(6)上滚动的辊子(3)和(4)而在垂直方向移位。这时，由于图6至8中所示固定于下部结构上的托架(15)设置有具有用于筒形部件(12)的上下移动所需的垂直间隙的附接支承孔(20)，因此托架支承上下移动的筒形部件(12)。同时，在固定于筒形部件(12)或外侧筒形部件(13)和上部结构(8)上的托架(16)和卷绕在外侧筒形部件(13)周围的线性钢部件(14)的部件之间也导致水平移位。这时，对于卷绕在外侧筒形部件(13)周围的线性钢部件(14)而言，其一个端部从圆形变形为直线状态，另一端从直线变形为圆形状态。因此，产生能量吸收效果。用于以机械方式从该水平力产生能量吸收效果的机构作为本发明的基本减振机构。
在本发明中，将图9和10所示的间隙(21)和(22)以及筒形部件(12)的自由移动效果被进一步添加到上述基本减振机构中。这里，自由移动效果如下所述。即，关于小地震在上部结构(8)中产生的水平力，当基本减振机构的能量吸收量多于水平力的能量量，上部结构(8)摇动直至水平力的能量量超过减振机构的能量吸收量。为了避免此摇动，考虑使传递给线性钢部件(14)的地震能量中断的方法。因此，在用作为水平力传递机构的内侧筒形部件(12)、外侧圆筒(13)和托架(15)之间形成用以中断水平力的自由移动间隙(21)和(22)。当筒形部件(12)通过该间隙部分而沿水平方向自由移动时，减振功能被取消，并且外侧筒形部件(13)未接收到旋转力，因此抑制了线性钢部件(14)的能量吸收。这形成这样一种状态，即，在发生其中筒形部件(12)和外侧筒形部件(13)在间隙之间自由移动和摆动的小地震时，减振功能不起作用，而仅仅辊子的支承机构的水平力缓冲功能起作用。由此，以机械方式抑制在小地震区域摆动时阻尼力的功能被添加至基本减振机构，从而获得能够抑制小地震摇动的目标减振机构。
在本发明中，当下部结构(1)和上部结构(8)沿水平方向相对移位时，在线性钢部件(14)和外侧筒形部件(13)的卷绕部分中产生的能量吸收的基本减振机构中，通过连续改变线性钢部件(14)的轴向截面面积，能够连续改变线性钢部件(14)的能量吸收量。由此，可获得根据线性钢部件(14)的轴向中的摆动/振幅以机械方式控制阻尼力的函数。因此，其被添加到本发明的上述基本减振机构中。
在其中图6所示的减振机构中有奇数个线性钢部件(14)卷绕在外侧筒形部件(13)周围的情形中，在其中线性钢部件(14)卷绕在外侧筒形部件(13)周围的交叉部分中，线性钢部件布置在不位于一条直线上的相反的轴向中，从而在附接时产生一对力。外侧筒形部件(13)被该对力扭转。因此，在本发明中，为了取消该对力，线性钢部件(14)的向右卷绕的数量和向左卷绕的数量相同，或者线性钢部件具有这样的截面面积，即，向左卷绕方向的轴向阻力和向右卷绕方向的轴向阻力相等。因此，可消除该对力的影响，从而可有利地布置基本减振机构的操作环境。
如在上面所述的当前实施例中那样，本发明提供了一种新颖类型的减振机构，其具有简洁的结构但是实现了利用简单的方法以机械方式抑制和控制减振机构的阻尼力的构型。
[参考标记列表]
1：下部结构的基础
2：凹型辊子接纳件(底部)
3：辊子(底部)
4：辊子(顶部)
5：突起板
6：凹型辊子接纳件(顶部)
7：上部结构的台架
8：上部结构的结构件
9：辊子保持部件(底部)
10：辊子保持部件(顶部)
11：辊子保持和结合螺栓
12：筒形部件
13：外侧筒形部件
14：线性钢部件
15：筒形部件12的托架
16：线性钢部件14的托架
17：“权利要求4”的托架15的支承孔
18：用于防止待固定在筒形部件12的外端部上的托架15脱落的部件
19：用于托架15和基础的固定螺栓
20：“权利要求2”和“权利要求3”的托架15的支承孔
21：“权利要求3”的筒形部件12和外侧筒形部件13之间的自由移动间隙
22：“权利要求4”的托架15的支承孔17和筒形部件12之间的自由移动间隙

Claims (6)

1.一种布置在下部结构的上表面和上部结构的下表面之间作为隔震机构的隔震系统，具有彼此正交的顶部辊子和底部辊子，所述隔震系统包括：
所述辊子的正交角度的固定机构，其中用于允许所述预部辊子和所述底部辊子旋转并保持所述辊子的正交角度的保持部件附接在除所述辊子的接触部分外的辊子交叉部分的外侧上。
2.根据权利要求1所述的隔震系统，包括：
减振机构，其中：
支承线性钢部件的两端的托架和支承筒形部件的两端的托架固定于下部结构的上表面和上部结构的下表面从而彼此面对；
筒形部件的托架具有允许筒形部件上下移动的支承孔；
筒形部件可旋转地和自由地装配在外侧筒形部件上，并且具有为上部结构的移位幅度或更大以及为外侧筒形部件的长度或更大的长度，以便准备用于上部结构的水平移位；以及
线性钢部件卷绕在外侧筒形部件周围，
钢部件的两端沿正交于筒形部件的相对方向固定在钢部件的托架上，并且
钢部件的托架的固定位置设置成宽度大于上部结构从外侧筒形部件的水平移位幅度。
3.根据权利要求2所述的隔震系统，其特征在于，
在权利要求2的减振机构中，在筒形部件的外径和外侧筒形部件的内径之间设置有间隙。
4.根据权利要求2所述的隔震系统，其特征在于，
在权利要求2的减振机构中，在筒形部件的托架的支承孔和被支承于所述孔中的筒形部件的外径之间设置有沿水平方向的间隙。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的隔震系统，其特征在于，
在权利要求2的减振机构中，线性钢部件的轴向截面面积连续改变。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的隔震系统，其特征在于，
在权利要求2的减振机构中，线性钢部件的向左卷绕的数量和向右卷绕的数量相同，或者线性钢部件具有这样的截面面积，即，向左卷绕方向的轴向阻力和向右卷绕方向的轴向阻力相等。
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