CN103195168A - 夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座 - Google Patents

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本发明公开了一种夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，包括水平隔震支座、碟形弹簧竖向隔震器、导杆、圆筒形粘弹性阻尼层、外圆筒形竖向连接钢板、内圆筒形竖向连接钢板、下连板、中间连板和上连板。本发明通过水平隔震支座隔离水平地震作用，并提高一定的阻尼，减少结构在水平地震作用下的振动，碟形弹簧竖向隔震器隔离竖向地震作用，圆筒形粘弹性阻尼层增加了竖向地震作用下隔震支座的阻尼，消耗了地震传递给结构的竖向地震能量，并减小了结构在竖向地震作用下的摇摆。

Description

夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座
技术领域
本发明涉及一种新型复合三维隔震支座，该复合三维隔震支座适用于普通多高层建筑结构。
背景技术
隔震支座是近些年来发展的一种用于建筑结构底部的减隔震(振)技术，其特点是有效隔断水平地震作用力经基础传递至上部结构，以此减小上部结构的水平振动因而有效保护上部结构。现有产品主要为铅芯橡胶隔震支座。现有种类繁多的隔震支座产品己经广泛应于多、高层隔震结构当中。多维地震的研究虽已取得某些突破性进展，但应用于实践较少；目前较为成熟应用于实际工程结构地震计算分析的理论水平己达三维，故针对结构三维地震的隔震研究尤为重要。三维地震作用下，由于建筑结构竖向刚度要求和竖向隔震的冲突，目前用于竖向隔震的装置较少，并且现阶段的研究、试验多局限于水平方向的地震隔震。本发明在传统水平隔震支座的基础上，构造出一种能够用于三维隔震的复合支座，是解决结构竖向隔震难题的一种有效方式。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前普通隔震支座尚无法有效解决的竖向隔震问题，提供一种结构紧凑，同时具有水平和竖向隔震效果的复合三维隔震支座，并且该复合三维隔震支座在水平方向和竖直方向同时具有良好的耗能能力。
本发明采用的技术方案为：一种夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，包括水平隔震支座、碟形弹簧竖向隔震器、导杆、圆筒形粘弹性阻尼层、外圆筒形竖向连接钢板、内圆筒形竖向连接钢板、下连板、中间连板和上连板；
所述水平隔震支座为铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座，主要用于隔离水平方向的地震作用，保护上部结构。铅芯橡胶支座与高阻尼橡胶支座均具有较高的阻尼比，主要用于消耗水平方向的地震能量。普通铅芯橡胶支座与高阻尼橡胶支座的竖向刚度均较大，不能隔离竖向地震作用，竖向地震作用将传递给上部建筑结构。水平隔震支座上部与中间连板相连，下部与下连板相连，所述中间连板和上连板之间设置有一组或多组碟形弹簧竖向隔震器，碟形弹簧竖向隔震器中心处设置一个导杆，所述导杆下部与所述中间连板刚性相连，上部插入所述上连板预留的导杆竖向滑动通道；碟形弹簧竖向隔震器发生竖向位移时，导杆在上部的预留通道中自由滑动。
所述碟形弹簧竖向隔震器外围设置有内圆筒形竖向连接钢板，内圆筒形竖向连接钢板与所述上连板刚性连接，内圆筒形竖向连接钢板的外围设置有外圆筒形竖向连接钢板，外圆筒形竖向连接钢板与所述中间连板刚性连接，所述内圆筒形竖向连接钢板与外圆筒形竖向连接钢板之间设置有圆筒形粘弹性阻尼层，圆筒形粘弹性阻尼层内外侧分别与内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板连接。在竖向地震荷载作用下，碟形弹簧竖向隔震器发生竖向位移，内圆筒形竖向连接钢板与外圆筒形竖向连接钢板之间产生竖向相对位移，从而使圆筒形粘弹性阻尼层发生竖向相对位移。圆筒形粘弹性阻尼层具有较好的耗能能力，消耗竖向地震输入给结构的能量。在水平地震作用下，由于竖向隔震系统中导杆具有较大的水平刚度，竖向隔震系统不会产生较大的水平相对位移。
作为优选，所述导杆与上连板的预留通道之间设置低摩擦材料，减小导杆竖向滑动时的摩擦力，所述碟形弹簧竖向隔震器与内圆筒形竖向连接钢板之间设置低摩擦材料，减小碟形弹簧竖向隔震器与内圆筒形竖向连接钢板之间的摩擦力。
作为优选，所述内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板连接的高度均小于中间连板与上连板之间的净距。并保证在罕遇地震作用下，内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板分别不与中间连板和上连板相撞。
作为优选，在制作圆筒形粘弹性阻尼层时，给圆筒形粘弹性阻尼层施加与建筑物重力作用下圆筒形粘弹性阻尼层产生相对位移相反方向的初始位移。使得粘弹性阻尼器在安装完成后在建筑物重力荷载作用下刚好处于应力水平近似为零的状态，从而在竖向地震荷载作用下，尽可能大的发挥粘弹性阻尼材料的耗能作用。
本发明在三向地震荷载作用下，水平隔震支座隔离水平力向上传递至上部结构的大部分动力荷载。碟形弹簧竖向隔震器在竖向地震作用产生变形，一方面以弹性势能的形式存储部分能量；另一方面，碟形弹簧组通过接触面的摩擦亦可消耗一定的能量。但碟形弹簧竖向隔震器的耗能十分有限，因此，在内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板之间设置圆筒形粘弹性阻尼层，竖向地震荷载作用下，圆筒形粘弹性阻尼层消耗大部分竖向振动能量。
有益效果：本发明提供了一种构造简单的复合三维隔震支座，通过在水平隔震支座上增加碟形弹簧竖向隔震器及附加粘弹阻尼层形成一种复合三维隔震支座。该复合三维隔震支座，通过水平隔震支座隔离水平地震作用，并提高一定的阻尼，减少结构在水平地震作用下的振动。碟形弹簧竖向隔震器隔离竖向地震作用，圆筒形粘弹性阻尼层增加了竖向地震作用下隔震支座的阻尼，消耗了地震传递给结构的竖向地震能量，并减小了结构在竖向地震作用下的摇摆。圆筒形粘弹性阻尼层设置在碟形弹簧隔震器的外围，粘弹性阻尼层产生相对位移的面积较大，因此粘弹性阻尼装置耗能能力较好。该支座可广泛应用于多、高层建筑结构的三维隔震。
附图说明
图1为本发明复合三维隔震支座为一组碟形弹簧的结构示意图；
图2为图1中A-A面剖面图；
图3为本发明复合三维隔震支座为四组碟形弹簧的结构示意图；
图4为图3中B-B面剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1、2、3、4所示：一种夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，包括水平隔震支座1，碟形弹簧竖向隔震器2，导杆3，圆筒形粘弹性阻尼层4，外圆筒形竖向连接钢板5，内圆筒形竖向连接钢板6，下连板7，中间连板8，上连板9。
水平隔震支座1采用铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座，水平隔震支座1上部与中间连板8相连，下部与下连板7相连。
水平隔震支座1上设置竖向隔震系统，所述竖向隔震系统包括：碟形弹簧竖向隔震器2、导杆3、圆筒形粘弹性阻尼层4、外圆筒形竖向连接钢板5、内圆筒形竖向连接钢板6、中间连板8、上连板9。
碟形弹簧竖向隔震器2设置在中间连板8和上连板9之间，竖向隔震装置中设置一组（如图1、2）或四组（如图3、4）碟形弹簧竖向隔震器2；每组碟形弹簧竖向隔震器2中心处设置一个导杆3，所述导杆3下部与中间连板8刚性连接，上部插入上连板9预留的导杆竖向滑动通道，碟形弹簧竖向隔震器2发生竖向位移时，导杆3的上部在预留通道中自由滑动。在导杆3与上连板9的预留通道之间设置低摩擦材料，减小导杆3竖向滑动时的摩擦力。
在碟形弹簧竖向隔震器2外围设置内圆筒形竖向连接钢板6，内圆筒形竖向连接钢板6与上连板9刚性连接。在内圆筒形竖向连接钢板6的外围设置外圆筒形竖向连接钢板5，外圆筒形竖向连接钢板5与中间连板8刚性连接。碟形弹簧竖向隔震器2与内圆筒形竖向连接钢板6之间设置低摩擦材料，减小碟形弹簧竖向隔震器2与内圆筒形竖向连接钢板6之间的摩擦力。在内圆筒形竖向连接钢板6与外圆筒形竖向连接钢板5之间设置圆筒形粘弹性阻尼层4，圆筒形粘弹性阻尼层4内外侧分别与内圆筒形竖向连接钢板6和外圆筒形竖向连接钢板5连接。
内圆筒形竖向连接钢板6和外圆筒形竖向连接钢板5连接的高度均小于中间连板8与上连板9之间的净距，并保证在罕遇地震作用下，内圆筒形竖向连接钢板6和外圆筒形竖向连接钢板5分别不与中间连板8和上连板9相撞。
在制作圆筒形粘弹性阻尼层4时，给圆筒形粘弹性阻尼层4施加与建筑物重力作用下圆筒形粘弹性阻尼层4产生相对位移相反方向的初始位移。
碟形弹簧组的刚度、数量以及叠放形式需根据支座竖向承载力设计要求选取；水平隔震支座1可以根据上部荷载、上部建筑地震作用下允许变位以及现行隔震支座相关规定设计，一般可以直接采用铅芯橡胶隔震支座或高阻尼橡胶支座的设计方法进行。内圆筒形竖向连接钢板6和外圆筒形竖向连接钢板5的设计根据为竖向阻尼力要求以及相关构件的强度、刚度要求。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，其特征在于：包括水平隔震支座、碟形弹簧竖向隔震器、导杆、圆筒形粘弹性阻尼层、外圆筒形竖向连接钢板、内圆筒形竖向连接钢板、下连板、中间连板和上连板；
所述水平隔震支座为铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座，水平隔震支座上部与中间连板相连，下部与下连板相连，所述中间连板和上连板之间设置有一组或多组碟形弹簧竖向隔震器，碟形弹簧竖向隔震器中心处设置一个导杆，所述导杆下部与所述中间连板刚性相连，上部插入所述上连板预留的导杆竖向滑动通道；
所述碟形弹簧竖向隔震器外围设置有内圆筒形竖向连接钢板，内圆筒形竖向连接钢板与所述上连板刚性连接，内圆筒形竖向连接钢板的外围设置有外圆筒形竖向连接钢板，外圆筒形竖向连接钢板与所述中间连板刚性连接，所述内圆筒形竖向连接钢板与外圆筒形竖向连接钢板之间设置有圆筒形粘弹性阻尼层，圆筒形粘弹性阻尼层内外侧分别与内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板连接。
2.根据权利要求1所述的夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，其特征在于：所述导杆与上连板的预留通道之间设置低摩擦材料，所述碟形弹簧竖向隔震器与内圆筒形竖向连接钢板之间设置低摩擦材料。
3.根据权利要求1所述的夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，其特征在于：所述内圆筒形竖向连接钢板和外圆筒形竖向连接钢板连接的高度均小于中间连板与上连板之间的净距。
4.根据权利要求1所述的夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，其特征在于：在制作圆筒形粘弹性阻尼层时，给圆筒形粘弹性阻尼层施加与建筑物重力作用下圆筒形粘弹性阻尼层产生相对位移相反方向的初始位移。
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