CN103216021A - 液压脉动式竖向隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压脉动式竖向隔震装置，包括安装底板、液压隔震单元、支撑弹簧，其特征是：液压隔震单元和支撑弹簧安装在平行设置的两块安装底板之间，其中：液压隔震单元包括上底座、下底座、上液压缸、下液压缸、液压控制系统，液压控制系统由液压源、补油回路和隔震回路三部分组成，上底座和下底座平行设置，上液压缸的缸体与上底座固定，下液压缸的缸体与下底座固定，上、下液压缸的活塞杆相对连接在一起，上液压缸和下液压缸的缸体通过液压控制系统相互串联，在上、下液压缸的活塞杆之间固定有液压缸连接板。其优点是：阻尼力大、布置灵活、响应迅速、安装、调试、维护方便，结构紧凑，具备支撑和隔震双重功能。

Description

液压脉动式竖向隔震装置

技术领域

本发明属于土木工程结构震动控制领域和隔震技术领域，涉及一种脉动式液压的竖向隔震装置。具有竖向刚度和隔震阻尼力，能辅助支撑结构物并在地震时减小结构的震动反应，起到隔震的作用。适用于工业与民用建筑、桥梁工程及大型和精密机械设备等工程的竖向隔震。

背景技术

隔震技术是应用最广泛和研究最成熟的一种结构振动控制方案，隔震技术在各国建筑抗震设计规范中都有相关的内容。目前绝大多数的隔震技术一般只能实现水平的隔震的作用，对竖向隔震的研究还比较少，已有的竖向隔震装置效果也不够理想。地震是一种多分量的震动耦合甚至扭曲，是水平运动与竖向运动的耦合，只注重水平震动的隔震装置在地震到来时，虽然能减小水平方向的地震反应，但对竖向的震动几乎没有减震效果。一般认为竖向震动是水平方向震动加速度的2/3，在距离震中较近的地区，竖向地震会更显著，往往会达到或者超过水平方向的震动加速度和位移。一个好的抗震设计，不仅要考虑到结构物承受水平地震作用同时还要考虑竖向的地震共同作用，这是建筑结构抗震理论研究者已经达成的共识。

近年来，国内外研究者开始关注竖向隔震技术，但是目前还未有该项研究突破性进展的报道。国家知识产权局自2005年以来，公布了多种叠层橡胶隔震器和碟形弹簧组成的三维隔震装置，以及碟形弹簧的竖向隔震器。

竖向隔震装置由于既要支撑结构物又要在地震时起到隔震作用，系统既要具备一定的刚度，同时要具备一定的弹性和阻尼。一般的机械隔震装置往往很难同时实现上述两种功能。如铅芯隔震橡胶等能够在水平方向上起隔震作用，但由于需要兼备支撑结构的功能，竖直方向上的刚度很大，无法对竖向地震反应起到隔离作用。弹簧隔震装置虽然能给结构物提供竖向的支撑，并能缓冲地震的冲击，但是由于地震波的随机特性，地震时结构物容易可能共振，而放大地震反应，导致结构物更大的破坏。叠层橡胶隔震和碟形弹簧串联组成的三维隔震器，由于结构复杂，导致其实用性受到影响。

液压系统具有结构紧凑、简易安装、功率质量比大、可控性强、工作平稳且可实现大范围无级调速等其他系统不具备的优点。因此，液压技术更适合应用在建筑的抗震装置上。

发明内容

本发明的目的是：针对大部分竖向隔震装置不能同时具备隔震和支撑两种功能，竖向隔震效果不够理想的实际问题，提供一种利用液压系统的优点，将脉动液压理论应用到隔震装置中，具有安装、调试、维护方便，结构紧凑的特点，具备支撑和隔震双重功能的液压脉动式竖向隔震装置。

本发明的技术方案如下：

本发明包括安装底板、液压隔震单元、支撑弹簧，液压隔震单元和支撑弹簧安装在平行设置的两块安装底板之间，其中：液压隔震单元包括上底座、下底座、上液压缸、下液压缸、液压控制系统，液压控制系统由液压源、补油回路和隔震回路三部分组成，上底座和下底座平行设置，上液压缸的缸体与上底座固定，下液压缸的缸体与下底座固定，上、下液压缸的活塞杆相对并刚性连接在一起，上液压缸和下液压缸的缸体通过液压控制系统相互串联，在上、下液压缸的活塞杆之间固定有液压缸连接板。

所述液压控制系统的隔震回路包括第一平衡阀、第二平衡阀，第一平衡阀通过第一节流阀和第二节流阀分别与上液压缸和下液压缸的上腔联通，第二平衡阀通过第三节流阀和第四节流阀分别与上液压缸和下液压缸的下腔联通；补油回路包括一个手动换向阀，手动换向阀的第一阀口连接有第一蓄能器、第二蓄能器和一个开关阀，第二阀口通过连接管路分为两路，一路与第二节流阀和第一平衡阀联通，另一路与第三节流阀和第二平衡阀联通，第三阀口上连接有第一换向阀和第二换向阀，第一换向阀与第一节流阀和第一平衡阀联通，第二换向阀液与第四节流阀和第二平衡阀联通；液压源由油泵、溢流阀、单向阀顺序连接构成，单向阀与补油回路的开关阀连接。

所述液压控制系统设置在一个液压集成块上；

所述液压集成块固定在下底座上；

在所述两块安装底板之间设置有一个以上的液压隔震单元；

两个以上的各液压隔震单元间通过液压控制系统彼此相互联接。

本发明的优点是：

1、本发明采用两个液压缸串联的方式布置，地震时由于地震波的作用，液压油在两个液压缸之间往复的流动，液压脉动在节流阀的作用下产生阻尼力，这种联接方式具有阻尼力大、布置灵活、响应迅速的优点；

2、本发明能在地震时改变液压系统的结构，使系统具有一定的柔性，以减小地震反应，达到了隔震的目的；

3、本发明是一种被动隔震装置，工作时不需要外部能源输入，液压控制系统的补油回路全部采用手动控制的液压阀，避免了在地震时由于电力中断导致的装置或者原件失效；

4、由于采用液压系统具有功率体积比大、原件标准化程度高、容易控制等优点，并能通过蓄能器等元件储存能量；本发明具有承载压力大、安装位置灵活、机械结构简单、反应迅速等优点，适合高层及大跨度结构的竖向隔震；

5、本发明由于使用标准化元件和通用化的设计，利于批量生产和降低成本；通过模块化的设计，使安装、调试、维护方便；集成化设计，使结构紧凑，施工难度降低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为隔震单元的结构示意图；

图3为液上、下液压缸的安装图；

图4为隔震单元的液压原理图；

图5为液压控制系统原理图；

图6为液压集成块示意图。

图中：1-上液压缸2-下液压缸3、4-平衡阀5、6、7、8-节流阀9-手动换向阀10、11-电磁换向阀12、13-蓄能器14-开关阀15-液压泵16-溢流阀17-单向阀18-活塞杆19-连接板20-软管21-上底座22-液压集成块23-下底座24-安装底板2-支撑弹簧26-隔震单元

具体实施方式

参照附图1，本发明主要由液压隔震单元26、支撑弹簧25和安装底板24三部分组成，液压隔震单元和支撑弹簧安装在平行设置的两块安装底板之间。本发明布置在建筑物的支撑和基础之间，由支撑弹簧支撑上部结构，液压隔震单元在弹簧失效、维修维护和地震时为结构提供支撑和隔震阻尼。

参照附图2、3，液压隔震单元包括上底座21、下底座23、上液压缸1、下液压缸2、液压控制系统，上底座和下底座平行设置，上液压缸的缸体与上底座固定，下液压缸的缸体与下底座固定，上、下液压缸的活塞杆18相对并用法兰刚性连接在一起，在连接上、下液压缸的活塞杆的法兰之间固定有液压缸连接板19，液压缸连接板与建筑物固定。液压控制系统设置在一个液压集成块22上，液压集成块通过安装支架安装在下底座上。液压控制系统和上、下液压缸间用软管20连接。

参照附图4、5，液压控制系统由液压源（3）、补油回路（2）和隔震回路（1）三部分组成，隔震回路（1）包括第一平衡阀3、第二平衡阀4，第一平衡阀通过第一节流阀5和第二节流阀8分别与上液压缸和下液压缸的上腔联通，第二平衡阀通过第三节流阀6和第四节流阀7分别与上液压缸和下液压缸的下腔联通；补油回路（2）包括一个手动换向阀9，手动换向阀的第一阀口连接有第一蓄能器12、第二蓄能器13和一个开关阀14，第二阀口通过连接管路分为两路，一路与第二节流阀和第一平衡阀联通，并通过第二节流阀与下液压缸的上腔联通，另一路与第三节流阀和第二平衡阀联通，并通过第三节流阀与上液压缸的下腔联通，第三阀口上连接有第一换向阀10和第二换向阀11，第一换向阀与第一节流阀和第一平衡阀联通，并通过第一节流阀与上液压缸的上腔联通，第二换向阀液与第四节流阀和第二平衡阀联通，并通过第四节流阀与下液压缸的下腔联通；液压源（3）由油泵15、溢流阀16、单向阀17顺序连接构成，单向阀17与补油回路的开关阀14连接。

本发明的工作原理是：隔震装置上、下液压缸缸体通过上底座和下底座与安装底板刚性连接，安装底板安装在建筑物基础上，活塞杆通过液压缸连接板和建筑物的结构物连接。当地震发生时，基础竖向发生位移，负载在开始时刻由于惯性作用保持瞬间的静止，这时上、下液压缸内的油液压力使平衡阀打开，使系统的油液流动，下液压缸下腔的油液流入上液压缸的上腔；当基础向上运动时，油液流动方向相反，这样周期性的循环，靠油液流动产生的阻尼力和支撑的柔性变化达到隔震的目的。

液压控制系统的隔震回路液压系统原理是：上、下液压缸1、2缸体串联在一起，并通过底座安装在建筑的基础上，活塞杆联接在一起安装在结构物上。平衡阀3、4提供压力差，在液压缸上产生压力，为上部结构提供辅助支撑。震动发生时，建筑物和基础之间发生相对位移，导致平衡阀由于压力差作用而打开，系统内的油液随着地震的作用而往复流动，由于节流阀5、6、7、8的节流阻力作用产生阻尼，阻尼的作用能增大结构的固有频率，减小地震反应，达到隔震的目的，隔震单元的液压原理如图4所示。

液压控制系统的补油回路原理为：平时通过蓄能器12、13保持系统压力和为隔震系统（1）补油。通过溢流阀16控制泵15的出口压力，手动开启换向阀9，对液压系统进行压力调节和补油，换向阀10、11的开关切换负载的升降和平衡；当蓄能器压力达不到补油压力时，通过开启开关阀14，给系统补油。

本发明的液压脉动式竖向隔震装置，整个隔震装置可以包括多个可独立工作的液压隔震单元，每个隔震单元通过液压控制系统彼此联接，形成一个网状的结构，布置在建筑物的支撑和基础之间。

Claims (6)

1.一种液压脉动式竖向隔震装置，包括安装底板、液压隔震单元、支撑弹簧，其特征是：液压隔震单元和支撑弹簧安装在平行设置的两块安装底板之间，其中：液压隔震单元包括上底座、下底座、上液压缸、下液压缸、液压控制系统，液压控制系统由液压源、补油回路和隔震回路三部分组成，上底座和下底座平行设置，上液压缸的缸体与上底座固定，下液压缸的缸体与下底座固定，上、下液压缸的活塞杆相对并刚性连接在一起，上液压缸和下液压缸的缸体通过液压控制系统相互串联，在上、下液压缸的活塞杆之间固定有液压缸连接板。

2.根据权利要求1所述的液压脉动式竖向隔震装置，其特征是：所述液压控制系统的隔震回路包括第一平衡阀、第二平衡阀，第一平衡阀通过第一节流阀和第二节流阀分别与上液压缸和下液压缸的上腔联通，第二平衡阀通过第三节流阀和第四节流阀分别与上液压缸和下液压缸的下腔联通；补油回路包括一个手动换向阀，手动换向阀的第一阀口连接有第一蓄能器、第二蓄能器和一个开关阀，第二阀口通过连接管路分为两路，一路与第二节流阀和第一平衡阀联通，另一路与第三节流阀和第二平衡阀联通，第三阀口上连接有第一换向阀和第二换向阀，第一换向阀与第一节流阀和第一平衡阀联通，第二换向阀液与第四节流阀和第二平衡阀联通；液压源由油泵、溢流阀、单向阀顺序连接构成，单向阀与补油回路的开关阀连接。

3.根据权利要求2所述的液压脉动式竖向隔震装置，其特征是：所述液压控制系统设置在一个液压集成块上。

4.根据权利要求3所述的液压脉动式竖向隔震装置，其特征是：所述液压集成块固定在下底座上。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的液压脉动式竖向隔震装置，其特征是：在所述两块安装底板之间设置有一个以上的液压隔震单元。

6.根据权利要求5所述的液压脉动式竖向隔震装置，其特征是：两个以上的各液压隔震单元间通过液压控制系统彼此相互联接。

Images