CN104033520A - 一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置 - Google Patents

Abstract

一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，属于结构工程减震与隔震技术领域。其主要由高柔设备(1)、具有较大刚度和承载能力的刚性隔震台座（2）、横向限位滑块（3）、横向隔震直线导轨（4）、纵向限位滑块（5）、纵向隔震直线导轨（6）、橡胶支座（7）组成。本发明成本低廉、构造简单、施工方便、各个构件的受力有明确的分工，直线导轨只承受上部结构的竖向荷载和提供抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力，橡胶支座只提供高柔设备水平方向的刚度，这种组合隔震装置不但能够充分利用各个构件的材料性能，而且克服了橡胶支座抗拉能力弱和竖向承载能力弱的缺点，具有强抗拉、抗扭转能力、用于高柔设备、高柔结构的基底隔震，隔震效果突出。

Description

一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置

技术领域

本发明属于结构工程减震与隔震技术领域，涉及到一种摩擦系数很小的滚柱式直线导轨，并且设置上下两层垂直的导轨，从而可以满足多个方向的隔震要求，同时设置能提供结构刚度和可以使上部结构自复位的橡胶支座组成一种完善的组合隔震装置。该发明成本低廉、具有很强的抗拉、抗扭转、抗倾覆能力、隔震效果突出、施工方便，实用于高柔设备、高柔结构的基底隔震，具有良好的发展前景。

背景技术

在国内外土木领域中，中低高度建筑的隔震技术趋近于成熟，主要技术有：叠层橡胶铅芯支座隔震、摩擦滑移支座隔震、滚动隔震、滑板支座。国内外成功运用以上隔震技术的建筑样例很多，比如：结构形式为8层框架结构的日本WEST大厦采用隔震技术后，在6.7级地震下室内花瓶没有倾倒、各种设施未被损坏、震后无须恢复，工作正常，隔震效果非常明显；东北大学的两幢实验室为3层砖混结构，采用隔震技术后房屋上部主体结构没有损伤，墙体上无地震引发的裂缝，房屋缓慢平动，人员震感不强烈，没有站不稳的感觉，实验设备等无倾倒现象。但是目前的国内外的这些隔震装置有一定的局限性，如：橡胶支座的抗拉能力、抗扭转能力，竖向承载能力较低；摩擦滑移隔震支座和滚动隔震支座强度较低，动、静摩擦系数、弧面形状等参数不好确定，并且加工工艺复杂、一般只适用于中低高度的建筑。针对于橡胶支座的竖向刚度低和阻尼小的问题，一些专家又研制出了夹层橡胶垫和铅芯橡胶垫，这两种隔震装置虽然竖向刚度和阻尼提高了，但是抗拉能力和抗扭能力没有得到好的改善，任然不实用于高层建筑和一些高柔的结构和设备。因此开发一种适合高层结构或者高柔设备具有较强的抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力的隔震装置，在地震中降低结构的地震响应具有重大的工程意义。

发明内容

本发明给出了一种能双向（纵向、横向）滑动的滚珠式直线导轨形式的隔震支座、橡胶支座、隔震台座等组成的组合隔震装置，发明目的在于通过限位滑块和直线导轨之间的咬合力来提供上部结构的抗拉能力和抗扭转能力、抗倾覆能力，通过橡胶支座来提供整个结构的水平刚度和限制结构的水平位移和使结构自动复位，通过刚性隔震台座来支撑上部结构的自重，在地震时，直线导轨、橡胶支座协同工作，形成良好的隔震机制，从而降低上部结构的地震响应。此装置隔震效果好，易于施工和维护、更换，成本较低。

本发明的技术方案如下：

一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，其包括高柔设备1、刚性隔震台座2、横向限位滑块3、横向隔震直线导轨4、纵向限位滑块5、纵向隔震直线导轨6、橡胶支座7。

上部高柔设备1和具有足够刚度和承载能力的刚性隔震台座2用焊缝连接，上部高柔设备1和刚性隔震台座2之间能传递剪力和弯矩；刚性隔震台座2和横向限位滑块3采用刚性连接,刚性隔震台座2和横向限位滑块3之间能传递剪力和弯矩；横向限位滑块3和横向隔震直线导轨4用截面间的构造连接，横向限位滑块3和横向隔震直线导轨4之间能传递纵向的剪力和弯矩，但不能传递横向的剪力和弯矩；上部高柔设备1和横向限位滑块3作为整体可以沿上层横向隔震直线导轨4横向滑动；横向隔震直线导轨4和纵向限位滑块5采用刚性连接，纵向限位滑块5和纵向隔震直线导轨6采用截面间的构造连接，横纵向限位滑块5和纵向隔震直线导轨6之间可以传递纵向的剪力和弯矩，但不能传递横向的剪力和弯矩（截面间的连接同横向直线导轨）；上部高柔设备1、横向限位滑块3、上层横向隔震直线导轨4、纵向限位滑块5作为整体沿下层纵向隔震直线导轨纵向滑动；纵向隔震直线导轨6和地面采用螺栓连接，橡胶支座7和刚性隔震台座2采用螺栓连接，橡胶支座7与地面采用刚性连接。

高柔设备1为长细比大于8的结构（比如钢薄壁圆筒形式的酒精炉、火箭、导弹）。

对于整体隔震装置的技术要求如下：

首先根据上部高柔设备1的荷载确定出刚性隔震台座2的截面尺寸，使其能够有足够的承载能力，并且采用组合式的钢结构，使其有足够大的刚度，提高台座本身的自振频率，远离结构的频率，从而减小台座对上部高柔设备1的影响。

根据上部高柔设备1的荷载和刚性隔震台座2的自重之和确定底部横向隔震直线导轨4和底部纵向隔震直线导轨6的截面尺寸，使其有足够的承载能力，横向隔震直线导轨4和底部纵向隔震直线导轨6采用工字钢；底部纵向隔震直线导轨6于导轨的下层，为了更稳定地支撑上层的横向隔震直线导轨4，采用六组组合形式的工字钢的钢轨，每组钢轨由两根直线导轨组成；为了使上部高柔设备1能够沿多个方向运动，将横向隔震直线导轨4、纵向隔震直线导轨6分别沿上下两层布置，上部高柔设备1和横向限位滑块3作为整体可以沿上层横向隔震直线导轨4横向滑动，上部高柔设备1、横向限位滑块3、上层横向隔震直线导轨4、纵向限位滑块5作为整体沿下层纵向隔震直线导轨纵向滑动；横向限位滑块3、纵向限位滑块5和导轨之间的连接采用截面形状的机械咬合来连接，滑块和导轨的摩擦面在加工时尽量光滑，精度必须达到微米级，接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之一到千分之五之间，以保证上部高柔设备1能够沿导轨滑动。

根据需要达到的隔震效果，选用刚度、截面尺寸适宜的橡胶支座7，以便提供高柔设备的水平刚度和控制结构的位移行程以及使上部高柔设备（1）在地震时自动复位；根据隔震层的位移选择满足要的直线导轨长度，确定好限位滑块和橡胶支座之间的安全距离，避免两者相撞，确定好限位滑块和直线导轨边缘的距离，避免限位滑块滑出导轨。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）在地震时，对于高层结构、高柔设备，该组合隔震装置相比传统的隔震支座通过限位滑块和直线导轨的截面的机械咬合能提供更大的抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力。

（2）在正常使用情况下，该组合隔震装置相比传统的隔震支座通过直线导轨来承受竖向荷载具有更大的竖向承载能力。

（3）在正常使用情况下，该组合隔震装置相比传统的隔震支座，各个构件的受力有明确的分工，直线导轨只承受上部结构的竖向荷载和提供抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力，橡胶支座只提供水平方向的刚度。这种组合隔震装置不但能够充分利用各个构件的材料性能，而且克服了橡胶支座抗拉能力弱和竖向承载能力弱的缺点。

（4）在指导隔着设计时，可以通过调整橡胶支座的截面大小来调整高层结构、高柔设备的刚度，这相比传统的隔震支座有更大的刚度调整范围，对高层结构、高柔设备的周期延长更明显，隔震要求的范围更大，隔震效果更显著。

（5）在地震发生时，橡胶支座提供上部结构的水平刚度可以使结构自动复位，同时对上部结构可以起到限制水平位移的作用，在大震时，可以避免结构或者设备基底发生大的位移从而导致结构滑出导轨和结构与基坑壁相撞。

（6）在地震后，只需要更换直线导轨和橡胶支座即可实现结构的加固和维修。

（7）所用材料成本低廉，构造简单，隔震效果良好。

附图说明

附图1是组合隔震装置的A-A截面的剖视图。

附图2是组合隔震装置的B-B截面的剖视图

附图3是组合隔震装置中刚性隔震台座的C-C截面剖视图

附图4是组合隔震装置中横向隔震直线导轨、横向限位滑块平面布置示意图（D-D截面剖视图）。

附图5是组合隔震装置中纵向隔震直线导轨、纵向限位滑块平面布置示意图（E-E截面剖视图）。

附图6是组合隔震装置中纵、横向隔震直线导轨、限位滑块剖面构造示意图。

附图7是组合隔震装置中纵、横向隔震直线导轨、限位滑块三维侧视图。

图中：

1—高层结构或高柔设备，2—刚性隔震台座，3—横向限位滑块，4—横向隔震直线导轨，5—纵向限位滑块，6—纵向隔震直线导轨，7—橡胶支座

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式：

具体实施时，首先根据上部高柔设备1的荷载确定出刚性隔震台座2的截面尺寸；根据上部高柔设备1的荷载和刚性隔震台座2的自重荷载之和确定底部纵向隔震直线导轨6、底部横向隔震直线导轨4、横向限位滑块3、纵向限位滑块5的截面尺寸及数量；根据需要达到的隔震效果，选用能提供结构的水平刚度适宜的橡胶支座5；根据隔震层的位移，确定好隔震支座5和直线导轨的距离，避免两者相撞，确定好限位滑块离直线导轨的边缘距离，避免限位滑块滑出直线导轨。

选好并预制好适宜的截面尺寸构件后开始安装整个隔震装置，安装顺序为自下而上。首先，布置纵向隔震直线导轨6，直线导轨采用工字型钢，如果需要满足承载力的要求和整体稳定性要求时，可采用工字型钢的组合结构，底部纵向隔震直线导轨6的下翼缘与基础通过螺栓连接，上翼缘与纵向限位滑块5通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与纵向限位滑块的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯；底部横向隔震直线导轨3的下翼缘与纵向限位滑块5通过焊缝连接，上翼缘与横向限位滑块3通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与横向限位滑块3的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯；横向限位滑块3和刚性隔震台座2通过螺栓连接；其次，在刚性隔震台座2和基底之间设置橡胶支座7，橡胶支座7上部与刚性隔震台座2之间通过螺栓连接，与基底通过刚性连接；；上述构件组装后完成了基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置。

Claims (4)

1.一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，包括高柔设备(1)、刚性隔震台座（2）、横向限位滑块（3）、横向隔震直线导轨（4）、纵向限位滑块（5）、纵向隔震直线导轨（6）、橡胶支座（7）。其特征在于：其采用双向工字型直线导轨组成的隔震支座；将加工预制好的底部横向隔震直线导轨（4）、底部纵向隔震直线导轨（6）沿上下两层布置，两层导轨之间设置纵向限位滑块（5），刚性隔震台座（2）与横向隔震直线导轨（4）之间设置横向限位滑块（3）；组合隔震装置中构件自上而下的连接方式为：上部高柔设备(1)和刚性隔震台座(2)用焊缝连接，刚性隔震台座(2)和横向限位滑块(3)采用刚性连接，横向限位滑块(3)和底部横向隔震直线导轨(4)用截面形状的机械咬合来连接，底部横向隔震直线导轨(4)和纵向限制滑块（5)用刚性连接，纵向限制滑块（5）和底部纵向隔震直线导轨（6）采用截面形状的机械咬合来连接，底部纵向隔震直线导轨（6）和基底用螺栓连接；上部高柔设备（1）、刚性隔震台座（2）、横向限位滑块（3）作为整体可以沿上层底部横向隔震直线导轨（4）横向滑动；上部高柔设备（1）、刚性隔震台座（2）、横向限位滑块（3）、上层底部横向隔震直线导轨（4）、纵向限位滑块（5）作为整体沿下层底部纵向隔震直线导轨（6）纵向滑动；滑块和导轨接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之二到千分之五之间，以保证上部高柔设备（1）能够沿底部横向隔震直线导轨(4)、底部纵向隔震直线导轨（6）滑动。

2.根据权利要求1所述的一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，其特征在于：所述的高柔设备1为长细比大于8的结构及设备，包括钢薄壁圆筒形式的酒精炉、火箭、导弹。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，其特征在于：在刚性隔震台座（2）的中心和基底之间设置橡胶支座(7)，橡胶支座(7)与刚性隔震台座（2）用螺栓连接，与基底用螺栓连接；橡胶支座（7）与直线导轨的安全距离由隔震层的位移来确定，以免两者发生碰撞；限位滑块和直线导轨边缘的距离由隔震层的位移来确定，以免限位滑块滑出直线导轨；隔震支座（7）对上部高柔设备(1)提供水平刚度和起到限制水平位移的作用。

4.根据权利要求1所述的一种基于直线导轨的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，其特征在于：橡胶支座（7）、横向隔震直线导轨（4）、纵向隔震直线导轨（6）的受力有明确的分工，横向隔震直线导轨（4）、纵向隔震直线导轨（6）只承受上部结构的竖向荷载和提供抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力；橡胶支座（7）只提供水平方向的刚度，在地震作用时，使高柔设备（1）自动复位，不承受高柔设备（1）的自重及竖向荷载；根据高柔设备(1)的隔震要求可以调整橡胶支座（7）的刚度和截面大小来控制结构的刚度，从而达到预期的隔震周期。