CN104110076A - 一种抗拉限位组合型隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗拉限位组合型隔震支座，包括：上连接件、橡胶支座、下连接件、盖板、多个弹性件以及多条钢丝绳，盖板设置于上连接件箱式腔体内且盖板顶面低于上连接件的顶面，弹性件设置在盖板和上连接件之间，橡胶支座设置于上连接件的底板和下连接件之间，箱式腔体内设有限位装置，钢丝绳穿过箱式腔体，其一端锚固在盖板上且另一端锚固在下连接件上；当橡胶支座受到拉力时，钢丝绳将拉力传递给弹性件让其承担部分拉力；当橡胶支座受剪切或受拉而变形过大时限位装置限制其继续变形，这样既能达到普通隔震支座的隔震效果，又能保证在橡胶支座产生大的拉力时自身结构不易被破坏，从而有效保证了上部结构在地震作用下的安全和复位能力。

Description

一种抗拉限位组合型隔震支座

技术领域

本发明属于建筑结构隔震减震技术领域，涉及一种隔震支座。

背景技术

基础隔震结构就是在结构物与基础之间设置隔震装置而形成的结构体系，用以延长结构物的自振周期，增大结构阻尼，阻止地震能量向上部结构物的传递，以减小地震对结构物造成的影响。铅芯叠层橡胶支座就是一种广泛使用的隔震装置，使用时将其顶面与底面分别与上部结构物和基础连接固定，这样既可承受上部结构物的竖向荷载，而且由于其具有横向柔性又能阻隔地震能量的向上传递，同时还可以消耗和吸收地震能量，保护上部结构的安全。

目前的隔震结构主要保证铅芯叠层橡胶支座的竖向受压承载力和横向抗侧刚度，这是因为该种支座有良好的受压性能和剪切变形性能。发明人实际设计及试验中发现大地震激励下铅芯叠层橡胶支座会产生大于100％的剪切变形，且在进行铅芯叠层橡胶支座的静力试验时发现当大剪切应变时铅芯叠层橡胶支座的橡胶体内部会局部剪拉破坏，橡胶体会局部拉伸。隔震结构振动台试验及有限元数值分析发现当结构物高宽比较大或竖向地震作用较大时，也会在铅芯叠层橡胶支座的全截面或部分截面产生拉应力。然而，目前的铅芯叠层橡胶支座的受拉承载力很差，在较小的拉应力下就可能产生破坏，从而可能导致整个基础隔震结构的破坏。另外，当铅芯叠层橡胶支座的剪切变形过大时也容易发生压剪破坏，且大变形时铅芯叠层橡胶支座的恢复力难以保证结构复位。

为了克服上述缺陷，若只在铅芯叠层橡胶支座的上连接板和下连接件间附设刚性的受拉杆件，虽可保证其受拉能力，但当铅芯叠层橡胶支座发生大变形时橡胶体会拉长而受拉杆件不能拉长，这会限制铅芯叠层橡胶支座的水平变形使其不能达到隔震的目的，同时铅芯叠层橡胶支座竖向也不能变形以隔绝竖向地震能量；另外，若在铅芯叠层橡胶支座外增设水平限位装置虽可保证铅芯叠层橡胶支座不会被剪切破坏，但是不能保证其受拉能力和恢复力。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种既有一定的竖向变形能力、足够的水平变形能力以及弹性恢复力，又能够可靠地承受大剪切应变时所产生的拉力的抗拉限位组合型隔震支座。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种抗拉限位组合型隔震支座，包括：上连接件、橡胶支座、下连接件、盖板、多个弹性件以及多条钢丝绳，上连接件、橡胶支座和下连接件依次相连，上连接件的中部具有朝向橡胶支座的箱式腔体，盖板设置在箱式腔体内并且其顶面低于上连接件的顶面，弹性件设置在盖板的下底面和腔体的内底面之间，橡胶支座设置在箱式腔体底板和下连接件顶面之间，钢丝绳穿过箱式腔体，其一端锚固在盖板上并且其另一端锚固在下连接件上，从而将上述的各个部件拉结为整体支座。

上述盖板的外檐与箱式腔体的内侧壁之间具有间隙。盖板具有朝向橡胶支座设置的上限位支墩，箱式腔体的底板具有朝向盖板设置的下限位支墩，上限位支墩和下限位支墩共轴排列，上限位支墩的顶面低于上连接件的顶面并且上限位支墩和下限位支墩的高度之和小于箱式腔体的深度。

上述盖板具有多个用于安装调节螺栓的螺纹孔，螺纹孔的数目与弹性件的数目一致，调节螺栓的中部与螺纹孔螺纹连接并且其螺杆底部伸出螺纹孔，箱式腔体的内底面上设有与螺纹孔一一对应的固定支墩，弹性件的一端套在调节螺栓的螺杆底部外表面并且其另一端套在固定支墩的外表面，调节螺栓的顶面低于上连接件的顶面，调节螺栓伸出盖板下底面的螺纹孔的螺杆长度和固定支墩的高度之和小于或等于上限位支墩和下限位支墩的高度之和。

上述调节螺栓为空心螺栓，固定支墩在中心轴线处开设有中空通道，调节螺栓内孔的直径和固定支墩中空通道的直径大于钢丝绳两端的锚头的直径，钢丝绳经由调节螺栓内孔和固定支墩的中空通道分别穿过调节螺栓和固定支墩。

上述调节螺栓的螺母端内孔设有沉头孔，下连接件上设有与固定支墩对应的丝绳张拉孔，丝绳张拉孔为沉头孔，钢丝绳的锚头均为二阶锚头，钢丝绳的一端通过两个结构互补的锚固垫片固定于调节螺栓的沉头孔并且其另一端通过同样的两个锚固垫片固定于下连接件的丝绳张拉孔。

上述锚固垫片的尺寸与调节螺栓的沉头孔和下连接件的沉头孔的尺寸相匹配。

上述箱式腔体的内底面上具有多个限位加强肋，限位加强肋与固定支墩在圆周上呈相间排列。上述限位加强肋为楔形钢板。

上述橡胶支座的顶面和底面分别通过封板与箱式腔体的底面和下连接件的顶面螺栓连接。

上述的弹性件为弹簧，上述的下连接件为板状件。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

首先，因为弹性件设置在盖板的下底面和箱式腔体的内底面之间，钢丝绳的一端锚固在盖板上并且其另一端锚固在下连接件上，橡胶支座分别与上连接件和下连接件固定相连，所以弹性件和橡胶支座通过钢丝绳拉结两者构成并联的柔性结构，当橡胶支座受到地震作用直接产生的拉力或地震导致的橡胶支座过大水平剪切变形而产生的拉力时，钢丝绳能够将拉力传递给弹性件，让弹性件承担部分拉力，这样既能达到普通隔震支座的隔震效果，又能保证在橡胶支座产生大的拉力时自身结构不容易被破坏。

其次，因为盖板具有朝向橡胶支座设置的上限位支墩，箱式腔体具有朝向盖板设置的下限位支墩，上限位支墩和下限位支墩共轴排列，并且上限位支墩和下限位支墩的高度之和小于箱式腔体的深度，所以当橡胶支座受拉变形或发生大剪切变形而使弹性件达到预设的极限压缩变形量时，上限位支墩和下限位支墩会接触承压，从而阻止橡胶支座的继续变形以防止橡胶支座的结构发生破坏和弹性件失稳。

另外，由于橡胶支座具有较好的弹性并且弹性件也具有稳定的变形能力，因此，在竖向地震作用时，橡胶支座在受拉时会有较好的延性，可以部分隔绝竖向地震以减小对上部结构的冲击作用，从而保护上部结构安全；另一方面，当橡胶支座发生大水平剪切变形时，弹性件会受压变形从而给橡胶支座提供恢复力补偿，能够提高上部结构自复位的能力。

最后，因为盖板具有多个用于安装调节螺栓的螺纹孔，调节螺栓的中部与螺纹孔螺纹连接并且其底部伸出螺纹孔，弹性件的一端套在调节螺栓的底部外表面，所以通过转动调节螺栓，可以改变施加于弹性件的预压力和弹性件的极限变形量，从而根据所建结构实际情况有针对性地设定橡胶支座的受拉承载力和变形能力，使得抗拉限位组合型隔震支座具有良好的可调节性和适应性。

总之，本发明提供的抗拉限位组合型隔震支座不仅可以承受拉力而且设置了限位保护，在实现传统隔震支座隔绝水平地震目的的同时，既可避免地震时自身结构在大剪切变形或受拉作用下的破坏，又能提高本身的水平恢复力，同时保证了受拉变形能力以单向缓冲隔绝竖向地震。本发明方案简单、制作方便、施工容易，可以更好地实现隔震减震效果，保证上部结构在地震作用下的安全和复位能力，能够广泛地应用于建筑基础隔震领域。

附图说明

图1为本发明实施例中的抗拉限位组合型隔震支座的立体图。

图2为本发明实施例中的抗拉限位组合型隔震支座的竖直剖面示意图。

图3为本发明实施例中的抗拉限位组合型隔震支座的俯视图。

图4为本发明实施例中的调节螺栓的结构示意图。

图5为本发明实施例中的上连接件的结构示意图。

图6为本发明实施例中的钢丝绳的结构示意图。

图7为本发明实施例中的下连接件的结构示意图。

附图标记：

上连接件1、盖板2、弹性件3、钢丝绳4、橡胶支座5、下连接件6、调节螺栓7、锚固垫片8、限位支墩9、限位加劲肋10、固定支墩11、顶部封板连接孔13、底部封板预留孔14、基础连接孔17、顶板19、侧壁20、底板21、上部结构连接孔22、底板预留孔23、丝绳张拉孔24、间隙25、中心轴线26、螺纹区27、调节螺栓内孔28、调节螺栓沉头孔29、二阶锚头30。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例提供了一种在建筑中使用的抗拉限位组合型隔震支座，其设置在上部结构和下部基础之间，用以为上部结构提供隔震支承。该抗拉限位组合型隔震支座包括上连接件1、

调节构件、橡胶支座5和下连接件6。其中，上连接件1、橡胶支座5和下连接件6由上至下依次固定相连。本实施例中，上、下、左、右、顶和底仅是说明书附图中显示的相对位置，并非用于限定实际空间中的位置。

如图1所示，上连接件1包括顶板19、侧壁20和底板21。顶板19为方形板件，其中间部位开设有呈正方形的中空处，其边缘部位开设有数个有序排列的上部结构连接孔22(其类型为通孔)，顶板19通过这些上部结构连接孔22与上部结构螺栓连接固定。侧壁20环绕设置在顶板19中空处的下方。底板21设置在侧壁20的下方。顶板19和侧壁20、侧壁20和底板21之间分别剖口对接焊缝连接，从而在整体上形成带边缘的碗状结构。顶板19构成该碗状结构的边缘，侧壁20和底板21构成该碗状结构的箱式腔体。

调节构件包括盖板2、四个弹性件3和四条钢丝绳4。然而，根据实际使用情况和具体工程要求，弹性件3和钢丝绳4的数目并不限于四根。

盖板2为方形板件，处于箱式腔体内并且与底板21平行设置。盖板2的顶面低于上连接件1的顶面(也即顶板19的顶面)，这样，盖板2的顶面与上部结构的底面并不接触。这是因为：如果盖板2的顶面与上部结构的底面相接触，盖板2会承受上部结构的压力并传给弹性件3，从而使弹性件3与橡胶支座5串联工作。如果盖板2的顶面与上部结构的底面不接触，可以保证弹性件3的预设受力方式，并且保证调节螺栓7具有一定的行程，从而保证橡胶支座5本身预设压力和变形的量。盖板2的尺寸小于顶板19中空处的尺寸，这样，在安装盖板2时能确保盖板2的外檐与侧壁20的内表面具有一定间隙25。

如图2所示，盖板2的中心轴线26(即图2中的点划线)处具有用于限制盖板2在竖直方向上的移动幅度的上限位支墩。上限位支墩为圆柱钢件，上限位支墩顶面与盖板2底面焊接连接固定。上限位支墩的顶面也低于上连接件1的顶面，这样，上限位支墩的顶面与上部结构的底面也不接触。

盖板2上还开设有四个用于安装调节螺栓7的螺纹孔，螺纹孔并未在图中进行标示。如图3所示，调节螺栓7为八角空心螺栓，其螺杆的中部带有螺纹区27，螺纹区27的长度大于盖板2的厚度，因此，调节螺栓7与螺纹孔螺纹连接并且其底部伸出螺纹孔。当调节螺栓7安装至盖板2后，应保证调节螺栓7的顶面低于上连接件1的顶面，使得其顶面与上部结构的底面同样不接触。每根调节螺栓7在各自的螺母端分别开设沉头孔29，沉头孔29的口径大于调节螺栓内孔28的孔径。内孔28和沉头孔29形成下沉台阶形构造，调节螺栓7的螺纹区27啮合于盖板2上预留的螺纹孔内，调节螺栓内孔28允许钢丝绳的4的穿过。

弹性件3为弹簧，设置在盖板2的下底面和底板21的上表面(即箱式腔体的内底面)之间，共有四个。弹性件3的刚度取决于橡胶支座5的水平刚度和受拉强度等参数。弹性件3的极限变形量根据橡胶支座5所允许的极限变形量来确定，通过调节螺栓7进行调节。为了便于弹性件3的安装和起作用，底板21上表面还具有多个固定支墩11和多个限位加强肋10。固定支墩11为中空结构，共有四件。每个固定支墩11均焊接在底板21上表面。当抗拉限位组合型隔震支座安装完毕后，固定支墩11与对应的调节螺栓7共轴排列。弹性件3的一端套在调节螺栓7伸出盖板2的螺杆外表面并且其另一端套在固定支墩11的外表面。如图4所示，限位加强肋10为楔形钢板，共四件。楔形钢板为钢结构中常用加劲肋形式，本实施例将加劲肋设为楔形主要是因为楔形可以增大焊接施工空间。每件限位加强肋10与侧壁20和底板21焊接，限位加强肋10主要用于保证上连接件的侧壁具有足够的抗侧刚度，防止其在受到地震作用时发生变形或屈曲破坏。限位加强肋10与固定支墩11在圆周上呈相间排列。因为所需弹性件3的高径比比较大，加之盖板2的移动并非严格平动，在初期制作时如没有侧向保护，弹性件3很容易侧向失稳倾倒，故将其置于调节螺栓7的螺杆外并加装固定支墩11来限制。

底板21上表面上还具有与上限位支墩对应的下限位支墩，下限位支墩与上限位支墩共轴排列，共同组成了限位支墩9(即限位装置)，下限位支墩与上限位支墩各自的自由面之间预留有一定间隙。设置限位支墩9的目的是为了保证橡胶支座5自身不会因为变形过大而被破坏和保证弹性件3不会因为过度受压超过极限变形而失稳，如图5所示，为了起到限位保护作用，上限位支墩的高度H1和下限位支墩的高度H2的和小于箱式腔体的深度H3且不小于弹性件3的线径之和，调节螺栓7伸出盖板2的螺杆的长度H4和固定支墩11的高度H5之和小于上限位支墩的高度H1和下限位支墩的高度H2之和。上限位支墩的高度H1和下限位支墩的高度H2之和等于限位加强肋10的高度，以便让限位加强肋10也同时起到辅助限位作用。

钢丝绳4张拉在盖板2和下连接件6之间，共有四根。钢丝绳4的长度根据橡胶支座5所允许的极限变形量来确定。钢丝绳4的一端锚固在盖板2上、其中间部分穿过调节螺栓7、弹性件3、固定支墩11和底板21并且其另一端锚固在下连接件6上，因此，底板21上还开设有用于供钢丝绳4穿过的底板预留孔23并且下连接件6上还开设丝绳张拉孔24。如图6所示，钢丝绳4的两端均为二阶锚头30，该二阶锚头30与钢丝绳4等强或者强度大于钢丝绳4的强度。如图7所示，钢丝绳4的顶端通过两个结构互补的锚固垫片8固定在调节螺栓7的沉头孔29上。锚固垫片8的尺寸与该沉头孔29的尺寸相匹配。丝绳张拉孔24为沉头孔设计，钢丝绳4的底端通过两个结构互补的锚固垫片8固定在下连接件6的沉头孔上。锚固垫片8的尺寸与丝绳张拉孔24的尺寸也相匹配。

橡胶支座5为铅芯叠层橡胶支座，设置在上连接件1和下连接件6之间，其顶面通过封板与底板21螺栓连接并且其底面也通过封板与下连接件6螺栓连接，因此，如图4所示，底板21上还开设有多个有序排列的用于安装螺栓的顶部封板连接孔13；如图7所示，下连接件6为板状件，其上开设有多个有序排列的用于安装螺栓的底部封板连接孔14和基础连接孔17。下连接件6通过下封板连接孔14与橡胶支座5的底面螺栓固定连接并且通过基础连接孔17与基础螺栓固定连接。橡胶支座5在地震时可以产生竖向变形和水平变形，用于承受上部结构自重荷载和竖向地震产生的压力和剪力并隔绝地震。

本实施例中，钢丝绳4并不穿过橡胶支座5，其原因是：穿过需在橡胶支座5的橡胶体内开孔，影响橡胶支座5的力学特性，另外，橡胶支座5为叠层钢板橡胶支座，橡胶为模具充压橡胶，开孔施工难度将大大增加。因为橡胶支座5分别与上连接件1和下连接件6固定连接，钢丝绳4穿过弹性件3并且其顶端和底端分别与盖板2和下连接件6相锚固，所以弹性件3和橡胶支座5通过钢丝绳4拉结成并联的并且成柔性的整体结构，相互协调而起作用。

本实施例中的抗拉限位组合型隔震支座的工作原理如下：

当橡胶支座5承受向上的地震力而受拉时，钢丝绳4将该拉力转换为对弹性件3的压力；当橡胶支座5剪切变形过大或达到极限受拉变形量时，上限位支墩的自由面与下限位支墩相接触，限位支墩9的承压作用能够限制橡胶支座5继续变形以防止其自身结构被破坏；弹性件3可在橡胶支座5发生大剪切变形时与橡胶支座5协同作用，以提高抗拉限位组合型隔震支座整体的恢复力。

另外，在安装抗拉限位组合型隔震支座时，根据施工现场的具体情况，可通过旋转调节螺栓7来改变弹性件3的预压变形量，从而改变施加于橡胶支座5上的预压力，从而使抗拉限位组合型隔震支座的极限受拉承载力和极限变形量根据实际需要来设定，减轻不同地区不同等级地震激励下抗拉限位组合型隔震支座的损坏几率。

本实施例中的抗拉限位组合型隔震支座的施工步骤如下：

(1)、根据具体工程设计要求在工厂中预制加工上连接件1、盖板2、弹性件3、钢丝绳4、橡胶支座5、下连接件6、调节螺栓7、锚固垫片8、限位支墩9、限位加劲肋10和固定支墩11；

(2)、将上限位支墩焊接于盖板2上的对应位置，将下限位支墩、限位加劲肋10和固定支墩11焊接于上连接件1的对应位置；

(3)、将橡胶支座5与上连接件1和下连接件6连接固定；

(4)、将弹性件3置于上连接件1内的设计位置并盖上盖板2，同时在盖板2上安装调节螺栓7；

(5)、将钢丝绳4穿过盖板2上的调节螺栓7，在钢丝绳4顶端锚头和调节螺栓7间填上锚固垫片8，引导钢丝绳4的底端穿过下连接件6的丝绳张拉孔24，适当预压盖板2使钢丝绳4的底端锚头露出下连接件6，在底端锚头与下连接件6的钢丝绳张拉孔24间装填锚固垫片8，释放盖板2后完成抗拉限位组合型隔震支座的整体组装；

(6)、使用时将本实施例的抗拉限位组合型隔震支座置于上部结构与下部基础之间，通过上连接件1的上部结构连接孔22与结构连接，并且通过下连接件6上的基础连接孔17与基础连接固定，从而完成施工步骤。

本实施例中的抗拉限位组合型隔震支座可广泛地应用于基础隔震结构体系中，在地震作用下既可保障良好的隔震减震效果，减小结构在地震作用下的损害，又能在抗拉限位组合型隔震支座本身产生竖向拉力时，可靠地保证自身结构的安全，使自身结构免受竖向拉伸而发生的破坏，同时为隔震层(即为隔震装置设置平面，包括设计标高面联系梁、板结构、附设的各类隔震支座及阻尼等消能减震装置)提供足够的复位能力，保证上部结构的自动复位。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗拉限位组合型隔震支座，包括：依次相连的上连接件、橡胶支座和下连接件，所述上连接件具有朝向所述橡胶支座的箱式腔体，其特征在于：还包括：盖板、多个弹性件以及多条钢丝绳，所述盖板设置在所述腔体内并且其顶面低于所述上连接件的顶面，所述弹性件设置在所述盖板的下底面和所述腔体的内底面之间，所述钢丝绳穿过所述腔体，其一端锚固在所述盖板上且其另一端锚固在所述下连接件上。

2.根据权利要求1所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述盖板的外檐与所述腔体的内侧壁之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述盖板具有朝向所述橡胶支座设置的上限位支墩，所述腔体的底板具有朝向所述盖板设置的下限位支墩，所述上限位支墩和所述下限位支墩共轴排列，优选地，所述上限位支墩的顶面低于所述上连接件的顶面并且所述上限位支墩和所述下限位支墩的高度之和小于所述腔体的深度。

4.根据权利要求3所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述盖板具有多个用于安装调节螺栓的螺纹孔，所述螺纹孔的数目与所述弹性件的数目一致，所述调节螺栓的中部与所述螺纹孔螺纹连接并且其螺杆底部伸出所述螺纹孔，所述腔体的内底面上设有与所述螺纹孔一一对应的固定支墩，所述弹性件的一端套在所述调节螺栓的螺杆底部外表面并且其另一端套在所述固定支墩的外表面，优选地，所述调节螺栓的顶面低于所述上连接件的顶面，所述调节螺栓伸出所述螺纹孔的螺杆长度和所述固定支墩的高度之和小于或等于所述上限位支墩和所述下限位支墩的高度之和。

5.根据权利要求4所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述调节螺栓为空心螺栓，所述固定支墩在中心轴线处开设有中空通道，所述钢丝绳经由所述调节螺栓的内孔和所述固定支墩的中空通道穿过所述调节螺栓和所述固定支墩，优选地，所述调节螺栓内孔的直径和所述固定支墩中空通道的直径大于所述钢丝绳两端的锚头的直径。

6.根据权利要求5所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述调节螺栓的螺母端设有沉头孔，所述下连接件上设有与所述固定支墩对应的丝绳张拉孔，所述丝绳张拉孔为沉头孔，所述锚头为二阶锚头，所述钢丝绳的一端通过结构互补的两个锚固垫片固定于所述调节螺栓的沉头孔并且其另一端通过所述两个锚固垫片固定于所述丝绳张拉孔。

7.根据权利要求6所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述锚固垫片的尺寸与所述调节螺栓的沉头孔和所述下连接件的沉头孔的尺寸相匹配。

8.根据权利要求1所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述腔体的内底面具有多个限位加强肋，所述限位加强肋与所述固定支墩在圆周上呈相间排列。

9.根据权利要求8所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述限位加强肋为楔形钢板。

10.根据权利要求1所述的抗拉限位组合型隔震支座，其特征在于：所述橡胶支座的顶面和底面分别通过封板与所述腔体的底面和所述下连接件的顶面螺栓连接。