CN104481046B - 一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，包括设置于上部结构和基础承台之间的三维隔震装置，三维隔震装置由上下串联的水平隔震单元、摩擦耗能单元和竖向隔震单元构成：水平隔震单元为轴向竖直安装的竖向铅芯橡胶支座；摩擦耗能单元分别由上、下摩擦卡槽扣连组成，通过接触面的摩擦滑动提供初始支持力和耗散震/振动能量，并能起到一定的抗拉作用；竖向隔震单元由至少两个等尺寸规格的倾斜铅芯橡胶支座并联，形成一组空间对称的外扩筒形结构，使竖向隔震单元承载的竖向变形转化为倾斜橡胶支座的斜向变形和外扩位移。本发明能同时隔离三向地震和环境振动，采用该装置的被保护结构或设备在地震/振动作用下的震/振动响应及震/振动传递得到有效控制，保护震/振动作用下的安全。

Description

一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座

技术领域

本发明涉及环境振动和抗震、减震技术领域，具体涉及一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，它可用于在普通建筑物、特殊结构、桥梁、以及机械设备减震/振。

背景技术

随着现代工业的发展及城市规模的扩大，由工业设备及轨道交通等众多振动引发的环境振动及噪声问题逐渐显现出来，环境振动已成为影响人类生活和生产的七大公害之一。环境振动对人类自身的身心健康，生活居住的舒适性，以及精密仪器的生产都产生严重影响。例如地铁振动对沿线周围的建筑生产、古建筑的安全和住宅的居住环境均产生影响。为了减小由于外界扰动而产生的微小共振，进行防振设计具有重要意义。

强烈地震是威胁人类的严重自然灾害之一。水平隔震结构体系通过延长上部结构的自振周期增大结构阻尼，降低了结构的地震反应，确保上部结构在大地震时仍可处于弹性状态，或保持在弹塑性变形的初期状态。隔震技术不但保证了结构本身的安全，也保护了结构内部设备、设施免受破坏。

对于同时隔离地震和振动的三维隔震装置，由于水平和竖向振动作用的耦联，使得该隔震装置已成为国际难题。目前，对于通过发明一个未定的三维隔震支座来减轻水平和竖向地震作用已经有过很多的尝试。许多三维隔震器进行了可行性测试，主要利用空气弹簧和液压油进行竖向隔震。很多三维隔震装置都具有良好的竖向隔震性能或阻尼性能。但这些设备的缺点也不能忽略不计，因为它们非常昂贵，而且相对来说形状比较大，从而限制了其大规模生产的可能性。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，能同时隔震三向地震动和环境振动，采用该支座的被保护结构或设备，在地震/振动作用下的震/振动响应及震/振动传递得到了有效控制，保护地震/振动作用下的安全。

为达到上述发明目的，本发明的构思如下：

一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，包括设置于基础承台和上部结构之间的三维隔震装置，装置的上表面与上部结构锚固，下表面与倾斜的基础承台锚固，三维隔震装置由水平隔震单元、摩擦耗能单元和竖向隔震单元串联形成，具体为：

水平隔震单元为轴向竖直安装的铅芯橡胶支座，铅芯橡胶支座的一端与上部结构固定连接，另一端与刚性连接梁固定连接，形成水平隔震装置，使铅芯橡胶支座承载来自上部结构的竖向荷载，通过铅芯橡胶支座的水平变形实现水平向隔震。

摩擦耗能单元分别由上下摩擦卡槽扣连组成，卡槽数目与竖向隔震单元中铅芯橡胶支座数量一致。上摩擦卡槽与刚性连接梁固定连接，下摩擦卡槽与对应的连接角块相连。上下摩擦卡槽的接触面采用摩擦材料，通过采用不同材料使摩擦系数在一定范围内可调。上下摩擦卡槽为反扣式构造，具有一定的抗拉能力。在竖向荷载作用下，竖向隔震单元发生外扩运动，带动下摩擦卡槽发生相对滑动。接触面间的摩擦力可以给上部结构提供一定的初始支持力，同时起到耗能的效果。

竖向隔震单元由至少两个等尺寸规格的铅芯橡胶支座并联，铅芯橡胶支座以相同的角度倾斜设置，其水平位置按中心对称方式布置，倾斜角度根据上部结构的竖向荷载和隔震所需的竖向位移进行计算确定，在0°—90°之间调整，形成一组空间对称的外扩筒形结构。当竖向隔震单元采用三个或三个以上铅芯橡胶支座时，每个倾斜支座在同一水平截面上的投影均匀排列在同一圆周上，该圆周的直径根据隔震装置的水平尺寸大小、倾斜支座的斜向位移距离及水平隔震单元的水平尺寸大小确定。倾斜支座上端与刚性连接角块固定连接，连接角块的角度与铅芯橡胶支座倾斜角度相同，角块上表面保持水平。在竖向荷载作用下，倾斜的铅芯橡胶支座发生斜向变形，竖向隔震单元发生外扩运动，支座整体发生竖向弹性变形，进而实现对外界竖向激励的延迟响应和缓冲传递，从而实现竖向隔震。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，包括上部结构、下部基础承台、水平隔震支座、刚性连接梁、上摩擦卡槽、水平限位挡块、下摩擦卡槽、连接角块、竖向隔震支座；其特征在于：所述上部结构与水平隔震支座通过螺栓相连；水平隔震支座固定在刚性连接梁上；刚性连接梁与上摩擦卡槽固定连接；上摩擦卡槽与下摩擦卡槽相互扣连，其接触面采用摩擦材料，不同材料摩擦系数在一定范围内变化，可以自由滑动；连接角块为三角棱柱体，分别固定连接下摩擦卡槽与竖向隔震支座；竖向隔震支座通过螺栓固定在下部基础承台上，基础承台表面有一定的倾斜角度，此角度与连接角块的角度相同；水平限位挡块与刚性连接梁焊接，可以防止上摩擦卡槽与下摩擦卡槽发生整体同向水平滑动。

所述竖向隔震支座采用铅芯橡胶支座，两个竖向隔震支座以“八”字形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽与下摩擦卡槽发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座发生压剪变形。

所述竖向隔震支座采用铅芯橡胶支座，竖向隔震支座以“V”形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽与下摩擦卡槽发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座发生压剪变形。

所述上摩擦卡槽的“T”形槽与下摩擦卡槽的“T”形榫头相扣连摩擦接触，摩擦面采用某种摩擦材料，摩擦系数在一定范围内可变。

所述水平隔震支座为铅芯橡胶支座，起到水平隔震的效果。

所述水平隔震支座的直径大于竖向隔震支座。

所述竖向隔震支座最少使用两只，可根据具体设计要求按照圆周对称放置2~10个。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明水平隔震单元提供较小的水平刚度，倾斜铅芯橡胶支座通过斜向压剪变形提供较小的竖向刚度，隔震装置能实现隔离水平向和竖向的地震或振动功能，从而实现三维减震/振的目的。本发明的三维隔震装置可是上部结构在有水平及竖向振动和震动时均得到保护，使振动设备的振动传递得到有效衰减，适用于建筑结构、大型设备的地震和振动保护；

2. 本发明可以调整倾斜铅芯橡胶支座的倾斜角度，以及通过改变摩擦卡槽接触面的材料而调整摩擦系数，从而适应不同位移和荷载，并可以对该装置的组成进行调整，该装置的大小和承载力之间的关系并不是恒定的，可以满足不同荷载而不改变其大小；

3. 本发明特别设计了摩擦耗能单元，平衡状态下，接触面的静摩擦力可以提供一定的竖向初始刚度；在外部激励作用下发生震/振动时，可以起到摩擦耗能效果，显著加快了震/振动的衰减速率，增强了隔震效果；

4. 本发明中上、下摩擦卡槽为反扣式连接设计，在较大的竖向震/振动作用下，支座具有一定的抗拉能力。

附图说明

图1为本发明实施例一的三维隔震支座的剖面图。

图2为本发明实施例二的三维隔震支座的结构示意图。

图3为本发明实施例二的上摩擦卡槽结构示意图。

图4为本发明实施例二的下摩擦卡槽示意图。

图5为本发明实施例二的连接角块示意图。

图6为本发明实施例二的铅芯橡胶支座结构示意图。

图7为本发明实施例三的单组竖向隔震单元结构示意图。

图8为本发明实施例四的三维隔震支座的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1和图2，本摩擦抗拉三维隔震支座，包括上部结构1、下部基础承台2、水平隔震支座3、刚性连接梁4、上摩擦卡槽5、水平限位挡块6、下摩擦卡槽7、连接角块8、竖向隔震支座9；其特征在于：所述上部结构1与水平隔震支座3通过螺栓相连；水平隔震支座3固定在刚性连接梁4上；刚性连接梁4与上摩擦卡槽5固定连接；上摩擦卡槽5与下摩擦卡槽7相互扣连，其接触面采用摩擦材料，不同材料摩擦系数在一定范围内变化，可以自由滑动；连接角块8为三角棱柱体，分别固定连接下摩擦卡槽7与竖向隔震支座9；竖向隔震支座9通过螺栓固定在下部基础承台2上，基础承台2表面有一定的倾斜角度，此角度与连接角块8的角度相同；水平限位挡块6与刚性连接梁4焊接，可以防止上摩擦卡槽5与下摩擦卡槽7发生整体同向水平滑动。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述竖向隔震支座9采用铅芯橡胶支座，两个竖向隔震支座9以“八”字形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽5与下摩擦卡槽7发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座9发生压剪变形。

所述竖向隔震支座9采用铅芯橡胶支座，竖向隔震支座9以“V”形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽5与下摩擦卡槽7发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座9发生压剪变形。

所述上摩擦卡槽5的“T”形槽与下摩擦卡槽7的“T”形榫头相扣连摩擦接触，摩擦面采用摩擦材料，通过采用不同材料使摩擦系数在一定范围内可调。

所述水平隔震支座3为铅芯橡胶支座，起到水平隔震的效果。

所述水平隔震支座3的直径大于竖向隔震支座9。

所述竖向隔震支座9最少使用两只，可根据具体设计要求按照圆周对称放置2~10个。

实施例三：参见图1—7，在本实施例中，竖向隔震单元采用两组铅芯橡胶支座。

一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，包括设置于基础承台10和上部结构1之间的三维隔震单元，装置的上表面与上部结构锚固，下表面与倾斜的基础承台锚固，三维隔震装置由水平隔震单元、摩擦耗能单元和竖向隔震单元串联形成，具体为：水平隔震单元为轴向竖直安装的铅芯橡胶支座3，铅芯橡胶支座的一端与上部结构1固定连接，另一端与刚性连接梁4固定连接，形成水平隔震装置，使铅芯橡胶支座3承载来自上部结构1的竖向荷载，通过铅芯橡胶支座3的水平变形实现水平向隔震。摩擦耗能单元分别由上、下摩擦卡槽5、7扣连组成，共有两组卡槽。上摩擦卡槽5与刚性连接梁4固定连接，下摩擦卡槽7与对应的连接角块8相连。上、下摩擦卡槽5、7的接触面采用摩擦材料，采用不同材料使摩擦系数在一定范围内可调。上、下摩擦卡槽5、7为反扣式构造，具有一定的抗拉能力。在竖向荷载作用下，竖向隔震单元发生外扩运动，带动下摩擦卡槽7发生相对滑动。接触面间的摩擦力可以给上部结构提供一定的初始支持力，同时起到耗能的效果。竖向隔震单元由两个等尺寸规格的铅芯橡胶支座9并联，铅芯橡胶支座9以相同的角度倾斜设置，其水平位置按中心对称方式布置，倾斜角度根据上部结构的竖向荷载和隔震所需的竖向位移进行计算确定，在0°—90°之间调整，形成一组空间对称的外扩筒形结构。倾斜支座9上端与刚性连接角块8固定连接，连接角块8的角度与铅芯橡胶支座9倾斜角度相同，角块8上表面保持水平。在竖向荷载作用下，倾斜的铅芯橡胶支座9发生斜向变形，竖向隔震单元发生外扩运动，支座整体发生竖向弹性变形，进而实现对外界竖向激励的延迟响应和缓冲传递，从而实现竖向隔震，并可以对本实施例摩擦抗拉三维隔震装置的组成和构造进行调整。因为本实施例摩擦抗拉三维隔震装置可以满足不同的荷载而不改变其大小，所以三维隔震装置的大小和承载能力之间的关系并不是恒定的。

本实施例摩擦抗拉三维隔震装置的目的是由水平隔震单元实现水平减震/振，由竖向隔震单元的倾斜外扩位移实现竖向隔震/振，从而实现三维减震/振的目的。本实施例摩擦抗拉三维隔震装置可使上部建筑结构在有水平及竖向振动和地震时均得到保护，并使振动设备的振动传递得到有效衰减。本实施例摩擦抗拉三维隔震装置使用与建筑结构、大型设备的地震和振动保护。

本实施例中，水平隔震支座3的直径大于倾斜的竖向隔震支座9的直径，使水平隔震单元和竖向隔震单元的竖向承载力相适应，能够实现稳定可靠的隔震，有效化解地震和振动所释放的具有破坏力的能量。

实施例四：

本实施例与实施例三基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图8，三维隔震装置中竖向隔震单元使用了三只倾斜的竖向隔震支座。每个倾斜支座在同一水平截面上的投影均匀排列在同一圆周上，该圆周的直径根据隔震装置的水平尺寸大小、倾斜支座的斜向位移距离及水平隔震单元的水平尺寸大小确定。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的作出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明三维隔震装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，包括上部结构（1）、下部基础承台（2）、水平隔震支座（3）、刚性连接梁（4）、上摩擦卡槽（5）、水平限位挡块（6）、下摩擦卡槽（7）、连接角块（8）、竖向隔震支座（9）；其特征在于：所述上部结构（1）与水平隔震支座（3）通过螺栓相连；水平隔震支座（3）固定在刚性连接梁（4）上；刚性连接梁（4）与上摩擦卡槽（5）固定连接；上摩擦卡槽（5）与下摩擦卡槽（7）相互扣连，其接触面采用摩擦材料，不同材料摩擦系数在一定范围内变化，可以自由滑动；连接角块（8）为三角棱柱体，分别固定连接下摩擦卡槽（7）与竖向隔震支座（9）；竖向隔震支座（9）通过螺栓固定在下部基础承台（2）上，基础承台（2）表面有一定的倾斜角度，此角度与连接角块（8）的角度相同；水平限位挡块（6）与刚性连接梁（4）焊接，可以防止上摩擦卡槽（5）与下摩擦卡槽（7）发生整体同向水平滑动。

2.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述竖向隔震支座（9）采用铅芯橡胶支座，两个竖向隔震支座（9）以“八”字形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽（5）与下摩擦卡槽（7）发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座（9）发生压剪变形。

3.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述竖向隔震支座（9）采用铅芯橡胶支座，竖向隔震支座（9）以“V”形与水平线倾斜放置，受到竖向压力时，上摩擦卡槽（5）与下摩擦卡槽（7）发生对称的外扩相对滑动，竖向隔震支座（9）发生压剪变形。

4.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述上摩擦卡槽（5）的“T”形槽与下摩擦卡槽（7）的“T”形榫头相扣连摩擦接触，摩擦面采用摩擦材料，不同材料的摩擦系数在一定范围内可变。

5.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述水平隔震支座（3）为铅芯橡胶支座，起到水平隔震的效果。

6.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述水平隔震支座（3）的直径大于竖向隔震支座（9）。

7.根据权利要求1所述的一种斜向滑动阻尼耗能三维隔震支座，其特征在于：所述竖向隔震支座（9）最少使用两只，可根据具体设计要求按照圆周对称放置2~10个。