CN104563319B - 粘弹阻尼滚球隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对以往的隔震装置的缺陷、提高隔震能力、低成本、效果好、消减震动能量明显优越的粘弹阻尼滚球隔震支座。本发明下板的上侧面中心位置设有围挡，围挡内部区域设有凹形曲面，凹形曲面以下板的中心为圆点阵列分布，凹形曲面中设有滚球，围挡内部区域设有粘弹性阻尼材料层，围挡的外侧设有槽道，槽道以下板中心为圆心阵列分布；上板下侧面设有磨砂层，磨砂层表面设有粘弹性阻尼材料，与下板的槽道对应位置设有防拉槽板，防拉槽板与槽道配合连接，防拉槽板的内部设有弹簧，弹簧与槽道连接。本发明提高了震动能量的消减，低成本、效果好，在固定建筑物实际隔震领域具有很好的指导意义，具有很好的实用价值和推广意义。

Description

粘弹阻尼滚球隔震支座

技术领域

本发明涉及固定建筑物技术领域，建筑物的防振动或震动，具体的说涉及一种粘弹阻尼滚球隔震支座。

背景技术

隔震结构与传统的抗震设计结构相比有着很大的优势，利用布置隔震层的隔震结构来增强建筑物抵御地震灾害的能力有着很好的前景。研制隔震性能优异的新型隔震支座是提高隔震结构抗震性能重要保证。

目前采用的基础隔震支座主要有：叠层橡胶支座、摩擦滑移隔震支座、滚动摆、滚球、滚轴等支座、组合隔震。其中，叠层橡胶支座应用最为广泛，达到90％以上。

叠层橡胶支座

由于常规的橡胶隔震垫性能的限制，使得常规的隔震技术存在一些较难克服的缺点。

夹层橡胶隔震垫是由橡胶和夹层钢板分层叠合经高温硫化粘结而成。在它的工程应用上，值得注意的问题如下：

①抗拉力不是很高：橡胶不是密度很高的物质，它的拉力一般不高。然而结构在地震中通常有很大的扭转力和竖向地震力，特别在强地震条件下，竖向地震往往很大。这使得基础常有提离现象。

②生产制造质量要求高：一方面由于夹层橡胶垫是整个建筑结构物的支承构件，它的质量和性能决定着建筑物近百年使用寿命的安全性。另一方面是它的质量和性能，从外观上难以判别，具有很强的质量隐藏性。

③与其它材料粘贴比较困难：橡胶与建筑物的混凝土表面一般很难连结，在橡胶隔震垫中一般使用特制粘结剂把橡胶和联结钢板相连，这也增加了造价。

④材料的使用经验相对较少：与钢材和混凝土相比，作为主体结构材料的橡胶，则缺乏使用经验。

⑤具有蠕变性。

摩擦滑移隔震元件

摩擦滑移隔震元件主要由一些像石墨、云母、沙粒层、聚四氟乙烯板等摩擦系数较小的材料构成。其中石墨、沙粒等材料可以简单有效的改善农村住房的抗震性能，是由我国学者李立提出的，并在云南省的4栋16平米的平房上得到了应用，但由于沙粒等材料的承重能力有限，在较高的建筑上不能使用这一方法。

滚动摆、滚球、滚轴等元件

此类元件主要由滚子和滑槽构成，地震发生时，滚子在滚槽内滚动，隔离地震波向上层结构的传递，同时滚槽能够对滚子的最大位移进行限制。若滑槽是凹形的，装置还具有自复位的能力。

目前已有的滚动隔震器主要有滚球加弹簧复位装置及滚球带凹形复位板隔震装置，在地震作用下，滚球加弹簧复位装置的基底与滚球之间发生相对滚动而产生的摩擦力可消耗地震能量，对地面输入很宽的频带范围均有效，国内外很多学者对此进行过一些理论和试验研究。滚球加弹簧复位装置虽然具有很好的隔震效果，但其限位能力不好，在地震较强时，滚球有可能从底板下滚出，且滚球的定位也很麻烦。如2001年5月23日授权公告的中国专利，公告号为CN2431333Y，公开了一种新型建筑物隔震耗能装置，其可动支撑的滚珠是圆形的球体，耗能球体上表面装配阻滑层，上下部接触面为球面形，滚球带凹形复位板隔震装置，由于滚球的存在，使其具有很好的减震效果，同时凹槽能够有效地控制滚球的滚动，且定位也方便可靠，但由于没有其他限制滚球滚动量的措施，滚球仍有从凹形复位板板滚出的可能。并且仅依靠滚球摩擦消能，对于地震力的消耗效果不够。2012年2月授权的滚珠碟簧隔震支座，公告号ZL201020265000.1，公开的一种隔震装置，在钢板四周设置的SMA丝来增大消能能力和滚珠的复位能力，SMA丝造价较高，并且在大位移下会出现崩断情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对以往的隔震装置的缺陷、提高隔震能力、低成本、效果好、消减震动能量明显优越的粘弹阻尼滚球隔震支座。

为了达到上述目的，本发明包括滚球、上板、下板和弹簧，还包括围挡、防拉槽板、槽道和粘弹性阻尼材料层，下板的上侧面中心位置设有围挡，围挡内部区域设有凹形曲面，凹形曲面以下板的中心为圆点阵列分布，凹形曲面中设有滚球，围挡内部区域设有粘弹性阻尼材料层，设置的粘弹性阻尼材料的深度由滚球直径及建筑结构所需耗能计算确定，围挡的外侧设有槽道，槽道以下板中心为圆心阵列分布；上板下侧面的中心位置与围挡对应的区域设有磨砂层，磨砂层表面设有粘弹性阻尼材料，与下板的槽道对应位置设有防拉槽板，防拉槽板与槽道配合连接，防拉槽板的内部设有弹簧，弹簧与槽道连接。

本发明的在下板上设置围挡，并设置凹形曲面，在上板的对应位置设有相关的凹形曲面，并在凹形曲面相关位置设置或者涂有粘弹性阻尼材料层，滚球表面也涂有粘弹性阻尼材料，利用滚球与粘弹性阻尼材料之间的粘弹力消减震动能量；防拉槽板和槽道配合连接，在其内部设置弹簧，能够在平面内的X、Y方向上自由运动，弹簧的四个方位的运动能够消减震动能量；围挡的设置，防拉槽板以及槽道配合连接，保证了滚球不会因为Z轴方向上的震动而导致滚球滚出凹形曲面，并且上、下板之间不会发生直接碰撞，也不会发生分离，保证了使用寿命。

所述的上板、下板、围挡内部区域为正对称形状。所述的正对称图形包括正方形、矩形、菱形、圆形等。

所述的防拉槽板、槽道、滚球均至少3个。这里的3个是考虑到平衡性的问题，对上、下板进行有力的支撑。

防拉槽板为内部中空的矩形槽钢，其平行于上板的侧边设置，槽道为矩形钢，其两端向下弯折，并固定在下板上，其平行于下板的侧边设置，槽道中间部分穿过防拉槽板，与防拉槽板配合连接，在防拉槽板内部设有弹簧，槽道位于防拉槽板的中心位置，弹簧设置在垂直于槽道的两侧。防拉槽板的设置解决了以往减震支座存在的问题，能够保证整个支座的稳定性。

所述的弹性元件包括弹簧和半环形软钢阻尼器。

所述的弹性元件的弹簧为硬弹簧。硬弹簧在水平方向上能够提供足够的恢复力，保证上、下板之间在偏离正对应位置以后，能够恢复到正对应位置关系，另外，硬弹簧还能保证本装置的初始刚度，在微小震动下硬弹簧保持本装置的刚性，滚珠不发生滚动，当震动达到一定强度以后，滚珠滚动起到消震作用。

所述的槽道的下侧面设有粘弹性阻尼材料。所述的粘弹性阻尼材料为聚氨酯-脲类粘弹阻尼材料，该材料由甲、乙两组份组成，其中甲组份为异氰酸酯基团封端的预聚物，乙组份为端氨基聚醚、端羟基聚醚、位阻胺扩链剂和助剂组成的混合物。浇注时，由聚氨酯浇注机或电钻手工搅拌混合均匀后，将物料浇注在钢球和上下基板之间。经室温24小时固化成粘弹性阻尼材料，该阻尼材料在-10℃～50℃范围内的损耗因子不小于0.5，增大了滚球受迫振动回复到平衡点的耗能能力，所述的弹性阻尼材料层具有缓慢恢复的能力，能够在震动发生以后自行缓慢恢复，具有很好的实用价值。

所述的磨砂层位置对应围挡内部区域也设有对称的凹形曲面。磨砂层的设置是为了使粘弹性材料能够粘在磨砂层上，磨砂层表面粗糙使得粘弹性材料有足够的附着点。

所述的滚球表面涂有粘弹性阻尼材料。

所述的滚球、围挡、防拉槽板、槽道、上板和下板均为钢质材料。

防拉槽板与上板，槽道与下板均为固定连接。

本发明大大提高了震动能量的消减，低成本、效果好，在固定建筑物实际隔震领域具有很好的指导意义，具有很好的实用价值和推广意义。

附图说明

图1本发明整体结构示意图；

图2为图1本发明俯视剖视结构示意图；

图3为图2本发明A-A向剖视图；

图4为本发明实验数据滞回曲线图；

图5为现有技术普通摩擦滚动隔震支座的实验数据滞回曲线图；

图6为现有技术四周设置SMA丝的滚动隔震支座实验数据滞回曲线图。

图中：1滚球；2围挡；3防拉槽板；4槽道；5凹形曲面；6上板；7下板；8粘弹性阻尼材料层；9弹性元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种粘弹阻尼滚球隔震支座，包括滚球1、上板6、下板7和弹性元件9，还包括围挡2、防拉槽板3、槽道4和粘弹性阻尼材料层8，下板7的上侧面中心位置设有围挡2，围挡2内部区域设有凹形曲面5，凹形曲面5以下板7的中心为圆点阵列分布，凹形曲面5中设有滚球1，围挡2内部区域设有粘弹性阻尼材料层8，围挡2的外侧设有槽道4，槽道4以下板7的中心为圆心阵列分布；上板6下侧面的中心位置与围挡2对应的区域设有磨砂层，磨砂层表面设有粘弹性阻尼材料，与下板7的槽道4对应位置设有防拉槽板3，防拉槽板3与槽道4配合连接，防拉槽板3的内部设有弹性元件9，弹性元件9与槽道4连接。

如图2所示，所述的上板6、下板7、围挡2内部区域为正对称形状。

所述的防拉槽板3、槽道4、滚球1均至少4个。

如图3所示，防拉槽板3为内部中空的矩形槽钢，其平行于上板6的侧边设置，槽道4为矩形钢，其两端向下弯折，并固定在下板7上，其平行于下板7的侧边设置，槽道4中间部分穿过防拉槽板3，与防拉槽板3配合连接，在防拉槽板3内部设有弹性元件9，槽道4位于防拉槽板3的中心位置，弹性元件9设置在垂直于槽道4的两侧。

所述的弹性元件9包括弹簧和半环形软钢阻尼器。这里的弹簧为硬弹簧。

所述的槽道4的下侧面设有粘弹性阻尼材料。

所述的磨砂层位置对应围挡2内部区域也设有对称的凹形曲面5。

所述的滚球1表面涂有粘弹性阻尼材料。

所述的滚球1、围挡2、防拉槽板3、槽道4、上板6和下板7均为钢质材料。

防拉槽板3与上板6，槽道4与下板7均为固定连接。

在针对粘弹阻尼滚球隔震支座所做的力学性能对比试验，隔震支座上施加20KN的竖向荷载，采用正弦激励，激励频率为0.2Hz，位移幅值5cm，测试粘弹阻尼滚球隔震支座、普通隔震支座、带SMA丝的隔震支座的恢复力与位移的滞回曲线，如图4-6所示。实验数据的滞回曲线中的滞回环包围的面积可以看出隔震支座消耗能量的大小，滞回环越饱满则耗能越大：

如图4所示，本发明的滞回环面积最大。

如图5所示，普通隔震支座的滞回环面积为本发明的1/4左右。

如图6所示，带SMA丝的隔震支座的滞回环面积为本发明的1/3左右。

因此，本发明对震动能量的消耗显著。

Claims (10)

1.一种粘弹阻尼滚球隔震支座，包括滚球(1)、上板(6)、下板(7)和弹性元件(9)，其特征在于：还包括围挡(2)、防拉槽板(3)、槽道(4)和粘弹性阻尼材料层(8)，下板(7)的上侧面中心位置设有围挡(2)，围挡(2)内部区域设有凹形曲面(5)，凹形曲面(5)以下板(7)的中心为圆点阵列分布，凹形曲面(5)中设有滚球(1)，围挡(2)内部区域设有粘弹性阻尼材料层(8)，围挡(2)的外侧设有槽道(4)，槽道(4)以下板(7)的中心为圆心阵列分布；上板(6)下侧面的中心位置与围挡(2)对应的区域设有磨砂层，磨砂层表面设有粘弹性阻尼材料，与下板(7)的槽道(4)对应位置设有防拉槽板(3)，防拉槽板(3)与槽道(4)配合连接，防拉槽板(3)的内部设有弹性元件(9)，弹性元件(9)的一端与槽道(4)连接，另一端与防拉槽板(3)连接。

2.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的上板(6)、下板(7)、围挡(2)内部区域为正对称形状。

3.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的防拉槽板(3)、槽道(4)、滚球(1)均至少3个。

4.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：防拉槽板(3)为内部中空的矩形槽钢，其平行于上板(6)的侧边设置，槽道(4)为矩形钢，其两端向下弯折，并固定在下板(7)上，其平行于下板(7)的侧边设置，槽道(4)中间部分穿过防拉槽板(3)，与防拉槽板(3)配合连接，在防拉槽板(3)内部设有弹性元件(9)，槽道(4)位于防拉槽板(3)的中心位置，弹性元件(9)设置在垂直于槽道(4)的两侧。

5.根据权利要求1或4所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的弹性元件(9)包括弹簧和半环形软钢阻尼器。

6.根据权利要求1、3或4任意权利要求所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的槽道(4)的下侧面设有粘弹性阻尼材料。

7.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的磨砂层位置对应围挡(2)内部区域也设有对称的凹形曲面(5)。

8.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的滚球(1)表面涂有粘弹性阻尼材料。

9.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：所述的滚球(1)、围挡(2)、防拉槽板(3)、槽道(4)、上板(6)和下板(7)均为钢质材料。

10.根据权利要求1所述的粘弹阻尼滚球隔震支座，其特征在于：防拉槽板(3)与上板(6)，槽道(4)与下板(7)均为固定连接。