CN104563322B - 多维减隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维减隔震支座，所述隔震支座包括上盖板和下盖板；所述上盖板的下表面设有可相对上盖板水平滑动的支座中板，该上盖板的下表面外缘处设有限位结构；所述上盖板与支座中板之间具有至少一个腔室，在腔室装有剪切铅芯块，所述支座中板的侧端面与所述限位结构之间具有水平间隙，该水平间隙内装有形状记忆合金弹性元件；所述支座中板与下盖板之间通过多个铅芯减震组件相连；所述下盖板上装有第一铅芯以及包绕所述第一铅芯的弹性元件，该弹性元件顶端装有抗拔板，该抗拔板顶端与所述支座中板的下表面之间具有竖直间隙。本发明解决了传统支座不能有效进行三维减隔震的问题，并实现在不同强度地震作用下的多重减隔震目的，同时具有抗拔、抗扭功能。

Description

多维减隔震支座

技术领域

本发明涉及减震领域，具体涉及一种多维减隔震支座。

背景技术

近几年，世界范围内强烈地震频繁发生，较具代表性的如印尼7.9级地震、新西兰7.0级地震、日本9.0级地震等。2008年汶川8.0级地震、2010年玉树7.1级地震及2013年4月雅安7.0级地震，对我国产生了深远的经济和社会影响。这些破坏巨大、影响深远的地震标志着世界已经进入了地震活跃期。我国是地震高发国家，有着多次惨重的震害历史教训，虽都极大推动了建筑结构抗震设防体系的完善，但是现有的结构抗震性能却依然存在极大的缺陷。

随着抗震理念的深入和近年来世界范围内地震频发，各国对结构进行抗震设计的同时，也开始注重消能减震技术的运用。但目前国内外对隔震技术的研究主要停留在单纯的水平隔震上，对同时实现水平和竖向隔震的研究还不多见。而大量地震震害表明，竖向地震对结构物的影响是不能忽视的，它的作用有时甚至超过水平地震，因而对竖向地震特性也必须给予重大关注。

目前的减隔震支座多为抵抗大震设计，而没有考虑余震的影响。实际地震中的强震虽然具有较大能量但其持续时间较短，过后尚且存在上百次甚至上千次的余震，虽然余震破坏力较弱，但其对结构物的破坏能力仍不可小视。同时，一般的铅芯橡胶支座在较强的弹塑性变形后会产生较大的残余位移，导致震后复位困难。

综上所述，有必要设计一种具有多维减隔震、多重减隔震和复位功能的减隔震支座。

发明内容

为了解决传统支座不能有效进行三维减隔震的问题，本发明提供了一种多维减隔震支座，该支座能在不同强度的地震作用下同时抵抗竖向震动、水平震动和扭转作用，具有足够的耗能能力和一定的抗拔能力，并具有良好的震后自复位功能，可有效消耗地震能量，从而实现在小震、中震、强震以及余震等不同强度地震作用下的多重减隔震目的，同时在一定程度上解决了支座抗拔、抗扭等方面的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种多维减隔震支座，包括用于与上层建筑物结构固定相连的上盖板和位于上盖板下方的下盖板；其结构特点是，所述上盖板的下表面设有可相对上盖板水平滑动的支座中板，该上盖板的下表面外缘处设有限位结构；所述上盖板与支座中板之间具有至少一个腔室，在腔室装有剪切铅芯块，所述支座中板的侧端面与所述限位结构之间具有水平间隙，该水平间隙内装有形状记忆合金弹性元件；所述支座中板与下盖板之间通过多个铅芯减震组件相连；所述下盖板上装有第一铅芯以及包绕所述第一铅芯的弹性元件，该弹性元件顶端装有抗拔板，该抗拔板顶端与所述支座中板的下表面之间具有竖直间隙。

以下为对本发明进一步改进的技术方案：

所述铅芯减震组件包括位于下盖板上表面并可相对下盖板摩擦移动或转动的活塞下板，固定在活塞下板上的第二铅芯，该第二铅芯顶端与活塞推动杆固定相连，所述活塞推动杆顶端连接有活塞上板，该活塞上板的顶端与支座中板固定相连；所述第二铅芯外侧设有缓冲元件。由此，在较小的水平地震作用下，上盖板和支座中板在接触面发生相对滑动，通过剪切其间的剪切铅芯块耗能，若有较大的水平地震作用，将带动铅芯橡胶起到减隔震作用。在较小的扭转作用下，活塞下板与下盖板发生相对滑动，通过接触面的摩擦材料发生摩擦耗能，较大的扭转作用可带动支座中板转动，通过剪切铅芯块耗能。

所述支座中板下表面装有向下延伸的滑动板，所述抗拔板的顶部侧端面具有凸起，所述滑动板底端具有可与该凸起配合防止支座中板与下盖板脱离的限位结构。由此，竖向滑动板与抗拔板相互契合，可以在较大水平地震作用下带动第一铅芯和弹性元件运动，并有效防止支座发生倾覆。

所述缓冲元件为蝶形弹簧，所述第二铅芯位于蝶形弹簧内；所述蝶形弹簧长度大于第二铅芯的长度。碟型弹簧可以有效隔离竖向震动，通过改进碟形弹簧装置中的中部活塞上下移动挤压铅芯可达到较大的耗能效果。抗拔板与支座中板之间的空隙以及改进碟形弹簧装置内的活塞装置均可保证支座的竖向移动不受限制。

所述活塞推动杆的底端置于第二铅芯内，该活塞推动杆顶端通过活塞上板与所述支座中板下表面相连。

所述活塞下板上装有限制缓冲元件底端横向移动的卡板。

所述下盖板上设有防止活塞下板竖向移动的限位装置，由此，上盖板与支座中板穿插式布置，改进碟形弹簧中活塞装置的活塞下板位于限位装置内，均可防止接触部位发生竖向脱离。

作为一种具体的结构形式，所述包绕所述第一铅芯的弹性元件为叠层橡胶环。在较大的水平地震作用下，通过第一铅芯和叠层橡胶环的运动，以减小和隔离较大的地震作用。

所述上盖板上用于向所述腔室内灌注铅芯的预留孔道，由此可通过预留孔道向腔室内灌注铅芯形成剪切铅芯块。

所述形状记忆合金弹性元件为形状记忆合金弹簧；所述限位结构为限位板，所述支座中板的侧端面固定有连接板，所述形状记忆合金弹簧的一端连接在限位板上，该形状记忆合金弹簧的另一端连接在连接板上，且限位板与连接板的水平间隙为50mm—100mm。由此，该支座利用形状记忆合金实现震后装置自复位，调整初始预压力或预拉力大小即可调整自复位功能的强弱。

更优选地，限位板和上盖板以及竖向滑动板与支座中板之间均为实心材焊接，限位板采用厚钢板。

所述上盖板与支座中板的接触面上设有聚四氟乙烯板，由此，聚四氟乙烯板，有利于相对运动，可满足正常情况下结构物的温度变形，并能抵抗较小的震动。

以下结合实施例对本发明做进一步的描述。

一种多维减隔震支座，其包括上盖板、下盖板、支座中板、限位板、抗拔板、竖向滑动板、连接板、限位槽、改进碟型弹簧装置、铅芯、剪切铅芯块、橡胶、形状记忆合金弹簧、膨胀螺栓、螺栓等。该支座中心为铅芯橡胶，在其周围添加改进的碟型弹簧装置，在上盖板和支座中板之间添加剪切铅芯块增大耗能，并在其周边设置形状记忆合金弹簧，在铅芯橡胶和支座中板之间留有运动空隙。

在上盖板底部周边焊接限位板，并将形状记忆合金弹簧设置于连接板之间。竖向减隔震主要由改进碟型弹簧装置承担，碟型弹簧可以有效隔离较小的竖向震动，通过改进碟形弹簧装置中的中部活塞上下移动挤压铅芯可达到较大的耗能效果。水平减隔震则主要由铅芯橡胶和剪切铅芯块承担。在较小的水平地震作用下，上盖板和支座中板接触面可以发生任意方向的相对水平移动，通过对铅芯块的剪切作用耗能。在较小的扭转作用下，活塞下板与下盖板发生相对滑动，通过接触面的摩擦材料发生摩擦耗能，较大的扭转作用可带动支座中板转动，通过剪切铅芯块耗能。该支座利用形状记忆合金实现震后装置自复位。

上盖板与上层建筑物结构以及下盖板与下部结构均通过膨胀螺栓连接，膨胀螺栓与螺帽间加垫垫片，有效加强构件间的连接，上盖板与支座中板之间设有一定数量的圆柱形洞室，用于放置剪切铅芯块。支座中板与上盖板边缘的限位板之间保持一定的水平间隙，抗拔板放置于铅芯橡胶的顶部，与支座中板之间保持一定的竖直空隙。连接板部分设置于支座中板的四周，部分设置于上盖板的底部，用于形状记忆合金弹簧的端部连接。改进的碟形弹簧装置位于支座中板和下盖板之间，并均匀布置在铅芯橡胶周围。改进的碟形弹簧装置中心部位设置有可供上下移动的活塞装置，并在活塞装置中充满铅芯。活塞装置设置有上下盖板，碟形弹簧位于上下盖板之间，活塞上板通过螺栓与支座中板固定连接，活塞下板与下盖板不连接，在其接触面铺设摩擦材料，用于地震过程中耗能。

本发明可根据不同的减隔震要求设置改进碟型弹簧装置的数量和布置位置，可根据不同的限位要求设计限位板和支座中板之间的间隙，可根据上部结构的荷载和设计地震作用确定铅芯橡胶与支座中板之间的活动空隙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可有效改善结构物在地震下的工作性能。在正常情况下，可满足结构物温度变形产生的位移，在地震作用下，可在不同强度的地震作用下同时抵抗竖向震动和水平震动，水平方向既可抵抗平动也可抵抗转动，具有足够的耗能能力和一定的抗拔能力，并具有良好的震后自复位功能，可有效消耗地震能量，从而实现在小震、中震、强震以及余震等不同强度地震作用下的多重减隔震目的，同时在一定程度上解决了支座抗拔、抗扭等方面的问题；总之，本发明可分别抵抗不同强度的地震作用，以减小余震对建筑物的破坏；同时具有抗拔、自重较轻、制作简单等优点，为地震作用下结构物提供可靠装置，具有极强的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明一种实施例的的剖面示意图；

图2为图1中上盖板的膨胀螺栓布置图；

图3为图1中形状记忆合金弹簧的布置图；

图4为图1中改进碟形弹簧装置的立体剖面图；

图5为多维减隔震支座的立体装配图；

图6为图5中上盖板立体图；

图7为图5中支座中板立体图1；

图8为图5中支座中板立体图2；

图9为图5中下盖板立体图。

其中1-上盖板，2-膨胀螺栓，3-预留孔道，4-剪切铅芯块，5-支座中板，6-抗拔板，7-限位板，8-形状记忆合金弹簧，8-1-环向弹簧，8-2-径向弹簧，9-连接板，9-1-环向连接板，9-2-径向连接板，9-3-上部连接板，10碟形弹簧，11-下盖板，12-第一铅芯，13-橡胶，14-叠层橡胶环，15-碟形弹簧卡板，16-活塞下板，17-碟形弹簧限位装置，18-活塞推动杆，19-活塞上板，20-焊缝，21-竖向滑动板；22-第二铅芯。

具体实施方式

本发明适用于结构的减震隔震，图1为本发明实施例的多维减隔震支座的示意图，如图1所示。对于结构部分，首先对结构进行受力分析，确定减隔震支座的受力大小，从而选择尺寸大小合适的减隔震支座，使初始预压力或预拉力超过铅块屈服强度与各相邻钢板接触面的摩擦力之和，确保该支座能够在地震或其他荷载作用下发挥减震隔震作用且能自复位。然后根据结构物的静载和竖向隔震要求确定改进碟形弹簧装置的数量和布置位置，根据结构物的位移限制值大小确定限位钢板与支座中钢板间隙的大小以及抗拔钢板与支座中钢板之间竖向运动空隙的大小。支座的整体高度由上部结构物静载和抗震要求确定。上部结构物的静载全部由该支座的碟形弹簧承担，需要满足强度和刚度要求。下盖板11与底板连接，上盖板1与上部结构连接，均通过膨胀螺栓2连接，限位钢板7通过焊条20焊接于上盖板底部的边缘，在较大地震作用下需要承受较大的水平力，故采用30-50mm的厚钢板，材料采用Q235，考虑到每个滑动钢板的厚度以及安装形状记忆合金弹簧的方便，限位钢板高度为50-60mm之间。连接钢板9主要用于形状记忆合金弹簧两端的焊接，采用50mm×50mm×20mm的Q235立方体钢块，下部环向连接钢板9-1和纵向连接钢板9-2均焊接于支座中钢板的边缘，上部环向连接钢板9-3焊接于上盖板的下部，与下部环向连接钢板9-1位置相对，使环向记忆合金弹簧的初始位置保持直线，所有的焊接工艺均需要保证焊接质量，在地震作用下，支座失效不应始于焊缝的破坏。剪切铅芯块4距离铅芯的径向距离越大，转动位移越大，剪切效果越明显，其距离可根据抗震过程中对扭转减隔震的要求确定。上盖板与支座中钢板穿插设置，既不限制支座中钢板的相对位移，又将其与上盖板在竖向连为整体，防止竖向地震作用下两者发生脱离。改进碟形弹簧装置10沿支座边缘均匀布置，其中的活塞上板19与支座中钢板5用螺栓连接，活塞下板16与下盖板11不连接，在两者接触面铺设摩擦材料，活塞下板16位于限位槽17内，既保证水平地震作用和转动作用下改进碟形弹簧装置10的自由移动和摩擦耗能，又防止竖向地震作用下其与下部接触面发生脱离。铅芯橡胶位于抗拔钢板6下方，上部与抗拔钢板6用螺栓固定连接，下部与下盖板11用螺栓固定连接。抗拔钢板6和竖向滑动钢板21不紧密连接，保持一定的缝隙，保证竖向地震作用下两者可自由滑动。形状记忆合金弹簧8布置于相邻连接钢板9之间，两端与连接钢板9焊接，为保证复位弹簧8在合适的弹性范围，同时还要保证支座中钢板5与限位钢板7之间的滑动空隙有足够的行程，一般可取50~100mm长度。

鉴于结构形式的多样性和尺寸不定性，本发明的支座布置形式亦具有多样性，因而结构布置形式及工作原理与本发明类似的情形装置都理应在本发明的保护范围之内。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (11)

1.一种多维减隔震支座，包括用于与上层建筑物结构固定相连的上盖板（1）和位于上盖板（1）下方的下盖板（11）；其特征在于，所述上盖板（1）的下表面设有可相对上盖板（1）水平滑动的支座中板（5），该上盖板（1）的下表面外缘处设有限位结构；所述上盖板（1）与支座中板（5）之间具有至少一个腔室，在腔室装有剪切铅芯块（4），所述支座中板（5）的侧端面与所述限位结构之间具有水平间隙，该水平间隙内装有形状记忆合金弹性元件；所述支座中板（5）与下盖板（11）之间通过多个铅芯减震组件相连；所述下盖板（11）上装有第一铅芯（12）以及包绕所述第一铅芯（12）的弹性元件，该弹性元件顶端装有抗拔板（6），该抗拔板（6）顶端与所述支座中板（5）的下表面之间具有竖直间隙；所述上盖板（1）与支座中板（5）穿插设置，既不限制支座中板（5）的相对位移，又将支座中板（5）与上盖板（1）在竖向连为整体，防止竖向地震作用下两者发生脱离。

2.根据权利要求1所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述铅芯减震组件包括位于下盖板（11）上表面并可相对下盖板（11）摩擦移动或转动的活塞下板（16），固定在活塞下板（16）上的第二铅芯（22），该第二铅芯（22）顶端与活塞推动杆（18）固定相连，所述活塞推动杆（18）顶端连接有活塞上板（19），该活塞上板（19）的顶端与支座中板（5）固定相连；所述第二铅芯（22）外侧设有缓冲元件。

3.根据权利要求1所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述支座中板（5）下表面装有向下延伸的滑动板（21），所述抗拔板（6）的顶部侧端面具有凸起，所述滑动板（21）底端具有可与该凸起配合防止支座中板（5）与下盖板（11）脱离的限位结构。

4.根据权利要求2所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述缓冲元件为蝶形弹簧（10），所述第二铅芯（22）位于蝶形弹簧（10）内；所述蝶形弹簧（10）长度大于第二铅芯（22）的长度。

5.根据权利要求2所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述活塞推动杆（18）的底端置于第二铅芯（22）内，该活塞推动杆（18）顶端通过活塞上板（19）与所述支座中板（5）下表面相连。

6.根据权利要求2所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述活塞下板（16）上装有限制缓冲元件底端横向移动的卡板（15）。

7.根据权利要求2所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述下盖板（11）上设有防止活塞下板（16）竖向移动的限位装置（17）。

8.根据权利要求1所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述包绕所述第一铅芯（12）的弹性元件为叠层橡胶环（14）。

9.根据权利要求1-8之一所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述上盖板（1）上有用于向所述腔室内灌注铅芯的预留孔道（3）。

10.根据权利要求1-8之一所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述形状记忆合金弹性元件为形状记忆合金弹簧（8）；所述限位结构为限位板（7），所述支座中板（5）的侧端面固定有连接板（9），所述形状记忆合金弹簧（8）的一端连接在限位板（7）上，该形状记忆合金弹簧（8）的另一端连接在连接板（9）上，且限位板（7）与连接板（9）的水平间隙为50mm—100mm。

11.根据权利要求1-8之一所述的多维减隔震支座，其特征在于，所述上盖板（1）与支座中板（5）的接触面上设有聚四氟乙烯板。