CN104631643B - 一种导轨与v形索线组合的抗拉与限位隔震装置 - Google Patents
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Abstract
一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，包括上连接板、下连接板、支座主体、下导轨、上拉环、滑块、限位挡板、V形索线；导轨内设置有滑动腔体，滑块可在滑动腔体内沿导轨滑动，腔体的两端设置有限位挡板，滑块上设置有光滑拉环，索线两端固定于上拉环，并穿过滑块上的光滑拉环，呈V形，与支座主体并联。本发明基于椭圆原理并通过合理布置V形索线，使索线两端固定拉环位于椭圆焦点，从而实现支座发生剪切位移时V形索线将不发生变形；支座受拉时由索线提供拉力；支座发生大变形时，滑块移动到限位挡板时，索线将变为斜向V形受拉，可限制支座发生更大变形，提高了建筑结构在多维地震以及风荷载作用下的抗拉拔抗倾覆能力。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程隔震技术领域，主要涉及一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置。
背景技术
橡胶支座隔震技术是目前比较成熟的隔震技术。但由于支座内部橡胶和钢板之间为粘合连接，当高层建筑受竖向地震作用时，或支座发生较大水平剪切位移时，或建筑高宽比较大时，支座易受拉，而橡胶支座受拉易发生橡胶层与钢板的撕裂破坏，进而影响支座的水平隔震性能，或直接导致建筑发生倾覆破坏。
根据国家标准GB50011-2010《建筑抗震设计规范》的要求，橡胶隔震支座在罕遇地震的水平和竖向地震同时作用下，拉应力不应大于1MPa。但在强烈地震作用下，中、高层建筑的橡胶隔震支座可能要承受高于限制的拉应力。由于橡胶隔震支座的抗拉能力有限，因此其应用范围受到限制。为了提高橡胶隔震支座的抗拉能力，国内外学者进行了各种研究，日本学者开发了直线式滑动支座，它有两个正交方向的轨道构成，可以沿着轨道交叉往复滑动，因而可以隔离任意方向的震动，同时具有很大的竖向抗压能力和抗拔能力，但该支座尺寸巨大，同时对轨道的摩擦要求高，生产成本高昂。中国学者提出了内部有预应力钢绞线的预应力橡胶隔震支座，在隔震支座周围布置适量竖向钢筋的构造措施，这种抗拉措施在支座发生大变形时预应力绞线和钢筋将产生不可恢复变形，将不利于支座的水平隔震。
总之，现有抗拉技术存在构造复杂，安装成本高，抗拉装置影响支座的水平刚度，影响支座的隔震性能的问题。因此，橡胶隔震支座抗拉不足成为高层建筑隔震领域亟待解决的问题。
叠层橡胶支座在发生剪切位移时，支座高度将会随剪切位移的增大而减小，连接板上点的运动轨迹近似满足椭圆轨迹。同时，根据椭圆定义，平面内到两个固定点(两焦点)的距离之和是常数。因此若在支座主体四周设置满足椭圆方程的V形索线，并配合导轨滑块机构，使滑块移动轨迹满足椭圆轨迹，且V形索线两端位于椭圆焦点，则在支座不受拉力作用时V形索线将始终不发生伸长变形，当支座受拉时V形索线可为支座主体提供拉力和一定的水平恢复力。本思路为提高橡胶隔震支座的抗拉能力提供了一种途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决橡胶隔震支座在高层建筑中抗拉能力不足与限制支座大变形问题，且构造简单、安装方便的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置。依据支座高度的变化和椭圆定义，设置V形索线两端固定拉环位于椭圆焦点处。同时，配合导轨滑块的使用，可使本发明在支座主体不受拉力作用时，V形索线不发生伸长变形；当支座受拉时可为支座主体提供竖向拉力和一定的水平恢复力。减小了地震竖向作用或风荷载作用对支座主体的损害，提高建筑的抗拉拔抗倾覆能力。
实现本发明采用的技术方案为：
一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，包括上连接板1、下连接板2、支座主体3、下导轨4、上拉环5、滑块6、限位挡板7、索线8；下导轨4和下连接板2连接，上拉环5焊接于上连接板1，导轨内设置有滑动腔体9，滑块6在滑动腔体9内沿导轨滑动，滑动腔体9的两端设置有限位挡板7，索线8两端固定在上拉环5，并穿过滑块6上的光滑拉环11，索线8呈V形，与支座主体3并联。
所述索线8两端固定于上拉环5，上拉环5位置根据支座主体3高度变化确定，从而使滑块6移动轨迹近似满足以两上拉环5为焦点的椭圆轨迹。
所述下导轨4沿地震作用的两个主轴方向布置，与水平地震作用方向相同的导轨4上的滑块6将沿导轨4滑动，索线8保持竖直V形，从而为支座在任意设计剪切位移下提供相同的竖向拉力。同时，与水平地震作用方向垂直的导轨4上的滑块6将保持不动，索线8变为非对称V形，从而为支座提供一定的竖向拉力和水平恢复力。
所述滑动腔体9两端焊接有限位挡板7，当支座发生水平大变形，滑块移动到限位挡板时，V形索线将变为斜向V形受拉，可限制支座发生更大变形。
所述的上拉环5焊接于上连接板1，所述下导轨4与下连接板2之间为螺栓连接或焊接。
所述滑块6两端设置有钢质滚轮10，滑块6与滑动腔体9之间为滚动摩擦，或滑动腔体9与滑块6之间设置有光滑材料，滑块6与滑动腔体9之间为滑动摩擦。
所述下导轨4和上拉环5可变为上导轨和下拉环，因此索线8可呈V形或倒V形；所述索线8材质为钢绞线、形状记忆合金绞线或满足要求的其他索线。
所述的连接滑块6和索线8的光滑拉环11可以为摩擦力较小的滑轮或其他滑动滚动机构代替。
本发明可以取得如下有益效果：
本发明一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置由V形索线与支座主体并联而成，滑块近似满足以两上拉环为焦点的椭圆轨迹。则当支座发生水平剪切位移时，沿剪切位移方向的导轨上的滑块将在导轨内滑动，V形索线将保持竖直V形状态，若支座主体承受拉应力则索线可为支座提供竖向拉力；垂直剪切位移方向的导轨上的滑块将不发生滑动，V形索线将不发生长度改变，若支座主体承受拉应力则索线可为支座提供竖向拉力和一定的水平恢复力；在强烈地震或罕遇地震作用下支座发生水平大剪切位移，滑块滑动到限位挡板时，V形索线将变为斜向V形受拉，为支座提供竖向拉力和一定的水平恢复力，并限制支座发生更大变形，可提高建筑结构在多维地震以及风荷载作用下的抗拉拔抗倾覆能力。
附图说明
图1为导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置侧视图；
图2为导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置A-A剖面图；
图3为导轨滑块的示意简图；
图4为滚动式导轨滑块B-B剖面图；
图5为滑动式导轨滑块B-B剖面图；
图6为导轨滑动腔体示意简图。
图中：1、上连接板，2、下连接板，3、橡胶隔震支座，4、下导轨，5、上拉环，6、滑块，7、限位挡板，8、索线，9、滑动腔体，10、滚轮，11、光滑拉环。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置包括：上连接板、下连接板、支座主体、下导轨、上拉环、滑块、限位挡板、索线。若支座主体采用橡胶隔震支座，直径D为300mm，高140mm，横截面面积为70683.75mm2，上下封板厚度为20mm。上下连接板横截面为边长1200mm的正方形，厚度为30mm。导轨与连接板均为钢质材料，下导轨与下连接板之间采用焊接，下导轨长度均为400mm，共采用四个导轨。导轨分别沿地震的两个主轴方向布置。导轨内设置有滑动腔体，滑块两端设置有滚轮，滑块与滑动腔体之间为滚动摩擦，滑块可以在滑动腔体内自由滑动，滑动腔体的两端焊接有限位挡板，滑块上焊接有光滑拉环，上拉环焊接于上连接板，共焊接八个上拉环，拉环位置根据支座高度变化和椭圆方程确定，两拉环之间的距离为900mm。V形索线两端用钢卡头固定于上拉环，并穿过滑块上的光滑拉环，呈V形状态，
若索线采用直径11.4mm钢绞线，该钢绞线的最小破坏拉力约为124KN，四根此钢绞线配合导轨滑块布置在橡胶隔震支座的四围。沿水平地震作用方向的导轨上的滑块将沿导轨滑动，竖直V形索线将一直保持竖直状态，若支座受拉则此V形索线变形过大或破坏时将为支座提供约97KN的竖向拉力。垂直水平地震作用方向的导轨上的滑动将不发生滑动，在支座不受拉力作用时，此绞线不发生伸长变形；在支座受拉力时此V形索线变形过大或破坏时将为支座提供的竖向拉力约为89KN，水平恢复力约为22KN。则四根此钢绞线可为支座提供的最大竖向拉力372KN，提供的水平恢复力之和约为44KN。支座主体将额外增加约5.3MPa的抗拉能力。当支座剪切位移达150mm时，沿水平地震作用方向的导轨上的滑块将滑动到限位挡板处，此时若支座继续发生剪切变形，绞线将变为斜向受拉，为支座提供水平恢复力，限制支座继续大变形；垂直水平地震作用方向的导轨上的滑块将不发生滑动，但随着剪切位移的增加，该方向的索线为支座提供的水平恢复力也将增加。
本实施例的工作原理为：在任意方向地震作用下，橡胶支座发生剪切位移时，沿剪切位移方向的导轨内的滑块在滑动腔体内滑动，滑块与拉环之间的V形索线将保持竖直V形状态，若有拉应力则索线提供拉力；垂直剪切位移方向的导轨内的滑块将不再滑动，滑块与拉环之间的V形索线不发生伸长变形，若支座受拉则V形索线将伸长，可为支座提供竖向拉力和水平恢复力。当支座在发生水平大剪切位移时，沿剪切位移方向的导轨内的滑块滑动到限位挡板时将不再滑动，若支座继续产生变形则索线将斜向受拉，限制支座继续变形；垂直剪切位移方向的导轨内的滑块将不滑动，并为支座提供竖向拉力和水平恢复力，提高了支座主体的抗拉与限制大变形功能，可提高建筑结构在多维地震以及风荷载作用下的抗拉拔抗倾覆能力。
Claims (7)
1.一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：包括上连接板(1)、下连接板(2)、支座主体(3)、下导轨(4)、上拉环(5)、滑块(6)、限位挡板(7)、索线(8)；下导轨(4)和下连接板(2)连接，上拉环(5)焊接于上连接板(1)，导轨内设置有滑动腔体(9)，滑块(6)在滑动腔体(9)内沿导轨滑动，滑动腔体(9)的两端设置有限位挡板(7)，索线(8)两端固定在上拉环(5)，并穿过滑块(6)上的光滑拉环(11)，索线(8)呈V形，与支座主体(3)并联；所述下导轨(4)沿地震作用的两个主轴方向布置，与水平地震作用方向相同的导轨(4)上的滑块(6)将沿导轨(4)滑动，索线(8)保持竖直V形，从而为支座在任意设计剪切位移下提供相同的竖向拉力；同时，与水平地震作用方向垂直的导轨(4)上的滑块(6)将保持不动，索线(8)变为非对称V形，从而为支座提供一定的竖向拉力和水平恢复力。
2.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：上拉环(5)位置根据支座主体(3)高度变化确定，从而使滑块(6)移动轨迹近似满足以两上拉环(5)为焦点的椭圆轨迹。
3.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：当支座发生水平大变形，滑块移动到限位挡板时，V形索线将变为斜向V形受拉，可限制支座发生更大变形。
4.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：所述下导轨(4)与下连接板(2)之间为螺栓连接或焊接。
5.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：所述滑块(6)两端设置有钢质滚轮(10)，滑块(6)与滑动腔体(9)之间为滚动摩擦，或滑动腔体(9)与滑块(6)之间设置有光滑材料，滑块(6)与滑动腔体(9)之间为滑动摩擦。
6.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：所述下导轨(4)和上拉环(5)可变为上导轨和下拉环，因此索线(8)呈V形或倒V形；所述索线(8)材质为钢绞线或形状记忆合金绞线。
7.根据权利要求1所述的一种导轨与V形索线组合的抗拉与限位隔震装置，其特征在于：连接所述滑块(6)和索线(8)的光滑拉环(11)能够用摩擦力较小的滑轮代替。
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