CN104781575A - 隔震装置 - Google Patents

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CN104781575A CN201380045382.3A CN201380045382A CN104781575A CN 104781575 A CN104781575 A CN 104781575A CN 201380045382 A CN201380045382 A CN 201380045382A CN 104781575 A CN104781575 A CN 104781575A
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河内山修
稻叶和则
金子修平
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Oiles Industry Co Ltd
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Oiles Industry Co Ltd
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Abstract

一种隔震装置(1)包括：连接到建筑物的上部构造的上部法兰板(2)；连接到下部构造的下部法兰板(3)；以及层叠橡胶体(7)，其设置在上部法兰板(2)和下部法兰板(3)之间，并具有橡胶弹性材料层(4)和刚性材料层(5)，两个材料层在垂直方向V上交替地层叠，其中，就刚性材料层(5)而言，靠近所述上部法兰板(2)设置的至少一个上部刚性材料层(21、22)和/或靠近所述下部法兰板(3)设置的至少一个下部刚性材料层(23、24)形成为使得其沿水平方向的长度比多个中间刚性材料层(25、26、27)中的相邻于所述至少一个刚性层的邻接中间刚性材料层(26、27)的长度长。

Description

隔震装置
技术领域
本发明涉及具有层叠橡胶体的隔震装置，用来对包括桥梁和诸如办公楼、独立式住宅以及仓库之类建筑物的结构实施地震隔离。
背景技术
例如，在专利文献1中，提出了一种层叠橡胶型的隔震装置，为了减缓层叠橡胶体靠近相应的上部法兰板和下部法兰板的那些部分出现的应力集中，其中，所述上部法兰板连接到建筑物的上部构造，而所述下部法兰板连接到建筑物的下部构造，该隔震装置包括层叠橡胶体，层叠橡胶体设置在上部法兰板和下部法兰板之间，并通过沿着垂直方向交替地层叠多个橡胶板层和多个沿水平方向延伸的钢板层来形成该层叠橡胶体，其中，多个橡胶板层的材料和厚度制成彼此相同，而这些橡胶板层的面积可做成不相同，由此，这些橡胶板层的刚性从层叠橡胶体的上端和下端朝向其中心部分逐渐地减小。
专利文献
专利文献1：JP-A-11-141180
发明内容
顺便要提及的是，对于具有层叠橡胶的隔震装置来说，在由于上部构造和下部构造之间的相对水平振动引起水平变形之时，可能在层叠橡胶体靠近相应的上部法兰板和下部法兰板的那些部分(圆角部分(fillet portions))处出现应力集中。因此，需要一种装置，其克服可造成弯曲失稳的上述应力集中，同时又要求隔震装置能够呈现其本质上固有的隔震功能。
鉴于上述的诸方面，设计了本发明，本发明的目的是提供隔震装置，其能够克服层叠橡胶体靠近相应的上部法兰板和下部法兰板的部分处出现的应力集中，该隔震装置能够呈现其本质上固有的隔震功能。
解决这些问题的方法
根据本发明的隔震装置包括：连接到建筑物的上部构造的上部法兰板；连接到下部构造的下部法兰板；层叠橡胶体，其设置在上部法兰板和下部法兰板之间，并具有橡胶弹性材料层和刚性材料层，两个材料层在垂直方向上交替地层叠，其中，刚性材料层包括靠近上部法兰板设置的至少一个上部刚性材料层、靠近所述下部法兰板设置的至少一个下部刚性材料层、以及沿垂直方向布置地设置在上部刚性材料层和下部刚性材料层之间的多个中间刚性材料层，以及其中，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个形成为使得其沿水平方向的长度比多个中间刚性材料层中的邻近于所述上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个的邻接中间刚性材料层的长度长，该邻接中间刚性材料层形成为在水平方向上的长度等于或短于中心侧的中间刚性材料层的长度，该中心侧的中间刚性材料层在垂直方向上比多个中间刚性材料层中的所述邻接中间刚性材料层更靠近中心侧。
根据本发明的隔震装置，特别是，由于上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个形成为使得其沿水平方向的长度比多个中间刚性材料层中的邻近于所述上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个的邻接中间刚性材料层的长度长，所以，能够克服在层叠橡胶体靠近相应的上部法兰板和下部法兰板的那些部分(圆角部分)处出现的应力集中。此外，由于邻接的中间刚性材料层形成为沿水平方向的长度等于或短于中心侧的中间刚性材料层的长度，该中心侧的中间刚性材料层在垂直方向上比多个中间刚性材料层中的邻近中间刚性材料层更靠近中心侧，该隔震装置能够呈现其本质上固有的振动隔离功能，而无需放大该装置，这样，它能够呈现装置本质上固有的重复出现的应力耐久性，还能够呈现关于扭转方向的隔震功能。
在根据本发明的隔震装置中，刚性材料层可包括多个上部刚性材料层，上部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，并具有沿水平方向彼此相等的长度。
在根据本发明的隔震装置中，刚性材料层可包括多个上部刚性材料层，这些上部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，多个上部刚性材料层中的最靠近所述上部法兰板设置的最上层刚性材料层可这样形成：其水平方向的长度大于除了所述多个上部刚性材料层中的最上层刚性材料层以外的其它上部刚性材料层的长度。根据如此的隔震装置，即使在层叠橡胶体发生水平变形过程中，在多个上部刚性材料层处也不大可能出现塑性变形，由此，能够稳定水平方向上的刚性，并消除基于圆角部分处应力集中出现的弯曲失稳等的可能性。
在根据本发明的隔震装置中，刚性材料层可包括多个下部刚性材料层，下部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，并具有沿水平方向彼此相等的长度。
在根据本发明的隔震装置中，刚性材料层可包括多个下部刚性材料层，这些下部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，多个下部刚性材料层中的最靠近所述下部法兰板设置的最下层刚性材料层可这样形成：其水平方向的长度大于除了多个下部刚性材料层中的最下层刚性材料层以外的其它下部刚性材料层的长度。根据如此的隔震装置，即使在层叠橡胶体发生水平变形过程中，在多个下部刚性材料层处也不大可能出现塑性变形，由此，能够稳定水平方向上的刚性，并消除基于圆角部分处应力集中出现的弯曲失稳等的可能性。
在根据本发明的隔震装置中，层叠橡胶体还可具有中空的圆柱形包覆层，该包覆层硫化地粘结到刚性材料层的外周缘上，并与橡胶弹性材料层形成一体，包覆层覆盖上部刚性材料层和下部刚性材料层中至少一个的包覆部分可沿着水平方向相对于覆盖中间刚性材料层的包覆层的包覆部分突伸出来。
在根据本发明的隔震装置中，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个可具有圆形的外周缘，该外周缘水平地位于多个中间刚性材料层的外周缘的外侧。
在根据本发明的隔震装置中，多个中间刚性材料层可具有圆形外周缘，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个的圆形外周缘的直径可大于多个中间刚性材料层的圆形外周缘的直径。
在根据本发明的隔震装置中，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个可具有多边形的外周缘，该外周缘水平地位于多个中间刚性材料层的外周缘外侧。
根据本发明的隔震装置还可包括：设置在层叠橡胶体内的至少一个柱状孔，以及设置在至少一个柱状孔内的振动能吸收体。
附图说明
图1是本发明一实施例的解释性剖视图；
图2是图1所示实施例的放大的解释性剖视图；
图3是图1所示实施例的主刚性材料层的解释性视图；
图4是图1所示实施例的放大的解释性剖视图；
图5是解释图1所示实施例的操作的示意图；
图6是本发明另一实施例的放大的解释性剖视图；以及
图7是本发明另一实施例的主刚性材料层的解释性视图。
具体实施方式
接下来，将参照附图中示出的优选实施例，对实施本发明的具体方式给出更加详细的描述。应该指出的是，本发明不局限于这些实施例。
在图1至4中，根据本发明实施例的隔震装置1由以下组成：连接到建筑物的上部构造的上部法兰板2；连接到由基础等构造组成的下部构造的下部法兰板3；层叠橡胶体7，其设置在上部法兰板2和下部法兰板3之间，并具有环形橡胶弹性材料层4和环形刚性材料层5，该环形橡胶弹性材料层4由天然橡胶或具有阻尼特性的高阻尼橡胶形成，两个材料层在垂直方向V上交替地层叠，以及圆柱形的包覆层6，其经硫化后粘结到刚性材料层5的外周缘16上，并与橡胶弹性材料层4形成一体；至少一个柱形孔，即，在该实施例中为柱形孔8，该柱形孔8设置在层叠橡胶体7内；设置在柱形孔8内的振动能吸收体9；以及一对盘形的封闭构件10和11，它们在振动能吸收体9的下表面和上表面上分别固定到上部法兰板2和下部法兰板3，以封闭柱形孔8。
除了层叠橡胶体7的内周表面12，柱形孔8还由上部封闭构件10的下表面13和下部封闭构件11的上表面14形成，柱形孔8设置在沿水平方向H的层叠橡胶体7的中心处。振动能吸收体9由铅、锌、锌合金或用热塑性树脂制造的塑料体形成，例如，圆柱形铅15，其致密地设置在柱形孔8内。该圆柱形铅15通过经受塑性变形来吸收振动能。
刚性材料层5包括：两个环形的上部刚性钢板21和22，它们用作为在垂直方向V上靠近上部法兰板2设置的至少一个上部刚性材料层；两个环形的下部刚性钢板23和24，它们用作为靠近下部法兰板3设置的至少一个下部刚性材料层；以及多个环形的中间刚性钢板25，它们用作为沿着垂直方向V设置在一方面是上部刚性钢板21和22以及另一方面是下部刚性钢板23和24这两方面之间的多个中间刚性材料层。上述的上部刚性钢板21和22、下部刚性钢板23和24，以及多个中间刚性钢板25均具有相同的轴线O。
上部刚性钢板21和22设置成沿着垂直方向V彼此并置，下部刚性钢板23和24设置成沿着垂直方向V彼此并置，而且上部刚性钢板21和22、下部刚性钢板23和24，以及多个中间刚性钢板25沿着垂直方向V分别布置在彼此相等的间距处并具有彼此相等的厚度。由于具有相同厚度的钢板等间距地布置，所以，橡胶弹性材料层4也以彼此相等的厚度等间距地布置。
用作为上部刚性钢板21和22中的最靠近上部法兰板2设置的最上层刚性材料层的上部刚性钢板21形成为在水平方向H上长度大于上部刚性钢板22的长度，该上部刚性钢板21的圆形外周缘31的直径大于上部刚性钢板22的圆形外周缘32的直径，并且上部刚性钢板21的圆形外周缘31水平地位于外周缘32的外侧。上部刚性钢板21的圆形外周缘31的直径和上部刚性钢板22的圆形外周缘32的直径大于多个中间刚性钢板25的圆形外周缘35的直径，并且前者水平地位于后者外侧。
用作为下部刚性钢板23和24中的最靠近下部法兰板3设置的最下层刚性材料层的下部刚性钢板23形成为在水平方向H上长度大于下部刚性钢板24的长度，该下部刚性钢板23的圆形外周缘33的直径大于下部刚性钢板24的圆形外周缘34的直径，并且下部刚性钢板23的圆形外周缘33水平地位于外周缘34的外侧。下部刚性钢板23的圆形外周缘33的直径和下部刚性钢板24的圆形外周缘34的直径大于多个中间刚性钢板25的圆形外周缘35的直径，并且前者水平地位于后者外侧。
在该实施例中，上部刚性钢板21和下部刚性钢板23彼此类似地形成，且上部刚性钢板22和下部刚性钢板24彼此类似地形成。在上述的刚性材料层5中，上部刚性钢板21和22均形成为在水平方向H上的长度大于一中间刚性钢板26的长度，该中间刚性钢板26用作为在多个中间刚性钢板25中与上部刚性钢板22相邻近的邻接中间刚性材料层，而下部刚性钢板23和24均形成为在水平方向H上的长度大于一中间刚性钢板27的长度，该中间刚性钢板27用作为在多个中间刚性钢板25中与下部刚性钢板24相邻近的邻接中间刚性材料层。
在该实施例中，多个中间刚性钢板25彼此相似地形成，由此，钢板25在水平方向H上具有彼此相同的长度，且每个中间刚性钢板26和27在水平方向H上相对于中间刚性钢板28具有相同的长度，所述中间刚性钢板28用作为中心侧的中间刚性的材料层，该材料层沿着垂直方向V比钢板26和27更靠近中心侧定位。应该指出的是，尽管在该实施例中多个中间刚性钢板25以彼此类似的方式形成，但取代该种布置，多个中间刚性钢板25可这样形成：例如，中间刚性钢板26和27形成为在水平方向H上的长度比中间刚性钢板28长度短，所述中间刚性钢板28沿着垂直方向V比中间刚性钢板26和27更靠近中心侧定位。
包覆层6包括大直径的环形包覆部分41、大直径的环形包覆部分42和环形包覆部分43，大直径的环形包覆部分41覆盖上部刚性钢板21和22，大直径的环形包覆部分42覆盖下部刚性钢板23和24，以及环形包覆部分43覆盖多个中间刚性钢板25。包覆部分41一体地连接到包覆部分43的上边缘，而包覆部分42一体地连接到包覆部分43的下边缘。包覆部分41和42在水平方向H上相对于包覆部分43突伸出来。
在制造隔震装置1的情形中，通过交替地堆叠橡胶弹性材料层4和刚性材料层5，首先形成层叠体，然后，将上部法兰板2和下部法兰板3分别设置在层叠体的上表面和下表面上，通过在压力之下在模具内硫化地粘结而使这些层彼此固定以制备层叠橡胶体7，在此之后，将铅压配到柱形孔8内，由此，在柱形孔8内形成圆柱形的柱形铅15。在压配铅的过程中，通过液压臂或类似的机构将铅压入柱形孔8内，于是，层叠橡胶体7将圆柱形的柱形铅15约束在柱形孔8内，而没有任何间隙。在铅压配之后，配装上封闭构件10和11。应该注意到，在通过在压力之下在模具内硫化地粘结来形成层叠橡胶体7的过程中，圆柱形的包覆层6以如下方式形成就足够了，即，包围住刚性的弹性材料层5的外围边缘16。
在以上描述的隔震装置1中，当下部构造由于发生地震或类似现象而沿水平方向H振动时，如图5所示，层叠橡胶体7在水平方向H上经受弹性变形，由此，上部构造在地震上与该构造的水平方向H的振动隔绝，并致使圆柱形的柱状铅15经受塑性变形，下部构造相对于上部构造的振动能被吸收掉，由此阻尼该振动。当层叠橡胶体7因此经受沿水平方向H的弹性变形时，中间刚性钢板28相对于中间刚性钢板27沿水平方向H1水平地位移，中间刚性钢板27相对于下部刚性钢板23和24沿水平方向H1水平地位移，以及，下部刚性钢板24相对于下部刚性钢板23沿水平方向H1水平地位移。在这个当口，由于下部刚性钢板23和24支承着中间刚性钢板25(主要是中间刚性钢板27)，在靠近下部法兰板3的层叠橡胶体7的压缩侧部分(圆角部分)处，不大可能出现应力集中，由此能够消除弯曲失稳的可能性，且多个中间刚性钢板25和具有足够横截面面积的橡胶弹性材料层4交替地层叠的那个部分(中间部分)能够使隔震装置呈现出其本质上所具有的隔震功能。此外，由于下部刚性钢板23即使在如此的弹性变形过程中也支承着下部刚性钢板24，所以，层叠橡胶体7的塑性变形和水平刚性可以更加稳定。上部刚性钢板21和22在与中间刚性钢板26和28的关系中，也以某种方式操作，该操作方式与在层叠橡胶体7弹性变形过程中的下部刚性钢板23和24的操作方式相同。
根据本实施例的隔震装置1，该装置由以下组成：连接到建筑物的上部构造的上部法兰板2；连接到下部构造的下部法兰板3；层叠橡胶体7，其设置在上部法兰板2和下部法兰板3之间，并具有橡胶弹性材料层4和刚性材料层5，两个材料层在垂直方向V上交替地层叠，其中，刚性材料层5包括上部刚性钢板21和22、下部刚性钢板23和24以及中间刚性钢板25，上部刚性钢板21和22用作为靠近上部法兰板2设置的至少一个上部刚性材料层，下部刚性钢板23和24用作为靠近下部法兰板3设置的至少一个下部刚性材料层，而中间刚性钢板25用作为沿着垂直方向V设置在一方面是上部刚性钢板21和22以及另一方面是下部刚性钢板23和24这两方面之间的多个中间刚性材料层。上部刚性钢板21和22以及下部刚性钢板23和24形成为在水平方向H上的长度大于中间刚性钢板26和27的长度，该中间刚性钢板26和27用作为多个中间刚性钢板25中的与这些钢板相邻的邻接中间刚性材料层，以及中间刚性钢板26和27形成为在水平方向H上的长度等于或短于中间刚性钢板28，该中间刚性钢板28用作为沿着垂直方向V比中间刚性钢板26和27更靠近中心侧定位的中心侧的中间刚性材料层。因此，在层叠橡胶体7靠近上部法兰板2和下部法兰板3中相应法兰板的那些部分(圆角部分)处，能克服应力集中，隔震装置能够呈现出其本质上固有的隔震功能而不需要放大该装置，这样，能够呈现装置本质上固有的重复出现的应力耐久性，还能够呈现关于扭转方向的隔震功能。
根据隔震装置1，刚性材料层5包括上部刚性钢板21和22，它们沿着垂直方向V设置成彼此并置，上部刚性钢板21用作为上部刚性钢板21和22中的最靠近上部法兰板2设置的最上层刚性材料层，该上部刚性钢板21形成为在水平方向H上的长度大于上部刚性钢板22的长度。因此，即使在层叠橡胶体7水平变形过程中，在多个上部刚性钢板21和22处也不大可能出现塑性变形，由此，能够稳定水平方向H上的刚性，并能够消除基于圆角部分处应力集中而出现的弯曲失稳等的可能性。
根据隔震装置1，刚性材料层5包括多个下部刚性钢板23和24，它们设置成沿着垂直方向V彼此并置，而下部刚性钢板23用作为下部刚性钢板23和24中的最靠近下部法兰板3设置最下层刚性材料层，该下部刚性钢板23形成为在水平方向H上的长度大于下部刚性钢板24的长度。因此，即使在层叠橡胶体7发生水平变形过程中，在多个下部环形刚性的钢板23和24处也不大可能发生塑性变形，由此，能够稳定水平方向H上的刚性，并能够消除基于圆角部分处应力集中而出现的弯曲失稳等的可能性。
如图6所示，应该指出的是，取代下部刚性钢板23和24，隔震装置1的刚性材料层5可包括下部刚性钢板53和54，该下部刚性钢板53和54用作为多个下部刚性材料层，它们沿着垂直方向V彼此并置，并具有在水平方向H上彼此相等的长度。此外，取代上部刚性钢板21和22，该刚性材料层5可包括多个上部刚性材料层(未示出)，它们沿着垂直方向V彼此并置，并与上述同样的方式具有在水平方向H上彼此相等的长度。
上部刚性钢板21和22以及下部刚性钢板23和24分别具有圆形的外周缘31和32以及33和34，但可替代地可具有多边形的外周缘55，如图7所示，它们水平地位于多个中间刚性钢板25的外周缘16的外侧。如上所述，外周缘16可以是圆形的外周缘，或可以是多边形的外周缘。在该情形中，包覆层可以具有多边形的管状形状。
本实施例中的隔震装置1具有振动能吸收体9，但也可省略掉该种结构布置，在该情形中，橡胶弹性材料层4和刚性材料层5中相应的一种可分别形成为盘状形状，层叠橡胶体7可形成为圆柱形的柱状形状。
附图标记的描述
1  隔震装置
2  上部法兰板
3  下部法兰板
4  橡胶弹性材料层
5  刚性材料层
6  包覆层
7  层叠橡胶体
9  振动能吸收体
21、22  上部刚性钢板
23、24、53、54  下部刚性钢板
25、26、27、28  中间刚性钢板

Claims (10)

1.一种隔震装置包括：连接到建筑物的上部构造的上部法兰板；连接到下部构造的下部法兰板；层叠橡胶体，其设置在上部法兰板和下部法兰板之间，并具有橡胶弹性材料层和刚性材料层，两个材料层在垂直方向上交替地层叠，
其中，刚性材料层包括靠近所述上部法兰板设置的至少一个上部刚性材料层、靠近所述下部法兰板设置的至少一个下部刚性材料层、以及沿垂直方向布置地设置在上部刚性材料层和下部刚性材料层之间的多个中间刚性材料层，以及
其中，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个形成为使得其沿水平方向的长度比多个中间刚性材料层中的相邻于所述上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个的邻接中间刚性材料层的长度长，该邻接中间刚性材料层形成为在水平方向上的长度等于或短于中心侧的中间刚性材料层的长度，该中心侧的中间刚性材料层在垂直方向上比多个中间刚性材料层中的所述邻接中间刚性材料层更靠近中心侧。
2.如权利要求1所述的隔震装置，其特征在于，所述刚性材料层包括多个上部刚性材料层，上部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，并具有沿水平方向彼此相等的长度。
3.如权利要求1所述的隔震装置，其特征在于，所述刚性材料层包括多个上部刚性材料层，这些上部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，多个上部刚性材料层中的最靠近所述上部法兰板设置的最上层刚性材料层可这样形成：其水平方向的长度大于除了所述多个上部刚性材料层中的最上层刚性材料层以外的其它上部刚性材料层的长度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的隔震装置，其特征在于，所述刚性材料层包括多个下部刚性材料层，下部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，并具有沿水平方向彼此相等的长度。
5.如权利要求1至3中任一项所述的隔震装置，其特征在于，所述刚性材料层包括多个下部刚性材料层，这些下部刚性材料层设置成沿垂直方向彼此并置，多个下部刚性材料层中的最靠近所述下部法兰板设置的最下层刚性材料层可这样形成：其水平方向的长度大于除了多个下部刚性材料层中的最下层刚性材料层以外的其它下部刚性材料层的长度。
6.如权利要求1至5中任一项所述的隔震装置，其特征在于，所述层叠橡胶体还具有中空的圆柱形包覆层，该包覆层硫化地粘结到刚性材料层的外周缘上，并与橡胶弹性材料层形成一体，包覆层覆盖上部刚性材料层和下部刚性材料层中至少一个的包覆部分沿着水平方向相对于覆盖中间刚性材料层的包覆层的包覆部分突伸出来。
7.如权利要求1至6中任一项所述的隔震装置，其特征在于，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个具有圆形的外周缘，该外周缘水平地位于多个中间刚性材料层的外周缘的外侧。
8.如权利要求7所述的隔震装置，其特征在于，多个中间刚性材料层具有圆形外周缘，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个的圆形外周缘的直径大于多个中间刚性材料层的圆形外周缘的直径。
9.如权利要求1至6中任一项所述的隔震装置，其特征在于，上部刚性材料层和下部刚性材料层中的至少一个具有多边形的外周缘，该外周缘水平地位于多个中间刚性材料层的外周缘外侧。
10.如权利要求1至9中任一项所述的隔震装置，其特征在于，还包括：设置在所述层叠橡胶体内的至少一个柱状孔，以及设置在至少一个柱状孔内的振动能吸收体。
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