CN104947830A - 一种叠层钢-铅支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叠层钢-铅支座，属于隔震技术领域。该支座主要由上、下盖板和上、下盖板间间隔叠放在一起的铅板和薄钢板构成。本发明中，叠层铅板中钢板对铅板提供环箍效应，使铅板在受压时板平面内径向膨胀变形受到限制，同时利用铅材优越塑性性能在水平方向变形时提供高效耗能能力。通过增加叠层铅板水平尺寸和数量，可轻易实现水平大变形目标。该支座具有较大的竖向承载力和竖向刚度，在水平方向具有稳定的耗能能力和大变形能力。

Description

一种叠层钢-铅支座

技术领域

本发明涉及支座，特别是一种叠层钢-铅支座，属于隔震技术领域。

背景技术

隔震技术是在建筑物底部与地基之间或支承结构与上部结构之间增加适当的缓冲物，使建筑物在受到地震波作用后的加速度反应大大减弱，同时让建筑物的位移主要由隔震系统承担，从而使建筑物在地震中产生的变形非常小，以达到防护目的。隔震元件有叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、砂垫层、石墨垫层、摩擦滑移支座及橡胶支座与摩擦滑移支座并联复合等。叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座为较常用的两种形式。叠层橡胶隔震支座属于钢板、橡胶复合而成的厚制品，一般规格较大，层数多，需要长时间硫化。硫化的要求也很高，加工不当会造成硫化程度不均、橡胶层厚度不均等，这样会造成支座的失稳。且普通叠层橡胶支座的阻尼效果并不理想，多与阻尼器一起使用，或者是加入铅芯构成铅芯橡胶支座来提高支座的耗能能力。但由于隔震结构在罕遇地震作用下隔震层的变形可高达350mm，一般的位移型阻尼器变形幅值远不能满足该技术指标；而铅芯橡胶支座又在叠层橡胶支座的基础上中间掏洞布置铅柱，加工工艺比叠层橡胶支座又复杂一些。

发明内容

基于上述缺陷，本发明提出了一种叠层钢-铅支座，用以解决现有的普通叠层橡胶支座不能满足高耗能能力的问题和普通阻尼器不能满足大变形幅值的问题。

本发明的技术方案如下：

一种叠层钢-铅支座，所述支座包括上、下盖板以及薄钢板，还包括铅板，所述铅板和薄钢板间隔叠层布置于上、下盖板之间，且上、下盖板内侧紧挨着的是铅板；所述铅板平面尺寸小于所述上、下盖板以及薄钢板的平面尺寸，且与所述铅板接触的上、下盖板以及薄钢板部分分别按铅板平面尺寸设置有第一凹槽和第二凹槽，所述铅板全部或大部分嵌在上、下盖板以及薄钢板中；同时，与所述铅板接触的所述上、下盖板和薄钢板的部位均通过喷砂或拉毛处理以提高表面摩擦系数，从而使铅板与上、下盖板以及薄钢板之间具有一定的粘结力。

进一步地，所述上、下盖板的角部设置有4个螺栓孔，以便采用连接螺栓与上、下部连接件连接。

进一步地，所述上、下盖板为钢板；所述铅板为预制切割铅板或现场灌注冷却成型铅板。

进一步地，所述上、下盖板以及薄钢板均采用Q235钢板；所述现场灌注冷却成型铅板采用纯度为99.99%的铅灌注。

进一步地，所述薄钢板以及铅板的形状为方形或圆形。

进一步地，所述铅板形状为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为500-700mm；所述薄钢板尺寸为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为550-750mm，所述上、下盖板形状为正方形，其边长尺寸为800-1000mm。

优选的，所述铅板形状为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为600mm；所述薄钢板尺寸为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为650mm，所述上、下盖板形状为正方形，其边长尺寸为900mm。

进一步地，所述铅板和薄钢板叠合在一起的总层数为30-60层，其总高度为300-700mm。

优选的，所述铅板和薄钢板叠合在一起的总层数为50层，其总高度为500mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 该支座主要由上、下盖板和上下盖板间间隔叠在一起的铅板和薄钢板构成；薄钢板的存在可产生环箍效应，使铅板在板平面内方向的变形受到约束，使支座具有较大的竖向承载力和竖向刚度。

2. 支座形式构造简单、美观、零件较少且能够工厂预制，精度有保证，能够减少施工误差。

3. 在结构结束使用功能之后，该支座拆卸方便，拆卸后可重复利用，经济合理。

4. 可通过铅片的剪切变形提供塑性耗能，避免了安装额外的阻尼器或在叠层橡胶垫中挖孔灌铅。

5．该支座可以通过很简单的方式提供大变形耗能能力，比如位移幅值达到350mm，这是大多数阻尼器或隔震支座不能解决的技术指标，现在在隔震结构中的阻尼部件一般采用粘滞阻尼器，其原因很大程度上是位移型阻尼器很难提供隔震层在极限位移下的变形。同时，本发明的叠层构造与目前市场上橡胶垫的构造一致，形状也可以与其保持一致，这样在工程中不用设计阻尼器的安装方案什么的，需要增加阻尼，直接把某些橡胶垫更换为铅垫就可以了，设计和施工都方便。

6.与叠层橡胶支座搭配使用可弥补橡胶支座提供阻尼不足的缺陷。

附图说明

图1为本发明叠层钢-铅支座的立面图；

图2为上下连接件连接的叠层钢-铅支座立面图；

图3为上盖板仰视图或下盖板俯视图；

图4为上、下盖板立面图；

图5为上、下盖板剖面图；

图6 为薄钢板俯（仰）视图；

图7 为薄钢板立面图；

图8 为薄钢板剖面图；

图9 为叠层钢-铅支座用临时贯通螺栓固定立面图；

图10 为上、下盖板上设置“门”型凹槽示意图；

图11为上、下盖板上设置“门”型凹槽剖面图；

图12为围板分解示意图；

图13为围板剖面图。

图中，1-上、下盖板；2-铅板；3-薄钢板；4-螺栓孔；5-连接螺栓；6-第一凹槽；7-第二凹槽；8-贯通螺栓；9-“门”型凹槽；10-围板。

具体实施方式

以下结合附图1-13对本发明做具体说明。

如图1所述，本发明的一种叠层钢-铅支座，包括上、下盖板1以及薄钢板3，其还包括铅板2，铅板2和薄钢板3间隔叠层布置于上、下盖板1之间，且上、下盖板1内侧紧挨着的是铅板2；所述铅板2平面尺寸小于所述上、下盖板1以及薄钢板3的平面尺寸，参见图3-8所示，与铅板2接触的上、下盖板1以及薄钢板3部分分别按铅板2平面尺寸设置有第一凹槽6和第二凹槽7，铅板2全部嵌在上、下盖板1以及薄钢板3中；同时，与铅板2接触的上、下盖板1和薄钢板3的部位均通过喷砂或拉毛处理以提高表面摩擦系数，从而使铅板2与上、下盖板1以及薄钢板3之间具有一定的粘结力。

上、下盖板1的角部设置有4个螺栓孔4，以便采用连接螺栓5与上、下部连接件连接。其中，上、下盖板1为Q235钢板，铅板2为预制切割铅板或现场灌注冷却成型铅板，而现场灌注冷却成型铅板采用纯度为99.99%的铅灌注。

铅板2形状为正方形，其边长尺寸为600mm；薄钢板3尺寸为正方形，其边长尺寸为650mm，上、下盖板1形状为正方形，其边长尺寸为900mm。铅板2和薄钢板3叠合在一起的总层数为50层，其总高度为500mm。

对于预制切割铅板来说，上述叠层钢-铅支座的组装方法，其具体步骤如下：

步骤一：场外预制切割铅板2，制作上、下盖板1以及薄钢板3，在上、下盖板1以及薄钢板3与铅板2对应部位分别设置第一凹槽6和第二凹槽7，并在上、下盖板1四角设置螺栓孔4；

步骤二：将下盖板1的第一凹槽6向上设置在台面上，在第一凹槽6内放置铅板2，然后在铅板2上对应第二凹槽7依次间隔层叠放置薄钢板3以及铅板2，使得铅板2全部或大部分对应嵌设在相应薄钢板3的第二凹槽7内，并保证最后一层设置的是铅板2；

步骤三：将上盖板1倒扣在最后一层铅板2上，使得最后一层铅板2全部或大部分嵌设在上盖板1对应的第一凹槽6内，形成支座；

步骤四：将上、下盖板1四角的螺栓孔4对齐，并采用临时的贯通螺栓8贯穿上、下螺栓孔4，将整个支座临时固定，见图9，直至使用时拆除所述贯通螺栓8并采用连接螺栓5将上、下盖板1与上、下部连接件连接，从而使支座安装到结构中。

对于现场灌注冷却成型铅板来说，上述叠层钢-铅支座的现场灌铅组装方法，其具体步骤如下：

步骤一：制作上、下盖板1以及薄钢板3，在上、下盖板1上设置第一凹槽6，在薄钢板3上设置第二凹槽7；

步骤二：制作组装模具：参见图10-13，在上、下盖板1上设置“门”型凹槽9，在“门”型凹槽9对应部位竖向插入三块围板10；所述围板10剖面成锯齿状，其锯齿状凸起部位对应罐铅位置用于形成铅板2，锯齿状凹进去部位对应将要插入的薄钢板3位置；其中两块平行的围板10对应嵌入第三块围板10中，用以防止罐铅时漏出；

步骤三：将这三块围板10分别对应好并插进上、下盖板1对应“门”型凹槽9后，用贯通螺栓将上、下盖板1的四个角部固定拧紧，将上、下盖板1以及模具构成的装置临时固定；

步骤四：将做好的薄钢板3插入围板10对应的凹进去的部位，就像抽屉原理一样；

步骤五：在安装同时即可准备将铅加热，使铅变为液体状；

步骤六：薄钢板3都插好后将该装置立起，即将上、下盖板1垂直于台面上，将薄钢板3插入端朝上，然后进行铅的浇灌，待铅冷却后即成为铅板2，并与薄钢板3形成为一整体；

步骤七：松开贯通螺栓8暂时把上盖板1拿开，把模具拆除，之后盖好上盖板1，再用贯通螺栓8固定上、下盖板1并夹紧，见图9；试验时把贯通螺栓8取下，再通过连接螺栓5与连接件相连即可。

为了验证支座的大位移以及耗能性能，对本发明的叠层钢-铅支座以及普通橡胶隔震支座进行加载试验，其中，为了具有可比性，本发明的普通橡胶隔震支座的薄钢板直径以及支座高度均与本实施例的叠层钢-铅支座参数一致。加载方案如表1所示：

表1 叠层钢-铅支座的加载工况

试验结果如下：

通过取滞回曲线的外包络线所包围的面积来计算叠层钢-铅支座的耗能。计算得的各工况下的耗能如表2所示：

表2  叠层钢-铅支座的耗能（Kn*m）

从实验结果可以看到，随着加载位移的增大，叠层钢-铅支座的耗能也越来越大，而对应的普通橡胶隔震支座的耗能较少，其在加载位移为350mm的情况下支座已经损坏。这说明了本发明的叠层钢-铅支座具有良好的大变形以及高耗能的特性，具有良好的发展前景。

以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (9)

1.一种叠层钢-铅支座，所述支座包括上、下盖板（1）以及薄钢板（3），其特征在于：还包括铅板（2），所述铅板（2）和薄钢板（3）间隔叠层布置于上、下盖板（1）之间，且上、下盖板（1）内侧紧挨着的是铅板（2）；所述铅板（2）平面尺寸小于所述上、下盖板（1）以及薄钢板（3）的平面尺寸，且与所述铅板（2）接触的上、下盖板（1）以及薄钢板（3）部分分别按铅板（2）平面尺寸设置有第一凹槽（6）和第二凹槽（7），所述铅板（2）全部或大部分嵌在上、下盖板（1）以及薄钢板（3）中；同时，与所述铅板（2）接触的所述上、下盖板（1）和薄钢板（3）的部位均通过喷砂或拉毛处理以提高表面摩擦系数，从而使铅板（2）与上、下盖板（1）以及薄钢板（3）之间具有一定的粘结力。

2.根据权利要求1所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述上、下盖板（1）的角部设置有4个螺栓孔（4），以便采用连接螺栓（5）与上、下部连接件连接。

3.根据权利要求1所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述上、下盖板（1）为钢板；所述铅板（2）为预制切割铅板或现场灌注冷却成型铅板。

4.根据权利要求3所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述上、下盖板（1）以及薄钢板（3）均采用Q235钢板；所述现场灌注冷却成型铅板采用纯度为99.99%的铅灌注。

5.根据权利要求1所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述薄钢板（3）以及铅板（2）的形状为方形或圆形。

6.根据权利要求5所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述铅板（2）形状为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为500-700mm；所述薄钢板（3）尺寸为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为550-750mm，所述上、下盖板（1）形状为正方形，其边长尺寸为800-1000mm。

7.根据权利要求6所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述铅板（2）形状为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为600mm；所述薄钢板（3）尺寸为正方形或圆形，其边长或直径尺寸为650mm，所述上、下盖板（1）形状为正方形，其边长尺寸为900mm。

8.根据权利要求1所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述铅板（2）和薄钢板（3）叠合在一起的总层数为30-60层，其总高度为300-700mm。

9.根据权利要求8所述的叠层钢-铅支座，其特征在于：所述铅板（2）和薄钢板（3）叠合在一起的总层数为50层，其总高度为500mm。