CN105350678A - 一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑工程、桥梁工程隔震技术领域，具体涉及一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，包括水平隔震构件、过渡钢结构平台、竖向隔震构件，所述水平隔震构件、竖向隔震构件分别设置于过渡钢结构平台的顶部和底部，还包括竖向阻尼元件、竖向静态支撑，所述竖向阻尼元件、竖向静态支撑均设置于过渡钢结构平台的底部，且与竖向隔震构件平行设置，该装置在水平方向、竖向均能起到隔震功能，在水平及竖向隔震相互解耦，互不牵连，安全性高；竖向阻尼构件可通过消能进一步减轻竖向地震作用，竖向静态支撑可以提供较大的竖向静态抗压刚度，同时可以提供在竖向地震时一定的抗拉强度，保证了上部结构的安全性，制作简便、施工安装、维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程、桥梁工程隔震技术领域，具体涉及一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置。
背景技术
叠层橡胶隔震技术对减轻水平地震给建筑、桥梁结构带来的破坏具有重要的作用，其具有良好的水平变形能力和耗能效果，应用于建筑、桥梁隔震层中能有效地隔阻地震的水平振动对建筑、桥梁的破坏，并在近年来的多次实际地震中得到了很好的考验。但叠层橡胶隔震支座的缺点是其在竖向不具有减震功能，从历次大地震所测到的地震记录来看，竖向地震在整个地震能量中占有不少份量，如何解决竖向隔震，尤其是对一些特重要的建筑物、桥梁及重要设备仪器设备的竖向隔震领域，一直是困扰整个隔震界的重大难题。
竖向隔震如果需要较好的隔震效果，则需要较小的竖向动刚度，但对于支座上部较大的重量而言，为安全起见，一般需要较大的竖向静刚度，对三维隔震支座而言，其竖向隔震支座呈现一个比较矛盾的概念，既需要较大的竖向静刚度大，又需要较小的竖向动刚度，如何解决此问题，成为三维隔震支座发展的一个重要瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种不仅在水平方向能够起到隔震功能，同时在竖向也能起到隔震功能，并能提供较大的竖向静刚度、较小的竖向动刚度的一种新型三维隔震装置。
本发明通过以下技术方案实现该目的：
一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，包括水平隔震构件、过渡钢结构平台、竖向隔震构件，所述水平隔震构件、竖向隔震构件分别设置于过渡钢结构平台的顶部和底部，还包括竖向阻尼元件、竖向静态支撑，所述竖向阻尼元件、竖向静态支撑均设置于过渡钢结构平台的底部，且与所述竖向隔震构件平行设置。
进一步的，所述竖向隔震构件包括多个，间隔设置于过渡钢结构平台的底部。
作为优选的，所述竖向隔震构件的数量为三个，所述三个竖向隔震构件之间相互呈120°夹角。
进一步的，所述竖向阻尼元件、竖向静态支撑包括多个，间隔设置于过渡钢结构平台的底部。
其中，所述竖向阻尼元件包括可伸缩的阻尼元件本体、上阻尼连接板、下阻尼连接板，所述阻尼元件本体的两端分别设置有上销钉、下销钉，所述上销钉与上阻尼连接板可转动连接，所述下销钉与下阻尼连接板可转动连接。
其中，所述竖向静态支撑包括套接设置的外筒和内筒，所述内筒的自由端伸入外筒的内部，且具有一定的自由伸缩空间，所述内筒上设置有用于防止外筒和内筒过度挤压的抗压销钉、以及用于防止外筒和内筒过度拉伸的抗拉销钉，所述外筒上设置有用于容置抗压销钉的一端开口的挤压槽、以及用于容置抗拉销钉的两端封闭的滑槽。
其中，所述抗压销钉包括设置于中间的第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别设置有实心圆柱体，所述抗拉销钉包括设置于中间的第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别设置有楔形圆柱体，在挤压状态下，所述实心圆柱体与挤压槽的封闭端抵接，在拉伸状态下，所述楔形圆柱体的斜楔面的背部与滑槽的下端抵接。
其中，所述竖向隔震构件包括顶部开口的外套筒，所述外套筒内部设置有中导向杆，一内套筒穿过该中导向杆并套设在外套筒的内部，所述外套筒内部还设置有厚层橡胶支座，所述厚层橡胶支座环绕套设在中导向杆的外周。
进一步的，所述外套筒的底部还设置有用于固定所述中导向杆的内底板，所述中导向杆的端部设置有用于阻挡所述内套筒的紧固螺栓，所述厚层橡胶支座与外套筒的内壁之间留有空隙。
其中，所述水平隔震构件包括一隔震支座，所述隔震支座的顶部、底部分别设置有上连接板、下连接板；所述过渡钢结构平台包括平行设置的上平台板、下平台板，还包括设置在所述上平台板与下平台板之间的隔震支撑板，所述隔震支撑板上间隔设置有若干加强筋。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置不仅在水平方向能够起到隔震功能，同时在竖向也能起到隔震功能，另外其在水平及竖向隔震相互解耦，互不牵连，安全性高。
2、本发明的的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置采用厚层橡胶支座，在竖向运动时具有较小竖向刚度，从而有利于延长上部结构的竖向周期，减小地震作用，同时所述竖向阻尼构件可以通过消能进一步减轻竖向地震作用，保证了上部结构的安全性。
3、竖向隔震构件中外套筒与内套筒相对滑动、中间导向杆与内套筒之间的相对滑动对其内部的减震支座形成了很好的导向功能，保证竖向隔震构件的稳定性。
4、在仅有竖向荷载或遇到竖向超大地震时，竖向隔震构件中的厚层橡胶支座由于被限制在一个被约束的三维环境中，在竖向被完全压缩时，会提供较大的竖向抗压刚度，保证了上部结构的安全性。
5、本发明的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置制作简便、施工安装、维护方便。
附图说明
图1为本发明的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置的结构示意图。
图2为本发明的竖向阻尼元件的结构示意图。
图3为本发明的竖向静态支撑的结构示意图。
图4为本发明的抗压销钉的结构示意图。
图5为本发明的抗拉销钉的结构示意图。
图6为本发明的竖向隔震构件剖视图。
图7为本发明的水平隔震构件的结构示意图。
图8为本发明的过渡钢结构平台的结构示意图。
图中：1-水平隔震构件，11-隔震支座，12-上连接板，13-下连接板，2-过渡钢结构平台，21-上平台板，22-下平台板，23-隔震支撑板，3-竖向隔震构件，31-外套筒，32-中导向杆，33-内套筒，34-厚层橡胶支座，35-内底板，36-紧固螺栓，4-竖向阻尼元件，41-阻尼元件本体，42-上阻尼连接板，43-下阻尼连接板，44-上销钉，45-下销钉，5-竖向静态支撑，51-外筒，52-内筒，53-自由伸缩空间，54-抗压销钉，541-第一弹簧，542-实心圆柱体，55-抗拉销钉，551-第二弹簧，552-楔形圆柱体，56-挤压槽，57-滑槽。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1。
如图1所示，本实施例的一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，包括水平隔震构件1、过渡钢结构平台2、竖向隔震构件3，所述水平隔震构件1、竖向隔震构件3分别设置于过渡钢结构平台2的顶部和底部，还包括竖向阻尼元件4、竖向静态支撑5，所述竖向阻尼元件4、竖向静态支撑5均设置于过渡钢结构平台2的底部，且与所述竖向隔震构件3平行设置。
本实施例的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置不仅在水平方向能够起到隔震功能，同时在竖向也能起到隔震功能，另外其在水平及竖向隔震相互解耦，互不牵连，安全性高；所述厚层橡胶支座34在竖向运动时具有较小竖向刚度，从而有利于延长上部结构的竖向周期，减小地震作用，而且在仅有竖向荷载或遇到竖向超大地震时，竖向隔震构件3中的厚层橡胶支座34由于被限制在一个被约束的三维环境中，在竖向被完全压缩时，会提供较大的竖向抗压刚度，保证了上部结构的安全性；所述竖向阻尼构件可以通过消能进一步减轻竖向地震作用，保证了上部结构的安全性；竖向隔震构件3中外套筒31与内套筒33相对滑动、中间导向杆与内套筒33之间的相对滑动对其内部的减震支座形成了很好的导向功能，保证竖向隔震构件3的稳定性；该新型三维隔震装置具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置制作简便、施工安装、维护方便。
进一步的，所述竖向隔震构件3的数量为三个，间隔设置于过渡钢结构平台2的底部，所述三个竖向隔震构件3之间相互呈120°夹角，稳定性高。
如图2所示，所述竖向阻尼元件4包括可伸缩的阻尼元件本体41、上阻尼连接板42、下阻尼连接板43，所述阻尼元件本体41的两端分别设置有上销钉44、下销钉45，所述上销钉44与上阻尼连接板42可转动连接，所述下销钉45与下阻尼连接板43可转动连接，所述的竖向阻尼构件通过其上阻尼连接板42与过渡钢结构平台2的下平台板22相连，底部通过其下阻尼连接板43与隔震层底部结构相连，在发生竖向地震时可以提供一定的阻尼耗能功能。
如图3所示，所述竖向静态支撑5包括套接设置的外筒51和内筒52，所述内筒52的自由端伸入外筒51的内部，且具有一定的自由伸缩空间53，所述内筒52上设置有用于防止外筒51和内筒52过度挤压的抗压销钉54、以及用于防止外筒51和内筒52过度拉伸的抗拉销钉55，所述外筒51上设置有用于容置抗压销钉54的一端开口的挤压槽56、以及用于容置抗拉销钉55的两端封闭的滑槽57。所述竖向静态支撑5可以提供较大的竖向静态抗压刚度，同时可以提供在竖向地震时一定的抗拉强度，保证了上部结构的安全性。
如图4-5所示，所述抗压销钉54包括设置于中间的第一弹簧541，所述第一弹簧541的两端分别设置有实心圆柱体542，所述抗拉销钉55包括设置于中间的第二弹簧551，所述第二弹簧551的两端分别设置有楔形圆柱体552，所述第一弹簧541在平时处于受拉状态，所述两个实心圆柱体542分别与对应侧的挤压槽56的封闭端抵接，阻止所述竖向静态支撑5进一步的挤压，所述第二弹簧551在平时处于自然状态，所述楔形圆柱体552的斜楔面向上，所述滑槽57的上端设置有所述斜楔面对应的斜面；所述竖向静态支撑5受到拉伸时，所述第一弹簧541恢复自然状态，所述第二弹簧551处于受拉状态，所述两个楔形圆柱体552的斜楔面的背部与滑槽57的下端抵接，阻止所述竖向静态支撑5进一步的拉伸。
在发生竖向地震时，当过渡钢结构平台2带动竖向静态支撑5的外筒51有非常小的竖向向上运动时，由于抗压销钉54中间的第一弹簧541平时处于受拉状态，此时瞬间将会把抗压销钉54两端的实心圆柱拉回内筒52的内部，不再阻挡外筒51与内筒52的相对运动，外筒51将在上部压力作用下向下运动，此时，竖向隔震构件3发挥竖向隔震的功能，此时由于抗拉销钉55的楔形圆柱体552具有一斜楔面，且外筒51在与抗拉销钉55相对的滑槽57上端部设置了斜面切口，不会妨碍竖向隔震构件3的向下运动；但当竖向隔震构件3向上运动过大时，为了保证整个上部隔震结构的安全，竖向静态支撑5的抗拉销钉55将会起到一定的限制作用，阻止外筒51与内筒52的进一步相对运动。
在地震结束后，如果支座没有破坏，可以将钢结构转换平台向上顶起，将竖向静态支撑5中抗压销钉54两端的实心圆柱拔出，并下降钢结构转换平台，从上部将竖向静态支撑5的外筒51压住，支座重新回到原来的状态。
如图6所示，所述竖向隔震构件3包括顶部开口的外套筒31，所述外套筒31内部设置有中导向杆32，一内套筒33穿过该中导向杆32并套设在外套筒31的内部，所述外套筒31内部还设置有厚层橡胶支座34，所述厚层橡胶支座34环绕套设在中导向杆32的外周。
进一步的，所述外套筒31的底部还设置有用于固定所述中导向杆32的内底板35，所述中导向杆32的端部设置有用于阻挡所述内套筒33的紧固螺栓36，所述厚层橡胶支座34与外套筒31的内壁之间留有空隙。
如图7-8所示，所述水平隔震构件1包括一隔震支座11，所述隔震支座11的顶部、底部分别设置有上连接板12、下连接板13；所述过渡钢结构平台2包括平行设置的上平台板21、下平台板22，还包括设置在所述上平台板21与下平台板22之间的隔震支撑板23，所述隔震支撑板23上间隔设置有若干加强筋。
其中，所述上连接板12用于与隔震层顶部结构相连，所述下连接板13与上平台板21连接，所述下平台板22与竖向隔震构件3的内套筒33的顶部连接，所述竖向隔震构件3外套筒31可是圆形或是方形，与外套筒31对应配合的内套筒33是圆形或是方形；所述的水平隔震构件1的隔震支座11可以是橡胶隔震支座11或弹性滑板支座或刚性滑板支座或摩擦摆支座，水平隔震构件1形状是圆形或是方形；所述渡钢结构平台形状是三角形或矩形或多边形。
实施例2。
本实施例与实施例1的区别在于：所述竖向隔震构件3包括多个，分别间隔设置于过渡钢结构平台2的底部，所述竖向阻尼元件4、竖向静态支撑5包括多个，间隔设置于过渡钢结构平台2的底部，所述竖向静态支撑5可以提供较大的竖向静态抗压刚度，同时可以提供在竖向地震时一定的抗拉强度，保证了上部结构的安全性，进一步提高竖向阻尼及竖向静态支撑5的稳定性。
本实施例的其它技术特征同实施例1，在此不再进行赘述。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，包括水平隔震构件、过渡钢结构平台、竖向隔震构件，所述水平隔震构件、竖向隔震构件分别设置于过渡钢结构平台的顶部和底部，其特征在于：还包括竖向阻尼元件、竖向静态支撑，所述竖向阻尼元件、竖向静态支撑均设置于过渡钢结构平台的底部，且与所述竖向隔震构件平行设置。
2.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向隔震构件包括多个，间隔设置于过渡钢结构平台的底部。
3.根据权利要求2所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向隔震构件的数量为三个，所述三个竖向隔震构件之间相互呈120°夹角。
4.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向阻尼元件、竖向静态支撑包括多个，间隔设置于过渡钢结构平台的底部。
5.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向阻尼元件包括可伸缩的阻尼元件本体、上阻尼连接板、下阻尼连接板，所述阻尼元件本体的两端分别设置有上销钉、下销钉，所述上销钉与上阻尼连接板可转动连接，所述下销钉与下阻尼连接板可转动连接。
6.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向静态支撑包括套接设置的外筒和内筒，所述内筒的自由端伸入外筒的内部，且具有一定的自由伸缩空间，所述内筒上设置有用于防止外筒和内筒过度挤压的抗压销钉、以及用于防止外筒和内筒过度拉伸的抗拉销钉，所述外筒上设置有用于容置抗压销钉的一端开口的挤压槽、以及用于容置抗拉销钉的两端封闭的滑槽。
7.根据权利要求6所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述抗压销钉包括设置于中间的第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别设置有实心圆柱体，所述抗拉销钉包括设置于中间的第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别设置有楔形圆柱体，在挤压状态下，所述实心圆柱体与挤压槽的封闭端抵接，在拉伸状态下，所述楔形圆柱体的斜楔面的背部与滑槽的下端抵接。
8.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述竖向隔震构件包括顶部开口的外套筒，所述外套筒内部设置有中导向杆，一内套筒穿过该中导向杆并套设在外套筒的内部，所述外套筒内部还设置有厚层橡胶支座，所述厚层橡胶支座环绕套设在中导向杆的外周。
9.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述外套筒的底部还设置有用于固定所述中导向杆的内底板，所述中导向杆的端部设置有用于阻挡所述内套筒的紧固螺栓，所述厚层橡胶支座与外套筒的内壁之间留有空隙。
10.根据权利要求1所述的具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置，其特征在于：所述水平隔震构件包括一隔震支座，所述隔震支座的顶部、底部分别设置有上连接板、下连接板；所述过渡钢结构平台包括平行设置的上平台板、下平台板，还包括设置在所述上平台板与下平台板之间的隔震支撑板，所述隔震支撑板上间隔设置有若干加强筋。
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