CN105442436A - 一种双向变曲率摩擦摆隔震支座 - Google Patents
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Abstract
一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，属于隔震技术领域。主要包括上支座底板、下支座底板、上金属滑板、下金属滑板、上滑动摩擦板、下滑动摩擦板、上滑块、下滑块、上滑块容腔和下滑块容腔与限位板；旨在提高地震动作用下大型工程结构的隔震性能，在总结大型隔震工程结构基础上，该专利控制滑动摩擦板的等效应力，避免应力过度集中，提高滑动摩擦复合材料的工作性能，解决了变曲率摩擦隔震工程结构问题。本发明与传统的隔震支座相比，构造简单，传力路径明确，抗拉拔性能好，耐久性好，竖向承载力较大，自复位功能强，隔震效果好，适用于重大隔震工程结构。
Description
技术领域：
本发明专利属于工程结构振动控制技术领域，涉及一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，旨在提高地震动作用下大型工程结构的隔震性能，主要用于桥梁工程、核电站工程、大型压力容器、一些高层建筑以及高耸结构等重大实际工程结构。
背景技术：
自从于1985年由美国的Zayas等提出摩擦摆隔震支座(FPB/FPS)，摩擦摆隔震因其具有较强的自限位功能、自复位能力，抗平扭能力，造价较低，经久耐用，施工简单，优良的隔震以及耗能机制等优势，近二十余年来已被成功应用于桥梁工程、核电站工程、大型压力容器、一些高层建筑以及高耸结构等重大工程结构。
进入21世纪以来，全球连续发生了一系列造成巨大灾难的大地震。最典型的就是2004年印尼8.7级地震，2008年5月中国汶川8.0级地震和前不久的海地7.3级地震。据统计，我国仅内陆地区平均每年发生145次4级及以上的地震、20次5级及以上的地震、3～4次6级及以上的地震，平均每三年会发生两次7级及以上的地震。在现有的地震记录资料中，有两类地面运动被认为是特殊的，一类是近断层脉冲型，一类是远场软土场地上的类谐和型，经过场地土效应均会进一步放大地震动的长周期成分，从而使得固定隔震周期的工程结构发生类共振或共振现象。
FPB最大残余位移xmax由摩擦系数与滑道曲率半径决定，当xmax一定时，滑道曲率半径越大，隔震效果越好，相应地摩擦系数μ越小，但不宜消耗输入工程结构的能量；摩擦系数越大，滑道曲率半径越小，隔震效果越差，FPB滑道曲率半径可达到9m，即隔震周期为6s，但自复位功能较差。
综上所述，有必要开发隔震效果与自复位功能均优于FPB的变曲率摩擦摆隔震支座。
发明内容：
为了提高长周期地震动作用下隔震结构的安全性，有必要开发隔震效果与自复位功能均优于FPS的双向变曲率摩擦摆隔震系统，以满足地震动作用下重大工程结构抗震设计。
本发明提供了一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：主要包括上支座底板⑴、下支座底板⑵、上金属滑板⑶、下金属滑板⑷、上滑动摩擦板⑸、下滑动摩擦板⑹、上滑块⑺、下滑块⑻、上滑块容腔⑼和下滑块容腔⑽与限位板⑾；
上支座底板⑴的一面为平面，另一面为凹曲面；下支座底板⑵和上支座底板⑴结构一样；上滑块⑺为一柱体，柱体的侧面为凸曲面和半圆柱面对接，凸曲面的半径大于半圆柱面的半径；上滑块⑺和下滑块⑻结构相同；
滑块容腔指的是在立方体或长方体的一端面设有半圆柱凹槽，为上滑块容腔⑼，相对的另一端也设有半圆柱凹槽，为下滑块容腔⑽，上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽互相垂直。
上支座底板⑴凹曲面上电镀有一层上金属滑板⑶，上滑块⑺凸曲面嵌有上滑动摩擦板⑸，上支座底板⑴凹曲面通过上金属滑板⑶和上滑动摩擦板⑸与上滑块⑺凸曲面相连接，平衡位置处上支座底板⑴凹曲面的曲率半径和上滑块⑺凸曲面的曲率半径相同；上滑块⑺半圆柱面置于上滑块容腔⑼内，使得上滑块⑺可绕自身半圆柱轴心转动；下支座底板⑵凹曲面电镀有一层下金属滑板⑷，下滑块⑻凸曲面嵌有下滑动摩擦板⑹，下支座底板⑵凹曲面通过下金属滑板⑷和下滑动摩擦板⑹与下滑块⑻凸曲面相连接，平衡位置处下支座底板凹曲面的曲率半径和下滑块凸曲面的曲率半径相同；下滑块⑻半圆柱面置于下滑块容腔⑽内，使得下滑块⑻可绕自身半圆柱轴心转动。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，上金属滑板⑶或下金属滑板⑷为不锈钢板或镀铬钢板，不锈钢板厚度为4.5～6.5毫米；镀铬厚度不小于100微米。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹的复合材料为聚四氟乙烯、改性超高分子量聚乙烯或填充聚四氟乙烯。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，上金属滑板⑶或下金属滑板⑷与对应的上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹构成活动摩擦副，活动摩擦副摩擦系数范围0.02～0.08。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹嵌入上滑块⑺或下滑块⑻，并采用环氧树脂粘贴，其嵌入厚度范围1/3t～1/2t，t为上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹的厚度。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，在滑动过程中，上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹等效应力不超过滑动摩擦复合材料的设计极限强度。
上述双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：滑块容腔有效高度H范围为(L-2r)/2～(L-2r)，其中滑块容腔有效高度H指的是上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽底端与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽底端的距离，L为滑块容腔所在立方体或长方体的正方形端面的边长，也是滑块容腔半圆柱凹槽的长度，r为上滑块⑺或下滑块⑻半圆柱的半径。
上支座底板⑴和下支座底板凹曲面的两侧边均设有限位板⑾。
上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽的两端面分别设有滑块限位装置。
本发明的有益效果在于：
①该支座构造简单，传力路径明确，抗拉拔性能好，耐久性好，自复位功能强，隔震效果好，适用于重大隔震工程结构。
②通过滑块容腔转换方向以及控制滑动摩擦板的等效应力，实现变曲率摩擦摆双向隔震功能。
③该支座无无固定隔震周期，随着远离平衡位置，隔震周期不断延长，对不同工程结构和地震动特性均有效，适用于长周期地震动与短周期地震动。
③该支座竖向最大承载力400t，抗拉承载力100t。
附图说明：
图1变曲率摩擦摆隔震支座
图2为图1中A—A的剖面图
图3为图1中B—B的剖面图
图4为图1中C—C的剖面图
图5支座底板
图6滑块容腔
图7滑块；
图8储罐剖面图；
图9隔震支座布置图。
其中：1支座底板、2下支座底板、3上金属滑板、4下金属滑板、5上滑动摩擦板、6下滑动摩擦板、7上滑块、8下滑块、9上滑块容腔、10下滑块容腔、11限位板。
具体实施方式：
下面结合实施例对本方面做进一步说明，单本发明并不限于以下实施例。
实施例1
以某16×104m3液化天然气(简称LNG)储罐为例，对本发明专利做进一步说明。该LNG储罐外罐剖面图如图8所示，承台底板位于-1.2～±0.000m，±0.000m以上区域为外罐主体部分，筒身内侧半径为41m，壁厚为0.8m，储罐穹顶球半径为82m，厚度为0.4m，储罐外罐混凝土强度等级为C50。内罐直径为80m，沿高度方向分为12层，自下而上各层厚度如图8所示。外罐与内罐间隔为1m。LNG储罐内罐正常最大操作液位31.847m，设计液位34.760m。
双向变曲率摩擦摆隔震支座，其结构见附图1-7主要包括上支座底板1、下支座底板2、上金属滑板3、下金属滑板4、上滑动摩擦板5、下滑动摩擦板6、上滑块7、下滑块8、上滑块容腔9、下滑块容腔10与限位板11。
上支座底板1凹曲面与上滑块7凸曲面相接触，平衡位置处二者曲率半径相同，上支座底板1凹曲面电镀上金属滑板3，上滑块7凸曲面嵌有上滑动摩擦板5，上滑块7半圆柱面置于上滑块容腔9内，可绕上滑块7半圆柱轴心转动。下支座底板2凹曲面与下滑块8凸曲面相接触，平衡位置处二者曲率半径相同，下支座底板2凹曲面电镀下金属滑板4，下滑块8凸曲面嵌有下滑动摩擦板6，下滑块8半圆柱面置于下滑块容腔10内，可绕下滑块8半圆柱轴心转动。
上金属滑板3或下金属滑板4为镀铬钢板，镀铬厚度100微米。
上滑动摩擦板5或下滑动摩擦板6的复合材料为聚四氟乙烯。
上金属滑板3或下金属滑板4与上滑动摩擦板5或下滑动摩擦板6构成活动摩擦副，活动摩擦副摩擦系数0.04。
上滑动摩擦板5或下滑动摩擦板6的厚度9mm，嵌入上滑块⑺或下滑块⑻的厚度4mm，并采用进口ergo7200AB胶水环氧树脂强力结构胶粘贴。
在滑动过程中，上滑动摩擦板5或下滑动摩擦板6等效应力不超过60MPa。
滑块容腔端面边长L为500mm；滑块半径r为100mm；滑块容腔有效高度H为200mm。
一种双向变曲率摩擦摆隔震支座属于摩擦隔震装置，对于该装置预期性能如下所述：经数值仿真计算结果统计，LNG储罐的上部结构的峰值加速度仅有地震动峰值加速度的18％～25％，各个参数较其他类型隔震支座的隔震效果均有明显提高。
综上所述，仅为本发明的其中一种实施例，也可以用于其他类似双向变曲率摩擦摆隔震支座，例如锥形滑道函数的双向VCFPB、椭圆滑道函数的双向VCFPB、多项式滑道函数的双向VCFPB。凡是根据本发明技术实质对以上实例做的任何修改、变更或等效结构变化，例如增大滑动摩擦材料的厚度，降低等效应力，均应属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：主要包括上支座底板⑴、下支座底板⑵、上金属滑板⑶、下金属滑板⑷、上滑动摩擦板⑸、下滑动摩擦板⑹、上滑块⑺、下滑块⑻、上滑块容腔⑼、下滑块容腔⑽和限位板⑾；上支座底板⑴的一面为平面，另一面为凹曲面；下支座底板⑵和上支座底板⑴结构一样；上滑块⑺为一柱体，柱体的侧面为凸曲面和半圆柱面对接，凸曲面的半径大于半圆柱面的半径；上滑块⑺和下滑块⑻结构相同；
滑块容腔指的是在立方体或长方体的一端面设有半圆柱凹槽，为上滑块容腔⑼，相对的另一端也设有半圆柱凹槽，为下滑块容腔⑽，上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽互相垂直；
上支座底板⑴凹曲面上电镀有一层上金属滑板⑶，上滑块⑺凸曲面嵌有上滑动摩擦板⑸，上支座底板⑴凹曲面通过上金属滑板⑶和上滑动摩擦板⑸与上滑块⑺凸曲面相连接，平衡位置处上支座底板⑴凹曲面的曲率半径和上滑块⑺凸曲面的曲率半径相同；上滑块⑺半圆柱面置于上滑块容腔⑼内，使得上滑块⑺可绕自身半圆柱轴心转动；下支座底板⑵凹曲面电镀有一层下金属滑板⑷，下滑块⑻凸曲面嵌有下滑动摩擦板⑹，下支座底板⑵凹曲面通过下金属滑板⑷和下滑动摩擦板⑹与下滑块⑻凸曲面相连接，平衡位置处下支座底板凹曲面的曲率半径和下滑块凸曲面的曲率半径相同；下滑块⑻半圆柱面置于下滑块容腔⑽内，使得下滑块⑻可绕自身半圆柱轴心转动。
2.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上金属滑板⑶或下金属滑板⑷为不锈钢板或镀铬钢板，不锈钢板厚度为4.5～6.5毫米；镀铬厚度不小于100微米。
3.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹的复合材料为聚四氟乙烯、改性超高分子量聚乙烯或填充聚四氟乙烯。
4.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上金属滑板⑶或下金属滑板⑷与对应的上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹构成活动摩擦副，活动摩擦副摩擦系数范围0.02～0.08。
5.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹嵌入上滑块⑺或下滑块⑻，并采用环氧树脂粘贴，其嵌入厚度范围1/3t～1/2t，t为上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹的厚度。
6.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：在滑动过程中，上滑动摩擦板⑸或下滑动摩擦板⑹等效应力不超过滑动摩擦复合材料的设计极限强度。
7.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：滑块容腔有效高度H范围为(L-2r)/2～(L-2r)，其中滑块容腔有效高度H指的是上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽底端与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽底端的距离，L为滑块容腔所在立方体或长方体的正方形端面的边长，也是滑块容腔半圆柱凹槽的长度，r为上滑块⑺或下滑块半圆柱的半径。
8.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上支座底板⑴和下支座底板凹曲面的两侧边均设有限位板⑾。
9.按照权利要求1的一种双向变曲率摩擦摆隔震支座，其特征在于：上滑块容腔⑼的半圆柱凹槽与下滑块容腔⑽的半圆柱凹槽的两端面分别设有滑块限位装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20181009 Termination date: 20210518 |