CN106013917A - 工程用三维调心隔震、抗震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程用三维调心隔震、抗震支座，它包括自上而下平行设置的第一板、第二板和第三板；其中，第一板的下表面设置有第一插接板和第一缓冲组件，第一插接板的下表面为弓背朝下的弧形面，并在第一插接板的弧形面内镶嵌有钢球滚子，且钢球滚子的最低端露出第一插接板的外侧，所述第一插接板下端面通过钢球滚子与第二板滚动配合且是弧形路径；在两两第一插接板之间为第一滚子凹槽；第二板与第三板之间的配合关系与上述的类似，并设置安全销和密封套筒。本发明中三个板之间的相对运动为弧形，具有一定的调心功能，能够满足动态平衡的要求，且在调心的过程中通过重力势能的转换，能够有效的消耗振动能，减震效果明显。

Description

工程用三维调心隔震、抗震支座

技术领域

该发明涉及建筑、交通桥梁技术领域中使用的抗震支座，具体地说是一种具有优良抗震性能的工程用三维调心隔震、抗震支座。

背景技术

地震给各种建筑结构、高架桥梁带来严重破坏。隔震技术是近三十年来抗震领域发展较快的且不断完善的一门技术，目前主要应用于建筑、桥梁领域。

在震级较大或某些原因下结构“硬抗”已经难以满足预期的防震要求时，采用隔震技术减小结构的输入地震能量，能够达到很好的效果。隔震的本质作用是使结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，隔断地震能量的传播途径，使输入到房屋结构上的地震力和能量减少，从而减小上部结构的地震反应，达到预期的设防要求。

这种分离或解耦是通过在工程结构的特定部位设置隔震层，设置隔震器、阻尼器或其他附属装置，以以延长整个结构体系的自振周期，增大结构阻尼，从而使结构在地震作用下的动力反应(加速度、速度、位移)得到合理控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装修等地安全和处于正常的使用环境。

按耗能减震原理的不同，隔震类型包括叠层橡胶支座隔震、铅芯橡胶支座隔震、滚珠(或滚轴)隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震等。

以叠层橡胶支座为例，就是通过设置多层的橡胶层，起到缓冲冲击力的作用，但是并不能从根本上解决上述的问题。

为此大部分的制作依然从增加弹性力量出发，研制新型的新型制作，例如中国专利申请CN102839751B中公开的支座，就是通过增加竖向设置的蝶形弹簧来减缓抗震的。这种结构的制作对于竖直方向上的冲击力具有较好的分解效果，但是对于水平方向上的分解效果不明显。

申请人通过研究发现，对于地震中水平冲击力和竖直方向冲击力的抗震机理不同，其中，竖直方向冲击力的抗震机理是通过建筑物、桥梁自身的自重并在竖直方向上产生微小的升降运动抵消掉的，利用的是重力势能做功机理，水平方向上的，目前利用的主要是弹性缓冲，例如中国专利CN203891201提供的一种支座，在水平方向上就设置有缓冲弹簧，通过弹簧对其进行缓冲，但是弹簧仅仅具有一定的缓冲性能，对于能量的消耗和吸收比较少，这样造成的结果就是建筑物或者桥梁依然会出现剧烈的、长时间的摇晃，减震效果并不理想。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供工程用三维调心隔震、抗震支座，用于房屋、桥梁、高铁基础工程中的抗震，要解决现有的抗震结构不能有效分解和消耗水平剪切力的问题，同时解决安装方便性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

工程用三维调心隔震、抗震支座，其特征在于，包括自上而下平行设置的第一板、第二板和第三板；

其中，在第一板的上表面设置有第一安装部，在第一板的下表面设置有第一插接板和第一缓冲组件，其中第一插接板为多个且等间距的固定在第一板的下侧，所述第一插接板上端与第一板彼此垂直；所述第一缓冲组件固定在第一插接板的两侧，且位于第一插接板阵列的两端；

所述第一插接板的下表面为弓背朝下的弧形面，并在第一插接板的弧形面内镶嵌有钢球滚子，且钢球滚子的最低端露出第一插接板的外侧，所述第一插接板下端面通过钢球滚子与第二板滚动配合且是弧形路径；在两两第一插接板之间的第一板的下表面设置有居中的第一滚子凹槽；

所述第三板上设置有第三插接板、第三缓冲组件和第二安装部，第三插接板和第一插接板结构相同，所述第三缓冲组件和第一缓冲组件结构相同，所述第三插接板为多个且等间距固定在第三板的上侧，

所述第三插接板的下表面为弓背朝下的弧形面，在第三插接板的弧形面内镶嵌有钢球滚子，且钢球滚子的最低端露出第三插接板的外侧，所述第三插接板下端面通过钢球滚子与第二板滚动配合且是弧形路径，在两两第三插接板之间的第一板的下表面中设置有居中的第三滚子凹槽；

在第二板的上表面表面设置有第二插接板、第二钢球滚子凹槽和第二缓冲组件，所述第二插接板、第二缓冲组件与所述第三插接板、第一缓冲组件结构相同，所述第二插接板和第一插接板之间进行连接插接连接并在侧面进行贴合；

在第二板的下表面设置有第四插接板、第四滚子凹槽和第四缓冲组件，所述第四插接板、第四缓冲组件与所述第一插接板、第三缓冲组件结构相同，所述第四插接板和第三插接板进行插接连接并在侧面进行贴合；

所述第二插接板和第四插接板彼此垂直设置；

所述第一滚子凹槽至第四滚子凹槽都是下凹的弧形凹槽；

在第一插接板至第四插接板的两侧镶嵌有等距离间隔设置的刹车片，中间为光滑部位，且光滑部位宽度等于刹车片的宽度；

所述第一插接板上的刹车片与第二插接板上的刹车片错位设置；所述第三插接板上的刹车片与第四插接板上的刹车片错位设置；并在第一板和第二板之间、以及第二板和第三板之间设置安全销和密封套筒。

进一步地，所述第一插接板为20厘米的钢板，第一插接板的尺寸为40厘米宽、10厘米高，两个相邻第一插接板的间隙为20毫米；所述第二插接板、第三插接板、第四插接板与第一插接板规格相同。

进一步地，所述第一缓冲组件包括自第一板向下延伸的突起，所述突起内侧固定一个板簧，所述板簧的两端通过固定销固定在突起上。

本发明的有益效果是：

1、三个板之间通过彼此交叉设置的插接板进行接触配合，且在插接板和三个板之间为钢球滚子配合，具有很好的滚动性能和导向性能，使得地震的初始阶段可以迅速启动，提高抗震效能的灵敏度，避免出现初期不振，后期突然启动的现象，提高抗震效果。

传统的支座，只有在地震强度达到一定数值情况下才会突然启动。

2、两两相邻的插接板之间通过间隔设置的刹车片进行配合，且是间断的，非连续的配合，在地震发生时，可以将地震的水平力的振幅进行分解，分解为高频低幅的振动，改变地震振动周期，有效的提高了抗震性能。

3、三个板之间通过彼此交叉设置的插接板进行接触配合，且在插接板和三个板之间为钢球滚子配合，在竖向上具有较好的刚度，可以承受较大的承载物。

4、为纯机械结构，能够满足长期免维护运营，且主要摩擦力发生在插接板之间的摩擦片处，摩擦片选用汽车刹车片，终身免维护。

5、三个板之间的相对运动为弧形，具有一定的调心功能，能够满足动态平衡的要求，且在调心的过程中通过重力势能的转换，能够有效的消耗振动能，减震效果明显。

附图说明

图1为专用工程用三维调心隔震、抗震支座的结构示意图。

图2为第一板的结构图。

图3为图1的侧视图。

图4为相邻插接板之间的初始加速状态展开图。

图5为相邻插接板之间的减速状态展开图。

图6为第一插接板的断面图。

图7为地震过程中相邻插接板之间的加速度。

图中：1第一板，11第一安装部，111聚四氟乙烯垫片，12第一插接板，121第一滚子凹槽，13第一缓冲组件，131突起，132板簧，2第二板，21第二插接板，22第二滚子凹槽，23第二缓冲组件，24第四插接板，25第四滚子凹槽，26第四缓冲组件，3第三板，31第三缓冲组件，32第二安装部，33第三插接板，331第三滚子凹槽，4钢球滚子，4’钢球滚子，5安全销，6密封套筒。

具体实施方式

如图1至图7所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下：

开发的是工程用三维调心隔震、抗震支座，下面详细的对专用工程用三维调心隔震、抗震支座进行详细的介绍：

专用工程用三维调心隔震、抗震支座，包括自上而下设置的第一板1、第二板2和第三板3。

其中，第一板1采用厚度至少为20毫米的钢板，并在第一板1的上表面设置有第一安装部11，两者之间焊接连接，第一安装部11用于和装配式房屋、桥梁横梁等构件进行连接，在第一板1的下表面设置有第一插接板12和第一缓冲组件13。其中第一插接板12为多个，均匀的焊接在第一板1的下侧。上述的第一插接板12采用厚度为20厘米的钢板，第一插接板12的尺寸为40厘米宽，10厘米高，第一插接板12上端与第一板1焊接连接，且两者之间是彼此垂直的关系，两个第一插接板12的间隙控制在20毫米，第一插接板12之间的平行度控制在正负0.1毫米之间。

上述的多个第一插接板之间是彼此平行的，且规律排布。

将第一插接板的下表面设计为弧形面，且该弧形面是由中间两两侧逐渐提升的，即，弧形面的弓背朝下，并在第一插接板的弧形面内镶嵌有钢球滚子，且钢球滚子的最低端露出第一插接板的外侧，形成滚动配合。

在两两第一插接板12之间的第一板的下表面中设置有居中的第一滚子凹槽121，用于和第三板上的钢球滚子进行配合，也是弧形的。

第一缓冲组件13的最佳方式之一为：包括自第一板向下延伸的突起131，突起内侧固定一个板簧132，板簧132的两端通过固定销固定在突起上。上述的第一缓冲组件固定在第一插接板的两侧，且位于第一插接板阵列的两端，用于第一板和第二板之间极限位置的缓冲。

第一安装部11为焊接在第一板上部的钢板，居中设置，并在第一安装部表面设置有聚四氟乙烯垫片111，以及销钉安装孔，对应的，在装配式房屋承重立柱的底端设置有一个与第一安装部配合的凹槽，凹槽内设置有销钉，销钉为锥形销钉，用于和销钉安装孔记性配合。

第三板3与第一板结构基本相同，第三板3采用厚度至少为20毫米的钢板，并在第三板3的下表面设置有第二安装部32，第三安装部用于和装配式房屋进行连接，在第三板3的上表面设置有第三插接板33和第三缓冲组件31。其中第三插接板33为多个，均匀的焊接在第三板的上侧。上述的第三插接板33采用厚度为20厘米的钢板，第三插接板33的尺寸为40厘米宽，10厘米高，第三插接板下端与第三板焊接连接，且两者之间是彼此垂直的关系，两个第三插接板33的间隙控制在20毫米，第三插接板之间的平行度控制在正负0.1毫米之间。

上述的多个第三插接板之间是彼此平行的，且规律排布。

将第三插接板33的下表面设计为弧形面，且该弧形面是由中间两两侧逐渐提升的，即，弧形面的弓背朝下下方，并在第三插接板33的弧形面内镶嵌有钢球滚子4’，且钢球滚子的最低端露出第三插接板的外侧，形成滚动配合。在两两第三插接板33之间的第一板的下表面中设置有居中的第三滚子凹槽331，用于和第二板上的钢球滚子进行配合，也是弧形的。

第三缓冲组件31的最佳方式之一为：包括自第三板向上延伸的突起，突起内侧固定一个板簧，板簧的两端通过固定销固定在突起上。上述的第三缓冲组件固定在第三插接板的两侧，且位于第三插接板阵列的两端，结构与第一缓冲组件相同。

第二安装部32为焊接在第三板下侧的钢板，居中设置，并在第二安装部表面锚栓321，通过预浇筑的方式固定在地基上，完成完成连接。

第二板2采用厚度至少为40毫米的钢板，并在第二板的上表面表面设置有第二插接板21、第二滚子凹槽22和第二缓冲组件23，第二插接板和第二缓冲组件与上述的第三插接板和第一缓冲组件结构完全相同，第二滚子凹槽22也是弧形的，不在赘述，且用于和第一插接板进行连接插接连接。

在第二板2的下表面设置有第四插接板24、第四滚子凹槽25和第四缓冲组件26，第四插接板和第四缓冲组件与上述的第一插接板和第三缓冲组件结构完全相同，第四滚子凹槽25也是弧形的，不在赘述，且用于和第三插接板进行连接插接连接。

上述的第二插接板和第四插接板彼此垂直设置。

作为一种最佳的方式，上述的第一插接板至第四插接板的结构完全相同，以第一插接板为例进行说明，在第一插接板12的两侧镶嵌有刹车片122，参考图6，上述的刹车片122为平板状，镶嵌在第一插板的两侧，彼此对称设置，刹车片彼此间隔设置，中间为光滑部位123，且间隔距离等于刹车片的宽度，形成图2所示的样式。

第一插接板12上的刹车片122与第二插接板21上的刹车片122’错位设置，即，第一插接板的光滑部位123对应第二插接板的刹车片122’，同时，第二插接板的光滑部位123’对应第一插接板的刹车片122，形成图4展开图，并使用安全销5进行定位，安全销最佳的安装位置在相邻且相对的两个缓冲组件之间，非地震状态下，安全销锁定，保证上述的第一至第三板之间相对静止，地震发生初期，安全销折断，为初始状态，这种配合方式可以形成快速的启动模式，有利于第一插接板和第二插接板相对滑动的启动。

进一步地方案，为便于安全销的折断，在安全销上设置有缺口，是折断发生的部位。

为了使得专用工程用三维调心隔震、抗震支座具有防尘效果，在第一板和第二板以及第二板第三板之间使用密封套筒6进行封装，形成一种无尘结构。

在地震发生时，安全销会在水平剪切力的作用下被剪断，第一插接板和第二插接板之间会形成一种相对滑动，在滑动初期，第一插接板12上的刹车片会和第二插接板上的光滑部位配合，参考图4，启动时的摩擦力较小，可以实现快速启动，避免卡死，同时，由于上述的第一插接板和第二插接板之间，以及第三插接板和第四插接板之间是多组交叉设置的，刚性、稳定性和倾覆力矩都很好，安全要求，在第一、第二插接板启动滑动后，紧接着，第一、第二插接板上的刹车片开始接触，形成滑动摩擦，由于刚开始，两个插接板上的刹车片接触面积较小，由摩擦力公式可知，此时加速较大，相对滑动仍然处于加速阶段，当刹车片重叠过半之后，由于刹车片之间的摩擦力增大，会有一个减速动作，并大量的消耗地震能量，当量插接板上的刹车片完全脱离后，完成减速动作，由于地震时，水平方向的振幅一般较大，进入下一个周期，在此过程中，保证两侧的插接板之间使用处于反复的加速和减速过程，其中加速度a形成脉冲样式，正负往复切换，可以将一个大的地震振幅分割为多个小的抗震支座自振振幅，并且刹车片与刹车片在摩擦过程中会产生大量的热，对振动能量进行消耗，消耗地震带来的能量，效果远远高于通常使用的弹簧、蝶形弹簧等。同时将地震的低幅高振幅动作，切换为建筑物的高频低幅动作，有利于建筑物、桥梁的自我保护。

以第一板的振荡为例，需要理解的是，在上述的相邻的插接板摩擦的过程中，第一板相对第二板有一个弧形路径，在第一板振荡的过程中，会造成被支撑物(桥梁或者房屋)的被抬升，进而依靠自身的重力势能消耗掉竖直方向上的冲击力度，上述的水平方向的冲击力和竖直方向上的冲击力都得到了很好的减缓和消除，抗震效果明显。

上述的钢球滚子的存在可以保证启动的顺畅，并避免低温插接板与第一板之间的摩擦损耗，对插接板进行保护，同时具有导向作用，防止两个相邻的板之间发生卡死现象，实际的摩擦做功发生在刹车片处。

上述的工程用三维调心隔震、抗震支座可以被广泛的应用于建筑、桥梁的环境中。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.工程用三维调心隔震、抗震支座，其特征在于，包括自上而下平行设置的第一板(1)、第二板(2)和第三板(3)；

其中，在第一板(1)的上表面设置有第一安装部(11)，在第一板(1)的下表面设置有第一插接板(12)和第一缓冲组件(13)，其中第一插接板(12)为多个且等间距的固定在第一板(1)的下侧，所述第一插接板(12)上端与第一板(1)彼此垂直；所述第一缓冲组件固定在第一插接板的两侧，且位于第一插接板阵列的两端；

所述第一插接板的下表面为弓背朝下的弧形面，并在第一插接板的弧形面内镶嵌有钢球滚子，且钢球滚子的最低端露出第一插接板的外侧，所述第一插接板(12)下端面通过钢球滚子(4)与第二板滚动配合且是弧形路径；在两两第一插接板(12)之间的第一板的下表面设置有居中的第一滚子凹槽(121)；

所述第三板(3)上设置有第三插接板(33)、第三缓冲组件(31)和第二安装部(32)，第三插接板和第一插接板结构相同，所述第三缓冲组件和第一缓冲组件结构相同，所述第三插接板(33)为多个且等间距固定在第三板的上侧，所述第三插接板(33)的下表面为弓背朝下的弧形面，在第三插接板(33)的弧形面内镶嵌有钢球滚子(4’)，且钢球滚子的最低端露出第三插接板的外侧，所述第三插接板(33)下端面通过钢球滚子与第二板滚动配合且是弧形路径，在两两第三插接板(33)之间的第一板的下表面中设置有居中的第三滚子凹槽(331)；

在第二板的上表面表面设置有第二插接板(21)、第二钢球滚子凹槽(22)和第二缓冲组件(23)，所述第二插接板、第二缓冲组件与所述第三插接板、第一缓冲组件结构相同，所述第二插接板(21)和第一插接板之间进行连接插接连接并在侧面进行贴合；

在第二板(2)的下表面设置有第四插接板(24)、第四滚子凹槽(25)和第四缓冲组件(26)，所述第四插接板、第四缓冲组件与所述第一插接板、第三缓冲组件结构相同，所述第四插接板和第三插接板进行插接连接并在侧面进行贴合；

所述第二插接板和第四插接板彼此垂直设置；

所述第一滚子凹槽至第四滚子凹槽都是下凹的弧形凹槽；

在第一插接板至第四插接板的两侧镶嵌有等距离间隔设置的刹车片(122)，中间为光滑部位(123)，且光滑部位(123)宽度等于刹车片的宽度；

所述第一插接板(12)上的刹车片(122)与第二插接板(21)上的刹车片错位设置；所述第三插接板(33)上的刹车片与第四插接板(21)上的刹车片错位设置；并在第一板和第二板之间、以及第二板和第三板之间设置安全销(5)和密封套筒(6)。

2.根据权利要求1所述的工程用三维调心隔震、抗震支座，其特征在于，所述第一插接板(12)为20厘米的钢板，第一插接板(12)的尺寸为40厘米宽、10厘米高，两个相邻第一插接板(12)的间隙为20毫米；所述第二插接板、第三插接板、第四插接板与第一插接板规格相同。

3.根据权利要求1所述的工程用三维调心隔震、抗震支座，其特征在于，所述第一缓冲组件(13)包括自第一板向下延伸的突起(131)，所述突起内侧固定一个板簧(132)，所述板簧(132)的两端通过固定销固定在突起上。