CN106245801B - 一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，包括相对设置的上支座与下支座，上支座与下支座相对的面上均设有凹槽；在上支座与下支座之间设有摇摆撞击耗能块，该摇摆撞击耗能块两端分别置于上支座与下支座的凹槽内；在上支座与下支座之间还设有受拉限位辅助装置，分阶段限制上下支座相对运动距离；其中，硬质的摇摆撞击耗能块端部与上支座下支座之间设置软质材料，摇摆撞击耗能块与上支座和下支座之间无粘结。本发明利用摇摆撞击耗能块的抬升下落撞击行为进行隔震，将结构变形集中到隔震系统中，减小甚至避免了主体结构的损伤，将不同材料在隔震装置中组合使用，将摇摆行为对本发明的隔震装置的损伤降低，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及土建技术领域，具体是一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置。
背景技术
我国是一个震灾严重的国家，地震活动频度高、强大震源浅，分布广。我国每年由于地震造成的人员伤亡和直接经济损失都是巨大的。
按照规范设计的普通混凝土建筑已经不能完全满足建筑日益增长的抗震需求。结构需要在地震等灾害作用下结构损伤不会过度发展，灾后能在合理的技术条件和经济条件下经过修复即可恢复其预期功能，即损伤可控结构。
结构损伤体现为构件损伤的总体效果，包括损伤形式、损伤程度和损伤分布三个方面。结构损伤控制的目的在于将结构的损伤限制在预先设定的部位，并使这些部位在预期强震下的损伤程度不超过预定的限值，并且结构在震后的残余变形不超过预定的限值。
有效地控制结构的变形模式，排除由地震作用等各方面因素引起的随机性的干扰，是实现预期损伤分布的关键；减小结构在强震下变形模式的离散性，可以使结构在强震下的非线性地震响应更加容易预测，从而使结构的抗震设计更加可靠。
在实际震害分析中，研究者们发现基础的适当抬起往往有助于减小上部结构的地震作用，从而减轻结构震害。美国等国家的研究者率先提出摇摆体系，该体系通过放松结构与基础或构件间的约束，允许结构或结构的某一部分在地震作用下发生摇摆，并利用摇摆引起的结构某些部位的集中变形，将损伤控制在“摇摆界面”上。并且摇摆行为仅当外部作用超过某一限值才会出现，外部作用结束后摇摆结束可实现自复位。
既有的隔震系统主要可分为两种，第一种隔震系统在结构和基础之间引入一个侧向刚度较低的隔震层；第二种最普通类型的隔震系统是在基础和结构底部之间利用滑动装置。这两种系统在隔震工程中广泛应用，具有良好的效果，但在自复位或耗能等方面仍然存在一些不足。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，包括相对设置的上支座与下支座，上支座与下支座相对的面上均设有凹槽；在上支座与下支座之间设有硬质的摇摆撞击耗能块，该摇摆撞击耗能块两端分别置于上支座与下支座的凹槽内；在上支座与下支座之间还设有受拉限位辅助装置，用以分阶段限制上支座与下支座的相对运动距离；硬质的摇摆撞击耗能块端部与上支座和下支座之间设置软质材料部分，摇摆撞击耗能块与上支座和下支座之间无粘结。
其中，摇摆撞击耗能块包括硬质的纺锤形状中间主体部和套装在主体部两端的软质的套装部，主体部与套装部固定连接，套装部与上支座和下支座之间无粘结，摇摆撞击耗能块的硬质主体部的两端分别穿透或者不穿透套装部。
其中，主体部穿透套装部，上支座与下支座的凹槽底部中心有半球凸起，对应的主体部的端面上设有与半球凸起配合的半球状凹陷。
其中，上支座或/与下支座的凹槽开口处设有圆弧倒角。
其中，上支座和下支座凹槽位置与摇摆撞击耗能块接触部分为软质材料，软质材料部分与上支座和下支座固定连接而与摇摆撞击耗能块之间无粘结；摇摆撞击耗能块上下周边有圆弧形倒角，并在中心有半球状凹陷，上支座与下支座的凹槽内有分别与对应的半球状凹陷配合的半球凸起。
其中，摇摆撞击耗能块埋入上支座与下支座的凹槽的深度均大于块体在以与支座接触面的一侧为支点进行摇摆转动时接触面另一侧抬升高度的设计值。
其中，受拉限位辅助装置为二阶段受拉限位辅助装置，该装置包括相对设置的上安装座与下安装座，在上安装座与下安装座之间设有第一阶段受拉限位保险丝和第二阶段受拉限位构件，第一阶段受拉限位保险丝的长度等于上支座与下支座内侧间的间距，第二阶段受拉限位构件的展开长度大于上安装座与下安装座内侧间的间距，上安装座与上支座固定连接，下安装座与下支座固定连接。
其中，第一阶段受拉限位保险丝为刻槽直钢棒。
其中，第二阶段受拉限位构件为一螺旋钢棒，其展开的长度变化值为放置位置相对位移的最大设计值。
其中，第一阶段受拉限位保险丝两端与第二阶段受拉限位构件两端分别固接或铰接于上安装座和下安装座内侧。
有益效果：本发明的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，具有以下有益效果：
1、利用摇摆撞击耗能块的抬升下落撞击行为进行隔震，将结构变形集中到隔震系统中，减小甚至避免了主体结构的损伤；
2、装置在风载或小震作用下不会出现摇摆行为，满足建筑的正常使用，强震作用下，摇摆撞击耗能块在设计限值内摇摆抬升下落撞击，摇摆撞击行为可以耗散地震能量，在外部作用结束后摇摆行为会结束，并在重力作用下实现自复位；
3、强地震作用结束后，本发明的自复位摇摆撞击耗能隔震装置一般情况下仅需更换一组二阶段受拉限位辅助装置，方便震后快速修复；
4、将不同材料在隔震装置中组合使用，可充分利用材料属性，使大位移需求的摇摆抬升行为得以进行，将摇摆行为对本发明的隔震装置的损伤降低，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明第一优选方案示意图；
图2为图1剖面示意图；
图3为图1展开示意图；
图4为图3剖面示意图；
图5为本发明第二优选方案示意图；
图6为图5剖面示意图；
图7为图5展开示意图；
图8为图7剖面示意图；
图9为本发明第三优选方案示意图；
图10为图9剖面示意图；
图11为图9展开示意图；
图12为图11剖面示意图；
图13为本发明第四优选方案示意图；
图14为图13剖面示意图；
图15为图13展开示意图；
图16为图15剖面示意图；
图17为本发明第五优选方案示意图；
图18为图17剖面示意图；
图19为图17展开示意图；
图20为图19剖面示意图；
图21为第一优选方案和第二优选方案柱状摇摆撞击耗能块组合示意图；
图22为第三优选方案和第四优选方案柱状摇摆撞击耗能块组合示意图；
图23为第五优选方案支座组合示意图；
图24为本发明二阶段受拉限位装置的立体结构示意图；
图25为图24所示装置的拆分构造示意图；
图26为图24所示装置极限状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1
如图1至图4及图21所示，本发明的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，包括一个开凹槽的上支座1，一个相对应的开凹槽的下支座2，两支座中间为一个自由放置的柱状的摇摆撞击耗能块3和一组二阶段受拉限位辅助装置4。上支座1与下支座2分别与上部结构和基础通过预埋件连接。摇摆撞击耗能块3可自由摇摆，摇摆撞击耗能块3埋入上支座1与下支座2的凹槽13、23中的深度均大于摇摆撞击耗能块3在以接触面10、20的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。二阶段受拉限位辅助装置4通过预埋螺栓或卡槽固接在上支座1与下支座2的周边。摇摆撞击耗能块3由不同材料的两部分组合而成，包括纺锤形状的硬质主体部30和易变形的有一定阻尼的软质的套装部31、32，主体部30与套装部31、32通过结构胶进行固接。上支座1与下支座2为单一硬质材料。摇摆撞击耗能块3的硬质主体部30未穿过易变形的软质的套装部31、32。摇摆撞击耗能块3与上支座1与下支座2无粘结，接触面10、20为平面。上支座1与下支座2所开凹槽平面11、21与摇摆撞击耗能块3的尺寸相同。
实施例2
如图5-8及图21所示，本发明的第二优选方案中，包括一个开凹槽的上支座1，一个相对应的开凹槽的下支座2，两支座中间为一个自由放置的柱状摇摆撞击耗能块3和一组二阶段受拉限位辅助装置4。上支座1与下支座2分别与上部结构和基础通过预埋件连接。柱状的摇摆撞击耗能块3可自由摇摆，摇摆撞击耗能块3埋入上支座1与下支座2的凹槽13、23的深度均大于摇摆撞击耗能块3在以接触面10、20的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。二阶段受拉限位辅助装置4通过预埋螺栓或卡槽固接在上支座1与下支座2的周边。摇摆撞击耗能块3由不同材料的两部分组合而成，包括纺锤形状的硬质主体部30和易变形的有一定阻尼的软质的套装部31、32，主体部30与套装部31、32通过结构胶进行固接。上支座1与下支座2为单一硬质材料。柱状摇摆撞击耗能块3的硬质主体部30未穿过易变形的软质的套装部31、32。柱状摇摆撞击耗能块3与上支座1与下支座2无粘结，接触面10、20为平面。上支座1与下支座2所开凹槽平面11、21与柱状摇摆撞击耗能块3的尺寸相同，靠近槽口开圆弧倒角12、22。
实施例3
如图9-12及图22所示，本发明的第三优选方案中，包括一个开凹槽的上支座1，一个相对应的开凹槽的下支座2，两支座中间为一个自由放置的柱状的摇摆撞击耗能块3和一组二阶段受拉限位辅助装置4。上支座1与下支座2分别与上部结构和基础通过预埋件连接。柱状摇摆撞击耗能块3可自由摇摆，摇摆撞击耗能块3埋入上支座1与下支座2的凹槽13、23的深度均大于摇摆撞击耗能块3在以接触面10、20的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。二阶段受拉限位辅助装置4通过预埋螺栓或卡槽固接在上支座1与下支座2的周边。柱状摇摆撞击耗能块3由不同材料的两部分组合而成，包括纺锤形状的硬质主体部30和易变形的有一定阻尼的软质的套装部31、32，主体部30与套装部31、32通过结构胶进行固接。上支座1与下支座2为单一硬质材料。状摇摆撞击耗能块3的硬质主体部30穿过易变形的软质的套装部31、32，与上支座1与下支座2有直接接触。柱状摇摆撞击耗能块3与上支座1与下支座2无粘结，接触面10、20为平面，且上支座1与下支座2凹槽底部中心有半球凸起71，对应的柱状摇摆撞击耗能块3位置为半球状凹槽70。上支座1与下支座2所开凹槽平面11、21与柱状摇摆撞击耗能块3的尺寸相同。
实施例4
如图13-16及图22所示，本发明的第四优选方案中，包括一个开凹槽的上支座1，一个相对应的开凹槽的下支座2，两支座中间为一个自由放置的柱状摇摆撞击耗能块3和一组二阶段受拉限位辅助装置4。上支座1与下支座2分别与上部结构和基础通过预埋件连接。柱状摇摆撞击耗能块3可自由摇摆，埋入上支座1与下支座3的凹槽13、23的深度均大于摇摆撞击耗能块3在以接触面10、20的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。二阶段受拉限位辅助装置4通过预埋螺栓或卡槽固接在上支座1与下支座2的周边。柱状摇摆撞击耗能块3由不同材料的两部分组合而成，包括纺锤形状的硬质主体部30和易变形的有一定阻尼的软质的套装部31、32，主体部30与套装部31、32通过结构胶进行固接。上支座1与下支座2为单一硬质材料。柱状摇摆撞击耗能块3的硬质主体部30穿过易变形的软质的套装部31、32，与上下支座有直接接触。柱状摇摆撞击耗能块3与上下两支座无粘结，接触面10、20为平面，且上支座1与下支座2凹槽底部中心有半球凸起71，对应的柱状摇摆撞击耗能块3位置为半球状凹槽70。上支座1与下支座2所开凹槽平面11、21与柱状摇摆撞击耗能块3的尺寸相同，靠近槽口开圆弧倒角12、22。
实施例5
如图17-20及图23所示，本发明的第五优选方案中，包括一个开凹槽的上支座1，一个相对应的开凹槽的下支座2，两支座中间为一个自由放置的柱状摇摆撞击耗能块3和一组二阶段受拉限位辅助装置4。上支座1与下支座2分别与上部结构和基础通过预埋件连接。柱状摇摆撞击耗能块3可自由摇摆，摇摆撞击耗能块3埋入上支座1与下支座2的凹槽13、23的深度均大于摇摆撞击耗能块3在以接触面10、20的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。二阶段受拉限位辅助装置4通过预埋螺栓或卡槽固接在上支座1与下支座2的周边。柱状摇摆撞击耗能块3为单一硬质材料，柱体上下周边有圆弧形倒角34，上下底面中心有半球状凹槽70。上支座1与下支座2主体为硬质材料，凹槽底部为平面，中心有半球凸起71，与柱状摇摆撞击耗能块3埋入部分侧面相接触的为易变形的有一定阻尼的软质材料碗状圆环5、6，上支座1和软质材料碗状圆环、下支座2和软质材料碗状圆环分别通过结构胶进行固接。
如图24-26所示，本发明中的受拉限位辅助装置为二阶段受拉限位辅助装置4，包括上安装座81、与上安装座81相同并相对设置的下安装座82，在上安装座81与下安装座82之间设置有第一阶段受拉限位保险丝83和第二阶段受拉限位构件84。上安装座81和下安装座82外形呈台阶状，其中上安装座81和下安装座82与第一阶段受拉限位保险丝83和第二阶段受拉限位构件84相连一侧为内侧，上安装座81和下安装座82与外部相接触一侧为外侧，内侧投影面积小于外侧，方便本发明的限位装置预留螺栓孔道或作为卡槽与外部连接。其中，第一阶段受拉限位保险丝83为一直径较小的刻槽直钢棒，第一阶段受拉限位保险丝83的长度等于上安装座81与下安装座82内侧间的间距，并且其长度加上安装座81和下安装座82的厚度为静止状态下本发明的限位装置所放置位置的间距，满足在拉力超过某一设计值时断裂。第二阶段受拉限位构件84为一螺旋状钢棒，其展开时长度的变化值为本发明限位装置所放置位置相对位移的最大设计值，并满足在相对位移的最大设计值时不会断裂。第一阶段受拉限位保险丝83与第二阶段受拉限位构件84的两端分别焊接于上安装座81和下安装座82的内侧，上安装座81与下安装座82分别通过预留孔道使用螺栓固接在本发明的隔震装置的上支座1和下支座2上。
在风载和小震作用下，本发明的隔震装置的摇摆撞击耗能块3仅有微小摇摆抬升，上支座1与下支座2几乎无相对运动；当强震时，二阶段受拉限位辅助装置4的第一阶段受拉限位保险丝83断裂失效，摇摆撞击耗能块3开始在二阶段受拉限位辅助装置4限定的位移范围内进行摇摆抬升下落撞击行为，即摇摆撞击耗能块3以其上下端部的两个对角为支撑点进行摇摆转动而另外两个对角相对抬升或下落，在此过程中上支座1与下支座2跟随摇摆撞击耗能块3的支撑点产生水平向和垂直向的相对位移，该相对位移不大于二阶段受拉限位辅助装置4的第二阶段受拉限位构件84展开时长度的变化值。本发明在地震中通过降低刚度和撞击耗能减小对主体结构的地震作用，在地震结束后隔震装置利用上部结构重力即可自复位，对产生破坏的二阶段受拉限位辅助装置4进行更换即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：包括相对设置的上支座与下支座，上支座与下支座相对的面上均设有凹槽；在上支座与下支座之间设有硬质的摇摆撞击耗能块，该摇摆撞击耗能块两端分别置于上支座与下支座的凹槽内；在上支座与下支座之间还设有受拉限位辅助装置，用以分阶段限制上支座与下支座的相对运动距离；硬质的摇摆撞击耗能块端部与上支座和下支座之间设置软质材料部分，摇摆撞击耗能块与上支座和下支座之间无粘结；摇摆撞击耗能块包括硬质的纺锤形状中间主体部和套装在主体部两端的软质的套装部，主体部与套装部固定连接，套装部与上支座和下支座之间无粘结，摇摆撞击耗能块的硬质主体部的两端分别穿透或者不穿透套装部；主体部穿透套装部，上支座与下支座的凹槽底部中心有半球凸起，对应的主体部的端面上设有与半球凸起配合的半球状凹陷。
2.根据权利要求1所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，上支座或/与下支座的凹槽开口处设有圆弧倒角。
3.根据权利要求1所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，上支座和下支座凹槽位置与摇摆撞击耗能块接触部分为软质材料，软质材料部分与上支座和下支座固定连接而与摇摆撞击耗能块之间无粘结；摇摆撞击耗能块上下周边有圆弧形倒角，并在中心有半球状凹陷，上支座与下支座的凹槽内有分别与对应的半球状凹陷配合的半球凸起。
4.根据权利要求1所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，摇摆撞击耗能块埋入上支座与下支座的凹槽的深度均大于摇摆撞击耗能块在以与支座接触面的一侧为支点进行摇摆转动时接触面另一侧抬升高度的设计值。
5.根据权利要求1所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，受拉限位辅助装置为二阶段受拉限位辅助装置，该装置包括相对设置的上安装座与下安装座，在上安装座与下安装座之间设有第一阶段受拉限位保险丝和第二阶段受拉限位构件，第一阶段受拉限位保险丝的长度等于上支座与下支座内侧间的间距，第二阶段受拉限位构件的展开长度大于上安装座与下安装座内侧间的间距，上安装座与上支座固定连接，下安装座与下支座固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，第一阶段受拉限位保险丝为刻槽直钢棒。
7.根据权利要求5所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，第二阶段受拉限位构件为一螺旋钢棒，其展开的长度变化值为放置位置相对位移的最大设计值。
8.根据权利要求5所述的一种自复位组合式摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，第一阶段受拉限位保险丝两端与第二阶段受拉限位构件两端分别固接或铰接于上安装座和下安装座内侧。
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2016
- 2016-09-22 CN CN201610841834.4A patent/CN106245801B/zh active Active
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