CN106381934A - 三维隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维隔震支座支座，通过设置在所述第一弹性元件的第一端的第一摩擦片，来摩擦所述第一摩擦曲面而实现地震能量的消耗。由于所述弹性元件可以持续的提供稳定的压力给所述第一摩擦片，从而使得所述三维隔震支座具有较高的稳定性，可以长效使用。

Description

三维隔震支座

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种三维隔震支座。

背景技术

为使建筑结构具有较强的抵抗地震等外力破坏的能力，经常需要在建筑结构中增设耗能构件，因此减隔震技术已经得到越来越广泛的应用，消能器作为减隔震方案核心部件直接决定了方案的效率及优劣。

常见的减隔震耗能构件有摩擦摆支座、摩擦消能器及质量调谐消能器等。摩擦摆通过增加结构自振周期显著，减小结构的地震响应。考虑到耗能构件对环境污染及使用年限的问题，摩擦摆在隔震设计中得到越来越多的应用。摩擦消能器利用两个接触物体发生相对位移时在接触面上产生与滑移方向相反的滑动摩擦力，将地震输入能量转化成内能耗散。质量调谐消能器利用共振原理，吸收基础传递至建筑的竖向振动，从而增加建筑室内的振动舒适度。然而，传统的减隔震耗能构件仍然存在效率较低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种耗能性能稳定，效率高的三维隔震支座。

一种三维隔震支座，包括：

第一安装板和第二安装板间隔设置，所述第一安装板具有一第一摩擦曲面，所述第二安装板具有一与所述第一摩擦曲面相对的第二安装面，所述第一摩擦曲面与所述第二安装面面对设置；

第一滑块，所述第一滑块具有相对的一第一曲面和一第二曲面，所述第一曲面设置有第一摩擦材料涂层，所述第一曲面与所述第一摩擦曲面具有相同的曲率半径，所述第一滑块的中心开设有一个贯穿所述第一曲面和所述第二曲面的第一通孔；

第二滑块，与所述第一滑块重叠设置，所述第二滑块具有相对的一第三曲面和一安装底面，所述第二滑块通过所述安装底面固定于所述第二安装面，所述第三曲面与所述第二曲面具有相同的曲率半径，所述第二滑块的中心开设有一个贯穿所述第三曲面的盲孔，安装时所述第三曲面与所述第二曲面贴合，所述盲孔与所述第一通孔连通并且共轴；

第一弹性元件，设置于所述第一通孔和盲孔中，所述第一弹性元件具有相对的一第一端和一第二端，一第一摩擦片设置于所述第一端，所述第二端固定于所述盲孔的底部，所述第一摩擦片的摩擦系数大于所述第一摩擦材料涂层的摩擦数，安装时所述第一摩擦片与所述第一摩擦曲面接触设置；

支撑底座，所述第二安装板设置于所述支撑底座中并由所述支撑底座限制所述第二安装板水平移动，所述第二安装板与所述支撑底座之间设置有多个第二弹性元件和多个阻尼元件。

在其中一个实施例中，所述弹性元件进一步包括一第一托盘，所述第一托盘固定安装于所述第一端，所述第一摩擦片设置在所述第一托盘内。

在其中一个实施例中，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧中的一种。

在其中一个实施例中，所述第一安装板包括设置于所述第一摩擦曲面边缘并环绕所述第一摩擦曲面的一第一限位结构，所述第二安装板包括设置于所述第二安装面边缘并环绕所述第二安装面的一第二限位结构。

在其中一个实施例中，所述第一摩擦曲面与所述第一曲面为半径相同的球面，所述第二曲面与所述第三曲面为半径相同的球面。

在其中一个实施例中，在平行于所述第一安装板的方向上，所述第一滑块的截面与所述第二滑块的截面形状大小相同。

在其中一个实施例中，所述第一通孔与所述盲孔的直径相同，所述第一通孔的半径与所述盲孔的中心轴到所述第一滑块的侧面的距离的比值小于1:3。

在其中一个实施例中，所述支撑底座具有一支撑面，一第三限位结构设置于所述支撑面边缘并与所述支撑面定义一个收纳空间，所述第二安装板的底部具有一凸台结构，所述凸台结构设置于所述收纳空间内并由所述第三限位结构限制所述凸台结构的水平移动。

在其中一个实施例中，所述多个第二弹性元件和所述多个阻尼元件设置在所述支撑面与所述第二安装板之间。

在其中一个实施例中，所述第二滑块与所述第二安装板一体成型设置。

本发明提供的三维隔震支座支座，通过设置在所述第一弹性元件的第一端的第一摩擦片，来摩擦所述第一摩擦曲面而实现地震能量的消耗。由于所述弹性元件可以持续的提供稳定的压力给所述第一摩擦片，从而使得所述三维隔震支座具有较高的稳定性，可以长效使用。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的三维隔震支座的剖面结构示意图；

图2为图1中的三维隔震支座的第一滑块与第二滑块安装示意图；

图3为本发明一个实施例中的三维隔震支座的弹性元件的组装结构示意图；

图4为本发明一个实施例中的三维隔震支座的组装结构示意图；

图5为本发明一个实施例中的三维隔震支座使用时的结构示意图。

元件符号说明

三维隔震支座 10

第一安装板 110

第一摩擦曲面 112

第一限位结构 116

第一滑块 120

第一曲面 122

第一摩擦材料涂层 124

第一通孔 125

第二曲面 126

弹性元件 130

第一托盘 131

第一摩擦片 132

第一端 135

第二端 137

第二滑块 140

第二摩擦材料涂层 144

第三曲面 146

安装底面 147

盲孔 148

第二安装板 150

第二安装面 153

第二限位结构 156

凸台结构 154

支撑底座 160

支撑面 161

收纳空间 170

第二弹性元件 165

阻尼元件 163

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的三维隔震支座进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1-4，本发明实施例提供一种三维隔震支座10，包括第一安装板110、与所述第一安装板110相对间隔设置的第二安装板150、重叠设置于所述第一安装板110和所述第二安装板150之间的第一滑块120和第二滑块140、穿设于所述第一滑块120和所述第二滑块140中的第一弹性元件130、与所述第二安装板150间隔设置的支撑底座160，以及设置于所述第二安装板150和所述支撑底座160之间的多个第二弹性元件165和多个阻尼元件163。所述第二滑块140固定在所述第二安装板150上。所述第一弹性元件130的一端固定，另一端安装有第一摩擦片132。所述第一摩擦片132从所述第一滑块120露出。所述第一摩擦片132用于与所述第一安装板110摩擦以消地震震动的能量。

所述第一安装板110用于与被保护的建筑接触。所述第一安装板110具有第一摩擦曲面112，该第一摩擦曲面112可以通过与所述第一摩擦片132摩擦来耗能。所述第一摩擦曲面112面向所述第二安装板150，所述第一摩擦曲面112的曲率半径可以根据建筑的隔震周期设定。所述第一安装板110的形状不限制，可以为圆形或者方形板材结构。所述第一安装板110需要具有较好的承压能力，所述第一安装板110的材料为具有较高强度以及硬度的钢材。在一个实施例中，所述第一安装板110为正方形板材，其具有一个第一平面以及与所述第一平面相对的第一摩擦曲面112。所述第一平面用于支撑建筑物。使用时，建筑物压在所述第一平面上。

所述第一滑块120具有第一曲面122以及与所述第一曲面122相对的第二曲面126。在所述第一曲面122上设置有第一摩擦材料涂层124。所述第一曲面122与所述第一摩擦曲面112具有相同的曲率半径。所述第一滑块120的中心处沿着所述第一滑块120的中心轴开设有贯穿所述第一曲面122和所述第二曲面126的第一通孔125。所述第一通孔125沿着所述第一滑块120的中心轴延伸，并且与所述第一滑块120共轴。所述第一摩擦材料涂层124用于保护所述第一曲面122。当所述第一滑块120相对于所述第一摩擦曲面112滑动摩擦时，所述第一摩擦材料涂层124与所述第一摩擦曲面112之间摩擦。从而避免了所述第一摩擦曲面112直接与所述第一曲面122摩擦造成所述第一滑块120的损耗。所述弹性元件130设置在所述第一通孔125中，所述弹性元件130穿过所述第一滑块120。所述第一摩擦片132的摩擦系数大于所述第一摩擦材料涂层124的摩擦系数，从而使得所述第一滑块120相对于所述第一摩擦曲面112滑动时，滑动能量的消耗主要通过所述第一摩擦片132摩擦所述第一摩擦曲面112实现。所述第一曲面122与所述第一摩擦曲面112具有相同的曲率半径，可以确保所述第一曲面122相对于所述第一摩擦曲面112滑动时，仍然可以紧密贴合在一起。所述第一滑块120的材料与所述第一安装板110相同。所述第一滑块120的侧面围成一个圆柱，或者说所述第一滑块120的侧面为圆柱的侧面。在一个实施例中，所述第一摩擦材料涂层124为聚四氟乙烯材料，室温(23℃)且30Mpa条件下，所述聚四氟乙烯材料滑动摩擦系数约0.005。聚四氟乙烯或高分子材料的滑动摩擦系数比较小，因此在使用过程中所述第一曲面122与所述第一摩擦曲面112之间的滑动摩擦力可以忽略不计。使得用于耗散地震能量的滑动摩擦力完全由所述第一摩擦片132与所述第一摩擦曲面112的相对滑动产生。

所述第二安装板150与所述第一安装板110的结构类似，并可以采用与所述第一安装板110相同的材料制成。所述第二安装板150具有与所述安装底面147相对的第二安装面153。

所述第二滑块140具有第三曲面146、与所述第三曲面146相对的安装底面147。所述第三曲面146与所述第二曲面126具有相同的曲率半径。所述安装底面147与所述第二安装板150固定在一起。具体地，所述第二安装面153与所述安装底面147贴合，使得所述第二滑块140与所述第二安装板150固定在一起。可以理解所述固定方式不限，可以采用螺丝固定或者焊接固定。另外，所述第二滑块140还可以与所述第二安装板150一体成型获得。所述第二滑块140的中心开设有一个贯穿所述第三曲面146的盲孔148。所述盲孔148与所述第一通孔125连通并且共轴。所述盲孔148沿着所述第二滑块140的中心轴延伸，并且与所述第二滑块140共轴。所述盲孔148与所述第一通孔125用于收纳所述第一弹性元件131。当所述第一滑块120与所述第二滑块140重叠设置时，所述第一通孔125与所述盲孔148相接形成一个贯穿所述第一曲面122和所述安装底面147的收纳孔。所述第一弹性元件131设置在所述收纳孔中。所述第二滑块140的材料与所述第一滑块120的材料相同，并且所述第二滑块140的侧面也围成一个圆柱。

所述第一弹性元件130设置于设置于所述第一通孔125和所述盲孔148中。所述第一弹性元件130具有第一端135和与所述第一端135相对的第二端137。所述第一端135设置有所述第一摩擦片132。所述第一弹性元件130的第二端137可以直接固定于所述盲孔148的底部。当外力施加在所述第一弹性元件130上时，所述第一弹性元件130可以提供相反的回复力。从而使得所述第一摩擦片132在压力的作用下，与所述第一摩擦曲面112紧密接触。当有外界震动使得所述第一安装板110相对所述第一滑块120移动时，震动能量主要通过所述第一摩擦片132与所述第一摩擦曲面112摩擦消耗。所述第一弹性元件130可以根据实际需要进行选择。所述第一弹性元件130可以为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧中的一种。在一个实施例中，所述第一弹性元件130为碟形弹簧。所述第一弹性元件130的直径长度可以根据需要设计，应该满足可以放置在所述第一通孔125与所述盲孔148中。可以理解，在安装时，所述弹性元件130的长度应该满足能够使得所述第一摩擦片132能够给所述第一摩擦曲面112提供稳定的压力。。

所述支撑底座160用于支撑所述第二安装板150并限制所述第一安装板150在水平方向上的移动。所述支撑底座160可以采用与所述第一安装板120相同的材料制成。所述第一滑块120、所述第二滑块140和所述第二安装板150设置在所述第一安装板110和所述支撑底座160之间。所述支撑底座160底面和建筑结构接触。建筑结构，通过所述第一安装板110和所述支撑底座160给所述三维隔震支座10施加压力。

所述多个第二弹性元件165和多个阻尼元件163设置于所述支撑底座160与所述第二安装板150之间，以减小上部结构的竖向震动。所述多个第二弹性元件165和多个阻尼元件163可以相对与所述支撑底座160的中心轴均匀对称分布。通过合理设计所述第二弹性元件165与所述阻尼元件163，所述三维隔震支座10能够大幅减轻振动源(特别是地铁等大型设备)传导至建筑结构或桥梁的竖向振动，从而提高建筑物内竖向振动舒适度。所述第二弹性元件165具体可以使用碟簧或小型橡胶支座，从而对所述三维隔震支座10的竖向振动刚度进行控制。所述阻尼元件163可以为填充硅油阻尼液的孔式阻尼器，通过阻尼液在小孔中流动耗散竖向振动输入能量。为减小上部结构的竖向振动，可以设计所述第二弹性元件165的刚度以达到相同或接近目标振动源频率。当竖向振动传播至所述三维隔震支座10时，所述第二弹性元件165和所述阻尼元件163吸收了结构大部分的竖向振动，使得所述三维隔震支座10在上下方向振动达到“吸振”效果。

请一并参见图5，本实施例提供的三维隔震支座10，由于所述第一弹性元件130设置在所述第一滑块120和所述第二滑块140的中心轴上，所述三维隔震支座10上的建筑物在所述中心轴方向的力主要作用在所述第一摩擦片132上。在地震中，所述第一滑块120、所述第二滑块140、所述第二安装板150以及所述支撑底座160保持相对静止。所述第一安装板110相对于所述第一滑块120和产生移动。所述第一弹性元件130可以持续的给所述第一摩擦曲面112提供稳定的压力，使得建筑物震动时产生的能量主要由所述第一摩擦片132摩擦所述第一摩擦曲面112消耗，从而使得所述三维隔震支座10具有较高的稳定性，可以长效稳定使用。所述三维隔震支座10中产生滑动摩擦力的正压力全部由所述弹性元件130恢复力提供。所述弹性元件130恢复力由所述弹性元件130刚度与所述弹性元件130压缩量相乘计算得到，计算公式清楚可靠。上述结构保证了所述弹性元件130压缩量稳定不变。因此，相比普通摩擦摆支座，本发明的三维隔震支座10中滑动摩擦力可以在地震作用下保持长期稳定。传统摩擦摆支座依靠柱轴力作为正压力产生摩擦力进行耗能，因此耗能能力不够稳定。所述摩擦摆滑移支座10柱轴力产生较大变化，即上部结构发生轻微抬起时，所述弹性元件130提供的正压力保持不变，仍可提供稳定的正压力以产生稳定的摩擦力进行耗能。另外，所述三维隔震支座10中的所述多个第二弹性元件165和多个阻尼元件163可以抵消竖直方向上的力，从而使得所述三维隔震支座10可以在竖直方向振动达到吸振效果。

在一个实施例中，所述三维隔震支座10进一步包括固定安装在所述第一端135的第一托盘131。所述第一摩擦片132设置在所述第一托盘131内。所述第一托盘131为圆形托盘，可以通过焊接的方式与所述第一弹性元件130固定。通过设置所述第一托盘131，可以使得所述第一摩擦片132的安装更加稳定方便。

所述第一摩擦片132为摩擦系数较高的材料制成，只要是具有较高摩擦系数的耐磨材料都可以构成所述第一摩擦片132。可以理解，所述第一摩擦片132与所述第一摩擦曲面112接触的面为曲面。在一个实施例中，所述第一摩擦片132为汽车摩擦片制成。

在一个实施例中，所述第一安装板110还包括设置于所述第一摩擦曲面112边缘并环绕所述第一摩擦曲面的第一限位结构116。所述第二安装板150包括设置于所述第二安装面153边缘并环绕所述第二安装面153的一第二限位结构156。所述第一限位结构116和所述第二限位结构156用于限制所述第一滑块120在所述第一摩擦曲面112内范围内滑动。所述第一限位结构116的材料与所述第一安装板110相同。所述第二限位结构156的材料和第二安装板150相同。优选地，所述第一限位结构116和所述第二限位结构156均为圆形长条凸起结构。并且，所述第一限位结构116和所述第一安装板110一体成型制成，所述第二限位结构156和所述第二安装板150一体成型制成。

在一个实施例中，所述第一摩擦曲面112与所述第一曲面122为半径相同的球面。所述第二曲面126与所述第三曲面146为半径相同的球面。

在一个实施例中，所述第一通孔125与所述盲孔148的直径相同。所述第一滑块120和所述第二滑块140的主体均为为圆柱。在平行于所述第一安装板110的方向上，所述第一滑块120的截面与所述第二滑块140的截面形状大小相同。

在一个实施例中，所述第一通孔125与所述盲孔148的直径相同，所述第一通孔125的半径与所述第一通孔125的中心轴到所述第一滑块120的侧面的距离的比值小于1:3。优选地，所述第一通孔125的半径与所述第一通孔125的中心轴到所述第一滑块120的侧面的距离的比值小于1:4。当所述第一通孔125的直径过大时，将会影响所述第一摩擦片132和所述第一摩擦曲面112的摩擦耗能效果。所述第一通孔125的半径与所述第一通孔125的中心轴到所述第一滑块120的侧面距离比值小于1:4时，摩擦耗能效率最高。

在一个实施例中，所述支撑底座160具有支撑面161、第三限位结构166环绕所述支撑面161设置。所述第三限位结构166与所述支撑面161定义一个收纳空间170。所述第二安装板150的底部设置于所述收纳空间170内。所述收纳空间170可以限制所述第二安装板150在水平方向相对与所述支撑结构160的移动。并且，所述多个第二弹性元件165和所述多个阻尼元件163设在所述收纳空间170中，支撑设置于所述第二安装板150与所述支撑底座160之间。

为了方便安装所述第二安装板150与所述支撑底座160，在一个实施例中，所述第二安装板150具有一凸台结构154。所述凸台结构154置于所述收纳空间170内并由所述第三限位结构166限制所述凸台结构154的水平移动。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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)

1.一种三维隔震支座，其特征在于，包括以下元件：

第一安装板和第二安装板间隔设置，所述第一安装板具有一第一摩擦曲面，所述第二安装板具有一与所述第一摩擦曲面相对的第二安装面，所述第一摩擦曲面与所述第二安装面面对设置；

第一滑块，所述第一滑块具有相对的一第一曲面和一第二曲面，所述第一曲面设置有第一摩擦材料涂层，所述第一曲面与所述第一摩擦曲面具有相同的曲率半径，所述第一滑块的中心开设有一个贯穿所述第一曲面和所述第二曲面的第一通孔；

第二滑块，与所述第一滑块重叠设置，所述第二滑块具有相对的一第三曲面和一安装底面，所述第二滑块通过所述安装底面固定于所述第二安装面，所述第三曲面与所述第二曲面具有相同的曲率半径，所述第二滑块的中心开设有一个贯穿所述第三曲面的盲孔，安装时所述第三曲面与所述第二曲面贴合，所述盲孔与所述第一通孔连通并且共轴；

第一弹性元件，设置于所述第一通孔和盲孔中，所述第一弹性元件具有相对的一第一端和一第二端，一第一摩擦片设置于所述第一端，所述第二端固定于所述盲孔的底部，所述第一摩擦片的摩擦系数大于所述第一摩擦材料涂层的摩擦数，安装时所述第一摩擦片与所述第一摩擦曲面接触设置；

支撑底座，所述第二安装板设置于所述支撑底座中并由所述支撑底座限制所述第二安装板水平移动，所述第二安装板与所述支撑底座之间设置有多个第二弹性元件和多个阻尼元件。

2.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述弹性元件进一步包括一第一托盘，所述第一托盘固定安装于所述第一端，所述第一摩擦片设置在所述第一托盘内。

3.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述第一弹性元件和所述第二弹性元件为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧中的一种。

4.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述第一安装板包括设置于所述第一摩擦曲面边缘并环绕所述第一摩擦曲面的一第一限位结构，所述第二安装板包括设置于所述第二安装面边缘并环绕所述第二安装面的一第二限位结构。

5.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述第一摩擦曲面与所述第一曲面为半径相同的球面，所述第二曲面与所述第三曲面为半径相同的球面。

6.如权利要求5所述的三维隔震支座，其特征在于，在平行于所述第一安装板的方向上，所述第一滑块的截面与所述第二滑块的截面形状大小相同。

7.如权利要求6所述的三维隔震支座，其特征在于，所述第一通孔与所述盲孔的直径相同，所述第一通孔的半径与所述盲孔的中心轴到所述第一滑块的侧面的距离的比值小于1:3。

8.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述支撑底座具有一支撑面，一第三限位结构设置于所述支撑面边缘并与所述支撑面定义一个收纳空间，所述第二安装板的底部具有一凸台结构，所述凸台结构设置于所述收纳空间内并由所述第三限位结构限制所述凸台结构的水平移动。

9.如权利要求8所述的三维隔震支座，其特征在于，所述多个第二弹性元件和所述多个阻尼元件设置在所述支撑面与所述第二安装板之间。

10.如权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，所述第二滑块与所述第二安装板一体成型设置。