CN106437259B - 一种自复位摇摆撞击耗能隔震装置 - Google Patents

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    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明公开了一种自复位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面上均设有凹槽，在凹槽之间设有摇摆撞击耗能块；上支座与下支座之间还设有一组二阶段受拉限位辅助装置；摇摆撞击耗能块与上支座、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。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，摇摆撞击耗能块的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；强地震后，本装置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。

Description

一种自复位摇摆撞击耗能隔震装置
技术领域
本发明涉及土建技术领域，具体是一种自复位摇摆撞击耗能隔震装置。
背景技术
地震作为突发性的自然灾害，往往会造成巨大的社会影响和经济损失。中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，在凹槽之间设有摇摆撞击耗能块；上支座与下支座之间还设有一组固接于上支座与下支座之间的受拉限位辅助装置，用以分阶段限制上支座与下支座的相对运动距离，摇摆撞击耗能块与上支座、下支座之间无粘结。
其中，摇摆撞击耗能块埋入上下支座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另一侧抬升高度的设计值。
其中，上支座与下支座上的凹槽槽口开有圆弧倒角。
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。
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为本发明二阶段受拉限位装置的立体结构示意图；
图10为图9所示装置的拆分构造示意图；
图11为图9所示装置极限状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的第一优选方案中，图1中的装置展开后如图2所示，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，上支座1与下支座2中间为一个自由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，隔震装置可整体更换。如图3、4所示，上下支座所开柱状凹槽平面10、20与柱状的摇摆撞击耗能块3相同，柱状的摇摆撞击耗能块3的上下有部分埋入上下支座的凹槽11、21内，埋入深度均大于块体在以与支座接触面13、23的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。柱状的摇摆撞击耗能块3与上支座1和下支座2无粘结，接触面13、23为平面。二阶段限位辅助装置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。
本发明的第二优选方案中，图5中的装置展开后如图6所示，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，上支座1与下支座2中间为一个自由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，隔震装置可整体更换。如图7、8所示，上支座1与下支座2所开柱体凹槽靠底部10、20为与柱状的摇摆撞击耗能块3相同的柱体，靠近槽口部分为圆弧倒角12、22，这为满足较大的抬升需求时块体的横向位移需求。柱状的摇摆撞击耗能块3的上下有部分埋入上下支座的凹槽11、21内，埋入深度均大于块体在以与支座接触面13、23的一侧为支点进行摇摆转动时另一侧抬升高度的设计值。柱状的摇摆撞击耗能块3与上支座1和下支座2无粘结，接触面13、23为平面。二阶段限位辅助装置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。
如图9-11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3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和下支座上2。
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，二阶段限位辅助装置4的第一阶段限位保险丝83断裂失效，摇摆撞击耗能块3开始在限位辅助装置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限位辅助装置4的第二阶段限位构件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 (6)

1.一种自复位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，在凹槽之间设有摇摆撞击耗能块；上支座与下支座之间还设有一组固接于上支座与下支座之间的受拉限位辅助装置，用以分阶段限制上支座与下支座的相对运动距离，摇摆撞击耗能块与上支座、下支座之间无粘结；上支座与下支座中间为一个自由的柱状的摇摆撞击耗能块，上支座与下支座所开柱状凹槽平面与柱状的摇摆撞击耗能块相同，柱状的摇摆撞击耗能块的上下有部分埋入上支座与下支座的凹槽内，埋入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另一侧抬升高度的设计值，柱状的摇摆撞击耗能块与上支座和下支座无粘结。
2.根据权利要求1所述的一种自复位摇摆撞击耗能隔震装置，其特征在于：其中，上支座与下支座上的凹槽槽口开有圆弧倒角。
3.根据权利要求1所述的一种自复位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。
4.根据权利要求3所述的一种自复位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。
5.根据权利要求3所述的一种自复位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。
6.根据权利要求3所述的一种自复位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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