CN106958194A - 一种具有转动功能的三维隔震支座 - Google Patents

一种具有转动功能的三维隔震支座 Download PDF

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张子华
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种具有转动功能的三维隔震支座，包括水平隔震装置、竖直隔震装置和上盖；竖直隔震装置包括碟形弹簧隔震组件及螺旋弹簧隔震组件，碟形弹簧隔震组件包括碟形弹簧导向管及碟形弹簧组；螺旋弹簧隔震组件包括螺旋弹簧导向管及螺旋弹簧组；碟形弹簧导向管下端连接水平隔震装置，上端伸入上盖中央套管内且二者间设有粘滞阻尼材料；碟形弹簧组下端抵接在水平隔震装置，上端抵接在中央套管开口处的环形翼缘；螺旋弹簧导向管下端连接水平隔震装置，上端伸入上盖边缘套管内；螺旋弹簧组下端抵接在水平隔震装置，上端抵接在边缘套管开口处的环形翼缘。本发明设计简单，受力明确，能够隔离水平方向和竖直方向地震，同时具备一定的转动功能。

Description

一种具有转动功能的三维隔震支座
技术领域
本发明属于房屋建筑结构、桥梁工程等的隔震技术领域，具体涉及一种具有转动功能的三维隔震支座。
背景技术
地震灾害给人类带来不可估量的生命财产损失，地震俨然成为百害之首，为了尽可能降低地震来临时给人类造成的巨大灾难，采取切实有效的抗震措施是非常重要的。
随着技术手段的不断创新和进步，近些年来基础隔震技术得到了迅速的发展，一些成熟的隔震技术也越来越多的应用到实际的建筑结构中。普通叠层橡胶支座，高阻尼叠层橡胶支座，铅芯叠层橡胶支座，滑动隔震支座等是目前为止研究较为成熟的传统隔震支座，目前已经在许多的实际工程中应用，并证明了这些隔震支座的良好的性能。
地震发生时，地面运动是多分量的，有三个平动分量和三个转动分量。目前各国学者一般都重视水平地震作用，忽视了竖向地震作用，但地震灾害宏观现象表明，竖向地震作用的影响也很明显，应该引起足够重视。传统的隔震支座具有较大的变形能力，在水平地震作用下，能够很好地起到隔离地震能量的作用。但是由于传统的隔震支座竖向刚度一般都比较大，虽然能够确保对上部结构的竖向承载能力，但同时使得隔震支座在竖直方向的变形能力一般很小，在地震作用下，传统隔震支座不能像隔离水平地震一样，起到竖向隔震的作用。
实际工程中，建筑基础的隔震层为上部结构提供有效的竖向稳定支撑的同时降低竖向刚度是非常困难的。竖向隔震技术的难点在于保证上部结构竖向刚度的同时选择合适的弹簧刚度，从而增加结构在竖直方向的自振周期。此外，一般当建筑物采用隔震设计时，隔震支座上所承受的压力一般不会均匀分布，这就需要隔震支座最好能够具备一定的转动能力。
综上所述，开发一种能够隔离水平方向和竖直向地震的作用同时具备一定的转动功能的三维隔震支座具有重要的理论意义以及工程实用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种具有转动功能的三维隔震支座，设计简单，受力明确，能够隔离水平方向和竖直方向地震，同时具备一定的转动功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有转动功能的三维隔震支座，包括：
水平隔震装置；
竖直隔震装置，包括相互并联的一碟形弹簧隔震组件以及若干螺旋弹簧隔震组件，该些螺旋弹簧隔震组件环绕该碟形弹簧隔震组件周向间隔布置；该碟形弹簧隔震组件包括碟形弹簧导向管以及套接在该碟形弹簧导向管外的碟形弹簧组；该螺旋弹簧隔震组件包括螺旋弹簧导向管以及套接在该螺旋弹簧导向管外的螺旋弹簧组；
上盖，上盖中部设有一中央套管，中央套管周围环绕设有若干周向间隔布置的边缘套管；该中央套管与边缘套管均开口向下；
所述碟形弹簧导向管的位置与所述中央套管的位置相对应；该碟形弹簧导向管下端与所述水平隔震装置刚性连接，上端伸入该中央套管内且可在该中央套管内上下移动，该碟形弹簧导向管与中央套管间还设有粘滞阻尼材料；所述碟形弹簧组下端抵接在所述水平隔震装置，上端抵接在中央套管开口处；
所述若干螺旋弹簧导向管的位置分别与所述若干边缘套管的位置一一对应；该些螺旋弹簧导向管下端均与所述水平隔震装置刚性连接；每一螺旋弹簧导向管的上端伸入一个所述边缘套管内且可在该边缘套管内上下移动，该一螺旋弹簧导向管外套接的螺旋弹簧组下端抵接在所述水平隔震装置，上端抵接在该一边缘套管开口处。
一实施例中：所述中央套管的开口周缘水平向外延伸形成环形翼缘，所述边缘套管的开口周缘也水平向外延伸形成环形翼缘；所述碟形弹簧组上端抵接在中央套管开口处的环形翼缘；所述螺旋弹簧组上端抵接在边缘套管开口处的环形翼缘。
一实施例中：所述水平隔震装置包括两钢板以及设在两钢板间的叠层橡胶隔震座。
一实施例中：所述碟形弹簧组包括若干相互叠压串联的碟形弹簧。
一实施例中：所述螺旋弹簧组包括至少一个螺旋弹簧。
一实施例中：所述螺旋弹簧隔震组件为八个。
一实施例中：所述边缘套管为八个。
一实施例中：所述中央套管的长度短于边缘套管的长度。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明在水平隔震装置上加入由碟形弹簧隔震组件及若干螺旋弹簧隔震组件并联组成的竖直隔震装置，形成了一种具有转动功能的三维隔震支座。其中，水平隔震装置的叠层橡胶隔震座能够保证足够的竖向刚度的同时还具有很好的柔性，在水平方向获得较大的变形能力，从而增加结构的自振周期；竖直隔震装置中弹簧合理刚度的选择可以增加结构在竖直方向的自振周期，辅助螺旋弹簧和碟形弹簧并联能提高隔震支座的转动能力；通过碟形弹簧，圆柱形螺旋弹簧以及水平隔震装置各自性能特点的相互组合，相辅相成，从而发挥出多重优势，达到在水平方向以及竖直方向隔震的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的具有转动功能的三维隔震支座结构示意图。
图2为图1中I-I截面示意图。
图3为本发明的螺旋弹簧示意图。
图4为本发明的碟形弹簧示意图。
附图标记：
水平隔震装置10；钢板11，叠层橡胶隔震座12；
竖直隔震装置20；碟形弹簧隔震组件21，碟形弹簧导向管211，碟形弹簧212；螺旋弹簧隔震组件22，螺旋弹簧导向管221，螺旋弹簧222；
上盖30；中央套管31，中央套管的环形翼缘311，粘滞阻尼材料312；边缘套管32，边缘套管的环形翼缘321。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
请查阅图1至图4，一种具有转动功能的三维隔震支座，包括：
水平隔震装置10，包括水平布置的两钢板11以及设在两钢板11间的叠层橡胶隔震座12；在地震荷载作用下，一方面叠层橡胶隔震座12能够提供足够的竖向刚度，能够支撑上部结构也能够传递上部结构的荷载；另一方面叠层橡胶隔震座12具有很好的柔性，可以在水平方向获得较大的变形能力，增加整个结构的自振周期；
竖直隔震装置20，设在水平隔震装置10上，包括相互并联的一碟形弹簧隔震组件21以及八个螺旋弹簧隔震组件22，该八个螺旋弹簧隔震组件22环绕该碟形弹簧隔震组件21周向均匀间隔布置，对碟形弹簧隔震组件21起到辅助作用；该碟形弹簧隔震组件21包括碟形弹簧导向管211以及套接在该碟形弹簧导向管211外的碟形弹簧组，该碟形弹簧导向管211和碟形弹簧组同圆心设置，该碟形弹簧组包括若干相互叠压串联的碟形弹簧212，该碟形弹簧212是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧，是在轴向上呈锥形并承受负载的特殊弹簧；该螺旋弹簧隔震组件22包括螺旋弹簧导向管221以及套接在该螺旋弹簧导向管221外的螺旋弹簧组，该螺旋弹簧导向管221和螺旋弹簧组同圆心设置，该螺旋弹簧组包括一个或多个相互串联的由簧丝绕制形成的圆柱形的螺旋弹簧222；
上盖30，设在竖直隔震装置20上，上盖30中央设有一中央套管31，以该中央套管31为圆心，周围环绕设有八个周向均匀间隔布置的边缘套管32；中央套管31的长度短于边缘套管32的长度；中央套管31与边缘套管32均开口向下；中央套管31的开口周缘水平向外延伸形成环形翼缘311，边缘套管32的开口周缘也水平向外延伸形成环形翼缘321；
碟形弹簧导向管211的位置与中央套管31的位置相对应，碟形弹簧导向管211下端与水平隔震装置10上方的钢板11刚性连接，上端伸入中央套管31开口内且可在该中央套管31内上下移动，该碟形弹簧导向管211与中央套管31间还设有粘滞阻尼材料312，为碟形弹簧导向管211在上中央套管31内上下往复运动提供粘滞阻尼；碟形弹簧组下端抵接在水平隔震装置10上钢板11的上表面，上端抵接在中央套管31开口处的环形翼缘311；
八个螺旋弹簧导向管221的位置分别与八个边缘套管32的位置一一对应，螺旋弹簧导向管211下端与水平隔震装置10上方的钢板11刚性连接；每一螺旋弹簧导向管211的上端伸入一个边缘套管32开口内且可在该边缘套管32内上下移动，该个螺旋弹簧导向管211外套接的螺旋弹簧组下端抵接在水平隔震装置10上钢板11的上表面，上端抵接在该个边缘套管32开口处的环形翼缘321。
本发明的具有转动功能的三维隔震支座的水平刚度可以近似看作是水平隔震装置10的水平刚度，而其竖向刚度是水平隔震装置10与碟形弹簧隔震组件21以及八个螺旋弹簧隔震组件22的并联组合。三维隔震支座在水平方向主要由下部的普通叠层橡胶隔震座12来起到水平方向的减振作用，由于叠层橡胶隔震座12在竖直方向上竖向刚度较大，所以只认为下部的叠层橡胶隔震座12没有隔离竖直方向地震的作用，只能够提供竖向的支撑。而上部分碟形弹簧隔震组件21以及八个螺旋弹簧隔震组件22中圆柱形螺旋弹簧222-碟形弹簧212的组合，其竖向刚度较小，再者由于碟形弹簧导向管211与中央套管31间的粘滞阻尼材料312的作用，使得上部分几乎不产生水平变形，可以看作是圆柱形螺旋弹簧222-碟形弹簧212的组合来隔离竖直方向的地震作用。
在地震荷载作用下，碟形弹簧导向管211和螺旋弹簧导向管221底端与水平隔震装置10上表面刚性连接，上盖30能在辅助的螺旋弹簧组和碟形弹簧组上竖向往复运动，引起粘滞阻尼材料312的移动，粘滞阻尼材料312可以选用高稠度高黏度的材料，例如高粘度阻尼脂、甲基硅油、硅基胶等，产生较大的粘滞阻尼力，阻碍上盖30的竖向运动。通过调整粘滞阻尼材料312参数来调整粘滞阻尼力，对螺旋弹簧222和碟形弹簧212合理刚度的选择增加结构在竖直方向的自振周期，从而隔离大部分竖向地震作用。
竖直隔震装置20中，螺旋弹簧组和碟形弹簧组并联，在竖向地震及竖向荷载作用下，竖直隔震装置20可能受到偏心压力，此时分布于四周的螺旋弹簧组会产生不同的位移变化，来提高隔震支座的转动能力。
在水平地震作用下，地震作用先传入水平隔震装置10，叠层橡胶隔震座12和钢板11在水平地震作用下发生剪切变形，消耗了较多的地震能量，传往上部竖直隔震装置20的地震作用不会太大。由于竖直隔震装置20中碟形弹簧导向管211和螺旋弹簧导向管221具有一定的水平刚度，可以抵挡下部传来的水平地震作用，因此竖直隔震装置20不会产生较大的水平位移。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：包括：
水平隔震装置；
竖直隔震装置，包括相互并联的一碟形弹簧隔震组件以及若干螺旋弹簧隔震组件，该些螺旋弹簧隔震组件环绕该碟形弹簧隔震组件周向间隔布置；该碟形弹簧隔震组件包括碟形弹簧导向管以及套接在该碟形弹簧导向管外的碟形弹簧组；该螺旋弹簧隔震组件包括螺旋弹簧导向管以及套接在该螺旋弹簧导向管外的螺旋弹簧组；
上盖，上盖中央设有一中央套管，中央套管周围环绕设有若干周向间隔布置的边缘套管；该中央套管与边缘套管均开口向下；
所述碟形弹簧导向管的位置与所述中央套管的位置相对应；该碟形弹簧导向管下端与所述水平隔震装置刚性连接，上端伸入该中央套管内且可在该中央套管内上下移动，该碟形弹簧导向管与中央套管间还设有粘滞阻尼材料；所述碟形弹簧组下端抵接在所述水平隔震装置，上端抵接在中央套管开口处；
所述若干螺旋弹簧导向管的位置分别与所述若干边缘套管的位置一一对应；该些螺旋弹簧导向管下端均与所述水平隔震装置刚性连接；每一螺旋弹簧导向管的上端伸入一个所述边缘套管内且可在该边缘套管内上下移动，该一螺旋弹簧导向管外套接的螺旋弹簧组下端抵接在所述水平隔震装置，上端抵接在该一边缘套管开口处。
2.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述中央套管的开口周缘水平向外延伸形成环形翼缘，所述边缘套管的开口周缘也水平向外延伸形成环形翼缘；所述碟形弹簧组上端抵接在中央套管开口处的环形翼缘；所述螺旋弹簧组上端抵接在边缘套管开口处的环形翼缘。
3.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述水平隔震装置包括两钢板以及设在两钢板间的叠层橡胶隔震座。
4.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述碟形弹簧组包括若干相互叠压串联的碟形弹簧。
5.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述螺旋弹簧组包括至少一个螺旋弹簧。
6.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述螺旋弹簧隔震组件为八个。
7.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述边缘套管为八个。
8.根据权利要求1所述的具有转动功能的三维隔震支座，其特征在于：所述中央套管的长度短于边缘套管的长度。
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