CN107975158B - 一种多维减震隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维减震隔震装置，包括上支座板、下支座板和减震系统，所述减震系统包括竖直减震件、水平减震件和环形减震件；所述竖直减震件包括上顶板、设置于所述上顶板下表面的外筒和套装于所述外筒下端的铅芯阻尼件，所述铅芯阻尼件包括填充有铅芯的内筒和用于挤压铅芯的活塞推杆，所述活塞推杆上端与所述上顶板下表面相连，所述上顶板与内筒之间的所述活塞推杆上套装有复位弹簧，所述内筒侧壁上设置有用于限定所述内筒与外筒相对移动的自复式限位件，所述外筒侧壁上设置有用于控制所述自复式限位件收缩的谐振件。本发明具有水平、竖直和扭转方向的多维减震隔震作用，同时具有较大的竖向静刚度且可实现自动复位。

Description

一种多维减震隔震装置

技术领域

本发明涉及土木工程技术的减震领域，尤其是涉及一种多维减震装置。

背景技术

随着国家的发展、生活水平的提高，高层建筑、高耸结构、大跨结构等重要性结构与日俱增。在动力荷载（如强风和地震）作用下，这些结构会产生比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全。因此，减隔震技术的研究和应用对保证建筑物等结构的稳定性具有重要意义。

地震等动力荷载除了会使建筑物等结构产生横向、纵向和竖向的三维振动外，还会使一些建筑物等产生扭转振动，例如，当建筑物本身为非对称结构时，在地震作用下，由于质量中心和刚度中心不重合，将使结构产生平扭耦联振动。而现有的减隔震装置主要用于控制横向、纵向和竖向三维振动，涉及控制扭转振动的装置则较少。

大量地震灾害表明，竖向地震对建筑物等结构的影响是不能忽视的，它的作用有时甚至超过了水平振动。而竖向隔震如果需要较好的隔震效果，则需要较小的竖向动刚度，但对于支座上部较大的重量而言，为安全起见，一般需要较大的竖向静刚度。现有减隔震装置虽具有良好的竖向隔震效果，但是竖向静刚度较小。

一种具有较大竖向静刚度的新型三维隔震装置（中国专利文献，公开号：CN105350678A）利用一种竖向静态支撑获得较大的竖向静刚度，所述竖向静态支撑包括套接设置的外筒和内筒，所述内筒的自由端伸入外筒的内部，且具有一定的自由伸缩空间，所述内筒上设置有用于防止外筒和内筒过度挤压的抗压销钉，以及用于防止外筒和内筒过度拉伸的抗拉销钉，所述外筒上设置有用于容置抗压销钉一端开口的挤压槽，以及用于容置抗拉销钉的两端封闭的滑槽。该竖向静态支撑的抗压销钉不能自动恢复，需要在地震结束后，人为将抗压销钉拔出置于挤压槽内，从而使该装置回到原来的状态。

一种多重多维减隔震装置（中国专利文献，公开号：CN106988429A），包括底板、隔震支座和抗扭筒，抗扭筒包括上连接板、下连接板、外筒和内筒，内筒设置于外筒内，外筒和内筒均为伸缩筒，外筒与内筒之间横向设有环形盖板，环形盖板与下连接板之间设有粘弹性液体，所述内筒和外筒之间焊接有均匀分布的加劲肋板和活塞装置，所述加劲肋板上均匀分布有圆形阻尼孔，所述加劲肋板与内筒和外筒固定连接，所述活塞装置下端穿过环形盖板至粘弹性液体内。该减震装置利用内筒和外筒发生相对运动扭转时，加强肋板两边粘弹性介质产生的压力差，使阻尼介质通过阻尼孔，从而产生阻尼力，减小结构的扭转效应，因此加劲肋板两侧与内筒和外筒之间以及活塞装置与所述环形盖板之间都要做好密封，否则会对扭转减震效果产生影响，同时该减震装置竖直方向的静刚度有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多维减震隔震装置，具有水平、竖直和扭转方向的多维减震隔震作用，同时具有较大的竖向静刚度，能够承受大的竖向载荷且可实现自动复位。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多维减震隔震装置，包括上支座板、下支座板和设置在所述上支座板和下支座板之间的减震系统，所述减震系统包括竖直减震件、水平减震件和环形减震件；所述上支座板的下端设置有支座中板，所述竖直减震件包括均匀设置于所述支座中板下表面的上顶板、设置于所述上顶板下表面的外筒和套接于所述外筒下端的铅芯阻尼件，所述铅芯阻尼件包括填充有铅芯的内筒和用于挤压铅芯的活塞推杆，所述活塞推杆上端与所述上顶板下表面相连，所述上顶板与内筒之间的所述活塞推杆上套装有复位弹簧，所述内筒侧壁上设置有用于限定所述内筒与外筒相对移动的自复式限位件，所述外筒侧壁上设置有用于控制所述自复式限位件收缩的谐振件。

进一步地，所述内筒的侧壁上对称设置有限位槽，所述限位槽内设置有自复式限位件，所述自复式限位件包括第一弹簧和与所述第一弹簧相连的抗压块，所述抗压块靠近第一弹簧的一端设置有限位板，另一端为球形结构，所述外筒侧壁设置有与所述抗压块相配合的锥形结构的定位孔。

进一步地，所述定位孔两侧的所述外筒侧壁上设置有环形的上挡板和下挡板，所述谐振件包括与所述上挡板相连的上弹簧、与所述下挡板相连的下弹簧和设置于所述上弹簧和下弹簧之间的环形移动块，所述环形移动块靠近所述外筒的一侧两端设置有半球形挡块，两个所述半球形挡块位于所述定位孔竖直方向的两侧且离所述定位孔有一定的间隙。

进一步地，所述外筒的内侧壁设置有竖直向下的定位凸起，所述内筒的外壁设置有与所述定位凸起相配合的定位凹槽。

进一步地，所述环形减震件包括密闭的环形管，固定在所述环形管内且均匀对称分布的间隔板，设置于相邻间隔板之间的滚球，所述滚球两侧固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧另一端与所述间隔板固定连接，所述环形管内填充有阻尼液。

进一步地，所述环形管内壁均匀分布有多个环形滑道，所述环形滑道与所述环形管同轴心，所述间隔板上设置有多个椭圆形阻尼孔。

进一步地，所述上支座板与所述支座中板之间连接有环形支撑板，所述支座中板上设置有第一通孔，所述下支座板上表面中间位置设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽表面设置有摩擦材料；所述竖直减震件包括移动摆块，所述移动摆块上端固定连接有抗拉板，所述抗拉板的上端与所述上支座板的下端之间连接有蝶形弹簧，所述移动摆块的下端穿过所述第一通孔置于所述弧形凹槽的中心。

进一步地，所述支撑板内侧面竖直方向设置有多个均匀对称分布的滑槽，所述抗拉板的两端设置有与所述滑槽相配合的滑块。

进一度，所述移动摆块侧壁与所述环形管外壁之间固定连接有多个对称分布的第三弹簧。

进一步地，所述内筒下端连接有下底板，所述下支座板的上表面固定连接有环形限位盒，所述环形限位盒上表面设置有第三通孔，所述内筒下端穿过所述第三通孔且设置有下底板，所述下底板相对于所述下支座板只能发生水平摩擦移动或者转动。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种多维减震隔震装置通过设置竖直减震件、水平减震件和环形减震件，实现水平、竖直和扭转方向的多维减震隔震作用；对于竖直减震件，当竖直方向未发生振动时，通过设置在内筒侧壁上的自复式限位件，限制外筒与内筒之间的相对位置，使其不能发生相对运动；当竖直方向发生振动时，若震动较小，先通过谐振件实现减震效果，若是振动增大，谐振件的振幅增大，通过谐振件挤压自复式限位件收缩，使外筒与内筒可以发生相对移动，从而带动活塞推杆挤压铅芯，实现竖直方向的减震隔震作用，当振动减小或停止时，外筒与内筒通过复位弹簧恢复原有的位置，谐振件的振幅减小或停止振动，对自复式限位件挤压作用消失，自复式限位件自动伸出，由此实现竖直方向较大的静刚度。

自复式限位件包括第一弹簧和与第一弹簧相连的抗压块，当竖直方向未发生振动时，抗压块的球形端伸出限位槽，并穿过设置在外筒侧壁上的锥形结构的定位孔，从而限制外筒与内筒之间的相对位置，单独对外筒实施向下的压力或者向上的拉力时，并不能使外筒发生竖直方向的相对移动。

当竖直方向发生振动时，若震动较小，通过上弹簧和下弹簧带动环形移动块上下振动，实现减震效果；当振动较大时，上弹簧和下弹簧带动环形移动块上下振动幅度增大，通过环形移动块上的半球形挡块挤压抗压块收缩至定位孔内，通过定位孔的锥形结构，进一步挤压抗压块收缩至限位槽内，从而使外筒与内筒可以发生相对移动。

通过外筒上的定位凸起和内筒上的定位凹槽的配合，保证所述外筒与内筒只发生竖直方向的相对移动，避免外筒与内筒发生相对旋转，从而使抗拉块不能从定位孔中伸出。

环形减震件采用密闭的环形管，当发生扭转振动时，通过滚球在阻尼液中的滚动，以及滚球的滚动推动阻尼液沿环形滑道和阻尼孔流动，实现抗扭效果，通过设置在滚球两侧的第二弹簧实现滚球的自动复位。当发生横向振动时，环形减震件横向两侧的滚球发生滚动；当发生纵向振动时，环形减震件纵向两侧滚球发生滚动，即环形减震件也可实现水平振动的减震隔震。

竖直减震件采用移动摆块，当发生水平或扭转振动时，下支座板相对于移动摆块发生摩擦移动，从而实现减震隔震。在移动摆块上端固定连接抗拉板，在抗拉板与上支座板之间连接蝶形弹簧，通过蝶形弹簧作用使移动摆块下端面始终紧贴弧形凹槽，增大下支座板相对于移动摆块移动时的摩擦力，更好地起到减震效果。

同时蝶形弹簧在竖直震动结束时，还可以配合复位弹簧进一步减少竖直方向的残余位移，起到自动复位的作用，使上支座板恢复到原有高度，从而带动外筒与内筒恢复至原有的位置。

移动摆块侧壁与环形管外壁之间固定连接有多个对称分布的第三弹簧，配合移动摆块的自重，用于减少水平方向的残余位移，使下支座板在水平振动停止能够恢复至原有位置，从而使移动摆块下端恢复到弧形凹槽的中心。

内筒下端穿过所述第三通孔且设置有下底板，下底板相对于所述下支座板只能发生水平摩擦移动或者转动，用于下支座板发生水平或扭转振动时增大摩擦力，起到减震隔震的作用。

本发明一种多维减震隔震装置对于小震、大震和余震都具有良好的减震效果，能够实现水平、竖直和扭转方向的多维减震隔震作用，当振动停止时，水平、竖直和扭转方向都能自恢复至原始状态，避免残余位移影响建筑物的结构稳定以及该装置后续的减震效果，同时，该装置具有较大的竖向静刚度，能够承受大的竖向载荷。

附图说明

图1为本发明的实施例一结构示意图；

图2为竖直减震件结构示意图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为本发明的实施例二结构示意图；

图5为图4中沿B-B的剖视图；

图6为环形减震件结构示意图；

图7为图6中沿C-C剖面图；

图8为图6中沿D-D剖面图。

上支座板1，下支座板2，支撑板3，第一滑槽4，支座中板5，第一通孔6，弧形凹槽7，上顶板8，外筒9，内筒10，下底板11，环形限位盒12，第二通孔13，活塞推杆14，复位弹簧15，限位槽16，第一弹簧17，抗压块18，限位板19，定位孔20，上挡板21，下挡板22，上弹簧23，下弹簧24，环形移动块25，移动摆块26，抗拉板27，蝶形弹簧28，第一滑块29，环形管30，间隔板31，滚球32，第二弹簧33，环形滑道34，阻尼孔35，第三弹簧36。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例一

如图1所示，一种多维减震隔震装置包括上支座板1、下支座板2和设置在所述上支座板1和下支座板2之间的减震系统。所述上支座板1的下表面边缘固定连接有竖直向下的环形支撑板3，所述支撑板3内侧面竖直方向设置有多个均匀对称分布的第一滑槽4，所述支撑板3的下端固定连接有支座中板5，所述支座中板5中心设置有第一通孔6，所述下支座板2上表面中间位置设置有弧形凹槽7，所述弧形凹槽7表面设置有摩擦材料。

所述减震系统包括竖直减震件、水平减震件和环形减震件。如图2-3所示，所述竖直减震件包括与所述支座中板下表面固定连接的上顶板8、与所述上顶板8下表面固定连接的外筒9和与所述外筒9下端套接的内筒10，所述内筒10下端连接有下底板11，所述下底板11下表面设置有摩擦材料；所述下支座板2的上表面固定连接有环形限位盒12，所述环形限位盒12上表面设置有第二通孔13，所述第二通孔13的直径大于所述内筒10的直径，小于所述下底板11的直径，将所述下底板11置于所述环形限位盒12内，所述下底板11相对于所述下支座板2只能发生水平摩擦移动或者转动。

所述上顶板8下表面固定连接有竖直向下的活塞推杆14，所述活塞推杆14下端穿过内筒10的上端伸入内筒10，所述内筒10中填充有铅芯，所述上顶板8与内筒10之间的所述活塞推杆14上套装有复位弹簧15；所述内筒10的侧壁上对称均匀设置有限位槽16，所述限位槽16内设置有自复式限位件，所述自复式限位件包括第一弹簧17和与所述第一弹簧17相连的抗压块18，所述抗压块18靠近第一弹簧17的一端设置有限位板19，另一端为球形结构，所述外筒9侧壁设置有与所述抗压块18相配合的锥形结构的定位孔20，所述定位孔20两侧的所述外筒9侧壁上固定连接有环形的上挡板21和下挡板22，所述上挡板21和下挡板22之间设置有谐振件，所述谐振件包括套装在所述外筒9上且与所述上挡板21下表面连接的上弹簧23，套装在所述外筒9上且与所述下挡板22的上表面连接的下弹簧24，所述上弹簧23和下弹簧24之间连接的环形移动块25，所述环形移动块25靠近所述外筒9的一侧两端设置有半球形挡块，两个所述半球形挡块位于所述定位孔20的两侧且离所述定位孔20有一定的间隙；所述外筒9的内侧壁设置有竖直向下的定位凸起，所述内筒10的外壁设置有与所述定位凸起相配合的定位凹槽，保证所述外筒9与内筒10只发生竖直方向的相对移动。

如图1所示，所述竖直减震件包括移动摆块26，所述移动摆块26上端设置有抗拉板27，所述移动摆块26和抗拉板27一体成型，所述抗拉板27的上端与所述上支座板1的下端之间连接有蝶形弹簧28，所述抗拉板27的两端设置有与所述第一滑槽4相配合的第一滑块29；所述移动摆块26的下端穿过第一通孔6置于所述弧形凹槽7的中心。

本发明一种多维减震隔震装置的工作原理：所述上支座板1与建筑物上层结构固定连接，所述下支座板2与建筑物下层结构固定连接，当因地震作用使下层结构发生水平振动或扭动时，所述下支座板2相对于所述移动摆块26下端和下底板11发生摩擦移动或扭动，消耗振动的能量，从而实现减震隔震。

当建筑物发生竖直方向的振动时，若震动较小，通过所述上弹簧23和下弹簧24带动所述环形移动块25上下振动，实现减震效果；当振动较大时，所述上弹簧23和下弹簧24带动所述环形移动块25上下振动幅度增大，通过所述环形移动块25上的半球形挡块挤压所述抗压块18收缩至所述定位孔20内，通过所述定位孔20的锥形结构，进一步挤压所述抗压块18收缩至所述限位槽16内，从而使所述外筒9与内筒10可以发生相对移动，带动所述活塞推杆14挤压铅芯，实现竖直方向的减震隔震作用；当振动减小或停止时，所述上支座板1、外筒9和内筒10通过复位弹簧15与蝶形弹簧28的配合恢复至原有的位置，所述谐振件的振幅减小或停止振动，对自复式限位件挤压作用消失，自复式限位件自动伸出，由此实现竖直方向较大的静刚度。

实施例二

如图4-8所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：如图6所示，所述环形减震件包括密闭的环形管30，固定在所述环形管30内且均匀对称分布的间隔板31，设置于相邻间隔板31之间的滚球32，所述滚球32两侧固定连接有第二弹簧33，所述第二弹簧33另一端与所述间隔板31固定连接，所述环形管30内填充有阻尼液，所述阻尼液为二甲基硅油；如图7所示，所述环形管30内壁均匀分布有多个环形滑道34，所述环形滑道34与所述环形管30同轴，如图8所示，所述间隔板31上设置有多个椭圆形阻尼孔35；如图4所示，所述环形管30的下表面与所述下支座板2的上表面固定连接。

所述移动摆块26侧壁与所述环形管30外壁之间固定连接有多个对称分布的第三弹簧36。

本发明一种多维减震隔震装置的工作原理：当发生扭转振动时，通过所述滚球32在阻尼液中的滚动，以及所述滚球32的滚动推动阻尼液沿所述环形滑道34和阻尼孔35流动，进一步加强抗扭效果，通过设置在所述滚球32两侧的所述第二弹簧33实现滚球32的自动复位。

水平振动包括横向和纵向振动：当发生横向振动时，环形减震件横向两侧的滚球32发生滚动；当发生纵向振动时，环形减震件纵向两侧滚球32发生滚动，即环形减震件可进一步加强水平振动的减震隔震。

当水平振动停止时，利用所述第三弹簧36与移动摆块26自重的配合，进一步消除水平方向的残余位移，使下支座板2能够恢复至原有位置，从而使移动摆块26下端恢复到弧形凹槽7的中心。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多维减震隔震装置，其特征在于：包括上支座板、下支座板和设置在所述上支座板和下支座板之间的减震系统，所述减震系统包括竖直减震件、水平减震件和环形减震件；所述上支座板的下端设置有支座中板，所述竖直减震件包括均匀设置于所述支座中板下表面的上顶板、设置于所述上顶板下表面的外筒和套装于所述外筒下端的铅芯阻尼件，所述铅芯阻尼件包括填充有铅芯的内筒和用于挤压铅芯的活塞推杆，所述活塞推杆上端与所述上顶板下表面相连，所述上顶板与内筒之间的所述活塞推杆上套装有复位弹簧，所述内筒侧壁上设置有用于限定所述内筒与外筒相对移动的自复式限位件，所述外筒侧壁上设置有用于控制所述自复式限位件收缩的谐振件。

2.根据权利要求1所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述内筒的侧壁上对称设置有限位槽，所述限位槽内设置有自复式限位件，所述自复式限位件包括第一弹簧和与所述第一弹簧相连的抗压块，所述抗压块靠近第一弹簧的一端设置有限位板，另一端为球形结构，所述外筒侧壁设置有与所述抗压块相配合的呈锥形结构的定位孔。

3.根据权利要求2所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述定位孔两侧的所述外筒侧壁上设置有环形的上挡板和下挡板，所述谐振件包括与所述上挡板相连的上弹簧、与所述下挡板相连的下弹簧和设置于所述上弹簧和下弹簧之间的环形移动块，所述环形移动块靠近所述外筒的一侧两端设置有半球形挡块，两个所述半球形挡块位于所述定位孔竖直方向的两侧且离所述定位孔有一定的间隙。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述外筒的内侧壁设置有竖直向下的定位凸起，所述内筒的外壁设置有与所述定位凸起相配合的定位凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述环形减震件包括密闭的环形管，固定在所述环形管内且均匀对称分布的间隔板，设置于相邻间隔板之间的滚球，所述滚球两侧固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧另一端与所述间隔板固定连接，所述环形管内填充有阻尼液。

6.根据权利要求5所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述环形管内壁均匀分布有多个环形滑道，所述环形滑道与所述环形管同轴，所述间隔板上设置有多个椭圆形阻尼孔。

7.根据权利要求1所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述上支座板与所述支座中板之间连接有环形支撑板，所述支座中板上设置有第一通孔，所述下支座板上表面中间位置设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽表面设置有摩擦材料；所述竖直减震件包括移动摆块，所述移动摆块上端固定连接有抗拉板，所述抗拉板的上端与所述上支座板的下端之间连接有蝶形弹簧，所述移动摆块的下端穿过所述第一通孔置于所述弧形凹槽的中心。

8.根据权利要求7所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述支撑板内侧面竖直方向设置有多个均匀对称分布的滑槽，所述抗拉板的两端设置有与所述滑槽相配合的滑块。

9.根据权利要求7或8所述的一种多维减震隔震装置，其特征在于：所述移动摆块侧壁与所述环形管外壁之间固定连接有多个对称分布的第三弹簧。