CN108179909A - 一种多级变频变摩擦摆隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级变频变摩擦摆隔震支座，包括上连接座板，位于上连接座板下方的下连接座板，上滑块，下滑块；上滑块和下滑块球面接触，上连接座板的下表面设有上摩擦层，下连接座板的上表面设有下摩擦层，上滑块的上表面和上连接座板的下表面球面接触，下滑块的下表面和下连接座板的上表面球面接触。上连接座板的下表面为球形凹面，上滑块的上表面为球形凸面，上连接座板的球形凹面与上滑块的球形凸面相适应；下连接座板的上表面为球形凹面，下滑块的下表面为球形凸面，下连接座板的球形凹面与下滑块的球形凸面相适应。本摩擦摆隔震支座具有刚度和阻尼自适应性且具有较强自复位能力。属于隔震技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及隔震技术领域，尤其涉及一种多级变频变摩擦摆隔震支座。
背景技术
地震是工程结构面临的巨大危害，是工程结构设计中考虑的重要因素。为了降低地震对工程结构的影响，隔震技术应运而生。摩擦摆隔震系统是由平面滑移隔震系统发展而来。传统平面滑移隔震系统不能自复位，且滑动性能离散性大，不易控制。传统摩擦摆隔震支座的球形滑移面半径和摩擦系数均为定值。因此，所提供的隔震层水平刚度和附加阻尼也是定值。在不同水准地震作用下隔震层的性能没有明显变化，这使得隔震层在罕遇地震和极罕遇地震作用下水平位移可能很大，支座的安全性没有保证。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种多级变频变摩擦摆隔震支座，具有刚度和阻尼自适应性且具有较强自复位能力。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多级变频变摩擦摆隔震支座，包括上连接座板，位于上连接座板下方的下连接座板，上滑块，下滑块；上滑块和下滑块球面接触，上连接座板的下表面设有上摩擦层，下连接座板的上表面设有下摩擦层，上滑块的上表面和上连接座板的下表面球面接触，下滑块的下表面和下连接座板的上表面球面接触。
进一步的是：上连接座板的下表面为球形凹面，上滑块的上表面为球形凸面，上连接座板的球形凹面与上滑块的球形凸面相适应；下连接座板的上表面为球形凹面，下滑块的下表面为球形凸面，下连接座板的球形凹面与下滑块的球形凸面相适应。
进一步的是：上连接座板的球形凹面的数量有多个，上连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，上连接座板的每个球形凹面上均设有上摩擦层，外侧的上摩擦层的摩擦系数大于内侧的上摩擦层的摩擦系数；
下连接座板的球形凹面的数量有多个，下连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，下连接座板的每个球形凹面上均设有下摩擦层，外侧的下摩擦层的摩擦系数大于内侧的下摩擦层的摩擦系数。
进一步的是：上连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有上过渡摩擦层；
下连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有下过渡摩擦层。
进一步的是：上连接座板的球形凹面上设有多个球孔，上摩擦层设有多个突出的球体，上摩擦层的球体嵌入上连接座板球形凹面的球孔内，上摩擦层由聚四氟乙烯制成；
下连接座板的球形凹面上设有多个球孔，下摩擦层设有多个突出的球体，下摩擦层的球体嵌入下连接座板球形凹面的球孔内，下摩擦层由聚四氟乙烯制成。
进一步的是：上滑块的下端设有球形凹面，下滑块的上端设有球形凸面，下滑块上端的球形凸面与上滑块的球形凹面相适应。
进一步的是：上连接座板下表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有高阻尼橡胶圈；
下连接座板上表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有高阻尼橡胶圈。
进一步的是：上连接座板包括一体形成的上连接板和上竖直块，上竖直块位于上连接板的下端，上连接座板的下表面为上竖直块的下表面；下连接座板包括一体形成的下连接板和下竖直块，下竖直块位于下连接板的上端，下连接座板的上表面为下竖直块的上表面。
进一步的是：上连接座板的上表面为平面，上连接座板上表面的边缘处预留螺栓孔，下连接座板的下表面为平面，下连接座板下表面的边缘处预留螺栓孔。
进一步的是：从仰视方向上看，下连接座板的球形凹面落在上连接座板的球形凹面的范围内。
总的说来，本发明具有如下优点：
本摩擦摆隔震支座形成了多个滞回特性段，支座具有较强的刚度和阻尼自适应性。支座在侧向力作用下能够发生多个不同滞回特性的滑移阶段。支座在多遇地震和基本烈度地震作用下自复位能力增强且在罕遇地震和极罕遇地震作用下仍具有较好的限位能力。
附图说明
图1是摩擦摆隔震支座的结构示意图。
图2是摩擦摆隔震支座上连接座板球形凹面的仰视图。
图3是摩擦摆隔震支座的结构示意图，其中，下连接座板的球形凹面落在上连接座板的球形凹面的范围内。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
1为上连接座板，2为下连接座板，3为上滑块，4为下滑块，5为上连接座板的球形凹面，6为下连接座板的球形凹面，7为位移约束环，8为高阻尼橡胶圈，9为过渡区，1-1为上连接板，1-2为上竖直块，2-1为下连接板，2-2为下竖直块，6-1为中心的球形凹面，6-2为中间的球形凹面，6-3为最外边的球形凹面。
为叙述方便，现对下文所说的方位说明如下：下文所说的上下左右方向与图1本身的上下左右方向一致。
结合图1、图2、图3所示，一种多级变频变摩擦摆隔震支座，包括上连接座板，位于上连接座板下方的下连接座板，上滑块，下滑块。上滑块和下滑块位于上连接座板和下连接座板之间。上滑块和下滑块球面接触，上连接座板的下表面设有上摩擦层，下连接座板的上表面设有下摩擦层。上滑块的上表面和上连接座板的下表面球面接触，即上滑块的上表面和上连接座板下表面处的上摩擦层球面接触，下滑块的下表面和下连接座板的上表面球面接触，即下滑块的下表面和下连接座板上表面处的下摩擦层球面接触。
上连接座板包括一体形成的上连接板和上竖直块，上竖直块位于上连接板的下端，上连接座板的下表面即为上竖直块的下表面。下连接座板包括一体形成的下连接板和下竖直块，下竖直块位于下连接板的上端，下连接座板的上表面即为下竖直块的上表面。上连接座板和下连接座板的结构简单，制作成本低，且上连接座板和下连接座板可上下对称设计。上连接座板和下连接座板的具体形状也可以根据实际情况来设计。
上连接座板的下表面为球形凹面，上滑块的上表面为球形凸面，上连接座板的球形凹面与上滑块的球形凸面相适应，实现了上滑块和上连接座板之间的球面接触，上滑块可以相对上连接座板做球面滑动。下连接座板的上表面为球形凹面，下滑块的下表面为球形凸面，下连接座板的球形凹面与下滑块下端的球形凸面相适应，实现了下滑块和下连接座板之间的球面接触，下滑块可以相对下连接座板做球面滑动。
上连接座板的球形凹面的数量有多个，上连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，上连接座板的每个球形凹面上均设有上摩擦层，外侧的上摩擦层的摩擦系数大于内侧的上摩擦层的摩擦系数。本发明中，上连接座板的球形凹面的数量有三个，相应地，上摩擦层的数量也有三个，每一个上摩擦层的摩擦系数是一个定值，一个上摩擦层布置在上连接座板的一个球形凹面上，从仰视方向上看，每个球形凹面的形状为圆形或圆环形，即最里面的球形凹面呈圆形，其余的外侧的球形凹面呈圆环形，所有的球形凹面形成同心圆的形状。当上连接座板的球形凹面的数量有多个时，且上滑块的球形凸面只对应一个曲率半径时，上滑块的球形凸面对应的曲率半径与上连接座板中心的球形凹面对应的曲率半径相等。
下连接座板的球形凹面的数量有多个，下连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，下连接座板的每个球形凹面上均设有下摩擦层，外侧的下摩擦层的摩擦系数大于内侧的下摩擦层的摩擦系数。本发明中，下连接座板的球形凹面的数量有三个，相应地，下摩擦层的数量也有三个，每一个下摩擦层的摩擦系数是一个定值，一个下摩擦层布置在下连接座板的一个球形凹面上，从俯视方向上看，每个球形凹面的形状为圆形或圆环形，即最里面的球形凹面呈圆形，其余的外侧的球形凹面呈圆环形，所有的球形凹面形成同心圆的形状。当下连接座板的球形凹面的数量有多个时，且下滑块的球形凸面只对应一个曲率半径时，下滑块的球形凸面对应的曲率半径与下连接座板中心的球形凹面对应的曲率半径相等。
上连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有上过渡摩擦层；从仰视方向上，过渡区呈圆环形。
下连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有下过渡摩擦层；从俯视方向上，过渡区呈圆环形。
上连接座板的每个球形凹面上均设有多个球孔，每个上摩擦层均设有多个突出的球体，上摩擦层的球体嵌入上连接座板球形凹面的球孔内，上摩擦层由聚四氟乙烯制成。
下连接座板的每个球形凹面上均设有多个球孔，每个下摩擦层均设有多个突出的球体，下摩擦层的球体嵌入下连接座板球形凹面的球孔内，下摩擦层由聚四氟乙烯制成。
上滑块的下端设有球形凹面，下滑块的上端设有球形凸面，下滑块上端的球形凸面与上滑块的球形凹面相适应，实现上滑块和下滑块之间是球面接触，上滑块可以相对下滑块进行球面转动。上滑块和下滑块由高强度合金制成。
上连接座板下表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有高阻尼橡胶圈。
下连接座板上表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有高阻尼橡胶圈。
上连接座板的上表面为平面，上连接座板上表面的边缘处预留螺栓孔，下连接座板的下表面为平面，下连接座板下表面的边缘处预留螺栓孔。预留螺栓孔后，上连接座板与上部结构连接，下连接座板与下部结构连接。
下连接座板的一种改进方式是：结合图3所示，从仰视方向上看，下连接座板的球形凹面落在上连接座板的球形凹面的范围内，即下连接座板的球形凹面位移容量小于上连接座板球形凹面的位移容量，即是下滑块相对下连接座板滑动的位移小于上滑块相对上连接座板滑动的位移。这种形式，下连接座板可以只设置一个球形凹面。
结合图1和图2所示，以下连接座板为例进行说明：从俯视方向看下连接座板，下连接座板的三个球形凹面呈三个同心圆，最里面的圆所形成的圆形区域为中心的球形凹面，最里面的圆和中间的圆所形成的圆环区域为中间的球形凹面，中间的圆和最外边的圆所形成的圆环区域为最外边的球形凹面。中心的球形凹面的球面半径为R1，中间的球形凹面的球面半径为R2，最外边的球形凹面的球面半径为R3，满足关系R1＞R2＞R3。中心的球形凹面的宽度为B1，中间的球形凹面的宽度(即中间的圆环的宽度)为B2，最外边的球形凹面的宽度(即最外边的圆环的宽度)为B3，满足B1＞B2＞B3。从内到外三个球形凹面所对应的摩擦系数分别为μ1，μ2，μ3，满足关系μ1＜μ2＜μ3。R1、R2、R3，B1、B2、B3以及μ1、μ2、μ3的具体值由工程特性和具体要求确定。上连接座板的设置也和下连接座板一样。
再以下连接座板为例进行说明：在中心的球形凹面和中间的球形凹面间设置过渡区，在中间的球形凹面和最外边的球形凹面间也设置过渡区，过渡区的宽度由工程特性和具体要求确定。过渡区的球面半径取值范围为相邻两球形凹面所对应的球面半径之间，且过渡区的球面半径是下滑块和下连接座板相对位移的线性或非线性函数，该函数关系式应连续可导且一阶导数小于零。这样可以保证相邻两个球形凹面之间是平滑过渡的。过渡区的摩擦系数取值范围为相邻两下摩擦层的摩擦系数之间，且过渡区的摩擦系数是下滑块和下连接座板相对位移的线性或非线性函数，该函数关系式应连续可导且一阶导数大于零。这样可以保证相邻两个球形凹面所对应的摩擦系数是平滑过渡的。上连接座板的设置也和下连接座板一样。
上连接座板的三个球形凹面和下连接座板的三个球形凹面上各球面区域球面半径、各球面区域宽度、过度区宽度以及各球面区域和过渡区上摩擦系数可分别对应相等也可不相等。
下面以图3的摩擦摆隔震支座的形式做介绍：在多遇地震和基本烈度地震作用下，上滑块和上连接座板的中心的球形凹面发生球面滑移，下滑块和下连接座板发生球面滑移，从而起到摩擦耗能的作用；地震烈度再大一点，上滑块和上连接座板的中心的球形凹面发生球面滑移，下滑块会碰触到下连接座板的高阻尼橡胶圈，从而起到摩擦耗能的作用，且高阻尼橡胶圈也能起到耗能的作用；在罕遇地震和极罕遇地震作用下，下滑块会碰触到下连接座板的高阻尼橡胶圈，上滑块和上连接座板的中间的球面凹面或者最外边的球形凹面发生球面滑移，从而起到摩擦耗能的作用。这样摩擦摆隔震支座具有多级滞回特性具有更强的自复位特性，不同的球形凹面对应不同级别的摩擦耗能，也对应不同烈度的地震。摩擦摆隔震支座对不同烈度的地震具有刚度和阻尼的自适应性，且地震后具有较强自复位能力。
上摩擦层和下摩擦层的设置也可以采用这种方式，上连接座板的下表面不设置上摩擦层，上摩擦层设置在上滑块的上表面，上连接座板的下表面则采用其他方式，使得不同球形凹面的摩擦系数不一样；下连接座板的上表面不设置下摩擦层，下摩擦层设置在下滑块的下表面，下连接座板的上表面则采用其他方式，使得不同球形凹面的摩擦系数不一样。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：包括上连接座板，位于上连接座板下方的下连接座板，上滑块，下滑块；上滑块和下滑块球面接触，上连接座板的下表面设有上摩擦层，下连接座板的上表面设有下摩擦层，上滑块的上表面和上连接座板的下表面球面接触，下滑块的下表面和下连接座板的上表面球面接触。
2.按照权利要求1所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板的下表面为球形凹面，上滑块的上表面为球形凸面，上连接座板的球形凹面与上滑块的球形凸面相适应；下连接座板的上表面为球形凹面，下滑块的下表面为球形凸面，下连接座板的球形凹面与下滑块的球形凸面相适应。
3.按照权利要求2所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板的球形凹面的数量有多个，上连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，上连接座板的每个球形凹面上均设有上摩擦层，外侧的上摩擦层的摩擦系数大于内侧的上摩擦层的摩擦系数；
下连接座板的球形凹面的数量有多个，下连接座板的多个球形凹面从内到外依次平滑连接，下连接座板的每个球形凹面上均设有下摩擦层，外侧的下摩擦层的摩擦系数大于内侧的下摩擦层的摩擦系数。
4.按照权利要求3所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有上过渡摩擦层；
下连接座板的相邻两个球形凹面之间设有过渡区，过渡区上设有下过渡摩擦层。
5.按照权利要求3所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板的球形凹面上设有多个球孔，上摩擦层设有多个突出的球体，上摩擦层的球体嵌入上连接座板球形凹面的球孔内，上摩擦层由聚四氟乙烯制成；
下连接座板的球形凹面上设有多个球孔，下摩擦层设有多个突出的球体，下摩擦层的球体嵌入下连接座板球形凹面的球孔内，下摩擦层由聚四氟乙烯制成。
6.按照权利要求1所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上滑块的下端设有球形凹面，下滑块的上端设有球形凸面，下滑块上端的球形凸面与上滑块的球形凹面相适应。
7.按照权利要求2所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板下表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有阻尼橡胶圈；
下连接座板上表面的边缘处设有位移约束环，位移约束环的内侧设有阻尼橡胶圈。
8.按照权利要求1所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板包括一体形成的上连接板和上竖直块，上竖直块位于上连接板的下端，上连接座板的下表面为上竖直块的下表面；下连接座板包括一体形成的下连接板和下竖直块，下竖直块位于下连接板的上端，下连接座板的上表面为下竖直块的上表面。
9.按照权利要求1所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：上连接座板的上表面为平面，上连接座板上表面的边缘处预留螺栓孔，下连接座板的下表面为平面，下连接座板下表面的边缘处预留螺栓孔。
10.按照权利要求2所述的一种多级变频变摩擦摆隔震支座，其特征在于：从仰视方向上看，下连接座板的球形凹面落在上连接座板的球形凹面的范围内。
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