CN108221652A - 一种球形摩擦摆隔震支座 - Google Patents
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Abstract
一种球形摩擦摆隔震支座，包括上台板、下台板和带中心孔的止动器板，其中，止动器板上通过加压螺栓固定有若干保持器，保持器上设置有上下贯通的槽，槽中有凹形结构，凹形结构中有滚动球，凹形结构的尺寸使得滚动球在其中只能滚动不能移动，滚动球的尺寸使得其伸出所述槽的上下底面，上台板的下底面和/或下台板的上底面设置有与滚动球对应的凹形曲面，上台板的下底面还设置有与止动器板的中心孔对应的限位杆，限位杆插入中心孔实现上台板与止动器板的连接；本发明主要适用于自重较轻的物体的隔震，比如博物馆的文物、展柜等，这决定了支座的尺寸不会太大，而且支座上部的重量全部由四个滚动球承担，具有很好的实用性和良好的隔震效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种球形摩擦摆隔震支座。
背景技术
自1990年Zays提出一种摩擦摆的隔振支座装置(FPS)，对于摩擦摆的研究就一直在进行。研究表明在强震发生时FPS能使结构的层间位移大幅减少，国外已有少数建筑采用了这种隔震支座。当处于地震等破坏性环境中时，摩擦摆支座是一种有效的干摩擦滑移减隔震支座，摩擦摆支座隔震消能的主要原理是将支座承载的结构物体(主要是桥梁、建筑)与地面隔离，利用摩擦摆支座的干摩擦滑动在外力作用下的滑动，来延长所承载结构物的自振周期，从而大幅减少结构物在地震中的动力放大效应。摩擦摆支座干摩擦副在来回滑动的同时通过摩擦生热效应消耗大量地震能量，同时随着滑动摩擦副相对高度的变化，也将一部分地震能量转化为支座及其承载物的势能，这些都有效减少了地震破坏力输入。但FPS必须配合转向装置，这使其构造变得复杂。经过改进发明了辊轴摩擦摆隔震支座，将两个或多个这种摩擦摆一起使用，则上盘在运动时不发生转动，只有水平方向与竖直方向的平动，这一特点较滑道式FPS摩擦摆相比是一个明显的改进，无需在上盘设置转向装置，保证了上部结构的稳定性。
但是辊轴摩擦摆只能在单方向滑动，而地震作用是多方位的，实用效果不好。本发明为球形摩擦摆，由四个滚动球与上下板组成，可在360方向上实现滑动，对于地震作用有明显的减弱效果。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种球形摩擦摆隔震支座，主要适用于自重较轻的物体的隔震，比如博物馆的文物、展柜等，这决定了支座的尺寸不会太大，而且支座上部的重量全部由四个滚动球承担，具有很好的实用性和良好的隔震效果
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种球形摩擦摆隔震支座，包括上台板1、下台板4和带中心孔的止动器板8，其中，止动器板8上通过加压螺栓9固定有若干保持器7，保持器7上设置有上下贯通的槽，槽中有凹形结构，凹形结构中有滚动球2，凹形结构的尺寸使得滚动球2在其中只能滚动不能移动，滚动球2的尺寸使得其伸出所述槽的上下底面，上台板1的下底面和/或下台板4的上底面设置有与滚动球2对应的凹形曲面6，上台板1的下底面还设置有与止动器板8的中心孔对应的限位杆5，限位杆5插入中心孔实现上台板1与止动器板8的连接。
所述保持器7为长方体块，其使用的材料是聚苯乙烯系塑料，强度高；其结构为正对称结构，受力性能好。所述的凹形结构由两个在槽壁上相对的内凹三角形组成，凹形结构厚度为滚动球2直径的2/3，内凹的深度是滚动球2直径的2/5，槽的长度为滚动球2直径的1.5倍。
所述止动器板8为板状结构，保持器7设置在止动器板8的四周。
所述限位杆5的外径与止动器板8中心孔的内径之比范围为0.15-0.3；止动器板8中心孔的内径与上台板1、下台板4的长度之比的范围为0.3-0.45。
所述凹形曲面6的半径与上台板1、下台板4的长度之比的范围为0.35-0.45；所述凹形曲面6的半径与滚动球2的直径之比范围为3.5-5.5。
所述的上台板1与下台板4的形状为正方体，其长度根据上台板(1)上放置的文物等物品的尺寸和重量来决定，常见的规格有300mm×300mm×30mm，400mm×400mm×35mm，450mm×450mm×40mm。
各个滚动球2通过保持器7和加压螺栓9设置在止动器板8上，四个滚动球连成一个整体，实现联动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.用滚动球代替辊轴，用止动器板将滚动球连接，与之前的摩擦摆支座更加实用，效果更好。
2.限位杆的设计很好的解决了上台板位移过大的问题，防止发生位移过大造成的上部物体在自重作用下的倾覆和达到极限位置无法复位的问题。
3.设计巧妙，设计精度高，外观好看，实用性强，隔震效果高达70％。
4.小巧便携，方便搬运，应用广泛，可用于文物保护，展柜隔震以及很多重要的独立物品的隔震。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2为本发明球形摩擦摆隔震支座的止动器板的示意图。
图3为本发明球形摩擦摆隔震支座的上台板底面的示意图。
图4为本发明球形摩擦摆隔震支座的上台板与止动器板的组合示意图(俯视图)。
图5为本发明球形摩擦摆隔震支座的保持器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种球形摩擦摆隔震支座，主要包括上台板1、下台板4和止动器板8，止动器板8在上台板1和下台板4之间。其中，下台板4可用固定螺栓3固定，保证不发生移动。如图2所示，止动器板8为板状结构，带有一中心孔，四个保持器7对称布置在止动器板8的四周，用加压螺栓9固定。参照图5，保持器7上有上下贯通槽，槽中有凹形结构，滚动球2位于该凹形结构中，凹形结构的尺寸略大于滚动球2的外径，使得滚动球2只能滚动不能移动，且滚动球2的上下部均应该伸出所述的槽，以与上台板1、下台板4接触，并可将四个滚动球2连接在一起，实现联动，防止上台板1出现两侧位移不一致而出现倾斜。
如图3所示，上台板1的下底面有四个凹形曲面6，每个凹形曲面6对应一个滚动球2，位于滚动球2的正上方，二者实现点接触，通过滑动达到隔震的效果。上台板1的下底面限位杆5，止动器板8有中心孔，限位杆5伸入中心孔内，如图4所示，限制上台板1的移动，防止到达极限位置无法复位。
参考图1，也可将凹形曲面6同时设置在下台板4的上底面。
本发明中，上台板1的表面材料为复合板材和人造丝织物，上台板1的基材为不锈钢，凹形曲面6的材料为镀铬不锈钢；滚动球2的材料为不锈钢；保持器7材料为高强度聚缩酯；止动器板8材料为铝合金；下台板4的基材为不锈钢与钢镀铬，表面材料为不锈钢和人造丝织物。
本实施例中，限位杆5的直径是30mm，止动器板8的中心孔直径是120mm，所以上台板1的最大位移是45mm。当凹形曲面6半径为100mm-120mm、滚动摩擦系数取0.01-0.03左右时，隔震系统具有较好的复位能力与隔震效果；
整体来看，本发明先用固定螺栓将下台板4固定在基座上，再将止动器板8放置在下台板4的凹形曲面上，最后将上台板1对应放在止动器板8上。其作用机理：当地震时，上台板1与下台板4的凹形曲面6与四个滚动球2相对滑动，将地震作用转化为上台板1的水平方向的滑动，有效减弱了传入上部的地震加速度，达到隔震的效果。限位杆5伸入止动器板8中间的大圆孔内，限制上台板1的移动，防止到达极限位置无法复位；保持器7用来限制滚动球2的移动而不限制其转动；止动器板8和保持器7将四个滚动球2连接在一起，实现联动，防止上台板1出现两侧位移不一致而出现倾斜。
本发明中，滚动球2与上台板1之间为“点接触方式”，对震动或晃动能很敏感地反应，可应对360度任意水平方向上的地震。四个滚动球与具有凹形曲面6的上台板1和下台板4之间为非协调接触，利用相对滑动达到减震隔震的效果。此支座有较长的自振周期使其具有必要的隔离能力，并依靠结构重力使其复位；地震作用时，依靠滚动摩擦的作用，可以消耗传入上部结构的地震能量，防止支座上的物体发生摇晃甚至是倾覆。
Claims (7)
1.一种球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，包括上台板(1)、下台板(4)和带中心孔的止动器板(8)，其中，止动器板(8)上通过加压螺栓(9)固定有若干保持器(7)，保持器(7)上设置有上下贯通的槽，槽中有凹形结构，凹形结构中有滚动球(2)，凹形结构的尺寸使得滚动球(2)在其中只能滚动不能移动，滚动球(2)的尺寸使得其伸出所述槽的上下底面，上台板(1)的下底面和/或下台板(4)的上底面设置有与滚动球(2)对应的凹形曲面(6)，上台板(1)的下底面还设置有与止动器板(8)的中心孔对应的限位杆(5)，限位杆(5)插入中心孔实现上台板(1)与止动器板(8)的连接。
2.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述保持器(7)为长方体块，所述的凹形结构由两个在槽壁上相对的内凹三角形组成，凹形结构厚度为滚动球(2)直径的2/3，内凹的深度是滚动球(2)直径的2/5，槽的长度为滚动球(2)直径的1.5倍。
3.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述止动器板(8)为板状结构，保持器(7)设置在止动器板(8)的四周。
4.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述限位杆(5)的外径与止动器板(8)中心孔的内径之比范围为0.15-0.3；止动器板(8)中心孔的内径与上台板(1)、下台板(4)的长度之比的范围为0.3-0.45。
5.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述凹形曲面(6)的半径与上台板(1)、下台板(4)的长度之比的范围为0.35-0.45；所述凹形曲面(6)的半径与滚动球(2)的直径之比范围为3.5-5.5。
6.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述的上台板(1)与下台板(4)的形状为正方体。
7.根据权利要求1所述球形摩擦摆隔震支座，其特征在于，各个滚动球(2)通过保持器(7)和加压螺栓(9)设置在止动器板(8)上，四个滚动球连成一个整体，实现联动。
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