CN108625654A - 一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，包括内部小直径橡胶支座和外部大直径橡胶支座，本装置在多遇地震作用时正常发挥内部橡胶支座的刚度确保隔震结构整体减震效果，在地震作用下外部橡胶支座可以发生滑动或摩擦，可以提供一定的摩擦耗能作用，确保隔震结构的减震效果。罕遇地震作用下外部橡胶支座滑移摩擦范围增大，提供更多的摩擦耗能，确保大震作用下隔震结构的减震效果。当变形达到一定程度后，受到内部橡胶支座的限制，停止滑移摩擦，开始提供刚度，确保隔震层后期刚度的稳定，确保橡胶支座不发生位移超限破坏。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构领域，具体涉及一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置。
背景技术
近年来大地震频繁发生，隔震结构作为一种良好的减震效果的结构形式，在甘肃、四川、宁夏等地震多发地区大力推广和建设。隔震装置作为隔震结构的重要组成部分，随着隔震技术的不断发展和隔震结构多样式的出现，隔震装置的要求呈多样化发展。
现有的常规隔震装置如铅芯橡胶支座、普通橡胶支座和滑移支座等不能够满足现有隔震需求，特别是不能满足不同承载力、不同变形能力等要求；主要表现在隔震装置的刚度、竖向承载力、变形能力与整体减震效果上，故单一的隔震元件已经不能够满足要求，而在隔震结构设计过程中可能会出现以下几种问题：
（1）隔震装置的刚度满足要求时，竖向承载力和变形能力不满足要求；
（2）隔震装置的竖向承载力和变形能力满足要求时，隔震装置的刚度和减震效果不满足要求；
（3）大变形情况下后期刚度不足，结构体系隔震层位移超限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，以解决现有结构所存在的缺陷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，包括上连接板、下连接板以及设置在上、下连接板之间的橡胶支座，橡胶支座包括小直径橡胶支座及大直径橡胶支座，大直径橡胶支座为环形结构，套在小直径橡胶支座外周处且其内壁面与小直径橡胶支座的外壁面间隔一定距离；大直径橡胶支座底部嵌合有环状的滑块，下连接板上位于小直径橡胶支座以外的区域处设有形成摩擦面的摩擦材料；摩擦面分为低摩擦系数区和/或高摩擦系数区，滑块位于下连接板的摩擦面处并可在摩擦面上滑动。
进一步，小直径橡胶支座与大直径橡胶支座均主要由橡胶层、钢板及橡胶外保护层组成，钢板分为内钢板、上封钢板与下封钢板，多层橡胶层与多层内钢板交替粘结成整体结构，上封钢板与下封钢板对应设置在整体结构的上下端面处，橡胶外保护层则包覆在上、下封钢板及整体结构的外周处；小直径橡胶支座中的上封钢板、下封钢板对应与上连接板及下连接板相连，大直径橡胶支座中的上封钢板与上连接板相连，大直径橡胶支座中的下封钢板底部设有用于嵌合滑块的内嵌槽。
进一步，滑块为圆环状，下封钢板底部的内嵌槽对应为圆环形凹槽，滑块嵌合在内嵌槽中且部分外露。
进一步，大直径橡胶支座中还包括若干根铅芯，各铅芯间隔均匀的挤压入大直径橡胶支座的整体结构中。
进一步，小直径橡胶支座的中心处设有铅芯。
进一步，大直径橡胶支座中的下封钢板顶部设有嵌入铅芯的凹槽，凹槽与内嵌槽隔断不通。
进一步，小直径橡胶支座与大直径橡胶支座同轴设置。
进一步，大直径橡胶支座中的铅芯有四根。
本发明的有益效果在于：
在地震高烈度地区多层和小高层隔震结构设计中，多遇地震作用下本装置可提供一定水平刚度，且有高耗能的作用，确保了隔震结构的减震效果；
在罕遇地震作用时隔震结构隔震层产生大变形，内部小直径橡胶支座水平刚度降低，竖向承载力下降，外部大直径橡胶支座具有大的竖向承载力，并当变形达到一定程度滑移受阻，能提供后期刚度，能够确保隔震层整体刚度的稳定性，对隔震层的变形控制起到一定的抑制作用。
总的来说，本装置在多遇地震作用时正常发挥内部橡胶支座的刚度确保隔震结构整体减震效果，在地震作用下外部橡胶支座可以发生滑动或摩擦，可以提供一定的摩擦耗能作用，确保隔震结构的减震效果。罕遇地震作用下外部橡胶支座滑移摩擦范围增大，提供更多的摩擦耗能，确保大震作用下隔震结构的减震效果。当变形达到一定程度后，受到内部橡胶支座的限制，停止滑移摩擦，开始提供刚度，确保隔震层后期刚度的稳定，确保橡胶支座不发生位移超限破坏。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的隔震装置剖面图；
图2为图1的俯视图；
图3为下连接板上摩擦面分区示意图；
图4为大直径橡胶支座中下封钢板的结构示意图；
图5为滑块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图所示，一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，包括上连接板1、下连接板11以及设置在上、下连接板之间的橡胶支座，橡胶支座包括小直径橡胶支座13（亦为“内部橡胶支座”）及大直径橡胶支座12（亦为“外部橡胶支座”），大直径橡胶支座12为环形结构，套在小直径橡胶支座13外周处且其内壁面与小直径橡胶支座的外壁面间隔一定距离；大直径橡胶支座底部嵌合有环状的滑块9，下连接板11上位于小直径橡胶支座以外的区域处设有形成摩擦面10的摩擦材料；摩擦面10可分为低摩擦系数区和/或高摩擦系数区，滑块9位于下连接板11的摩擦面10处并可在摩擦面10上滑动。
该装置中，橡胶支座分为小直径橡胶支座13及大直径橡胶支座12两种，两种橡胶支座形成了“内部”与“外部”两层结构的形式，其中，“内部”的小直径橡胶支座13设置在中心处且与上连接板1及下连接板11相固连，可以提供常规的隔震装置水平刚度，确保在多遇地震作用下隔震结构的减震效果；“外部”的大直径橡胶支座12采用滑移摩擦可产生滑动，不提供初始刚度，同时具有较大的竖向承载力，不增加隔震装置的水平刚度，且能在大变形的情况下确保整体结构的减震性能及稳定性。摩擦面10与大直径橡胶支座13底部的滑块9间可具有滑移、摩擦以及滑移-摩擦三种形式，可以根据需求选择增加不同的摩擦耗能，提高隔震结构的整体减震效果。
另外，大、小直径橡胶支座“内部”与“外部”两层套合的结构形式，能使大直径橡胶支座达到一定变形值后，小直径橡胶支座会限制大直径橡胶支座的滑动摩擦，进而提供后期刚度，从而确保在罕遇地震作用下隔震层的整体位移不超过限值。
该组合隔震装置中，小直径橡胶支座与大直径橡胶支座均主要由橡胶层3、钢板及橡胶外保护层6组成，钢板分为内钢板4、上封钢板2与下封钢板7、下封钢板8，多层橡胶层3与多层内钢板4交替粘结成整体结构，上封钢板2与下封钢板7对应设置在整体结构的上下端面处，橡胶外保护层6则包覆在上、下封钢板及整体结构的外周处；小直径橡胶支座中的上封钢板2、下封钢板7对应与上连接板1及下连接板11固连，大直径橡胶支座中的上封钢板2与上连接板1固连，大直径橡胶支座中的下封钢板8底部设有用于嵌合滑块9的内嵌槽81。
多层橡胶层3与多层内钢板4交替粘结的结构设计可提高外部大直径橡胶支座12的竖向承载能力，确保了隔震结构的竖向承载状态，从而提高了隔震装置整体的承载力与安全性。滑块9直接与下封钢板8的内嵌槽81相嵌合，安装设计比较方便。
该组合隔震装置中，滑块9为圆环状，下封钢板8底部的内嵌槽81对应为圆环形凹槽，滑块9嵌合在内嵌槽81中且部分外露，满足滑块9与下连接板11上摩擦面间的配合需求。
该组合隔震装置中，大直径橡胶支座12中还包括若干根铅芯5，各铅芯5间隔均匀的挤压入大直径橡胶支座12的整体结构中。对应的，小直径橡胶支座13的中心处也设有铅芯5，进一步增加了大、小直径橡胶支座的耗能。
需要说明的是，此处大、小直径橡胶支座可根据要求设计成不同形式：具体可分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型。
其中Ⅰ型为全铅芯橡胶支座，即小直径橡胶支座中含1个铅芯，大直径橡胶支座中含4个铅芯，此时的支座适用于竖向承载力高、隔震层等效水平刚度需求很大、耗能很高的情况。对于隔震结构的隔震层水平位移控制和减震效果控制很好，是常规的设计形式。
Ⅱ型为部分含铅芯橡胶支座，即小直径橡胶支座不含铅芯，大直径橡胶支座含4个铅芯，此时的支座适用于竖向承载力高、隔震层等效水平刚度需求较较大、耗能要求较高的情况。对于隔震结构的隔震层水平位移控制较好和减震效果控制较好，是基于性能设计的改进形式。
Ⅲ型也为部分含铅芯橡胶支座，即小直径橡胶支座含1个铅芯，大直径橡胶支座不含铅芯，此时的支座适用于竖向承载力高、隔震层等效水平刚度需求较小、耗能要求一般的情况。对于隔震结构的隔震层水平位移控制较好和减震效果控制较好，是基于性能设计的改进形式。
Ⅳ型为普通橡胶支座，即小直径橡胶支座和大直径橡胶支座中均不含铅芯，此时的支座适用于竖向承载力高、隔震层等效水平刚度需求小、耗能要求小的情况。对于隔震结构的隔震层水平位移控制较好和减震效果控制较好，是常规的设计形式。
该组合隔震装置中，大直径橡胶支座12中的下封钢板8顶部设有嵌入铅芯的凹槽82，凹槽82与内嵌槽81隔断不通。凹槽设计便于装配，同时，凹槽82与内嵌槽81不相通的设计可保证插入的铅芯不会干预滑块9的运动。
该组合隔震装置中，小直径橡胶支座13与大直径橡胶支座12同轴设置，大直径橡胶支座12中的铅芯5有四根。
该组合隔震装置中，下连接板11上的摩擦面10可以依据需求进行设计，即可分为单一滑移面（仅有低摩擦系数区）、单一摩擦面（仅有高摩擦系数区）和滑移-摩擦分区（低摩擦系数区与高摩擦系数区相结合），以满足性能设计要求。其中，单一滑移面摩擦系数较小，不产生大的摩擦阻力，此时隔震装置为小水平刚度，大竖向承载力，并可作为后期限位装置，提供后期刚度。单一摩擦面摩擦系数根据需求设计，以产生大的摩擦阻力，产生耗能，此时隔震装置为摩擦耗能，提供大竖向承载力，并可作为后期限位装置，提供后期刚度，使隔震结构具有很好的减震效果。滑移-摩擦分区设计时摩擦系数根据需求分区设计，以在不同的区域内产生不同的摩擦阻力，从而产生不同的耗能作用，使隔震结构具有较好的减震效果。
本装置在多遇地震作用时正常发挥内部橡胶支座的刚度确保隔震结构整体减震效果，在地震作用下外部橡胶支座可以发生滑动或摩擦，可以提供一定的摩擦耗能作用，确保隔震结构的减震效果。罕遇地震作用下外部橡胶支座滑移摩擦范围增大，提供更多的摩擦耗能，确保大震作用下隔震结构的减震效果。当变形达到一定程度后，受到内部橡胶支座的限制，停止滑移摩擦，开始提供刚度，确保隔震层后期刚度的稳定，确保橡胶支座不发生位移超限破坏。
实施例一、
内部为圆柱体结构的小直径橡胶支座，外部为圆环结构的大直径橡胶支座，小直径橡胶支座中有一根铅芯，大直径橡胶支座中有四根铅芯。小直径橡胶支座中的下封钢板7可实现限位作用。
小直径橡胶支座直径B2为400mm，大直径橡胶支座直径B1为900mm，大直径橡胶支座的滑移范围（B1- B2）为直径400mm～1000mm范围。
大直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共15层，各橡胶层厚度为3mm，共16层，上封钢板2厚度为20mm，设有内嵌槽的下封钢板为厚度为33mm，直径为900mm，内嵌槽深度为3mm，内嵌槽宽度B4为280mm，下封钢板的顶部对应设有嵌入铅芯的槽口B5，槽口深度为15mm；滑块t3厚度为8mm，内嵌3mm，外露5mm。
小直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共19层，各橡胶层厚度为3mm，共20层，上封钢板2与下封钢板7厚度为20mm，多层橡胶层3与多层内钢板4交替粘结成整体结构，总高度H1为128.5mm，铅芯直径为40mm。
橡胶外保护层6厚度为5mm，摩擦面采用滑移面，摩擦系数控制在0.05以下。滑块与摩擦面之间滑移耗能。
实施例二、
内部为圆柱体结构的小直径橡胶支座，外部为圆环结构的大直径橡胶支座，小直径橡胶支座中有一根铅芯，大直径橡胶支座中有四根铅芯。小直径橡胶支座中的下封钢板7可实现限位作用。
小直径橡胶支座直径B2为400mm，大直径橡胶支座直径B1为900mm，大直径橡胶支座的滑移范围（B1- B2）为直径400mm～1000mm范围。
大直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共15层，各橡胶层厚度为3mm，共16层，上封钢板2厚度为20mm，设有内嵌槽的下封钢板为厚度为33mm，直径为900mm，内嵌槽深度为3mm，内嵌槽宽度B4为280mm，下封钢板的顶部对应设有嵌入铅芯的槽口B5，槽口深度为15mm；滑块t3厚度为8mm，内嵌3mm，外露5mm。
小直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共19层，各橡胶层厚度为3mm，共20层，上封钢板2与下封钢板7厚度为20mm，多层橡胶层3与多层内钢板4交替粘结成整体结构，总高度H1为128.5mm，铅芯直径为40mm。
橡胶外保护层厚度为5mm，摩擦面采用大摩擦面，摩擦系数控制在0.10～0.15。滑块与摩擦面之间摩擦耗能。
实施例三、
内部为圆柱体结构的小直径橡胶支座，外部为圆环结构的大直径橡胶支座，小直径橡胶支座中有一根铅芯，大直径橡胶支座中有四根铅芯。小直径橡胶支座中的下封钢板7可实现限位作用。
小直径橡胶支座直径B2为400mm，大直径橡胶支座直径B1为900mm，大直径橡胶支座的滑移范围（B1- B2）为直径400mm～1000mm范围。
大直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共15层，各橡胶层厚度为3mm，共16层，上封钢板2厚度为20mm，设有内嵌槽的下封钢板为厚度为33mm，直径为900mm，内嵌槽深度为3mm，内嵌槽宽度B4为280mm，下封钢板的顶部对应设有嵌入铅芯的槽口B5，槽口深度为15mm；滑块t3厚度为8mm，内嵌3mm，外露5mm。
小直径橡胶支座中：内钢板4厚度为1.5mm，共19层，各橡胶层厚度为3mm，共20层，上封钢板2与下封钢板7厚度为20mm，多层橡胶层3与多层内钢板4交替粘结成整体结构，总高度H1为128.5mm，铅芯直径为40mm。
橡胶外保护层厚度为5mm，摩擦面采用光滑面—大摩擦面组合面（即摩擦面分为低摩擦系数区与高摩擦系数区两个区），光滑面的摩擦系数控制在0.05以下，大摩擦面摩擦系数控制在0.10～0.15，滑块与摩擦面之间滑移—摩擦耗能。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，包括上连接板、下连接板以及设置在上、下连接板之间的橡胶支座，其特征在于：橡胶支座包括小直径橡胶支座及大直径橡胶支座，大直径橡胶支座为环形结构，套在小直径橡胶支座外周处且其内壁面与小直径橡胶支座的外壁面间隔一定距离；大直径橡胶支座底部嵌合有环状的滑块，下连接板上位于小直径橡胶支座以外的区域处设有形成摩擦面的摩擦材料；摩擦面分为低摩擦系数区和/或高摩擦系数区，滑块位于下连接板的摩擦面处并可在摩擦面上滑动。
2.根据权利要求1所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：小直径橡胶支座与大直径橡胶支座均主要由橡胶层、钢板及橡胶外保护层组成，钢板分为内钢板、上封钢板与下封钢板，多层橡胶层与多层内钢板交替粘结成整体结构，上封钢板与下封钢板对应设置在整体结构的上下端面处，橡胶外保护层则包覆在上、下封钢板及整体结构的外周处；小直径橡胶支座中的上封钢板、下封钢板对应与上连接板及下连接板相连，大直径橡胶支座中的上封钢板与上连接板相连，大直径橡胶支座中的下封钢板底部设有用于嵌合滑块的内嵌槽。
3.根据权利要求2所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：滑块为圆环状，下封钢板底部的内嵌槽对应为圆环形凹槽，滑块嵌合在内嵌槽中且部分外露。
4.根据权利要求2所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：大直径橡胶支座中还包括若干根铅芯，各铅芯间隔均匀的挤压入大直径橡胶支座的整体结构中。
5.根据权利要求2所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：小直径橡胶支座的中心处设有铅芯。
6.根据权利要求2所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：大直径橡胶支座中的下封钢板顶部设有嵌入铅芯的凹槽，凹槽与内嵌槽隔断不通。
7.根据权利要求1所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：小直径橡胶支座与大直径橡胶支座同轴设置。
8.根据权利要求4所述的外置式滑移摩擦型橡胶支座组合隔震装置，其特征在于：大直径橡胶支座中的铅芯有四根。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181009 |