CN109594672A - 一种摩擦摆隔震系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦摆隔震系统，其包括一摩擦摆，所述摩擦摆包括相对设置的上支座板（5）和下支座板（8），上、下支座板的两侧通过剪切销键（1）连接成一体，且上、下支座板的中部经第一球铰结构滑动连接，下支座板的顶面覆盖耐磨板（7），所述耐磨板上表面从内到外依次分布多个摩擦系数不同的区域，位于最中心的实心圆区域的摩擦系数最小，且实心圆区域的摩擦系数与多遇地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配；第一球铰结构滑动设置在耐磨板上表面，使得第一球铰结构与耐磨板之间的摩擦力随着第一球铰结构在耐磨板上滑移位置的改变而变化；一超线性粘滞阻尼器的一端与下支座板刚性连接，另一端经刚性杆（18）、滑动铰支座（17）连接上支座板。

Description

一种摩擦摆隔震系统

技术领域

本发明涉及结构工程抗震结构，特别是一种摩擦摆隔震系统。

背景技术

结构工程抗震一直是土木工程领域研究的热点。传统的抗震方法是一种硬抗的方法，即通过增加结构构件截面、增加构件配筋等来提高结构的抗力。与传统抗震方法相反，隔震技术通过积极地防御策略阻隔或耗散地震能量,抑制结构地震响应。摩擦摆隔震系统是由平面滑移隔震系统发展而来。它除了具有平面滑移隔震系统对地震激励频率范围低敏感性和高稳定性等特性外,特有的圆弧滑动面使其具有自复位功能。经过30多年的发展,已经发展出多种摩擦摆隔震支座,但传统摩擦摆隔震支座在不同水准地震作用下隔震层的性能没有明显变化。

目前大量隔震研究和设计都是为了保证大震和超设防裂度的特大地震下的隔震效果，这样导致隔震系统对小震没有隔离能力，特别是摩擦摆隔震系统对小震没有隔离能力，因为摩擦力的特性是静摩擦远大于动摩擦而导致摩擦摆系统在小震下很难启动，而没有隔震效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在小震、中震时也能启动的摩擦摆隔震系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种摩擦摆隔震系统，包括一摩擦摆，所述摩擦摆包括相对设置的上支座板和下支座板，上、下支座板的两侧通过剪切销键连接成一体，且上、下支座板的中部经第一球铰结构滑动连接，所述下支座板的顶面覆盖耐磨板，所述耐磨板上表面从内到外依次分布多个摩擦系数不同的区域，即位于最中心的实心圆区域和位于实心圆区域外周的多个同心圆环区域，其中实心圆区域的摩擦系数最小，各同心圆环区域的摩擦系数由内到外依次递增，且实心圆区域的摩擦系数与多遇地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配，各同心圆环区域的摩擦系数与设防地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配；所述第一球铰结构滑动设置在所述耐磨板上表面，使得第一球铰结构与耐磨板之间的摩擦力随着第一球铰结构在耐磨板上滑移位置的改变而变化。这样，在多遇地震、设防地震，即小震、中震时，本发明摩擦摆隔震系统都能够启动，从而保证小震、中震的隔震效果。

进一步地，所述摩擦摆隔震系统还包括一速度指数大于1的超线性粘滞阻尼器，所述超线性粘滞阻尼器的一端经球形轴承与所述摩擦摆的下支座板的一端刚性连接，另一端经球形轴承连接刚性杆的一端，所述刚性杆的另一端经滑动铰支座连接所述摩擦摆的上支座板。

粘滞阻尼器是速度相关型阻尼器，从阻尼力F与速度v的关系式(F＝CV_α，式中：F为阻尼力(kN)；C为阻尼系数(kN/(mm/s))；V为活塞运动的速度(mm/s)；α为速度指数，根据工程要求进行设计选定，一般在0.01～1之间取值)可以看出，速度的变化直接影响阻尼力的大小。当0<α<1时为非线性粘滞阻尼器，当α＝1时为线性粘滞阻尼器，当α>1为超线性粘滞阻尼器，本发明中采用的即为超线性粘滞阻尼器，这样在罕遇地震，即大震时，由于本发明采用的是超线性粘滞阻尼器，因而具有很好的隔震效果，特别是用在核电站等重大结构的隔震方面，从而保证小震、中震和大震，甚至是超设防裂度的特大地震下，本发明摩擦摆隔震系统均有隔震效果，大幅度提高隔震系统的适用性。

进一步地，所述第一球铰结构包括设置于所述上支座板底面的带凹球面的滑动容腔和顶部设置为凸球面的铰接滑块，所述铰接滑块顶部的凸球面卡入所述滑动容腔内，所述铰接滑块的底面设置所述耐磨板上，且所述滑动容腔的凹球面的球面半径与所述铰接滑块顶部的凸球面的球面半径相匹配。

进一步地，所述下支座板的顶面设置为凹球面状的滑移球面，且所述耐磨板设置为相应的凹球面状，使所述第一球铰结构与所述耐磨板之间形成第二球铰结构，这样，使得上、下支座板通过第一、二球铰结构实现连接，在地震发生时，上支座板上的建筑物具有更大的偏转自由度，有效防止地震的破坏。

进一步地，所述上、下支座板之间设置限位装置，以保证上支座板与下支座板相隔一距离，从而保证上支座板能相对下支座板摆动。

进一步地，所述超线性粘滞阻尼器包括一缸体，所述缸体的两端被头部或封口封设，使缸体的内腔形成密闭腔体，所述密闭腔体内设置活塞，使密闭腔体分隔为第一腔和第二腔；第一、二腔内设置阻尼介质，并经设置在所述活塞上的通孔连通；活塞杆贯穿所述活塞，且活塞杆的一端伸出头部后连接一球形轴承,活塞杆的另一端与封口间隙配合，封口经马蹄铁连接另一球形轴承。

进一步地，所述刚性杆为L型杆。

进一步地，所述耐磨板实心圆区域布满钢珠，使实心圆区域的摩擦系数＝0.001，所述同心圆环区域为四个，且四个同心圆环区域的摩擦系数由内到外分别为0.05、0.10、0.20。具体应用时，四个同心圆环区域的摩擦系数可以根据实际情况调，不局限于具体的数值。

本发明摩擦摆隔震系统特别适合于核电站、珍贵文物保护的博物馆和血液中心的生命线工程的隔震系统。

附图说明

图1为本发明摩擦摆隔震系统一实施例的结构示意图。

图2为本发明耐磨板的俯视状态图。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本发明一种摩擦摆隔震系统一实施例包括一摩擦摆和一超线性粘滞阻尼器。

摩擦摆包括滑动容腔3、铰接滑块2、滑动球面4、耐磨板7、上支座板5、下支座板8、剪切销键1、限位装置6，上支座板5与下支座板8相对设置，并通过剪切销键1连接成一体，且上、下支座板5、8之间设置限位装置6，上支座板5的底面设置带有凹球面的滑动容腔3，下支座板8的顶面设置滑动球面4，滑动球面4上覆盖耐磨板7，耐磨板7上设置铰接滑块2，铰接滑块2的顶部设置为凸球面，该铰接滑块2的顶部凸球面卡入上支座板5的滑动容腔3内形成第一球铰结构，且滑动容腔3的凹球面的球面半径与铰接滑块2顶部的凸球面的球面半径相匹配。

超线性粘滞阻尼器包括两个球形轴承13、头部或封口12、腔体11、活塞杆16、活塞14、通孔15、马蹄铁9、缸体10。缸体10的两端被头部12及封口20封设，使缸体10的内腔形成密闭腔体11，该密闭腔体11内设置活塞14，使密闭腔体11分成第一腔111和第二腔112。第一腔111和第二腔112内设置阻尼介质，并经设置在活塞14上的通孔15连通。活塞杆16贯穿活塞14，且活塞杆16的一端伸出头部12直接连接一球形轴承13，另一端与封口20间隙配合，封口20经马蹄铁9连接另一球形轴承13。阻尼介质优选为硅油。

超线性粘滞阻尼器的一端经球形轴承13与摩擦摆的下支座板8的一端刚性连接，另一端经球形轴承13连接刚性杆18的一端，该刚性杆18的另一端经滑动铰支座17连接摩擦摆的上支座板5。该刚性杆18优选为L型杆，或由两根直线杆经铰轴19连接而成的L型杆。

如图2所示，耐磨板7呈凹球面状，且耐磨板7上表面从内到外依次分布四个摩擦系数不同的区域，使得铰接滑块2与耐磨板7之间的摩擦力随着铰接滑块2在耐磨板7上滑移位置的改变而变化。在本实施例中，四个区域分别为位于最中心的实心圆区域71和位于实心圆区域外周的第一、二、三同心圆环区域72、73、74，实心圆区域71布满钢珠，摩擦系数最小(μ₁＝0.001)，第一、二、三同心圆环区域72、73、74的摩擦系数分别从实心圆区域起由内向外依次递增，分别为μ₂＝0.05，μ₃＝0.10，μ₄＝0.20，且实心圆区域的摩擦系数与多遇地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配，各同心圆环区域的摩擦系数与设防地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配。

本发明摩擦摆隔震系统使用时，在多遇地震下，剪切销键1失效，由于铰接滑块2与耐磨板7接触的实心圆区域布满钢珠，摩擦系数很小(μ₁＝0.001)，产生的摩擦力几乎为零，因而摩擦摆启动，因铰接滑块2在地震下来回摆动，延长了整个结构体系的自震周期，减少输入上支座板5上部结构的地震能量，从而保证上部结构达到预期防震要求，在小震下，超线性粘滞阻尼器缓慢运动，由于速度很小所以产生的阻尼力也很小；在设防地震和罕遇地震下，摩擦摆迅速启动，上支座板5快速水平平动，从而带动刚性杆18，再经由刚性杆18带动超线性粘滞阻尼器的活塞杆16快速运动，由于速度比较大，产生较大的阻尼力消耗大部分地震力，从而保证上支座板5上部结构达到预期防震要求。由此可知，本发明在小震、中震和大震，甚至是超设防裂度的特大地震下，均有隔震效果，大幅度提高了隔震系统的适用性。

上文中提到的“多遇地震”是指小震,50年可能遭遇的超越概率为63％。“设防地震”是指中震，50年超越概率约为10％。“罕遇地震”是指大震,50年超越概率2％～3％。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种摩擦摆隔震系统，包括一摩擦摆，所述摩擦摆包括相对设置的上支座板（5）和下支座板（8），上、下支座板的两侧通过剪切销键（1）连接成一体，且上、下支座板的中部经第一球铰结构滑动连接，其特征在于，所述下支座板的顶面覆盖耐磨板（7），所述耐磨板上表面从内到外依次分布多个摩擦系数不同的区域，即位于最中心的实心圆区域和位于实心圆区域外周的多个同心圆环区域，其中实心圆区域的摩擦系数最小，各同心圆环区域的摩擦系数由内到外依次递增，且实心圆区域的摩擦系数与多遇地震时摩擦摆启动所需摩擦力匹配；所述第一球铰结构滑动设置在所述耐磨板上表面，使得第一球铰结构与耐磨板之间的摩擦力随着第一球铰结构在耐磨板上滑移位置的改变而变化。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于还包括一速度指数大于1的超线性粘滞阻尼器，所述超线性粘滞阻尼器的一端经球形轴承与所述摩擦摆的下支座板的一端刚性连接，另一端经球形轴承连接刚性杆（18）的一端，所述刚性杆的另一端经滑动铰支座（17）连接所述摩擦摆的上支座板。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述第一球铰结构包括设置于所述上支座板底面的带凹球面的滑动容腔（3）和顶部设置为凸球面的铰接滑块（2），所述铰接滑块顶部的凸球面卡入所述滑动容腔内，所述铰接滑块的底面设置所述耐磨板上，且所述滑动容腔的凹球面的球面半径与所述铰接滑块顶部的凸球面的球面半径相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述下支座板的顶面设置为凹球面状的滑移球面（4），且所述耐磨板设置为相应的凹球面状。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述上、下支座板之间设置限位装置(6)。

6.根据权利要求2所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述超线性粘滞阻尼器包括一缸体（10），所述缸体的两端被头部（12）及封口（20）封设，使缸体的内腔形成密闭腔体（11），所述密闭腔体内设置活塞（14），使密闭腔体分隔为第一腔（111）和第二腔（112）；第一、二腔内设置阻尼介质，并经设置在所述活塞上的通孔（15）连通；活塞杆（16）贯穿所述活塞，且活塞杆的一端伸出头部后连接一球形轴承（13）,活塞杆的另一端与封口间隙配合，封口经马蹄铁（9）连接另一球形轴承（13）。

7.根据权利要求2所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述刚性杆为L型杆。

8.根据权利要求2所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述刚性杆为两根直线杆经铰轴连接而成的L型杆。

9.根据权利要求2所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述耐磨板实心圆区域的摩擦系数=0.001，所述同心圆环区域为四个，且四个同心圆环区域的摩擦系数由内到外分别为0.05、0.10、0.20。

10.根据权利要求6所述的一种摩擦摆隔震系统，其特征在于，所述耐磨板的实心圆区域布满钢珠。