CN110259243A - 一种利用废旧轮胎的隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用废旧轮胎的隔震支座，包括废旧轮胎、天然砂、卵石、钢丝绳网，废旧轮胎为整体完好的废旧的汽车外胎，天然砂填充于废旧轮胎的内部且分层压实，质地坚硬、表面光滑、无裂纹、扁平形的卵石呈层状水平埋置于天然砂中，所述卵石设置3至5层，由不锈钢钢丝绳编织而成的钢丝绳网通过收紧钢丝绳紧密包围在废旧轮胎的外部。本发明能够克服橡胶支座隔震技术在村镇建筑中推广应用存在的困难，与此同时，可以解决废旧轮胎的回收再利用问题。本发明能够满足建筑隔震支座的性能要求，适用于1至5层、建筑高度不超过20m的房屋建筑，尤其是村镇建筑的隔震，可以在一定程度上减小房屋结构的地震反应。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程结构的隔震领域，具体是指一种利用废旧轮胎的隔震支座。
背景技术
我国的村镇建筑以低层的砌体结构和砖混结构为主。这些村镇房屋通常是由房主委托当地的建筑施工队按照当地的传统习惯建造(一般不经过正规设计单位设计)，具有结构简单、造价低廉、建筑材料就地或就近取材等特点。应当指出的是，这些房屋的抗震性能大多较差，甚至基本不设防。2008年的汶川地震、2010年的玉树地震以及2013年的芦山地震中，村镇建筑倒塌破坏程度均远高于城市。因此，提高村镇房屋的抗震能力是目前亟待解决的问题。
结构基础隔震通过在上部结构和基础之间设置水平柔性层，以延长结构侧向振动的基本周期，使其远离地震动的卓越周期，从而达到减小地震地面运动对上部结构的作用。结构隔震技术业已成熟，并且在国内外的实际工程中已经得到较为广泛的应用。目前使用最多的隔震装置是橡胶隔震支座，包括天然橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等。注意到，橡胶支座隔震技术由于造价较高、构造复杂、施工难度较大等原因，在村镇建筑中的推广应用存在一定困难。因此，寻找造价低廉、构造简单、施工方便的适用于村镇房屋的隔震装置至关重要。另一方面，随着经济社会的快速发展，我国汽车保有量，特别是私家车保有量，呈快速增长趋势，随之每年产生大量的废旧轮胎，但我国废旧轮胎的回收利用率低下，大大落后于发达国家，造成巨大的资源浪费和环境污染。因此，废旧轮胎的回收再利用是必要的，也是变废为宝、化害为利的重要举措。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧轮胎的隔震支座，用于克服橡胶支座隔震技术在村镇建筑中推广应用存在的困难以及解决废旧轮胎的回收再利用问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用废旧轮胎的隔震支座，包括废旧轮胎、天然砂、卵石、钢丝绳网；所述废旧轮胎是指废旧的汽车外胎，主要由橡胶等制成，废旧轮胎整体完好，其胎冠和胎侧等部位无破洞或裂缝，废旧轮胎的内部填满天然砂和卵石；所述天然砂是指由自然条件作用而形成的粒径在5mm以下的岩石颗粒，天然砂填充于废旧轮胎的内部且分层压实；所述卵石是指由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的岩石颗粒，卵石要求质地坚硬、表面光滑、无裂纹、呈扁平形，3至5层的卵石水平埋置于天然砂中；所述钢丝绳网是指由公称直径6至12mm的不锈钢钢丝绳编织而成的网状物，钢丝绳网通过第一收紧钢丝绳和第二收紧钢丝绳紧密包围在废旧轮胎的外部。
在一较佳的实施例中，废旧轮胎的宽度为165至245mm，外直径为550至800mm；废旧轮胎的尺寸由隔震层以上的结构层数决定，即上部结构层数较多时废旧轮胎的尺寸较大，反之则尺寸较小。
在一较佳的实施例中，天然砂采用河砂、湖砂、山砂、淡化海砂中的一种或几种；优先选用颗粒级配良好的天然砂，以便形成较为密实的堆积状态。
在一较佳的实施例中，卵石采用河卵石、海卵石、山卵石中的一种或几种；卵石的粒径为40至80mm，厚度与粒径之比为0.2至0.4；卵石粒径取值由废旧轮胎的外直径决定，即废旧轮胎外直径大时卵石粒径取大值，反之则取小值；天然砂中水平埋置的卵石的层数由废旧轮胎的宽度确定，即废旧轮胎宽度大时卵石层数量多，反之则数量少。
在一较佳的实施例中，编织钢丝绳网的不锈钢钢丝绳的公称直径由隔震层以上的结构层数决定，即上部结构层数较多时不锈钢钢丝绳公称直径取大值，反之则取小值。
在一较佳的实施例中，第一收紧钢丝绳和第二收紧钢丝绳均为不锈钢钢丝绳，其公称直径不小于编制钢丝绳网的不锈钢钢丝绳的公称直径。
在一较佳的实施例中，隔震支座安装于上地圈梁底部和下地圈梁顶部的凹槽内，适用于1至5层房屋建筑，尤其是村镇砌体结构和砖混结构的隔震，且房屋建筑高度不超过20m。
在一较佳的实施例中，在废旧轮胎与钢丝绳网之间增设一层或多层汽车废旧内胎，能够提高隔震支座的耐久性。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
(1)利用废旧轮胎的隔震支座，其组成部分(即废旧轮胎、天然砂、卵石和钢丝绳)基本可以做到就地、就近取材，且均价格低廉。因此，该隔震支座的造价比橡胶隔震支座要低很多。其次，利用废旧轮胎的隔震支座构造简单，施工人员无需经过复杂的培训就可以完成组装，且实际工程中应用时，只需将其镶嵌于上地圈梁底部和下地圈梁顶部的凹槽内即可，施工非常方便。总之，利用废旧轮胎的隔震支座能够克服橡胶支座隔震技术在村镇建筑中推广应用存在的困难。
(2)利用废旧轮胎的隔震支座中，钢丝绳网能够给废旧轮胎提供可靠约束，防止隔震支座受压时产生过大的横向变形。外包钢丝绳网的废旧轮胎可以对内填的天然砂和卵石提供有效约束，使隔震支座具有足够的竖向刚度和竖向承载力。利用废旧轮胎的隔震支座水平刚度较小，并且水平侧移容许值较大，预期可满足建筑隔震支座剪切性能要求。当隔震层受到水平地震作用时，隔震支座内填充的天然砂之间以及天然砂与废旧轮胎及卵石之间的挤压和摩擦可以耗散地震能量，从而减小隔震层的位移。此外，废旧轮胎具有一定的变形恢复能力，使得利用废旧轮胎的隔震支座具有一定的自复位功能。总之，利用废旧轮胎的隔震支座能够满足建筑隔震支座的性能要求。
(3)利用废旧轮胎的隔震支座能够实现废旧轮胎的回收再利用，这对于建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。
附图说明
图1为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座的正立面图；
图2为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座的平面图；
图3为本发明优选实施例中图2所示利用废旧轮胎的隔震支座的1-1剖面图；
图4为本发明优选实施例中图1和图2所示利用废旧轮胎的隔震支座中钢丝绳网的示意图；
图5为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座在村镇建筑中的安装示意图；
图6为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座在L型墙体交接处的安装示意图；
图7为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座在T型墙体交接处的安装示意图；
图8为本发明优选实施例中利用废旧轮胎的隔震支座在十字型墙体交接处的安装示意图。
图中：1-废旧轮胎，2-钢丝绳网，3-天然砂，41-第一收紧钢丝绳，42-第二收紧钢丝绳，5-卵石，6-横向钢丝绳，7-斜向钢丝绳，8-钢丝绳卡扣，9-利用废旧轮胎的隔震支座，10-上地圈梁，11-下地圈梁，12-上部墙体，13-基础墙。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种利用废旧轮胎的隔震支座，参考图1至3，包括废旧轮胎1、天然砂3、卵石5、钢丝绳网2、第一收紧钢丝绳41和第二收紧钢丝绳42；所述废旧轮胎1是指废旧的汽车外胎，主要由橡胶等制成，废旧轮胎1整体完好，其胎冠和胎侧等部位无破洞或裂缝，废旧轮胎1的内部填满天然砂3和卵石5；所述天然砂3是指由自然条件作用而形成的粒径在5mm以下的岩石颗粒，天然砂3填充于废旧轮胎1的内部且分层压实；所述卵石5是指由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的岩石颗粒，卵石5要求质地坚硬、表面光滑、无裂纹、呈扁平形，3至5层的卵石5水平埋置于天然砂3中；所述钢丝绳网2是指由公称直径6至12mm的不锈钢钢丝绳编织而成的网状物，钢丝绳网2通过第一收紧钢丝绳41和第二收紧钢丝绳42紧密包围在废旧轮胎1的外部。
废旧轮胎1是废旧的汽车外胎，主要由橡胶等制成。在利用废旧轮胎的隔震支座9(以下简称隔震支座9)中，废旧轮胎1的主要作用是为内填的天然砂3和卵石5提供有效约束，使隔震支座9具有足够的竖向刚度以及竖向承载力。其次，废旧轮胎1具有一定的变形恢复能力，使隔震支座9具有一定的自复位功能，从而在一定程度上减小隔震层的震后残余位移。此外，废旧轮胎1的主要成分——橡胶具有一定的阻尼性能，即在外力作用下将产生剧烈的内摩擦，可以起到耗能减振的作用。为防止隔震支座9受力变形时废旧轮胎1中内填的天然砂3出现泄漏，废旧轮胎1应整体完好，其胎冠和胎侧等部位不能有破洞或裂缝。
钢丝绳网2是由不锈钢钢丝绳编织而成的网状物，图1和图2中钢丝绳网2的示意图见图4。图4中，钢丝绳网2由横向钢丝绳6、斜向钢丝绳7以及钢丝绳卡扣8编织而成。特别指出的是，钢丝绳网2的编织方式不局限于图4这一种形式，只要钢丝绳网2编制成一体后能够可靠受力即可。隔震支座9中，钢丝绳网2与汽车防滑链的安装方法类似，它是通过第一收紧钢丝绳41、第二收紧钢丝绳42固定在废旧轮胎1外部的。钢丝绳网2安装时，其左右端部的钢丝绳应采用钢丝绳卡扣8可靠连接在一起。编织钢丝绳网2的钢丝绳公称直径不能太小，并且钢丝绳网2的网孔不能过大。这有这样钢丝绳网2才能够给废旧轮胎1提供可靠约束，防止隔震支座9受压时产生过大的横向变形。
天然砂3填充于废旧轮胎1的内部，可以采用河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，比较容易实现就地、就近取材。天然砂3优先选用颗粒级配良好的天然砂，即不同粒径的砂粒搭配比例要适当。此外，向废旧轮胎1内填充天然砂3时，宜采用人工或机械分层压实，以减小空隙率。采取以上措施的目的是使天然砂3形成较为密实的堆积状态，进而提高隔震支座9的竖向刚度以及竖向承载力。当隔震层受到水平地震作用时，隔震支座9内填充的天然砂3之间以及天然砂3与废旧轮胎1及卵石5之间的挤压和摩擦可以耗散一部分地震能量，从而在一定程度上减小隔震层的位移。
第一收紧钢丝绳41、第二收紧钢丝绳42用于将钢丝绳网2固定在废旧轮胎1的外部，如图2和图3所示。第一收紧钢丝绳41、第二收紧钢丝绳42的接头处宜采用钢丝绳卡扣8可靠连接并张拉紧，使钢丝绳网2紧密包围在废旧轮胎1的外部，以对废旧轮胎1提供有效约束。
卵石5水平埋置于天然砂3中。卵石5可以采用河卵石、海卵石和山卵石，优先选用质地坚硬、表面光滑、无裂纹、扁平形的卵石。卵石层的数量为3至5层，具体层数由废旧轮胎1的宽度确定，即废旧轮胎1宽度大时卵石层数量多，反之则卵石层数量少。在天然砂3中设置卵石层的主要目的有两个。其一，卵石5质地坚硬、抗压强度高，可以增大隔震支座9的竖向刚度和竖向承载力；其二，卵石5表面光滑、扁平，可在卵石层与天然砂3的接触处形成滑动面，以减小隔震支座9的水平刚度。
图5为本发明隔震支座9在村镇建筑中的安装示意图。隔震支座9镶嵌于上地圈梁10底部和下地圈梁11顶部的凹槽内，上地圈梁10的上面为上部墙体12，下地圈梁11的下面为基础墙13。实际工程中，一般可以将隔震支座9设置在纵横墙交接处(此处应该布置构造柱)的上地圈梁10、下地圈梁11之间。应当指出的是，地圈梁的宽度大多与墙体的厚度相当，而隔震支座9中废旧轮胎1的外直径为550至800mm，一般大于墙体的厚度。因此为便于合理安装隔震支座9，可在设置隔震支座9的一定长度范围内适当增大上地圈梁10和下地圈梁11的宽度。图6、图7和图8中分别给出了隔震支座9在L型、T型和十字型墙体交接处的安装示意图。
为提高隔震支座9的耐久性，可以在图1、图2、图3所示的隔震支座9中废旧轮胎1与钢丝绳网2之间增加一层或多层汽车废旧内胎。为防止大震或巨震时可能因隔震层破坏导致上部结构从基础顶部掉落，可以在上地圈梁10与下地圈梁11之间设置限位装置，如限位钢筋、限位钢绞线等。
以上描述中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于包括废旧轮胎、天然砂、卵石、钢丝绳网；所述废旧轮胎是指废旧的汽车外胎，主要由橡胶等制成，废旧轮胎整体完好，其胎冠和胎侧等部位无破洞或裂缝，废旧轮胎的内部填满天然砂和卵石；所述天然砂是指由自然条件作用而形成的粒径在5mm以下的岩石颗粒，天然砂填充于废旧轮胎的内部且分层压实；所述卵石是指由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的岩石颗粒，卵石要求质地坚硬、表面光滑、无裂纹、呈扁平形，3至5层的卵石水平埋置于天然砂中；所述钢丝绳网是指由公称直径6至12mm的不锈钢钢丝绳编织而成的网状物，钢丝绳网通过第一收紧钢丝绳和第二收紧钢丝绳紧密包围在废旧轮胎的外部。
2.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，废旧轮胎的宽度为165至245mm，外直径为550至800mm；废旧轮胎的尺寸由隔震层以上的结构层数决定，即上部结构层数较多时废旧轮胎的尺寸较大，反之则尺寸较小。
3.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，天然砂采用河砂、湖砂、山砂、淡化海砂中的一种或几种；优先选用颗粒级配良好的天然砂，以便形成较为密实的堆积状态。
4.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，卵石采用河卵石、海卵石、山卵石中的一种或几种；卵石的粒径为40至80mm，厚度与粒径之比为0.2至0.4；卵石粒径取值由废旧轮胎的外直径决定，即废旧轮胎外直径大时卵石粒径取大值，反之则取小值；天然砂中水平埋置的卵石的层数由废旧轮胎的宽度确定，即废旧轮胎宽度大时卵石层数量多，反之则数量少。
5.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，编织钢丝绳网的不锈钢钢丝绳的公称直径由隔震层以上的结构层数决定，即上部结构层数较多时不锈钢钢丝绳公称直径取大值，反之则取小值。
6.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，第一收紧钢丝绳和第二收紧钢丝绳均为不锈钢钢丝绳，其公称直径不小于编制钢丝绳网的不锈钢钢丝绳的公称直径。
7.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，隔震支座安装于上地圈梁底部和下地圈梁顶部的凹槽内，适用于1至5层房屋建筑，尤其是村镇砌体结构和砖混结构的隔震，且房屋建筑高度不超过20m。
8.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎的隔震支座，其特征在于，在废旧轮胎与钢丝绳网之间增设一层或多层汽车废旧内胎，能够提高隔震支座的耐久性。
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