CN110273437A - 一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于抗震技术领域，并公开了一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，包括第一弹性滑动摩擦支座、摩擦套环和多个摩擦隔震装置，并且这些摩擦隔震装置以所述第一弹性滑动摩擦支座为中心周向均匀布置在所述第一弹性滑动摩擦支座的周围；所述摩擦套环包括内摩擦环、中摩擦环和外摩擦环；每个所述摩擦隔震装置均包括千斤顶和第二弹性滑动摩擦支座，所述千斤顶的输出轴上安装所述第二弹性滑动摩擦支座，所述第二弹性滑动摩擦支座的顶部可在所述摩擦套环上滑动，两者接触产生摩擦力从而实现抗震。通过弹性滑动摩擦支座的弹性恢复变形弥补了滑动摩擦支座的自复位能力，实现了支座滞回曲线可调与阻尼力被动自适应，有效控制上部结构的振动。

Description

一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统

技术领域

本发明属于抗震技术领域，更具体地，涉及一种复合型隔震支座系统。

背景技术

基础隔震技术是一种新型的结构耐震形式，通过在基础与上部结构中间设置隔震垫，来延长结构自振周期，吸收地震能量，从而使上部结构所受到的地震作用大大减小。在2008年汶川地震以后，我国的建筑抗震设计规范做了相应修订。新规范中取消了隔震只适用于8、9度地震的限制，并且由强制性条款改为普通条款。这也进一步表明了，隔震技术已经成为结构抗震的重要发展趋势。目前使用的隔震支座主要有橡胶隔震支座、滑动隔震支座和复合型隔震支座，但是：

橡胶隔震支座：应用最为广泛，技术最为成熟，但是其橡胶老化以及铅芯的环境污染问题始终有待解决。除此之外，在性能方面，橡胶层与钢板之间的粘结强度还有待提高；绝大多数叠层橡胶支座没有考虑竖向地震荷载作用，而仅仅考虑了水平地震荷载的作用；虽然橡胶隔震支座有很强的竖向承载力，但是其抗拉强度较低，建筑物在地震荷载影响下的倾覆力矩又会产生很大的拉应力，因此橡胶隔震支座难以满足拉应力较大时的使用要求。

滑动隔震支座：在隔震层中根据不同抗震设防等级设置相应摩擦系数的材料，使基础只能向上部结构传递有限的地震力。一方面，在滑动前整个系统的自振周期与结构周期相同，一旦产生滑移，隔震层刚度会变得很小，整个系统的自振周期变得很大，因此可以有效地避开共振效应；另一方面，由于隔震层中摩擦力做功，能消耗一部分结构振动的能量，进一步增加了结构的阻尼，降低了结构所受到地震作用力，但是目前使用的滑板式隔震支座仍然存在不能自动复位的问题，需要附加抗倾覆措施才能有比较好的使用效果。

复合型隔震支座：目前已有的并联使用橡胶支座与滑动支座的复合型隔震支座系统中，常存在滑动摩擦支座布置不够多，从而对系统的地震抗力提升不够大；或存在布置不够合理的情况，导致支座系统在某些方向抗力较弱。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，实现了支座滞回曲线可调与阻尼力被动自适应，有效控制上部结构的振动。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，包括第一弹性滑动摩擦支座、摩擦套环和多个摩擦隔震装置，并且这些摩擦隔震装置以所述第一弹性滑动摩擦支座为中心周向均匀布置在所述第一弹性滑动摩擦支座的周围，其中，

所述第一弹性滑动摩擦支座的顶部和底部分别用于固定到上部结构上和地面基础上；

所述摩擦套环包括内摩擦环、中摩擦环和外摩擦环并且它们均水平设置，它们的顶部分别用于固定在上部结构上，所述内摩擦环套接在所述中摩擦环的内壁上并且它们的厚度相等，所述中摩擦环套接在所述外摩擦环的内壁上并且它们的厚度相等；

每个所述摩擦隔震装置均包括千斤顶和第二弹性滑动摩擦支座，所述千斤顶的底部用于放置在地面基础上，所述千斤顶竖直设置并且其输出轴朝上设置，所述千斤顶的输出轴上安装所述第二弹性滑动摩擦支座，所述第二弹性滑动摩擦支座位于摩擦套环的下方，所述第二弹性滑动摩擦支座的顶部可在所述摩擦套环上滑动，两者接触产生摩擦力从而实现抗震。

优选地，所述内摩擦环与外摩擦环的径向宽度相等。

优选地，所述内摩擦环与外摩擦环的摩擦系数均为μ₁，所述中摩擦环的摩擦系数为μ₀，其中μ₁＞μ₀。

优选地，所述第一弹性滑动摩擦支座和/或第二弹性滑动摩擦支座为叠层橡胶隔震支座。

优选地，所述内摩擦环的内壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座位移的内阻挡装置。

优选地，所述外摩擦环的外壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座位移的外阻挡装置。

优选地，所述第二弹性滑动摩擦支座为圆柱形，初始时所述第二弹性滑动摩擦支座位于所述中摩擦环的正下方，并且第二弹性滑动摩擦支座的中心线到所述中摩擦环的外壁和内壁的距离相等。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明利用滑动摩擦支座的摩擦力做功弥补了橡胶隔震支座阻尼力较小的缺点，使支座系统免于在较大地震荷载作用下破坏，又通过弹性滑动摩擦支座的弹性恢复变形弥补了滑动摩擦支座的自复位能力，而且还采用不同摩擦系数的摩擦环，实现了支座滞回曲线可调与阻尼力被动自适应，有效控制上部结构的振动。

附图说明

图1是本发明的俯视示意图；

图2是本发明的剖视示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1、图2，一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，包括第一弹性滑动摩擦支座9、摩擦套环和多个摩擦隔震装置，并且这些摩擦隔震装置以所述第一弹性滑动摩擦支座9为中心周向均匀布置在所述第一弹性滑动摩擦支座9的周围，其中，

所述第一弹性滑动摩擦支座9的顶部和底部分别用于固定到上部结构1上和地面基础10上；

所述摩擦套环包括内摩擦环4、中摩擦环3和外摩擦环2并且它们均水平设置，它们的顶部分别用于固定在上部结构1上，所述内摩擦环4套接在所述中摩擦环3的内壁上并且它们的厚度相等，所述中摩擦环3套接在所述外摩擦环2的内壁上并且它们的厚度相等；

每个所述摩擦隔震装置均包括千斤顶8和第二弹性滑动摩擦支座7，所述千斤顶8的底部用于放置在地面基础10上，所述千斤顶8竖直设置并且其输出轴朝上设置，所述千斤顶8的输出轴上安装所述第二弹性滑动摩擦支座7，所述第二弹性滑动摩擦支座7位于摩擦套环的下方，所述第二弹性滑动摩擦支座7的顶部可在所述摩擦套环上滑动，两者接触产生摩擦力从而实现抗震。

进一步，所述内摩擦环4与外摩擦环2的径向宽度相等，中摩擦环3的径向宽度相同也可与它们相等。

进一步，所述内摩擦环4与外摩擦环2的摩擦系数均为μ₁，所述中摩擦环3的摩擦系数为μ₀，其中μ₁＞μ₀。

进一步，所述第一弹性滑动摩擦支座9和/或第二弹性滑动摩擦支座7为叠层橡胶隔震支座。

进一步，所述内摩擦环4的内壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座7位移的内阻挡装置5。

进一步，所述外摩擦环2的外壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座7位移的外阻挡装置6。

进一步，所述第二弹性滑动摩擦支座7为圆柱形，初始时所述第二弹性滑动摩擦支座7位于所述中摩擦环3的正下方，并且第二弹性滑动摩擦支座7的中心线到所述中摩擦环3的外壁和内壁的距离相等。

所述的复合型隔震支座系统的固有频率与上部结构1本身的固有频率不同，以此避免共振。

内摩擦环4，中摩擦环3以及外摩擦环2的径向宽度相同。内摩擦环4与外摩擦环2摩擦系数为μ₁和中摩擦环3摩擦系数为μ₀可根据不同抗震设防等级设置具体数值大小。

第二弹性滑动摩擦支座7的摩擦力：f＝N·μ。

摩擦力所做的功为：W＝f·S。

其中f——摩擦力；

N——第二弹性滑动摩擦支座7所受到的压力；

μ——摩擦系数，当滑动摩擦支座位于中摩擦环3时为μ₀，当滑动摩擦支座位于内摩擦环4或者外摩擦环2时为μ₁；

W——摩擦力所做的功；

S——在摩擦力方向产生的位移。

当调节千斤顶8使第二弹性滑动摩擦支座7上升时，其所受压力N将增大，从而增加其所受到的摩擦力。当调节千斤顶8使第二弹性滑动摩擦支座7下降时，其所受压力N将减小，从而减少其所受摩擦力。每个第二弹性滑动摩擦支座7的初始压力值由不同建筑类型与不同抗震设防等级来确定。

在不同地震强度时，所述滞回曲线可调的滑动摩擦支座与叠层橡胶支座的复合型隔震支座系统的工作原理：

小震时(地震力<f＝N·μ₀)，第一弹性滑动摩擦支座9和第二弹性滑动摩擦支座7均处于弹性变形阶段，第二弹性滑动摩擦支座7顶部不产生滑移，当地震过去后，第二弹性滑动摩擦支座7的形状恢复原状。

中震时(f＝N·μ₀<地震力<f＝N·μ₁)，第二弹性滑动摩擦支座7产生变形，此外其上端产生较小滑动，滑动范围任然位于中摩擦环3内，滑动摩擦力做功W＝f·S会消耗一部分地震能量。当地震过去后，通过调节千斤顶8从而降低第二弹性滑动摩擦支座7的高度，从而降低其所受的压力来减少其摩擦力，通过第一弹性滑动摩擦支座9的弹性恢复变形，矫正第二弹性滑动摩擦支座7到初始位置。

大震时(地震力>f＝N·μ₁)，第二弹性滑动摩擦支座7产生较大变形，其上端与摩擦套环产生较大滑动，复合型支座系统的耗能一方面来自于第一弹性滑动摩擦支座9和第二弹性滑动摩擦支座7的变形，还有一部分来自于第二弹性滑动摩擦支座7顶端的摩擦力做功W＝f·S。当地震过去后，通过调节千斤顶8从而降低第二弹性滑动摩擦支座7的高度，来降低其所受的压力来减少其摩擦力，通过第一弹性滑动摩擦支座9的弹性恢复变形，矫正第二弹性滑动摩擦支座7到初始位置。

由于存在不同的摩擦系数，因此所述复合型隔震支座系统的滞回曲线在地震强度较大时会呈现出一个明显的阶梯状，使得滞回曲线所围成的面积更大。而滑动位移量与摩擦力的乘积就等于振动能量的耗散，从而达到抗震的效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，包括第一弹性滑动摩擦支座、摩擦套环和多个摩擦隔震装置，并且这些摩擦隔震装置以所述第一弹性滑动摩擦支座为中心周向均匀布置在所述第一弹性滑动摩擦支座的周围，其中，

所述第一弹性滑动摩擦支座的顶部和底部分别用于固定到上部结构上和地面基础上；

所述摩擦套环包括内摩擦环、中摩擦环和外摩擦环并且它们均水平设置，它们的顶部分别用于固定在上部结构上，所述内摩擦环套接在所述中摩擦环的内壁上并且它们的厚度相等，所述中摩擦环套接在所述外摩擦环的内壁上并且它们的厚度相等；

每个所述摩擦隔震装置均包括千斤顶和第二弹性滑动摩擦支座，所述千斤顶的底部用于放置在地面基础上，所述千斤顶竖直设置并且其输出轴朝上设置，所述千斤顶的输出轴上安装所述第二弹性滑动摩擦支座，所述第二弹性滑动摩擦支座位于摩擦套环的下方，所述第二弹性滑动摩擦支座的顶部可在所述摩擦套环上滑动，两者接触产生摩擦力从而实现抗震。

2.根据权利要求1所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述内摩擦环与外摩擦环的径向宽度相等。

3.根据权利要求1所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述内摩擦环与外摩擦环的摩擦系数均为μ₁，所述中摩擦环的摩擦系数为μ₀，其中μ₁＞μ₀。

4.根据权利要求1所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述第一弹性滑动摩擦支座和/或第二弹性滑动摩擦支座为叠层橡胶隔震支座。

5.根据权利要求1所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述内摩擦环的内壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座位移的内阻挡装置。

6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述外摩擦环的外壁上设置有限制所述第二弹性滑动摩擦支座位移的外阻挡装置。

7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的一种滞回曲线可调的复合型隔震支座系统，其特征在于，所述第二弹性滑动摩擦支座为圆柱形，初始时所述第二弹性滑动摩擦支座位于所述中摩擦环的正下方，并且第二弹性滑动摩擦支座的中心线到所述中摩擦环的外壁和内壁的距离相等。