CN110485786A - 一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，包括与上部结构固接的上支座板(1)、与基础相固接的下支座板(2)，以及设置在上支座板(1)和下支座板(2)之间的等半径双球面滑块(3)，所述上支座板(1)两端设置有双连杆机构，所述下支座板(2)上设置有粘滞阻尼器，所述双连杆机构和粘滞阻尼器通过球铰相连接。与现有技术相比，本发明将粘滞阻尼器与复摩擦摆隔震支座复合在一起，解决了普通复摩擦摆隔震支座可能产生的上部结构倾覆问题，同时又最大限度的保证了复摩擦摆隔震支座原本的隔震性能，在结构抗震中有良好的性能。

Description

一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座

技术领域

本发明涉及一种隔震支座，尤其是涉及一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座。

背景技术

隔震支座是设置于建筑、桥梁、大型电气设备底部的减隔震装置，既要承担上部结构的自重，又要在地震荷载作用下具有减小地震动输入、消耗地震能量的作用。摩擦摆隔震支座是一种具有较高减隔震效果的支座，其基本原理为：地震作用下，支座的上下支座板将发生相对滑动，滑块的凸球面与支座板的凹球面滑动摩擦耗能，减小地震动输入，消耗地震能量。

普通的摩擦摆隔震支座的结构没有竖向约束，即当作用于支座上的竖向压力变为向上的拉力时，上支座板将被拉起，与滑块的上表面脱离，导致支座不能产生滑动摩擦力耗能，甚至导致上部结构的整体倾覆。特别是用于高层建筑或大型变压器设备时，由于上部结构在水平作用下降产生巨大的倾覆力矩，会使部分支座上的压力转变成拉力，因而摩擦摆隔震支座必须配有抗拔抗倾覆措施才能应用于工程。

抗拔措施需要满足既限制支座竖向位移又不限制支座水平位移，因而需要设置一定的连接机构来实现。目前摩擦摆隔震支座的抗拔措施中用的连接机构主要是滑槽类机构，滑槽类机构理论上可以提供竖向的约束，同时不限制水平运动。

中国专利CN201420108057.9公开了一种带有抗拉拔装置的摩擦摆式隔震支座，包括抗拉拔装置、上座板、下座板、锚固螺栓、上板组件、下板组件摩擦摆式球面摆，上板组件安装在上座板上面，下板组件安装在下座板下面，上板组件和下板组件上均连接有锚固螺栓，摩擦摆式球面摆位于上座板与下座板之间的中部；抗拉拔装置，抗拉拔装置包括若干个安装在隔震支座中的抗拉拔块，抗拉拔块包括上安装件、下安装件和阻尼块；上安装件和下安装件分别连接在阻尼块的上端和下端。抗拉拔装置安装在上座板与下座板之间，上座板上设有导槽，抗拉拔装置的抗拉拔块上端插入到导槽中、下端与下座板相连接。抗拉拔装置为弹塑性材料制成的附加阻尼器，由两个以上对称安装在隔震支座的左右两边或前后两边的抗拉拔块组成；阻尼块是O型块或S型块；O型块由两块弧形金属块焊接而成或者由一整块金属块加工而成；S型块由一整块金属块加工而成。抗拉拔装置的抗拉拔块的上端与导槽间隙配合、下端与下座板通过抗剪螺栓固定连接或者通过焊接或铰接方式连接；导槽为T型或圆形。上座板上对称设置有双向T型导槽，两个方向T型导槽的截面型式相同，都呈T型，其纵截面呈交替十字型。该实用新型虽然具有一定的竖向抗拔能力，但是在双向水平荷载作用下，导槽中会存在较大的摩擦力，过大的摩擦力会对支座的水平滑动造成很大影响，降低支座原本的耗能能力。

中国专利CN201820400478.7公开了一种抗拔复摆摩擦摆支座，包括上座板和下座板，上座板和下座板为长条形，且上座板和下座板为“十”字交叉设置，在上座板下方设置有上中间板，在上座板下方长边两侧设置有相对的“L”型上挂板，该“L”型上挂板与上座板下表面形成上卡槽，在上中间板与上卡槽对应一侧设置有上卡台，上卡台插入上卡槽中，上座板的下表面为圆弧状，“L”型上挂板为圆弧状；在下座板上方设置有下中间板，在下座板上方的长边两侧设置有相对的“L”型下挂板，该“L”型下挂板与下座板上表面形成下卡槽，在下中间板与下卡槽对应一侧设置有下卡台，下卡台插入下卡槽中，下座板的上表面为圆弧状，“L”型下挂板为圆弧状；在上中间板上方设置有上连接凹槽，在上中间板下方设置有球缺状的下连接凹槽，在上连接凹槽和下连接凹槽之间设置有第一通孔，在下中间板的上方设置有球缺型凸起，在球缺型凸起的下方设置有球缺槽，在球缺槽内设置有中心带有第二通孔的下中间转动板，在与该球缺槽对应的下中间板上设置有第三通孔，在球缺凸起和球缺槽之间设置有锥形的第四通孔，上中间板和下中间板之间通过抗拔螺栓连接：在上中间板和下中间板的两侧边之间间隔一定距离。该实用新型改变了摩擦摆隔震支座原有的形式，将支座板改为弧形的滑槽，水平地震作用下，由于上中间板和下中间板有一定高度，将会在上下中间板与上下座板接触处产生一定的弯矩，进而导致滑槽中产生很大的摩擦力，影响支座的水平位移，降低耗能能力。

在实际应用中，滑槽类机构的摩擦力往往会导致水平方向并不是完全理想的无约束状态，对支座的水平减隔震性能造成较大的影响。同时滑槽的加工精度要求极高，加工精度不够或是使用过程中金属锈蚀都将严重影响其滑动能力，进而影响支座的耗能能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，包括与上部结构固接的上支座板、与基础相固接的下支座板，以及设置在上支座板和下支座板之间的等半径双球面滑块，所述上支座板两端设置有双连杆机构，所述下支座板上设置有粘滞阻尼器，所述双连杆机构和粘滞阻尼器通过球铰相连接。

进一步的，所述双连杆机构包括相互铰接的第一连杆、第二连杆和连接块，所述第一连杆与上支座板一角相铰接，所述第二连杆与连接块相铰接。

更进一步的，所述连接块下端设置有与粘滞阻尼器相连接的球形凹槽。

进一步的，所述粘滞阻尼器包括油缸和与双连杆机构相连接的活塞连杆。

更进一步的，所述活塞连杆顶端设置有与双连杆机构相连接的球头。

更进一步的，所述油缸通过法兰板和高强螺栓与下支座板相固定。

进一步的，所述上支座板为方形，下表面为凹球面，所述下支座板上表面为凹球面，均与等半径双球面滑块相匹配。

进一步的，所述上支座板四角、第一连杆和第二连杆的两端，以及连接块两侧均设置有耳板，相互之间通过销轴形成铰链连接。

进一步的，所述下支座板包括主体和设置在主体两端的外伸段，所述外伸段上开孔，孔径与粘滞阻尼器的油缸直径相同，用于穿过油缸，周边开有螺栓孔，用于固定油缸。

进一步的，所述等半径双球面滑块为柱状体，其上下表面为等半径的凸球面。

进一步的，第一连杆和第二连杆截面高宽比较大，确保连杆在竖向有足够的刚度和强度。

竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座的安装包括如下步骤：

第一步，将下支座板锚固于基础上，并将粘滞阻尼器的油缸穿过下支座板外伸段上的安装孔，调整法兰板的角度使其上的螺栓孔对准下支座板外伸段上的螺栓孔，使用高强螺栓固定，完成粘滞阻尼器油缸与下支座板的固定。

第二步，将第一连杆与第二连杆的耳板啮合，将销轴穿入轴孔，形成铰接。将第一连杆与上支座板四角的耳板啮合，将销轴穿入轴孔，形成铰接。将第二连杆与连接块的耳板啮合，将销轴穿入轴孔，形成铰接。

第三步，将等半径双球面滑块置于下支座板的凹球面上，将上支座板置于等半径双球面滑块上，调整双连杆机构的位置和粘滞阻尼器的伸缩，将连接块的球形凹槽与粘滞阻尼器活塞连杆上端的球头啮合，形成球铰。

第四步，将上支座板与上部结构锚固，完成支座的安装。

当隔震支座受到水平和竖向地震作用时，由于上支座板和等半径双球面滑块，以及下支座板和等半径双球面滑块的摩擦面是球面，上支座板将同时发生水平和竖向运动。上支座板的水平运动可以减小地震动的输入，滑动摩擦力可以消耗水平地震能量。上支座板的竖向运动会牵动粘滞阻尼器的活塞发生滑动，产生阻尼力，消耗竖向地震能量，同时粘滞阻尼器的活塞行程有一定限制，能确保上支座板不被拉脱，避免上部结构的整体倾覆。

当支座受到到水平、竖向荷载同时作用时，双连杆机构使得上支座板在竖直方向与粘滞阻尼器同步运动，同时又不产生水平方向的额外约束，确保支座在水平和竖直方向均有足够的耗能能力。粘滞阻尼器的伸缩有一定限度，可以确保支座不被拉脱，防止上部结构倾覆。

本发明将粘滞阻尼器与复摩擦摆隔震支座复合在一起，解决了普通复摩擦摆隔震支座可能产生的上部结构倾覆问题，同时又最大限度的保证了复摩擦摆隔震支座原本的隔震性能，在结构抗震中有良好的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、实现了粘滞阻尼器与复摩擦摆隔震支座的复合，使隔震支座既支座具有水平耗能能力，又具有竖向耗能和抗拔抗倾覆能力。

2、双连杆机构的应用代替了滑槽机构，避免了滑槽机构摩擦力过大、精度要求过高的缺陷，最大程度的确保了支座的水平滑动能力，提高了支座的耐候性并降低了支座的生产成本。

附图说明

图1为竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座轴测示意图；

图2为竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座轴测剖面示意图；

图3为竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座俯视示意图；

图4为滑动后的竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座轴测示意图；

图5为滑动后的竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座轴测剖面示意图；

图6为滑动后的竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座俯视示意图；

图7为抗拔阻尼系统轴测图；

图8为粘滞阻尼器外观轴测示意图。

图中标号所示：

1、上支座板；2、下支座板；3、等半径双球面滑块；4、油缸；5、活塞连杆；6、法兰板；7、高强螺栓；8、第一连杆；9、第二连杆；10、销轴；11、连接块；12、球头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，如图1-3所示，包括上支座板1、下支座板2、等半径双球面滑块3、粘滞阻尼器的油缸4、粘滞阻尼器的活塞连杆5、第一连杆8、第二连杆9、连接块11。上支座板1与上部结构固接，下支座板2与基础固接；等半径双球面滑块3置于下支座板2上，等半径双球面滑块3的凸球面与下支座板2的凹球面吻合；上支座板1置于等半径双球面滑块3上，上支座板1的凹球面与等半径双球面滑块3的凸球面吻合。上支座板1的四角设置外伸的耳板，用于与抗拔阻尼系统的双连杆机构的第一连杆8铰接。下支座板2由主体和外伸段组成，主体上表面铣出凹球面，外伸段位于主体两端，外伸段上开孔，孔径同粘滞阻尼器的油缸4直径，用于穿过粘滞阻尼器的油缸4，并在该孔周边开螺栓孔，用于固定粘滞阻尼器油缸4。等半径双球面滑块3近似为圆柱形，上下表面为等半径凸球面，与上下支座板2的凹球面等半径。

如图7-8所示，抗拔阻尼系统由粘滞阻尼器和双连杆机构组成。粘滞阻尼器的油缸4上端设置法兰板6，通过高强螺栓7与下支座板2的外伸段固接。粘滞阻尼器的活塞连杆5上部设置球头12，与双连杆机构的连接块11形成球铰。双连杆机构包括第一连杆8、第二连杆9、销轴10、连接块11，其中第一连杆8、第二连杆9、连接块11的两端均有耳板，相互之间通过销轴10形成铰链连接。第一连杆8和第二连杆9截面高宽比较大，确保连杆在竖向有足够的刚度和强度。第一连杆8通过销轴10与上支座板1四角的耳板形成铰链连接。

上述竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座的安装包括如下步骤：

第一步，将下支座板2锚固于基础上，并将粘滞阻尼器的油缸4穿过下支座板2外伸段上的安装孔，调整法兰板6的角度使其上的螺栓孔对准下支座板2外伸段上的螺栓孔，使用高强螺栓7固定，完成粘滞阻尼器的油缸4与下支座板2的固定。

第二步，将第一连杆8与第二连杆9的耳板啮合，将销轴10穿入轴孔，形成铰接。将第一连杆8与上支座板1四角的耳板啮合，将销轴10穿入轴孔，形成铰接。将第二连杆9与连接块11的耳板啮合，将销轴10穿入轴孔，形成铰接。

第三步，将等半径双球面滑块3置于下支座板2的凹球面上，将上支座板1置于等半径双球面滑块3上，调整双连杆机构的位置和粘滞阻尼器的伸缩，将连接块11的球形凹槽与粘滞阻尼器活塞连杆5上端的球头12啮合，形成球铰。

第四步，将上支座板1与上部结构锚固，完成支座的安装。

如图4-6所示，当承受地震荷载时，上支座板1将在水平方向发生滑动。无论支座怎样滑动，双连杆机构都可以作出相应的运动，适应上支座板1在水平方向上的位移，而不对其产生水平方向上的阻碍。由于上支座板1、下支座板2与等半径双球面滑块3之间的接触面为球面，因而上支座板1的运动会产生一个竖向分量，加上竖向地震的作用，上支座板1可能发生竖向的运动。由于双连杆机构在竖向是刚性的，在双连杆机构的牵动下，粘滞阻尼器的活塞连杆5将产生与上支座板1同步的竖向运动，而粘滞阻尼器的油缸4与下支座板2固定，故粘滞阻尼器将被拉伸或压缩，产生阻尼力抑制竖向运动，起到耗能和防倾覆的作用。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，包括与上部结构固接的上支座板(1)、与基础相固接的下支座板(2)，以及设置在上支座板(1)和下支座板(2)之间的等半径双球面滑块(3)，所述上支座板(1)两端设置有双连杆机构，所述下支座板(2)上设置有粘滞阻尼器，所述双连杆机构和粘滞阻尼器通过球铰相连接。

2.根据权利要求1所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述双连杆机构包括相互铰接的第一连杆(8)、第二连杆(9)和连接块(11)，所述第一连杆(8)与上支座板(1)一角相铰接，所述第二连杆(9)与连接块(11)相铰接。

3.根据权利要求2所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述连接块(11)下端设置有与粘滞阻尼器相连接的球形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述粘滞阻尼器包括油缸(4)和与双连杆机构相连接的活塞连杆(5)。

5.根据权利要求4所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述活塞连杆(5)顶端设置有与双连杆机构相连接的球头(12)。

6.根据权利要求4所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述油缸(4)通过法兰板(6)和高强螺栓(7)与下支座板(2)相固定。

7.根据权利要求1所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述上支座板(1)为方形，下表面为凹球面，所述下支座板(2)上表面为凹球面，均与等半径双球面滑块(3)相匹配。

8.根据权利要求1所述的一种竖向消能抗拔复合复摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述等半径双球面滑块(3)为柱状体，其上下表面为等半径的凸球面。