CN111305630A - 一种新型三维隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种新型三维隔振装置，主要有水平隔振装置，包括导轨、橡胶支座和欧拉梁；竖向隔振装置，包括碟形弹簧、加载环、螺旋弹簧；连接与限位装置等。本发明利用欧拉梁的负刚度特性，结合橡胶支座和导轨得到较低的水平向刚度，起到良好的水平隔震(振)效果；利用碟形弹簧的负刚度特性，结合螺旋弹簧组成带准零刚度特性的竖向隔震(振)装置；二者运动解耦，实现三维隔震(振)的效果。本发明适用于对环境振动敏感的建筑物或者仪器、设备，具有优良的隔震(振)效果，还具有一定的抗拉能力。

Description

一种新型三维隔振装置
技术领域
本发明涉及一种新型三维隔振装置，属于结构隔震与振动控制领域。
背景技术
隔振技术在建筑结构隔震领域和仪器设备振动控制领域已得到了广泛的研究和应用。隔振的基本原理是通过在被隔振体与其下部基础之间通过支座或者特殊构造来设置刚度较小的隔振层，将变形集中于隔振层，从而减小外部环境振动或者地震动作用下，上部被隔振体的动力响应。
然而，现有隔振装置存在着以下不足：一是现有的橡胶支座在保证竖向承载力的时候，很难达到足够小的水平刚度，限制了水平向隔震的能力；二是目前的建筑隔震主要停留在只隔离水平地震，不隔离竖向地震的阶段。然而，近年来国内外发生的地震中的地震动数据表明，在近断层地震区，地震动的竖向分量十分强烈，峰值加速度甚至超过了水平向分量，因此需要解决建筑的竖向隔震问题；三是在地震中，高宽比较大的隔震建筑物会出现摇摆现象和扭转现象，导致支座受拉，甚至屈服、破坏。所以，隔震装置需要足够的抗拉能力和抗扭转能力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有隔振装置的不足，提出一种新型三维隔振装置，适用于对环境振动敏感的建筑物或者仪器、设备，具有优良的隔振效果，还具有一定的抗拉能力。
技术方案
一种新型三维隔振装置，其特征在于，包括支架体系、水平隔振装置和竖向隔振装置，其中：
所述支架体系，包括上连接板1、中间连接板8、下连接板17、外围板4；所述外围板4(四个外围板4形成四个侧面)其底部通过中间连接板8连接形成框架体；所述上连接板1 用于放置被隔振对象；所述下连接板17与基础连接。
所述水平隔振装置，包括橡胶支座6、导轨、滑块5、欧拉梁(第一欧拉梁21、第二欧拉梁22)；所述橡胶支座6布设于整个水平隔振装置的中央，其上端面与上连接板1连接，其下端面与中间连接板8连接，橡胶支座6为整个装置提供水平向恢复力，使装置具有自复位的特性；所述导轨，为两套，置于所述外围板4形成的框架体内，导轨包括上导轨3、下导轨7，所述上导轨3安装于上连接板1，所述下导轨7安装于中间连接板8，两套导轨位于两个水平面内,并保持异面垂直；所述滑块5，竖直状态，位于所述两个水平面间，并同时连接于上导轨3、下导轨7内；所述欧拉梁，为两套，也呈相互垂直状态，分别垂直于上导轨3、下导轨7。
所述竖向隔振装置，包括碟形弹簧11、加载环(内加载环12、外加载环13)碟形弹簧上支承9、碟形弹簧下支承16，和螺旋弹簧15、螺旋弹簧上支承10、定位管14；所述螺旋弹簧15布设于定位管14内，所述碟形弹簧11、内加载环12和外加载环13配合完成串联叠合后再套于定位管14外，然后通过碟形弹簧下支承16固定于下连接板17；上端，所述螺旋弹簧15上方放置螺旋弹簧上支承10，在最顶端的碟形弹簧11开头内设置碟形弹簧上支承9，从而通过螺旋弹簧上支承10、碟形弹簧上支承9连接于中间连接板8。
本发明的有益效果为：
(1)采用本发明的导轨机构设计，实现隔震装置的定向运动，规避了一般橡胶支座的扭转问题；
(2)通过设置欧拉梁，使本发明具有更优的水平向隔振效果；
(3)通过滑块的插销构造，使本发明具有一定的抗拉能力；
(4)结合带准零刚度特性的竖向隔振装置，达到三维隔振。
附图说明
图1为本发明装置的立体图；
图2为本发明装置的立体剖面图；
图3为本发明装置的平面剖面图；
图4为本发明装置上部结构的立体图；
图5为本发明装置中部结构的立体图；
图6为本发明装置滑块的立体图；
图7为本发明装置螺旋弹簧的立体图；
图8为本发明装置碟形弹簧和加载环的配合示意图；
图9为本发明装置下连接板的立体图。
图中标号：
一、支架体系：上连接板1，外围板4，下连接板17、中间连接板8；
二、水平减振机构：橡胶支座6；上导轨3，下导轨7；滑块5，第一欧拉梁21、第二欧拉梁22；
三、竖向减振机构：碟形弹簧11，碟形弹簧上支承9，碟形弹簧下支承16，内加载环12，外加载环 13；螺旋弹簧15，螺旋弹簧上支承10；定位管14。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1～9所示，
一种新型三维隔振装置，其特征在于：包括
一、支架体系，包括上连接板1、中间连接板8、下连接板17、外围板4；所述外围板4(以四个为例，四个外围板4形成四个侧面)其底部通过中间连接板8连接形成框架体；所述上连接板1用于放置被隔振对象；所述下连接板17与基础连接；
二、水平隔振装置，包括橡胶支座6、导轨、滑块5、欧拉梁(第一欧拉梁21、第二欧拉梁22)；
所述橡胶支座6布设于整个水平隔振装置的中央，其上端面与上连接板1连接，其下端面与中间连接板8连接，橡胶支座6为整个装置提供水平向恢复力，使装置具有自复位的特性；
所述导轨，为两套，置于所述外围板4形成的框架体内，导轨包括上导轨3、下导轨7，所述上导轨3安装于上连接板1，所述下导轨7安装于中间连接板8，两套导轨位于两个水平面内,并保持异面垂直；
所述滑块5(共四根为例)，竖直状态，位于所述两个水平面间，并同时连接于上导轨3、下导轨7内；
所述欧拉梁，为两套，也呈相互垂直状态，分别垂直于上导轨3、下导轨7。具体实现时：分别连接于上导轨3、下导轨7的外壁与框架体内的外围板4之上。利用欧拉梁的负刚度特性，结合橡胶支座和导轨得到较低的水平向刚度，起到良好的水平隔振效果。
安装欧拉梁时，外围板4上可以预留凹槽41。
实际应用时，通过对欧拉梁合理的参数设计，欧拉梁在初始位置处处于负刚度状态，与导轨、橡胶支座6共同作用，起到良好的水平向隔振效果。
进一步公开，所述滑块5采用特殊设计。滑块5设计：包括方形空心管外段51、方形实心管内段52、上圆头53、下圆头54，所述上圆头53、下圆头54分别嵌于上下两个滑轨以实现连接，所述方形空心管外段51两侧有开口511，所述方形实心管内段52两侧有伸出段521，伸出段521在竖向可活动于开口511间，用于调节整个滑块5的竖向长度，从而适应上、下连接板之间的伸长位移，为橡胶支座6提供抗拉能力。
三、竖向隔振装置，包括碟形弹簧11、加载环(内加载环12、外加载环13)碟形弹簧上支承9、碟形弹簧下支承16，和螺旋弹簧15、螺旋弹簧上支承10、定位管14；所述螺旋弹簧15布设于定位管14内，所述碟形弹簧11、内加载环12和外加载环13配合完成串联叠合后再套于定位管14外，然后通过碟形弹簧下支承16固定于下连接板17；上端，所述螺旋弹簧15上方放置螺旋弹簧上支承10，在最顶端的碟形弹簧11开头内设置碟形弹簧上支承9，从而通过螺旋弹簧上支承10、碟形弹簧上支承9连接于中间连接板8。在初始荷载下，碟形弹簧11处于压平状态，提供非线性负刚度，而螺旋弹簧15提供正刚度，二者共同作用，使该装置具有准零刚度特性，达到良好的竖向隔振效果。实际应用时，通过合理的参数设计，碟形弹簧11在初始荷载下处于压平位置，与螺旋弹簧15共同作用，使竖向隔振装置处于准零刚度状态，起到良好的竖向隔振效果。
竖向减震装置的安装过程：螺旋弹簧15布设于定位管14内，所述碟形弹簧11、内加载环12和外加载环13配合完成后套于定位管14外，然后支承于碟形弹簧下支承16上。最后，如图4的上部结构和如图5的中部结构连接成整体，将所述螺旋弹簧上支承10和碟形弹簧上支承9分别支承于螺旋弹簧15和碟形弹簧11上，完成整个隔震装置的组装。
本发明设计有外围板4、定位管14，使装置水平向运动和竖向运动解耦，达到三维隔振效果的同时，有利于装置各构件的参数设计。
以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。

Claims (1)

1.一种新型三维隔振装置，其特征在于，包括支架体系、水平隔振装置和竖向隔振装置，其中：
所述支架体系，包括上连接板(1)、中间连接板(8)、下连接板(17)、外围板(4)；所述外围板(4)其底部通过中间连接板(8)连接形成框架体；所述上连接板(1)用于放置被隔振对象；所述下连接板(17)与基础连接；
所述水平隔振装置，包括橡胶支座(6)、导轨、滑块(5)、欧拉梁(第一欧拉梁(21)、第二欧拉梁(22)；
所述橡胶支座(6)布设于整个水平隔振装置的中央，其上端面与上连接板(1)连接，其下端面与中间连接板(8)连接，橡胶支座(6)为整个装置提供水平向恢复力，使装置具有自复位的特性；
所述导轨，为两套，置于所述外围板(4)形成的框架体内，导轨包括上导轨(3)、下导轨(7)，所述上导轨(3)安装于上连接板(1)，所述下导轨(7)安装于中间连接板(8)，两套导轨位于两个水平面内,并保持异面垂直；
所述滑块(5)，竖直状态，位于所述两个水平面间，并同时连接于上导轨(3)、下导轨(7)内；
所述欧拉梁，为两套，也呈相互垂直状态，分别垂直于上导轨(3)、下导轨(7)；
所述竖向隔振装置，包括碟形弹簧(11)、加载环(内加载环(12)、外加载环(13))碟形弹簧上支承(9)、碟形弹簧下支承(16)，和螺旋弹簧(15、螺旋弹簧上支承(10)、定位管(14)；所述螺旋弹簧(15)布设于定位管(14)内，所述碟形弹簧(11)、内加载环(12)和外加载环(13)配合完成串联叠合后再套于定位管(14)外，然后通过碟形弹簧下支承(16)固定于下连接板(17)；上端，所述螺旋弹簧(15)上方放置螺旋弹簧上支承(10)，在最顶端的碟形弹簧(11)开头内设置碟形弹簧上支承(9)，从而通过螺旋弹簧上支承(10)、碟形弹簧上支承(9)连接于中间连接板(8)。
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Assignee: Tongji University Architectural Design and Research Institute (Group) Co.,Ltd.

Assignor: TONGJI University

Contract record no.: X2022310000166

Denomination of invention: A three-dimensional vibration isolation device

Granted publication date: 20210330

License type: Common License

Record date: 20221118

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