CN111335478A - 一种压剪分离式变刚度隔震支座及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种压剪分离式变刚度隔震支座及其施工方法，包括支座上板、支座下板和设置在两者之间的隔震组件，隔震组件包括竖向隔震组件和水平隔震组件，竖向隔震组件包括长竖向弹簧、短竖向弹簧、阻尼器、限位挡槽和限位挡板，水平隔震组件包括核心钢棒、钢套筒和预张拉套件，预张拉套件包括滑动圆环、一组形状记忆合金棒和一组锁紧螺母。本发明构造简单、加工工艺简洁、各部件易于获取和装配，安装方便，性价比高。支座各部分均采用金属材料耐久性好。同时，受力路径明确、竖向力和水平力由支座的不同部分分开承担，可以有效实现压剪分离，耗能能力和自复位能力强。支座的竖向和水平向刚度均可调、可变、可控，从而实现不同地震动下的隔震和位移限制。

Description

一种压剪分离式变刚度隔震支座及其制作方法

本发明属于工程结构减震隔震领域，特别是一种压剪分离式变刚度隔震支座及其制作方法。

背景技术

在土木工程减、隔震领域，经常需要用到支座进行隔震，并结合各种耗能元件进行耗能，增强结构的可恢复功能。采用各种形式的隔震支座，可以减小地震对上部结构的作用，进而保护上部结构的安全。常用的隔震支座有：橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、滑动平板隔震支座、摩擦摆隔震支座等。由于现阶段的隔震支座存在易老化、隔震效果差、耗能能力弱、震后残余位移大等缺点，因此亟需开发一种耐久性强、隔震效果好、耗能能力强、残余位移小的隔震支座。本发明基于压剪分离原理，设计了一种耐久性好、耗能能力强、残余位移小、刚度可变可调可控的隔震支座，对土木工程减、隔震领域有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种压剪分离式变刚度隔震支座及其制作方法，要解决现阶段普通支座耐久性差易老化、自复位能力弱、耗能能力弱、隔震效果差、弹性范围太小、承载能力差等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压剪分离式变刚度隔震支座，包括支座上板、支座下板和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板的上侧固定连接有支座上连接件，所述支座下板的下侧固定连接有支座下连接件，

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件，

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧、短竖向弹簧、阻尼器、限位挡槽和限位挡板，所述限位挡槽固定连接在支座上板的下侧，限位挡槽槽口向下设置，所述限位挡槽内部充满有粘滞流体，所述限位挡槽的槽口密封，

对应限位挡槽位置的下方、支座下板的上侧固定连接有阻尼器，所述阻尼器的顶部连接有上万向铰，所述上万向铰连接至水平的限位挡板的下侧中央，所述限位档板、上万向铰和阻尼器的顶部均位于限位挡槽的内并被粘滞流体包裹，所述阻尼器的底部连接有下万向铰，所述下万向铰与支座下板的上侧连接，

所述短竖向弹簧围在阻尼器的周围，两端分别固定连接限位挡槽的下侧和支座下板的上侧，所述长竖向弹簧围在限位挡槽的外侧周围，两端分别固定连接支座上板的下侧和支座下板的上侧，

所述水平隔震组件包括核心钢棒、钢套筒和预张拉套件，所述核心钢棒固定连接在支座上板中央，核心钢棒的底部与支座下板之间预留有位移空间，所述核心钢棒的底端面固定连接有尺寸大于核心钢板的限位板，所述钢套筒固定连接在支座下板中央、正对核心钢棒，钢套筒的尺寸大于限位板的尺寸，所述钢套筒的顶部与支座上板之间预留有位移空间，

所述预张拉套件水平设置，包括滑动圆环、一组形状记忆合金棒和一组锁紧螺母，所述预张拉套件沿高度方向至少间隔设置有三组，所述滑动圆环套在核心钢棒的外侧，每套预张拉套件中的形状记忆合金棒均以核心钢棒为中轴向外侧呈放射状均分设置，所述形状记忆合金棒的内端与滑动圆环的外壁固定连接，所述形状记忆合金棒的外端贯穿钢套筒并且在钢套筒的壁板两侧分别通过锁紧螺母固定。

所述限位挡槽的槽口通过密封胶圈密封，阻尼器的顶部穿过密封胶圈。

所述阻尼器为粘滞阻尼器，包括上杆和下柱，所述密封胶圈上开有的供上杆贯穿的孔。

所述长竖向弹簧呈压缩状，所述限位挡板位于限位挡槽内的粘滞流体中央并且不与限位挡槽接触。

所述长竖向弹簧和短竖向弹簧均呈压缩状，所述限位挡板位于限位挡槽内的粘滞流体内并且与限位挡槽接触。

所述长竖向弹簧为围绕在限位挡槽的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧为围绕在阻尼器的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器周围的一组弹簧。

一种压剪分离式变刚度隔震支座的制作方法，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件；

步骤二，组装支座：

在支座上板的中央固定连接核心钢棒，边部固定连接限位挡槽，将阻尼器的顶部与底部分别固定连接上万向铰和下万向铰，上万向铰的顶部固定连接限位挡板并插入限位挡槽内，在限位挡槽的内部注满粘滞流体并通过密封胶圈密封，长竖向弹簧和短竖向弹簧的上端固定连接到位，滑动圆环与形状记忆合金棒的内端固定连接然后将滑动圆环套在核心钢棒上，核心钢棒的下端固定连接限位板；

在支座下板的中央固定连接钢套筒，给形状记忆合金棒上施预张拉力，核心钢棒的外端穿过钢套筒并通过锁紧螺母锁紧，下万向铰的底部与支座下板固定连接，长竖向弹簧和短竖向弹簧的下端连接到位；

调整阻尼器，使得限位挡板位于限位挡槽的中央并与限位挡槽无接触；

步骤三，安装支座：

支座上板、支座下板分别通过支座上连接件和支座下连接件与其它结构固定连接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明中，将竖向力和水平力分开承担，该支座上部竖向力由长竖向弹簧、短竖向弹簧及粘滞阻尼器承担，当支座初始安装于结构物时，长竖向弹簧由于刚度较小而被压缩，并保证限位挡板位于限位挡槽的粘滞流体中央，且不与限位挡槽接触。由于长竖向弹簧刚度较小可以使的竖向周期显著延长，进而做到竖向隔震。

当竖向地震动较小时，限位挡板位于限位挡槽的粘滞流体中央，不与限位挡槽接触，且位置保持不变，而支座上板与支座下板发生竖向相对运动，此时竖向地震的能量由粘滞流体耗散。

当竖向地震动较大时，支座上板与支座下板发生竖向相对运动，由于竖向振动幅值较大，限位挡板开始与限位挡槽接触，此时短竖向弹簧开始发挥作用，支座竖向刚度显著增大，长竖向弹簧与短竖向弹簧均发生较大变形，产生较大恢复力，从而限制结构发生较大竖向位移。

此外，由于竖向振动幅值较大，限位挡板在限位挡槽的作用下开始运动，进而带动竖向粘滞阻尼器开始发生位移，从而实现竖向耗能，耗散地震能量。在较大的地震动情况下，竖向地震动的能量由粘滞阻尼器耗散，粘滞阻尼器上下均采用万向铰连接，因此不会导致碰撞问题。此外，支座在竖向振动时支座核心钢棒会在滑动圆环上下自由振动，通过核心钢棒和滑动圆环可以保证结构不至发生过大竖向位移。上部结构的位移限制由核心钢棒实现，保证上部结构位移不会无限制增大，同时保证了粘滞阻尼器的位移不至于过大而破坏。粘滞阻尼器的耗能同时，为上部结构提供一定的恢复力。

水平力由经过预张拉的形状记忆合金棒承担。主要的耗能装置为粘滞阻尼器、粘滞流体和形状记忆合金棒。当支座初始安装于结构物时，形状记忆合金棒经过预张拉，使初始位置位于刚度弱化段。由于支座水平向刚度很小可以使的水平周期显著延长，进而做到水平隔震；且由于粘滞阻尼器上下采用万向铰连接，因此水平位移会导致粘滞流体阻尼器发生侧向位移，实现地震动能量耗散。当水平地震动较大时，形状记忆合金钢棒受力较大，发生较大变形，进入刚度较大区段，从而限制了结构的进一步位移，使结构位移不至过大。此外，由于形状记忆合金具有良好的耗能能力，因此在较大地震动情况下，地震动能量会主要由形状记忆合金耗散。

同时，形状记忆合金具有良好的耗能能力和形状记忆特性，利用加热形状记忆合金等相应手段可以实现结构的震后复位。此外本支座的形状记忆合金棒采用多层布置并结合竖向弹簧，能够很好的克服支座摇摆的缺点；本支座通过合理布设竖向受力装置和水平向受力装置能够很好的适应不同的结构物的要求；并且通过合理的设计能够满足各种结构物振动变形的要求，有效实现隔震。

本发明构造简单、加工工艺简洁、各部件易于获取和装配，安装方便，性价比高。支座各部分均采用金属材料耐久性好。同时，受力路径明确、竖向力和水平力由支座的不同部分分开承担，可以有效实现压剪分离，耗能能力和自复位能力强。支座的竖向和水平向刚度均可调、可变、可控，从而实现不同地震动下的隔震和位移限制。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明支座整体竖剖面示意图。

图2是本发明支座中央套筒横剖面示意图。

图3是本发明支座形状记忆合金棒的本构关系。

附图标记：1－支座上连接件、2－支座上板、3－粘滞流体、4－限位挡槽、5－限位挡板、6－密封胶圈、7－上万向铰、8－阻尼器、81－上杆、82－下柱、9－长竖向弹簧、10－下万向铰、11－支座下板、12－支座下连接件、13－核心钢棒、14－锁紧螺母、15－形状记忆合金棒、16－滑动圆环、17－钢套筒、18－短竖向弹簧、19－限位板、20－位移空间。

具体实施方式

实施例参见图1-3所示，一种压剪分离式变刚度隔震支座，包括支座上板1、支座下板11和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板1的上侧固定连接有支座上连接件1，所述支座下板11的下侧固定连接有支座下连接件12。

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件。

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧9、短竖向弹簧18、阻尼器8、限位挡槽4和限位挡板，所述限位挡槽4固定连接在支座上板1的下侧，限位挡槽4槽口向下设置，所述限位挡槽4内部充满有粘滞流体3，所述限位挡槽4的槽口密封。所述限位挡槽4的槽口通过密封胶圈6密封，阻尼器8的顶部穿过密封胶圈6。

对应限位挡槽4位置的下方、支座下板11的上侧固定连接有阻尼器8，所述阻尼器8的顶部连接有上万向铰7，所述上万向铰7连接至水平的限位挡板5的下侧中央，所述限位档板、上万向铰7和阻尼器8的顶部均位于限位挡槽4的内并被粘滞流体3包裹，所述阻尼器8的底部连接有下万向铰10，所述下万向铰10与支座下板11的上侧连接。所述阻尼器8为粘滞阻尼器8，包括上杆81和下柱82，所述密封胶圈6上开有的供上杆81贯穿的孔。

所述短竖向弹簧18围在阻尼器8的周围，两端分别固定连接限位挡槽4的下侧和支座下板11的上侧，所述长竖向弹簧9围在限位挡槽4的外侧周围，两端分别固定连接支座上板1的下侧和支座下板11的上侧。

所述长竖向弹簧9为围绕在限位挡槽4的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽4周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧18为围绕在阻尼器8的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器8周围的一组弹簧。

当竖向地震动较小时，所述长竖向弹簧9呈压缩状，所述限位挡板5位于限位挡槽4内的粘滞流体3中央并且不与限位挡槽4接触。

当竖向地震动较大时，所述长竖向弹簧9和短竖向弹簧18均呈压缩状，所述限位挡板5位于限位挡槽4内的粘滞流体3内并且与限位挡槽4接触。

所述水平隔震组件包括核心钢棒13、钢套筒17和预张拉套件，所述核心钢棒13固定连接在支座上板1中央，核心钢棒13的底部与支座下板11之间预留有位移空间20，所述核心钢棒13的底端面固定连接有尺寸大于核心钢板的限位板19，所述钢套筒17固定连接在支座下板11中央、正对核心钢棒13，钢套筒17的尺寸大于限位板19的尺寸，所述钢套筒17的顶部与支座上板1之间预留有位移空间20。

所述预张拉套件水平设置，包括滑动圆环16、一组形状记忆合金棒15和一组锁紧螺母14，所述预张拉套件沿高度方向至少间隔设置有三组，所述滑动圆环16套在核心钢棒13的外侧，每套预张拉套件中的形状记忆合金棒15均以核心钢棒13为中轴向外侧呈放射状均分设置，所述形状记忆合金棒15的内端与滑动圆环16的外壁固定连接，所述形状记忆合金棒15的外端贯穿钢套筒17并且在钢套筒17的壁板两侧分别通过锁紧螺母14固定。本实施例中设有三组，每组包括六根形状记忆合金棒和12个锁紧螺母。

这种压剪分离式变刚度隔震支座的制作方法，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件。

步骤二，组装支座：

在支座上板1的中央固定连接核心钢棒13，边部固定连接限位挡槽4，将阻尼器8的顶部与底部分别固定连接上万向铰7和下万向铰10，上万向铰7的顶部固定连接限位挡板5并插入限位挡槽4内，在限位挡槽4的内部注满粘滞流体3并通过密封胶圈6密封，长竖向弹簧9和短竖向弹簧18的上端固定连接到位，滑动圆环16与形状记忆合金棒15的内端固定连接然后将滑动圆环16套在核心钢棒13上，核心钢棒13的下端固定连接限位板19；

在支座下板11的中央固定连接钢套筒17，给形状记忆合金棒15上施预张拉力，核心钢棒13的外端穿过钢套筒17并通过锁紧螺母14锁紧，下万向铰10的底部与支座下板11固定连接，长竖向弹簧9和短竖向弹簧18的下端连接到位；

调整阻尼器8，使得限位挡板5位于限位挡槽4的中央并与限位挡槽4无接触。

步骤三，安装支座：

支座上板1、支座下板11分别通过支座上连接件1和支座下连接件12与其它结构固定连接。

Claims (7)

1.一种压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：包括支座上板（1）、支座下板（11）和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板（1）的上侧固定连接有支座上连接件（1），所述支座下板（11）的下侧固定连接有支座下连接件（12），

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件，

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧（9）、短竖向弹簧（18）、阻尼器（8）、限位挡槽（4）和限位挡板，所述限位挡槽（4）固定连接在支座上板（1）的下侧，限位挡槽（4）槽口向下设置，所述限位挡槽（4）内部充满有粘滞流体（3），所述限位挡槽（4）的槽口密封，

对应限位挡槽（4）位置的下方、支座下板（11）的上侧固定连接有阻尼器（8），所述阻尼器（8）的顶部连接有上万向铰（7），所述上万向铰（7）连接至水平的限位挡板（5）的下侧中央，所述限位档板、上万向铰（7）和阻尼器（8）的顶部均位于限位挡槽（4）的内并被粘滞流体（3）包裹，所述阻尼器（8）的底部连接有下万向铰（10），所述下万向铰（10）与支座下板（11）的上侧连接，

所述短竖向弹簧（18）围在阻尼器（8）的周围，两端分别固定连接限位挡槽（4）的下侧和支座下板（11）的上侧，所述长竖向弹簧（9）围在限位挡槽（4）的外侧周围，两端分别固定连接支座上板（1）的下侧和支座下板（11）的上侧，

所述水平隔震组件包括核心钢棒（13）、钢套筒（17）和预张拉套件，所述核心钢棒（13）固定连接在支座上板（1）中央，核心钢棒（13）的底部与支座下板（11）之间预留有位移空间（20），所述核心钢棒（13）的底端面固定连接有尺寸大于核心钢板的限位板（19），所述钢套筒（17）固定连接在支座下板（11）中央、正对核心钢棒（13），钢套筒（17）的尺寸大于限位板（19）的尺寸，所述钢套筒（17）的顶部与支座上板（1）之间预留有位移空间（20），

所述预张拉套件水平设置，包括滑动圆环（16）、一组形状记忆合金棒（15）和一组锁紧螺母（14），所述预张拉套件沿高度方向至少间隔设置有三组，所述滑动圆环（16）套在核心钢棒（13）的外侧，每套预张拉套件中的形状记忆合金棒（15）均以核心钢棒（13）为中轴向外侧呈放射状均分设置，所述形状记忆合金棒（15）的内端与滑动圆环（16）的外壁固定连接，所述形状记忆合金棒（15）的外端贯穿钢套筒（17）并且在钢套筒（17）的壁板两侧分别通过锁紧螺母（14）固定。

2.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：所述限位挡槽（4）的槽口通过密封胶圈（6）密封，阻尼器（8）的顶部穿过密封胶圈（6）。

3.根据权利要求2所述的压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：所述阻尼器（8）为粘滞阻尼器（8），包括上杆（81）和下柱（82），所述密封胶圈（6）上开有的供上杆（81）贯穿的孔。

4.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：所述长竖向弹簧（9）呈压缩状，所述限位挡板（5）位于限位挡槽（4）内的粘滞流体（3）中央并且不与限位挡槽（4）接触。

5.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：所述长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（18）均呈压缩状，所述限位挡板（5）位于限位挡槽（4）内的粘滞流体（3）内并且与限位挡槽（4）接触。

6.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度隔震支座，其特征在于：所述长竖向弹簧（9）为围绕在限位挡槽（4）的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽（4）周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧（18）为围绕在阻尼器（8）的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器（8）周围的一组弹簧。

7.一种根据权利要求1-5任意一项所述的压剪分离式变刚度隔震支座的制作方法，其特征在于，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件；

步骤二，组装支座：

在支座上板（1）的中央固定连接核心钢棒（13），边部固定连接限位挡槽（4），将阻尼器（8）的顶部与底部分别固定连接上万向铰（7）和下万向铰（10），上万向铰（7）的顶部固定连接限位挡板（5）并插入限位挡槽（4）内，在限位挡槽（4）的内部注满粘滞流体（3）并通过密封胶圈（6）密封，长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（18）的上端固定连接到位，滑动圆环（16）与形状记忆合金棒（15）的内端固定连接然后将滑动圆环（16）套在核心钢棒（13）上，核心钢棒（13）的下端固定连接限位板（19）；

在支座下板（11）的中央固定连接钢套筒（17），给形状记忆合金棒（15）上施预张拉力，核心钢棒（13）的外端穿过钢套筒（17）并通过锁紧螺母（14）锁紧，下万向铰（10）的底部与支座下板（11）固定连接，长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（18）的下端连接到位；

调整阻尼器（8），使得限位挡板（5）位于限位挡槽（4）的中央并与限位挡槽（4）无接触；

步骤三，安装支座：

支座上板（1）、支座下板（11）分别通过支座上连接件（1）和支座下连接件（12）与其它结构固定连接。

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