CN111549927A - 一种三维复合隔震支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维复合隔震支座，包括上部的竖向隔震装置和下部的水平隔震支座。所述的竖向隔震装置由厚层橡胶支座、碟形弹簧组和抗侧移柱、抗拔滑槽、导向筒等辅助措施组成。所述水平隔震支座为铅芯叠层橡胶支座。所述支座从上至下：上连接板、支座上部分、中连接板、支座下部分、下连接板之间连接，上下支座与外部结构之间采用螺栓锚固连接成为整体。本发明的支座可提供良好的水平和竖向隔震(振)需求，又能保证高承载力和稳定性。

Description

一种三维复合隔震支座
技术领域
本发明属于土木工程结构隔震(振)技术领域，具体涉及一种三维复合隔震支座。
背景技术
随着现代工业化的迅猛发展，房屋建筑、交通运输轨道越来越密集，受到地震运动及某些生产活动引起的振动影响，建筑结构、地铁、振动敏感的仪器设备等可能遭遇不同程度的破坏或累积损伤。
传统隔震(振)支座一般具有高承载力，并具有一定的水平隔震(振)作用，然而其竖向刚度过大，比水平刚度大2至3个量级，因此，对竖向地震或振动隔震效果甚微，甚至有放大的可能。
对于房屋建筑、交通运输轨道和大型设备用的隔震(振)支座，需要承受上部结构较大的载荷，因此高承载力是支座设计的基本要求。竖向隔震(振)的实现取决于支座是否具备高柔性(低刚度)，即要求隔震(振)频率低。本发明为一种可解决上述矛盾、同时保证低频隔振和高承载力的三维复合隔震(振)装置，同时具有一定的抗拔功能，可用于土木工程结构及其他相关领域的隔震(振)。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种三维复合隔震支座。
技术方案：一种三维复合隔震支座，所述的支座主要由上部的竖向隔震支座装置和下部的水平隔震支座串联叠置而成，具体地，所述的支座从上至下为：上连接板、竖向隔震支座装置、中连接板、水平隔震支座和下连接板；所述的下连接板和中连接板之间为水平隔震支座，所述的中连接板和上连接板之间为竖向隔震装置；所述的支座的所有封板与连接板之间均采用螺栓连接，所述的支座的上连接板、下连接板与外部结构之间采用锚固螺栓连接成为整体；
所述的竖向隔震支座装置由厚层橡胶支座、碟形弹簧组和抗侧移柱部件组成；所述的厚层橡胶支座、碟形弹簧组和抗侧移柱部件均安装在中连接板上，所述的碟形弹簧组固定安装在竖向隔震支座装置的中心，碟形弹簧组的两侧安装有厚层橡胶支座，所述的抗侧移柱部件位于竖向隔震支座装置的最外侧；
所述的碟形弹簧组通过内导向筒和外导向筒约束碟形弹簧，碟形弹簧组受到轴向压力后仅产生压缩变形，在其外导向筒和内导向筒之间预留一定空隙；
所述的厚层橡胶支座由多层薄钢板和厚橡胶片交替叠合经热硫化而成，通过调节叠层厚橡胶片的层数以及橡胶层的厚度来调整支座的竖向刚度；
所述的抗侧移柱部件由阻尼器活塞和填有阻尼材料的滑槽组成，具备抗侧移限位功能，使厚层橡胶支座和碟形弹簧所组成的竖向隔震支座只能发生压缩变形而不能发生水平剪切变形，可同时防止支座发生倾覆破坏；
所述的水平隔震支座为铅芯叠层橡胶支座，所述的铅芯叠层橡胶支座由多层薄钢板和薄橡胶片交替叠合经热硫化而成，其中心的铅芯自上而下依次贯穿铅芯叠层橡胶支座，竖向插入支座中封板、下封板中，对橡胶支座形成水平向约束作用，与叠层橡胶共同实现水平隔震功能，同时竖向压力作用下可提供高阻尼实现一定程度的耗能。
作为优化：所述的碟形弹簧组由多片碟形弹簧组合而成。
作为优化：所述的内导向筒和外导向筒均一端为固定端，另一端为非固定端，其中，内导向管固定端插入中封板内，非固定端插入外导向筒内；外导向筒固定端插入上封板内，非固定端与碟形弹簧组自由接触；所述的内导向筒和外导向筒限制碟形弹簧不发生水平剪切变形，只发生竖向压缩变形，通过调整碟形弹簧组的型号、叠合对合的方式及片数，使其具有适宜的竖向刚度和阻尼性能。
作为优化：所述的抗侧移柱部件中,为保证竖向隔震支座装置在承受竖向荷载时受拔而不发生破坏，可在滑槽顶端设置抗拔盖板，控制阻尼器活塞沿着滑槽的滑移行程，从而避免支座在受拔时脱离滑槽造成破坏。
作为优化：所述滑槽内填有的阻尼材料，在竖向隔震支座装置反复压缩过程中可消耗振动能量。
一种根据所述的三维复合隔震支座的使用方法，当地震来临或者振动荷载作用时，所述的三维复合隔震支座在水平和竖向上可不断的产生微小的压缩变形，在两个方向上均有一定的阻尼来共同耗散振动能量，阻隔地震或振动激励向上部结构传递，从而能有效降低地震或者铁、公路交通等对所上部结构、仪器设备或其他物品的影响，达到有效隔震(振)、高承载、高稳定的多重效果。
一种根据所述的三维复合隔震支座的应用，将所述的三维复合隔震支座应用于建筑结构，使得能够作为可靠的隔震构件承受地震或者振动荷载效应。
有益效果：本发明将铅芯叠层橡胶支座和厚层橡胶支座等组成的竖向隔震装置串联组合，形成一个具有三向适宜刚度和阻尼性能的三维复合隔震(振)装置。能同时有效降低水平和竖向地震(振动)反应，同时支座上、下部分自身阻尼均可消耗部分振动能量，达到良好的三维隔震(振)效果。
附图说明
图1是本发明的三维复合隔震支座的三维结构示意图；
图2是本发明的三维复合隔震支座的剖视结构示意图；
图3是本发明的三维复合隔震支座的俯视结构示意图；
图4是本发明的三维复合隔震支座的正视结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-4所示，本发明的一种三维复合隔震支座，所述的支座主要由上部的竖向隔震支座装置和下部的水平隔震支座串联叠置而成，具体地，所述的支座从上至下为：上连接板9、竖向隔震支座装置、中连接板1、水平隔震支座和下连接板4；所述的下连接板4和中连接板1之间为水平隔震支座，所述的中连接板1和上连接板9之间为竖向隔震装置；所述的支座的所有封板与连接板之间均采用螺栓连接，所述的支座的上连接板9、下连接板4与外部结构之间采用锚固螺栓连接成为整体。
所述的竖向隔震支座装置由厚层橡胶支座、碟形弹簧组15和抗侧移柱部件组成；所述的厚层橡胶支座、碟形弹簧组15和抗侧移柱部件均安装在中连接板1上，所述的碟形弹簧组15固定安装在竖向隔震支座装置的中心，碟形弹簧15的两侧安装有厚层橡胶支座，所述的抗侧移柱部件位于竖向隔震支座装置的最外侧。
所述的碟形弹簧组15由多片碟形弹簧组合而成。所述的碟形弹簧组15通过内导向筒14和外导向筒13约束碟形弹簧15，碟形弹簧15受到轴向压力后仅产生压缩变形，在其外导向筒13和内导向筒14之间预留一定空隙。
所述的内导向筒14和外导向筒13均一端为固定端，另一端为非固定端，其中，内导向管14固定端插入中封板5内，非固定端插入外导向筒13内；外导向筒13固定端插入上封板16内，非固定端与碟形弹簧组15自由接触；所述的内导向筒14和外导向筒13限制碟形弹簧不发生水平剪切变形，只发生竖向压缩变形，通过调整碟形弹簧组15的型号、叠合对合的方式及片数，使其具有适宜的竖向刚度和阻尼性能。
所述的厚层橡胶支座由多层薄钢板7和厚橡胶片8交替叠合经热硫化而成，通过调节叠层厚橡胶片8的层数以及橡胶层的厚度来调整支座的竖向刚度。
所述的抗侧移柱部件由阻尼器活塞10和填有阻尼材料12的滑槽11组成，具备抗侧移限位功能，使厚层橡胶支座和碟形弹簧15所组成的竖向隔震支座只能发生压缩变形而不能发生水平剪切变形，可同时防止支座发生倾覆破坏。
所述的抗侧移柱部件中,为保证竖向隔震支座装置在承受竖向荷载时受拔而不发生破坏，可在滑槽11顶端设置抗拔盖板，控制阻尼器活塞10沿着滑槽11的滑移行程，从而避免支座在受拔时脱离滑槽11造成破坏。所述滑槽11内填有的阻尼材料12，在竖向隔震支座装置反复压缩过程中可消耗振动能量。
所述的水平隔震支座为铅芯叠层橡胶支座，所述的铅芯叠层橡胶支座由多层薄钢板7和薄橡胶片6交替叠合经热硫化而成，其中心的铅芯2自上而下依次贯穿铅芯叠层橡胶支座，竖向插入支座中封板5、下封板3中，对橡胶支座形成水平向约束作用，与叠层橡胶共同实现水平隔震功能，同时竖向压力作用下可提供高阻尼实现一定程度的耗能。
所述的三维复合隔震支座的使用方法为：当地震来临或者振动荷载作用时，所述的三维复合隔震支座在水平和竖向上可不断的产生微小的压缩变形，在两个方向上均有一定的阻尼来共同耗散振动能量，阻隔地震或振动激励向上部结构传递，从而能有效降低地震或者铁、公路交通等对所上部结构、仪器设备或其他物品的影响，达到有效隔震(振)、高承载、高稳定的多重效果。
所述的三维复合隔震支座的应用为：将所述的三维复合隔震支座应用于建筑结构，使得能够作为可靠的隔震构件承受地震或者振动荷载效应。
本发明的三维隔震支座的工作原理如下：
该三维复合隔震支座综合了铅芯叠层橡胶支座和厚层橡胶支座的特点，在发生地震或者振动荷载作用下，该新型隔震(振)支座在水平和竖向上不断的产生微小的压缩变形，在两个方向上均有一定的阻尼来共同耗散振动能量，阻隔地震或振动激励向上部结构传递，从而达到隔震(振)效果。
所述的铅芯叠层橡胶支座由多层薄钢板7和薄橡胶片6交替叠合经热硫化而成，然后在其中心孔压入铅芯2，通过橡胶支座第二形状系数S2橡胶材料硬度和铅芯2直径的调整支座水平刚度和阻尼性能，能保证良好的水平隔震效果，然而其竖向刚度往往是水平刚度的几百倍至上千倍，竖向隔震效果甚微甚至有放大的可能。
厚层橡胶隔震支座元件也由多层薄钢板和橡胶片交替叠合经热硫化而成，通过调节叠层橡胶的层数以及橡胶层的厚度来调整支座的竖向刚度。需要注意的是，柔度较高的橡胶支座在上部结构承受较大荷载作用下易发生屈曲变形甚至失稳。厚层橡胶支座中心孔并联设置碟形弹簧组及护筒，在此约束下，橡胶支座长期高承载作用下无法发生整体屈曲变形，因此在长期较大荷载作用下处于整体稳定变形状态，稳定性良好。厚层橡胶隔震支座在竖向具有低刚度特性，能够有效降低结构的固有频率，因此能够隔掉绝大部分向上部结构传播的竖向地震(振动)分量。
竖向隔震装置除了厚层橡胶支座，还有碟形弹簧组和抗侧移柱、抗拔滑槽、导向筒等辅助措施。碟形弹簧组位于厚层橡胶支座中心，由多片碟形弹簧组合而成。所述碟簧内外导向筒均一端为固定端，另一端为非固定端，其中内导向管固定端插入中封板内，非固定端插入外导向筒内；外导向筒固定端插入上封板内，非固定端与碟形弹簧组自由接触。内外导向筒限制碟形弹簧不发生水平剪切变形，只发生竖向压缩变形。通过调整碟形弹簧型号、叠合对合的方式及片数，使其具有适宜的竖向刚度和阻尼性能，并且竖向刚度比水平刚度大得多，这一特性正好能对竖向地震起到较好的隔震效果。在竖向隔震装置中设计有均匀分布的阻尼器活塞，和填有阻尼材料的滑槽共同实现抗侧移限位功能，使得厚层橡胶支座和碟形弹簧所组成的竖向隔震支座只能发生压缩变形而不能发生水平剪切变形。施加于支座上的水平剪力仅会引起底部铅芯叠层橡胶支座的剪切变形，故该支座的水平剪切刚度与下部的铅芯叠层橡胶支座相当，不会发生过大的剪切变形和发生倾覆破坏。为保证竖向隔震支座装置在承受竖向荷载时受拔而不发生破坏，可在滑槽顶端设置抗拔盖板，在阻尼器活塞底端设置圆钢板形成“插销”，控制阻尼器活塞沿着滑槽的滑移行程，从而避免支座在受拔时脱离滑槽造成破坏。滑槽内填有阻尼材料，在竖向隔震支座装置反复压缩过程中可消耗振动能量。通过滑槽内阻尼材料的选择和滑移行程的调整，可以获得不同的阻尼比。
本发明将铅芯叠层橡胶支座和厚层橡胶支座等组成的竖向隔震装置串联组合，形成一个具有三向适宜刚度和阻尼性能的三维复合隔震(振)装置。能同时有效降低水平和竖向地震(振动)反应，同时支座上、下部分自身阻尼均可消耗部分振动能量，达到良好的三维隔震(振)效果。在实际工程运用中，该新型三维复合隔震支座兼具水平和竖向隔震(振)、高承载力等多重功能。

Claims (7)

1.一种三维复合隔震支座，其特征在于：所述的支座主要由上部的竖向隔震支座装置和下部的水平隔震支座串联叠置而成，具体地，所述的支座从上至下为：上连接板(9)、竖向隔震支座装置、中连接板(1)、水平隔震支座和下连接板(4)；所述的下连接板(4)和中连接板(1)之间为水平隔震支座，所述的中连接板(1)和上连接板(9)之间为竖向隔震装置；所述的支座的所有封板与连接板之间均采用螺栓连接，所述的支座的上连接板(9)、下连接板(4)与外部结构之间采用锚固螺栓连接成为整体；
所述的竖向隔震支座装置由厚层橡胶支座、碟形弹簧组(15)和抗侧移柱部件组成；所述的厚层橡胶支座、碟形弹簧组(15)和抗侧移柱部件均安装在中连接板(1)上，所述的碟形弹簧组(15)固定安装在竖向隔震支座装置的中心，碟形弹簧组(15)的两侧安装有厚层橡胶支座，所述的抗侧移柱部件位于竖向隔震支座装置的最外侧；
所述的碟形弹簧组(15)通过内导向筒(14)和外导向筒(13)约束碟形弹簧(15)，碟形弹簧组(15)受到轴向压力后仅产生压缩变形，在其外导向筒(13)和内导向筒(14)之间预留一定空隙；
所述的厚层橡胶支座由多层薄钢板(7)和厚橡胶片(8)交替叠合经热硫化而成，通过调节叠层厚橡胶片(8)的层数以及橡胶层的厚度来调整支座的竖向刚度；
所述的抗侧移柱部件由阻尼器活塞(10)和填有阻尼材料(12)的滑槽(11)组成，具备抗侧移限位功能，使厚层橡胶支座和碟形弹簧组(15)所组成的竖向隔震支座只能发生压缩变形而不能发生水平剪切变形，可同时防止支座发生倾覆破坏；
所述的水平隔震支座为铅芯叠层橡胶支座，所述的铅芯叠层橡胶支座由多层薄钢板(7)和薄橡胶片(6)交替叠合经热硫化而成，其中心的铅芯(2)自上而下依次贯穿铅芯叠层橡胶支座，竖向插入支座中封板(5)、下封板(3)中，对橡胶支座形成水平向约束作用，与叠层橡胶共同实现水平隔震功能，同时竖向压力作用下可提供高阻尼实现一定程度的耗能。
2.根据权利要求1所述的三维复合隔震支座，其特征在于：所述的碟形弹簧组(15)由多片碟形弹簧组合而成。
3.根据权利要求1所述的三维复合隔震支座，其特征在于：所述的内导向筒(14)和外导向筒(13)均一端为固定端，另一端为非固定端，其中，内导向管(14)固定端插入中封板(5)内，非固定端插入外导向筒(13)内；外导向筒(13)固定端插入上封板(16)内，非固定端与碟形弹簧组(15)自由接触；所述的内导向筒(14)和外导向筒(13)限制碟形弹簧不发生水平剪切变形，只发生竖向压缩变形，通过调整碟形弹簧组(15)的型号、叠合对合的方式及片数，使其具有适宜的竖向刚度和阻尼性能。
4.根据权利要求1所述的三维复合隔震支座，其特征在于：所述的抗侧移柱部件中,为保证竖向隔震支座装置在承受竖向荷载时受拔而不发生破坏，可在滑槽(11)顶端设置抗拔盖板，控制阻尼器活塞(10)沿着滑槽(11)的滑移行程，从而避免支座在受拔时脱离滑槽(11)造成破坏。
5.根据权利要求1所述的三维复合隔震支座，其特征在于：所述滑槽(11)内填有的阻尼材料(12)，在竖向隔震支座装置反复压缩过程中可消耗振动能量。
6.一种根据权利要求1所述的三维复合隔震支座的使用方法，其特征在于：当地震来临或者振动荷载作用时，所述的三维复合隔震支座在水平和竖向上可不断的产生微小的压缩变形，在两个方向上均有一定的阻尼来共同耗散振动能量，阻隔地震或振动激励向上部结构传递，从而能有效降低地震或者铁、公路交通等对所上部结构、仪器设备或其他物品的影响，达到有效隔震(振)、高承载、高稳定的多重效果。
7.一种根据权利要求1所述的三维复合隔震支座的应用，其特征在于：将所述的三维复合隔震支座应用于建筑结构，使得能够作为可靠的隔震构件承受地震或者振动荷载效应。
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