CN111608452A - 一种缓冲隔震系统及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缓冲隔震系统及安装方法，属于减隔震技术领域，解决了现有隔震系统使用橡胶等特殊材料无法实现同时具有良好的竖向隔震效果和横向隔震效果的问题。缓冲隔震系统包括竖向隔震单元、横向隔震单元和缓冲装置；横向隔震单元将隔震对象吊起悬空，缓冲装置位于隔震对象和安装部之间。安装方法包括以下步骤：确定水平隔震周期T_h和竖向隔震周期；根据公式计算横向隔震单元的摆长；根据隔震对象质量m，通过公式计算竖向隔震所需的总刚度，确定单个竖向减震器的刚度和竖向减震器总数量；安装竖向隔震单元和横向隔震单元；吊装隔震对象使其悬空，且位于竖向隔震单元的上方。本发明实现了通过机械结构的创新设计来达到良好的减震、隔震效果。

Description

一种缓冲隔震系统及安装方法

技术领域

本发明涉及减隔震技术领域，尤其涉及一种缓冲隔震系统及安装方法。

背景技术

地震灾害给人类带来不可估量的生命财产损失，隔震体系是一种理想的减轻地震灾害的抗震防灾新技术，它在地震中表现出优于传统隔震的抗震能力。

隔震是通过降低结构刚度，延长结构自振周期来降低结构的地震反应，确保上部结构在大地震时仍可以处于弹性状态，或保持在弹塑性变形状态的初期状态。

目前广泛使用的隔震系统是橡胶隔震支座，然而根据现有技术条件要生产出很低水平刚度的合格橡胶隔震支座具有较大困难。而且橡胶过大的竖向刚度不仅不会减小竖向地震作用，甚至会放大竖向地震作用。

对于一些精密的实验仪器、设备等受震动影响会使测量结果不准确。对于易碎、易损坏的物品，运输过程中的震动可能使物品损坏，从而造成无法估量的损失，所以对物品进行隔震是非常必要的。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种缓冲隔震系统及安装方法，用以解决现有隔震系统使用橡胶等特殊材料无法实现同时具有良好的竖向隔震效果和横向隔震效果的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种缓冲隔震系统，所述缓冲隔震系统用于减轻震动对隔震对象的影响，所述缓冲隔震系统包括用于减轻竖直方向震动的竖向隔震单元、用于减轻水平方向震动的横向隔震单元和缓冲装置；

所述横向隔震单元将所述隔震对象吊起悬空，且所述横向隔震单元安装于安装部上，所述缓冲装置位于所述隔震对象和所述安装部之间。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述缓冲装置包括阻尼器，所述阻尼器的数量至少为3个，且位于同一水平面内。

进一步，所述横向隔震单元包括滑轮和钢丝绳，所述隔震对象通过所述钢丝绳吊起，所述钢丝绳穿过滑轮后与所述竖向隔震单元连接。

进一步，所述竖向隔震单元包括竖向减震器、上连接板和下连接板，所述竖向减震器的一端与所述下连接板连接，另一端与所述上连接板连接。

进一步，所述隔震对象的外壁设有吊篮，钢丝绳通过所述吊篮将隔震对象吊起。

进一步，所述吊篮的位置不低于所述隔震对象的质心位置。

进一步，所述滑轮的数量至少为3个，且位于同一水平面内。

进一步，所述竖向减震器的数量至少为3个，且均匀分布于所述上连接板和所述下连接板之间。

进一步，所述安装部为多根安装柱或多个安装面。

另一方面，本发明还提供了一种隔震系统安装方法，包括以下步骤：

步骤1：根据用户的需求以及场地情况分别确定水平隔震周期Th和竖向隔震周期T_v；

步骤2：根据公式

计算得到横向隔震单元的摆长；

步骤3：根据隔震对象质量m，计算得到竖向隔震所需的总刚度

m₀为吊篮、钢丝绳和上连接板的质量之和，根据承载力要求、现有工艺以及安装空间确定单个竖向减震器的刚度k_单和竖向减震器总数量n；

步骤4：安装竖向隔震单元；

步骤5：安装横向隔震单元；

步骤6：吊装隔震对象，使隔震对象悬空，且位于所述竖向隔震单元的上方；

步骤7：检测和调平；

所述步骤1中，先根据反应谱以及经验估算设计周期，然后通过时程分析法进行计算调整，确定具体周期。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明不是通过改进材料的性能，而是通过机械结构来实现水平方向和竖直方向的三维隔震。

(2)本发明的三维隔震系统应用范围广，不仅适用于建筑物、精密仪器、核电站设备的隔震，而且适用于易碎、易坏物品运输过程中的隔震。

(3)通过调整钢丝绳的长度，可以方便地改变结构水平振动周期(水平隔震周期)；通过调整竖向减震器的数量，可以方便地改变结构竖向振动周期(竖向隔震周期)，使得结构振动周期远离地震共振峰，从而降低结构地震响应。

(4)本发明调整后的结构周期远超过现有橡胶支座的隔震周期，从而更加远离地震共振峰，进而有效降低结构地震响应。

(5)竖向减震器通过上连接板和下连接板形成一个整体，有效抑制了隔震对象的摇摆响应。

(6)本发明采用弹簧和钢丝绳减震，不存在密封和漏液等问题，构造简单，大大提高了其可靠性和耐久性。

(7)本发明的隔震系统属于被动控制系统，无需外部能源的输入，施工技术简便，安全性能高。

(8)本发明的安装方法简单，易于操作。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例悬吊式缓冲隔震系统示意图；

图2为本发明实施例带有缓冲装置的三维隔震系统示意图；

图3为本发明实施例截面为“工”字型安装柱的三维隔震装置示意图。

附图标记：

1-隔震对象；2-滑轮；3-滑轮连接件；4-钢丝绳；5-吊篮；6-上连接板；7-竖向拉簧；8-下连接板；10-通孔；12-安装柱；14-缓冲装置。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

隔震对象通常可以为对地震等震动比较敏感的精密仪器、设备、工作平台、控制室、安全屋等等。

本发明的一个具体实施例，公开了一种用于减轻震动对隔震对象影响的悬吊式缓冲隔震系统，如图1-3所示，包括用于减轻竖直方向震动的竖向隔震单元、用于减轻竖直方向震动的横向隔震单元和缓冲装置14。

竖向隔震单元包括上连接板6、下连接板8和竖向拉簧7，用于改变所述隔震对象1的竖向隔震周期。

横向隔震单元包括滑轮2、钢丝绳4和吊篮5，横向隔震单元用于改变所述隔震对象1的横向隔震周期。使用过程中，隔震对象1的外表面与吊篮5固定连接，钢丝绳4将吊篮5吊起悬空，从而实现将隔震对象1吊起悬空。钢丝绳4穿过滑轮2后与上连接板6连接，滑轮2通过滑轮连接件3与安装部固定，保证了隔震对象1能够通过滑轮连接件3与安装部稳定固定。横向隔震单元用于改变所述隔震对象1的横向隔震周期。

本实施例的隔震对象1悬空，且位于竖向隔震单元的上方。

与现有技术相比，本实施例提供的缓冲隔震系统通过机械结构设计，而不是通过使用橡胶等特殊材料来实现隔震、减震，隔震效果好，并且该隔震系统无需外部能源的输入，施工技术简便，安全性能高。

具体来说，根据不同地域发生地震的历史数据，可以得知该地域地震共振峰的周期。理论上讲，隔震装置设计时的固有周期应当与震动周期相差较大，以防止共振进而实现隔震，实际设计时通常使隔震装置的固有周期明显大于震动周期，然而过大的固有周期虽然能够增加缓冲效果降低加速度的冲击，但是会增加隔震装置的振动幅度，同样不利于隔震。本发明实施例综合考虑了降低加速度冲击和减小振动幅度的因素，将悬吊式三维隔震装置的水平振动固有周期设计为3～8s，将竖向振动固有周期设计为1～2s。

示例性地，水平振动固有周期为3～4s，竖向振动固有周期为1.2～1.5s。

当震动发生时，地面给下连接板8施加力，由于隔震对象1的横向隔震周期和竖向隔震周期均远离地震共振峰的周期，所以隔震对象1和地震波不会发生共振，因而减轻了地震作用对隔震对象1的破坏。

假设所需横向隔震周期T为4s，则根据公式

可得摆长

米，可以非常便捷地通过调整摆长来调整隔震周期。

为了增加系统的整体性，本实施例缓冲隔震系统的竖向隔震单元中，竖向拉簧7的一端与下连接板8连接，另一端与所述上连接板6连接，从而使得竖向拉簧7通过上连接板6和下连接板8形成一个整体，进而有效抑制了结构的摇摆响应。

实际遇到震动的时候，隔震对象1可能会发生平移震动，也可能发生摆动，而如果吊篮5的位置低于隔震对象1质心的位置时，隔震对象1不稳定，容易摇摆，所以本发明实施例中，吊篮5的位置应不低于隔震对象1的质心位置。考虑到吊篮5的位置太高时，会导致该减震系统的横向隔震效果不佳，所以，本实施例选择吊篮5的位置略高于隔震对象1的质心位置或与质心位置高度相同。示例性地，吊篮5的位置高于质心位置的高度可以为大于隔震对象1高度的0.02倍。

需要强调的是，本实施例的三维隔震系统当用于运输过程中的隔震以及实验室中精密实验设备的隔震时，安装部可以为多根截面为圆形或“工”字型的安装柱12，如图3所示，即横向隔震单元的每个滑轮均安装于一个安装柱上，隔震对象置于由多根安装柱所形成的内部空间内。

示例性地，安装部也可以为多个安装面，每个安装面上均安装一个滑轮，隔震对象置于由多个安装面所形成的内部空间内。

需要说明的是，当隔震对象1为易碎、易损坏的物品时，不便于将吊篮固定于隔震对象的外表面，一方面为了能够将隔震对象通过钢丝绳吊起，另一方面又不对隔震对象造成损坏，此时可以设置一个储物装置11，将易碎、易损坏的隔震对象置于储物装置11内，通过钢丝绳吊起储物装置，从而实现隔震对象的吊起。

当用于运输过程中隔震时，应根据路面状况调整隔震频率。为了减轻震动，本实施例的三维隔震系统在吊篮和安装部之间还设有缓冲装置，如图2所示。示例性地，缓冲装置可以为阻尼器。

为了便于将隔震对象1调平，本实施例中滑轮的数量为多个，显而易见的，多个滑轮应当均匀分布于多个安装部上。示例性地，滑轮的数量为3个以上，优选为3个。为了快速调平隔震对象1，本实施例中，安装过程中使3个滑轮位于同一水平面内。

滑轮2可具备一定的摩擦系数，通过调整摩擦系数，从而增加竖向振动阻尼比，进而能够减小吊篮5相对于安装部的位移，从而进一步提高隔震、减震效果。

因为本发明是通过调整竖向拉簧7的数量来改变竖向隔震周期，所以，竖向拉簧7的数量为多个。优选为3个以上。为了受力均横，并且为了起到很好的改变竖向隔震周期的作用，本实施例的竖向拉簧7均匀分布在上连接板6和下连接板8之间。

考虑到上连接板6、下连接板8以及之间的竖向拉簧连接成一个整体，并且上连接板6与钢丝绳4相连，如果下连接板8不固定在基础上，当地震或爆炸发生时，该缓冲隔震系统本身就是不稳固的，因此会严重影响该系统的隔震、减震效果。因此，本实施例中，在下连接板8上预留多个用于固定下连接板的通孔10，螺栓穿过通孔10将下连接板8与基础固定连接。

本发明的另一个实施例公开了一种隔震系统的安装方法，包括以下步骤：

步骤1：根据用户的需求以及场地情况分别确定水平隔震周期T_h和竖向隔震周期T_v；

步骤2：根据公式

计算得到横向隔震单元的摆长；

步骤3：根据隔震对象质量m，计算得到竖向隔震所需的总刚度

m₀为吊篮、钢丝绳和上连接板的质量之和，根据承载力要求、现有工艺以及安装空间确定单个竖向减震器的刚度k_单和竖向减震器总数量n；

步骤4：安装竖向隔震单元；

步骤5：安装横向隔震单元；

步骤6：吊装隔震对象，使隔震对象悬空，且位于所述竖向隔震单元的上方；

步骤7：检测和调平，装置安装到位后，可以对其进行测试，采用环境激励法可以得到实际装置的周期。

需要说明的是，步骤1中，设计周期可以先根据反应谱以及经验估算，然后通过时程分析法进行计算调整，需通过不断的试算从而确定具体周期。

以隔震对象的质量m＝100t，水平隔震周期为4s，竖向隔震周期为1s为例，

水平方向：摆长

竖直方向：此时，相对于m，m₀可以忽略不计，公式简化为

所以，竖向弹簧总刚度

取单根弹簧刚度k_单＝158kN/m

弹簧数量

实施例一

本实施例的悬吊式三维隔震装置是由下连接板8、上连接板6、竖向拉簧7、安装柱12、结构1体、滑轮组2、钢丝绳4和吊篮5构成。隔震对象1通过吊篮5、钢丝绳4、滑轮2、上连接板6、竖向弹簧7和下连接板8进行三维隔震，如图1-3所示。

上连接板6与钢丝绳4相连，下连接板8与基础相连；上连接板6与下连接板8之间装有竖向拉簧7用于竖向减震，拉簧7数量可根据实际情况进行调整；拉簧7通过上连接板6和下连接板8连接成一个整体，从而增加了系统的整体性，可有效减小系统的摇摆响应。隔震对象1通过吊篮5与钢丝绳4相连，吊篮5所在位置应略高于隔震对象1质心位置，从而保证结构1的稳定性。钢丝绳4连接吊篮5后，通过滑轮2与上连接板6相连，从而实现隔震对象1的水平隔震，隔震周期可以通过钢丝绳4长度进行调整。

下连接板8预留下连接孔10与基础相连，，施工安装方便快捷。滑轮2通过滑轮连接件3与安装柱12固定。

综上所述，本发明实施例提供的悬吊式三维隔震装置，与现有技术相比，本发明能非常方便的调整水平隔震周期和竖向隔震周期，而且通过调整钢丝绳4的长度可以实现很大的水平隔震周期，实现较好的水平隔震效果；通过调整竖向拉簧7的数量和刚度，实现较好的竖向隔震效果，具有隔震周期大、造价低、耐候性优、构造简单、安全可靠等特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缓冲隔震系统，其特征在于，所述缓冲隔震系统用于减轻震动对隔震对象的影响，所述缓冲隔震系统包括用于减轻竖直方向震动的竖向隔震单元、用于减轻竖直方向震动的横向隔震单元和缓冲装置；

所述横向隔震单元将所述隔震对象吊起悬空，且所述横向隔震单元安装于安装部上，所述缓冲装置位于所述隔震对象和所述安装部之间。

2.根据权利要求1所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述缓冲装置包括阻尼器，所述阻尼器的数量至少为3个，且位于同一水平面内。

3.根据权利要求1或2所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述横向隔震单元包括滑轮和钢丝绳，所述隔震对象通过所述钢丝绳吊起，所述钢丝绳穿过滑轮后与所述竖向隔震单元连接。

4.根据权利要求3所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述竖向隔震单元包括竖向减震器、上连接板和下连接板，所述竖向减震器的一端与所述下连接板连接，另一端与所述上连接板连接。

5.根据权利要求3所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述隔震对象的外壁设有吊篮，钢丝绳通过所述吊篮将隔震对象吊起。

6.根据权利要求5所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述吊篮的位置不低于所述隔震对象的质心位置。

7.根据权利要求3所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述滑轮的数量至少为3个，且位于同一水平面内。

8.根据权利要求4-7任一项所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述竖向减震器的数量至少为3个，且均匀分布于所述上连接板和所述下连接板之间。

9.根据权利要求8所述的缓冲隔震系统，其特征在于，所述安装部为多根安装柱或多个安装面。

10.一种隔震系统安装方法，其特征在于，用于安装权利要求1-9所述的缓冲隔震系统，包括以下步骤：

步骤1：根据用户的需求以及场地情况分别确定水平隔震周期T_h和竖向隔震周期T_v；

步骤2：根据公式

计算得到横向隔震单元的摆长；

步骤3：根据隔震对象质量m，计算得到竖向隔震所需的总刚度

m₀为吊篮、钢丝绳和上连接板的质量之和，根据承载力要求、现有工艺以及安装空间确定单个竖向减震器的刚度k_单和竖向减震器总数量n；

步骤4：安装竖向隔震单元；

步骤5：安装横向隔震单元；

步骤6：吊装隔震对象，使隔震对象悬空，且位于所述竖向隔震单元的上方；

步骤7：检测和调平；

所述步骤1中，先根据反应谱以及经验估算设计周期，然后通过时程分析法进行计算调整，确定具体周期。

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