CN112160237A - 一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座 - Google Patents

Abstract

一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座：包括上支座板、下支座板、等半径双球面滑块、高阻尼橡胶圆板、环框；其中上支座板通过高强螺栓与上部结构连接、下支座板通过高强螺栓与基础连接；当支座受到到水平、竖向荷载同时作用时，具有一定刚度的高阻尼橡胶圆板使得上支座板在竖直方向与环框同步运动，同时高阻尼橡胶圆板对上支座板产生水平方向的额外约束，保证支座在水平方向有足够的耗能能力。高强抗皱型天然纤维织物环带可视为刚性，伸缩有一定限度，可以确保支座不被拉脱。同时高阻尼橡胶圆板与高强抗皱型天然纤维织物环带将整个支座围成一个密封体，防止由于雨雪、昆虫，灰尘等异物侵入支座导致橡胶腐蚀和结构的破坏。

Description

一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座

技术领域

本发明属于建筑、桥梁及大型特高压电气设备的减隔震技术领域，尤其是涉及抗拔抗倾覆复摩擦摆隔震支座领域。

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。

经检索，现有技术中，申请号为201921074466.0的实用新型专利“一种无抬升单向型摩擦摆支座”，包括底座承重结构和上支座板承重结构，底座承重结构包括下支座板，上支座板承重结构包括上支座板组件；隔震支撑结构设于所述底座承重结构和上支座板承重结构之间，包括球冠滑动单元和活塞滑动单元，所述活塞滑动单元包括设于所述下支座板滑动槽内的活塞、设于该活塞顶部的转动耐磨板，所述球冠滑动单元包括设于所述转动耐磨板内的球冠，以及设于该球冠顶部的隔震耐磨板；限位结构包括限位装置和剪力销。本实用新型的支座通过在摩擦摆支座底部增加一对摩擦副，实现支座正常工况下桥梁因温度、制动产生的水平滑动而不抬升梁体。在单向型摩擦摆支座在接受地震工况下时，震动力由桥体传递到底座承重结构，之后传递到隔震支撑结构，通过设置在剪力销上的U型或V型剪断面承受横向震动力按指定方向发生断裂，将摆动面解锁从而降低震动造成的损害，起到减隔震的作用。该实用新型专利创新点在于对于正常工况和地震工况下支座形式不同，但由于发生地震便会导致支座剪力销断裂，因而支座无法反复使用，震后需重新安装支座较为麻烦，同时由于不能保证剪力销一定断裂会导致支座性能大幅下降。由于结构直接暴露在空气中无法得到保护，环境对结构的侵蚀也会导致支座性能下降，所以当前仍有很多问题需要解决，很难同时满足诸多要求。申请号为201820400478.7的实用新型“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。

可见在实际应用中，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。

目前应用的摩擦摆隔震支座缺乏保护措施，上下支座板的摩擦面均暴露在空气中，极易受到环境中的雨水、沙尘、飞虫等异物的入侵，破坏摩擦面，导致支座摩擦性能改变，降低甚至丧失隔震性能。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，该隔震支座不仅在水平方向有足够的耗能能力，而且在竖向也提供了很强的抗拔能力，在前人的基础上，该支座密封性良好，可以防止外界异物入侵造成材料腐蚀和结构破坏。

本发明的技术方案：

一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，包括上支座板1、下支座板2、等半径双球面滑块3、环框4、高阻尼圆板5、环带6。

上支座板1与上部结构固接，下支座板2与基础固接；上支座板1下表面为凹球面；下支座板2外形为圆柱，中央为圆形凹球面。

中央等半径双球面滑块3近似为圆柱形，等半径双球面滑块3上下表面为等半径凸球面，分别与上支座板1的下表面的凹球面和下支座板2的上表面的凹球面等半径，在水平荷载的作用下，等半径双球面滑块与上下支座的凹球面发生相对滑动消耗能量并最终可复位。

高阻尼圆板5为环形，分布在上支座板1与环框4之间，分别与上支座板1的腰部凹槽和环框4腰部内侧连接，主要提供支座在水平方向一定的耗能能力。

环带6为筒状，其上端与环框4连接并密封，其下端与下支座板2外沿连接并密封，并预留一定的竖向伸缩冗余度；当支座同时受到到水平、竖向荷载作用时，具有一定刚度的高阻尼圆板5使上支座板1在竖直方向与环框4同步运动，同时在支座产生水平位移的时候，高阻尼橡胶圆板5将产生相应的挤压变形，对上支座板1产生水平方向的额外约束，保证支座在水平方向有足够的耗能能力。

高阻尼圆板5材料：设计剪切模量为1.06MPa，设计转角为0.008rad，设计剪切位移量为±112mm，从而具有耐撕裂，耐磨耗、高弹性的特点。

所述环带6，其主要材料为植物纤维、动物纤维或矿物纤维等，市售即可获得。纤维织物设计剪切模量为2.13MPa，抗拉强度为230MPa，设计剪切位移量为±21mm。同时具有很高的机械性能和力学强度，在竖向可视为刚性。

本发明的优势在于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，同时运用简单的结构特征提升了复摩擦摆隔震支座的隔震耗能性能，而将整体支座密封也是本发明的一大优势。

本发明的有益效果：

本发明的有益效果是将高阻尼橡胶圆板、高强抗皱型天然纤维织物环带应用于复摩擦摆隔震支座中，使隔震支座既具有水平耗能能力，又具有竖向耗能和抗拔抗倾覆能力，同时还可以防止外界异物入侵造成支座破坏。当隔震支座受到水平和竖向地震作用时，由于支座板和滑块的摩擦面是球面，下支座板在发生水平和竖向运动时，处于凹球面板之间的等半径双球面滑块将发生滑动，以此来减小上支座板的水平运动达到减小地震动的输入的目的，高阻尼橡胶圆板挤压产生的阻尼力和支座板与滑块之间的滑动摩擦力可以消耗水平地震能量，确保了支座的水平滑动耗能能力。上支座板的竖向运动会牵动环框发生产生竖向运动，进而牵动高强抗皱型天然纤维织物环带，当上支座板将被拉起时，高强抗皱型天然纤维织物环带被张紧，上支座板竖向位移被限制，从而确保上支座板不被拉脱，避免上部结构的整体倾覆。高阻尼橡胶圆板、高强抗皱型天然纤维织物环带将支座密成一个与外界隔绝的密封体，防止外界异物入侵支座，造成结构破坏导致支座失效，大大提高了摩擦摆隔震支座的耐久性。

附图说明

图1为基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座内部轴测示意图。

图2为基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座外观轴测示意图。

图3为基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座剖面示意图。

图4为基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座俯视示意图。

图中：1为上支座板；2为下支座板；3为等半径双球面滑块；4为环框；5为高阻尼橡胶圆板；6为高强抗皱型天然纤维织物环带。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施实例对本发明进行说明，但并不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

如图1、图2、图3、图4所示，

一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，包括上支座板1、下支座板2、等半径双球面滑块3、环框4、高阻尼圆板5、环带6。

上支座板1与上部结构(图中未画)固接，下支座板2与基础(图中未画)固接；上支座板1下表面为凹球面；下支座板2外形为圆柱，中央为圆形凹球面。

中央等半径双球面滑块3近似为圆柱形，等半径双球面滑块3上下表面为等半径凸球面，分别与上支座板1的下表面的凹球面和下支座板2的上表面的凹球面等半径，在水平荷载的作用下，等半径双球面滑块与上下支座的凹球面发生相对滑动消耗能量并最终可复位。

高阻尼圆板5为环形，分布在上支座板1与环框4之间，分别与上支座板1的腰部凹槽和环框4腰部内侧连接，主要提供支座在水平方向一定的耗能能力。高阻尼圆板5材料可以为天然橡胶，可在商店采购得到多种型号，橡胶设计剪切模量为1.06MPa，设计转角为0.008rad，设计剪切位移量为±112mm，从而具有耐撕裂，耐磨耗、高弹性的特点。

环带6为筒状，其上端与环框4连接并密封，其下端与下支座板2外沿连接并密封，并预留一定的竖向伸缩冗余度；当支座同时受到到水平、竖向荷载作用时，具有一定刚度的高阻尼圆板5使上支座板1在竖直方向与环框4同步运动，同时在支座产生水平位移的时候，高阻尼橡胶圆板5将产生相应的挤压变形，对上支座板1产生水平方向的额外约束，保证支座在水平方向有足够的耗能能力。所述环带6为圆环状，其材料选择高强抗皱型天然纤维织物，该材料具有一定的刚度和高强抗皱性，从而具有很高的机械性能和力学强度，可视为刚性。如此使得环带6在水平方向上确保结构具有很强的刚度,与物环带6相连的环框4、下支座板2可视为刚性连接，以保证环框4和下支座板2在水平方向上一同运动；同时，确保支座不被拉脱，防止上部结构倾覆,同时连接环框4和下支座板2在竖向也一同运动。具体的，所述环带6，其主要材料为植物纤维、动物纤维和矿物纤维等，市售即可获得。纤维织物设计剪切模量为2.13MPa，抗拉强度为230MPa，设计剪切位移量为±21mm。同时具有很高的机械性能和力学强度，在竖向可视为刚性。

同时由于支座所处环境未知，高阻尼圆板5与环带6将整个支座围成一个密封体，防止由于雨雪、昆虫，灰尘等异物侵入支座导致橡胶腐蚀和结构的破坏。

上述基于高阻尼橡胶的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，并将环带6下端与下支座板2外缘连接并密封。

第二步，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，调整环带6的伸缩，将高阻尼橡胶圆板5放入上支座板1的凹槽内，再将环框4放在高阻尼橡胶圆板5的外侧，将高阻尼橡胶圆板5包在环框4的内表面。

第三步，将环框4的外缘与环带6的上端连接并密封。将上支座板1与上部结构锚固，完成支座的安装。

当承受地震荷载时，下支座板2将在水平方向发生滑动。无论支座怎样滑动，高阻尼橡胶圆板5都可以作出相应的挤压变形，减小上支座板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。由于高阻尼橡胶圆板在竖向是有一定刚性的，所以在高阻尼橡胶圆板的牵引下，环框4将产生与上支座板1同步的竖向运动，而环带6下端与下支座板2固定，当上支座板1被拉起时，环带6将被张紧，从而限制上支座板1竖向运动，起到抗拔抗倾覆的作用。

本发明保护的范围不仅限于上述实施例，只要结构与本发明基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座结构相同或相似，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，特征是，包括上支座板1、下支座板2、等半径双球面滑块3、环框4、高阻尼圆板5、环带6；

上支座板1与上部结构固接，下支座板2与基础固接；上支座板1下表面为凹球面；下支座板2外形为圆柱，中央为圆形凹球面；

中央等半径双球面滑块3近似为圆柱形，等半径双球面滑块3上下表面为等半径凸球面，分别与上支座板1的下表面的凹球面和下支座板2的上表面的凹球面等半径，在水平荷载的作用下，等半径双球面滑块与上下支座的凹球面发生相对滑动消耗能量并最终可复位；

高阻尼圆板5为环形，分布在上支座板1与环框4之间，分别与上支座板1的腰部凹槽和环框4腰部内侧连接，主要提供支座在水平方向一定的耗能能力；

环带6为筒状，其上端与环框4连接并密封，其下端与下支座板2外沿连接并密封，并预留一定的竖向伸缩冗余度；当支座同时受到到水平、竖向荷载作用时，具有一定刚度的高阻尼圆板5使上支座板1在竖直方向与环框4同步运动，同时在支座产生水平位移的时候，高阻尼橡胶圆板5将产生相应的挤压变形，对上支座板1产生水平方向的额外约束，保证支座在水平方向有足够的耗能能力。

2.如权利要求1所述的一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，特征是，高阻尼圆板5材料：设计剪切模量为1.06MPa，设计转角为0.008rad，设计剪切位移量为±112mm，从而具有耐撕裂，耐磨耗、高弹性的特点。

3.如权利要求1所述的一种基于高阻尼橡胶的复摩擦摆隔震支座，特征是，所述环带6，其主要材料为植物纤维、动物纤维或者矿物纤维，纤维织物设计剪切模量为2.13MPa，抗拉强度为230MPa，设计剪切位移量为±21mm。

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