CN112252504B - 基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，上支座板与上部结构连接，下支座板与基础连接；中心主轴与上支座相连，侧移耗能装置包括多个活塞连杆组件、高阻尼橡胶和高强抗皱型织物环带，受到水平荷载和竖向荷载作用时，活塞连杆组件带动上支座板在竖直方向与环框同步运动，高强抗皱型织物环带连接环框和下支座板在竖直方向共同运动，使上支座板在竖直方向不被拉脱；活塞外圈的高阻尼橡胶对上支座板产生水平方向的额外约束，提供水平方向的耗能能力。本发明的优点是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。

Description

基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁及大型特高压电气设备的减隔震技术领域，特别涉及一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座。

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。

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。该实用新型专利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。而且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，所以仍存在很多问题待需要解决

申请号为201820400478.7的实用新型“抗拔复摆摩擦摆支座”，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，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。

以上是本申请需要着重改善的地方。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，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。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，包括：

上支座板，其上端与上部结构固接，其下端与中心主轴的上表面连接；

中心主轴，其下表面设有凹球面板，中心主轴的上下表面之间的外周面固接两块夹板；

侧移耗能装置，包括多个活塞连杆组件、高阻尼橡胶和高强抗皱型织物环带，所述每个活塞连杆组件包括活塞和连杆，连杆的一端伸入所述两块夹板之间的空间，并与两夹板铰接，连杆的另一端与活塞一端铰接，活塞的另一端放入环框内侧的孔洞内；

高阻尼橡胶，分布在上支座板的外侧，分别与中心主轴和环框上表面连接，还分布在多个活塞与环框内侧孔洞接触的外圈；

高强抗皱型织物环带，为一筒状，其上端与环框外缘连接并密封，其下端与下支座板外缘连接并密封，并预留竖向伸缩冗余度；

等半径双球面滑块，其上下表面为等半径凸球面，与中心主轴下表面的凹球面板和下支座板的凹球面等半径；

下支座板，其下部与基础固接，下支座板发生水平和竖向运动时，等半径双球面滑块在水平荷载的作用下滑动，消耗能量，减小上支座板的水平运动；

受到水平荷载和竖向荷载同时作用时，所述活塞连杆组件带动上支座板在竖直方向与环框同步运动，高强抗皱型织物环带连接环框和下支座板在竖直方向共同运动，使上支座板在竖直方向不被拉脱；同时，活塞外圈的高阻尼橡胶对上支座板产生水平方向的额外约束，提供水平方向的耗能能力。

所述高阻尼橡胶，为每100克天然橡胶中加入4克细粒子炭黑N115作为补强填充剂，按2：1：0.5：1的比例加入氧化锌、硬脂酸、有机小分子、硫化剂，其中，硫化剂为次磺酰胺类、或噻唑类，并经模压硫化而成，具有耐撕裂，耐磨耗和高弹性的特点。

所述高阻尼橡胶分布在上支座板的外侧处为环形波浪状，高阻尼橡胶的外侧与环框连接并密封，内侧与中心主轴连接并密封。

所述高阻尼橡胶分布在活塞外圈处为套筒式，与活塞密封。

本发明的优越功效在于：

1） 本发明将活塞连杆组件、高阻尼橡胶、高强抗皱型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；

2） 本发明上支座板将被拉起时，高强抗皱型织物环带被张紧，上支座板竖向位移被限制，确保上支座板不被拉脱，避免上部结构的整体倾覆；

3） 本发明活塞连杆组件代替了滑槽机构，解决了滑槽机构摩擦力过大、精度要求过高的问题，确保了水平滑动耗能能力，提升了隔震耗能性能；

4） 本发明的高阻尼橡胶和高强抗皱型织物环带将隔震支座密封成一个与外界隔绝的密封体，防止外界异物入侵隔震支座，避免结构破坏导致隔震支座的失效，极大地提高了摩擦摆隔震支座的耐久性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例复摩擦摆隔震支座的内部轴测示意图；

图2为本发明实施例复摩擦摆隔震支座的外观轴测示意图；

图3为本发明实施例复摩擦摆隔震支座的剖面示意图；

图4为本发明实施例复摩擦摆隔震支座的俯视示意图；

图5为本发明实施例复摩擦摆隔震支座滑动后的内部轴测示意图；

图6为本发明实施例复摩擦摆隔震支座滑动后的剖面示意图；

图7为本发明实施例复摩擦摆隔震支座滑动后的俯视示意图；

图8为本发明实施例活塞连杆组件的轴测示意图；

图中标号说明：

1—上支座板； 2—下支座板；

3—中心主轴； 4—夹板；

5—凹球面板； 6—等半径双球面滑块；

7—环框； 8—高阻尼橡胶；

9—高强抗皱型天然纤维织物环带； 10—连杆；

11—活塞； 12—高强螺栓；

13—螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1-图4所示，本发明提供了一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，包括上支座板1、下支座板2、中心主轴3、夹板4、凹球面板5、等半径双球面滑块6、环框7、高阻尼橡胶8、高强抗皱型天然纤维织物环带9、连杆10、活塞11、高强螺栓12和螺母13。上支座板1与上部结构固接，下支座板2与基础固接；其中，上支座板1与下支座板2均为圆形。两块夹板4固接在中心主轴3上，中心主轴3上表面与上支座板1焊接使其成为一个整体，中心主轴3下表面与凹球面板5焊接形成一个整体。

侧移耗能装置，包括多个活塞连杆组件、高阻尼橡胶8和高强抗皱型天然纤维织物环带9。多个活塞连杆组件以中心主轴为圆心沿圆周均匀布设，本实施例以四个活塞连杆组件为例。

如图8所示，所述每个活塞连杆组件包括活塞11、连杆10、高强螺栓12和螺母13，连杆10的一端伸入与中心主轴3固结的两块夹板4之间，将高强螺栓12穿过孔洞拧紧螺母13，连杆10与夹板4形成铰链连接；连杆10的另一端同样用高强螺栓12和螺母13将连杆10与活塞11一端铰接，活塞11的另一端放入环框7内侧的孔洞内。在环框7的内侧设有活塞11运动的孔洞，保证活塞连杆组件的正常运转。

所述高阻尼橡胶8为环形波浪状，分布在上支座板1的外侧，分别与中心主轴3和环框7上表面连接。高阻尼橡胶8还分布在四个活塞11与孔洞接触的外圈部分，提供复摩擦摆隔震支座在水平方向的耗能能力。

所述高强抗皱型天然纤维织物环带9为筒状，上端与环框7外缘连接并密封，下端与下支座板2外缘连接并密封，并预留竖向伸缩冗余度。

所述高强抗皱型天然纤维织物环带9，其主要材料是配比为2：1：1的纯化木质素磺酸钠，氢氧化钠，亚硫酸钠。采用羟基改性的胶原蛋白进行复合焙烘，使得复合凝胶体系中的羟基被封闭，并采用水解胶原体系，通过形成的微颗粒结构，渗透并与织物缝隙内部结合和包覆，有效抑制了织物的泛黄现象，同时具有很高的机械性能和力学强度，视为刚性。

本发明实施例复摩擦摆隔震支座受到水平荷载和竖向荷载同时作用时，活塞连杆组件使上支座板1在竖直方向与环框7同步运动，同时活塞11外圈的高阻尼橡胶8与上支座板1外侧的高阻尼橡胶8对上支座板1产生水平方向的额外约束，提供在水平方向有足够的耗能能力。在水平方向上，所述高强抗皱型天然纤维织物环带9类似于刚性连接，使环框7和下支座板2共同运动。高强抗皱型天然纤维织物环带9的伸缩有一定限度，可确保上支座板1不被拉脱，防止上部结构的倾覆。高阻尼橡胶8与高强抗皱型天然纤维织物环带9将整个复摩擦摆隔震支座围成一个密封体，防止因雨雪、昆虫，灰尘等异物侵入支座内部，而导致橡胶腐蚀和结构的破坏。

如图5-图7所示，本发明实施例复摩擦摆隔震支座承受地震荷载时，下支座板2将在水平方向发生滑动。无论支座怎样滑动，活塞连杆组件都做出相应地运动，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6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。由于活塞连杆组件在竖向是刚性的，在活塞连杆组件的牵动下，环框7将产生与上支座板1同步的竖向运动，而高强抗皱型天然纤维织物环带9下端与下支座板2固定，当上支座板1被拉起时，高强抗皱型天然纤维织物环带9将被张紧，从而限制上支座板1的竖向运动，起到抗拔抗倾覆的作用。

本发明实施例基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座的装配包括如下步骤：

1）将下支座板2锚固于基础上，并将高强抗皱型天然纤维织物环带9下端与下支座板2外缘连接并密封；

2）将上支座板1与中心主轴3焊接，夹板4与中心主轴3焊接，将凹球面板5与中心主轴3焊接；将连杆10的一端放置于两个夹板4之间，将高强螺栓12穿过夹板4和连杆10一端，并拧紧螺母13形成铰接连接结构；将活塞11放入环框7预留的孔洞内，然后将高强螺栓12穿过活塞11和连杆10的另一端，并拧紧螺母13形成铰接连接结构；

3）将等半径双球面滑块6置于下支座板2的凹球面上，将凹球面板5置于等半径双球面滑块6上，调整活塞连杆组件的位置和高强抗皱型天然纤维织物环带9的伸缩，将环框7的外缘与高强抗皱型天然纤维织物环带9的上端连接并密封；

4）将高阻尼橡胶7分别与环框6的环形上表面和中心主轴3连接密封；

5）将上支座板1与上部结构锚固，完成安装。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，包括：

上支座板，其上端与上部结构固接，其下端与中心主轴的上表面连接；

中心主轴，其下表面设有凹球面板，中心主轴的上下表面之间的外周面固接两块夹板；所述中心主轴上表面与上支座板焊接使其成为一个整体，中心主轴下表面与凹球面板焊接形成一个整体；

侧移耗能装置，包括多个活塞连杆组件、高阻尼橡胶和高强抗皱型织物环带，四个活塞连杆组件以中心主轴为圆心沿圆周均匀布设；

所述每个活塞连杆组件包括活塞和连杆，连杆的一端伸入所述两块夹板之间的空间，并与两夹板铰接，连杆的另一端与活塞一端铰接，活塞的另一端放入环框内侧的孔洞内；

所述高阻尼橡胶，分布在上支座板的外侧，分别与中心主轴和环框上表面连接，还分布在多个活塞与环框内侧孔洞接触的外圈；

所述高强抗皱型织物环带，为一筒状，其上端与环框外缘连接并密封，其下端与下支座板外缘连接并密封，并预留竖向伸缩冗余度；

等半径双球面滑块，其上下表面为等半径凸球面，与中心主轴下表面的凹球面板和下支座板的凹球面等半径；

下支座板，其为圆形，下部与基础固接，下支座板发生水平和竖向运动时，等半径双球面滑块在水平荷载的作用下滑动，消耗能量；

下支座板受到水平荷载和竖向荷载同时作用下在水平方向发生滑动，多个活塞连杆组件都做出相应地运动，减小上支座板在水平方向上的位移；活塞外圈的高阻尼橡胶对上支座板产生水平方向的额外约束，提供水平方向的耗能能力。

2.根据权利要求1所述的基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，其特征在于：所述高阻尼橡胶分布在活塞外圈处为套筒式，与活塞密封。

3.根据权利要求1所述的基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，其特征在于：所述高阻尼橡胶分布在上支座板的外侧处为环形波浪状，高阻尼橡胶的外侧与环框连接并密封，内侧与中心主轴连接并密封。

4.根据权利要求2或3所述的基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，其特征在于：所述高阻尼橡胶，为每100克天然橡胶中加入4克细粒子炭黑N115作为补强填充剂，按2：1：0.5：1的比例加入氧化锌、硬脂酸、有机小分子、硫化剂，经模压硫化而成；所述硫化剂为次磺酰胺类，或噻唑类。

5.根据权利要求1所述的基于气缸原理的复摩擦摆隔震支座，其特征在于：所述高强抗皱型织物环带，其主要材料是配比为2：1：1的纯化木质素磺酸钠、氢氧化钠、亚硫酸钠，采用羟基改性的胶原蛋白进行复合焙烘，使得复合凝胶体系中的羟基被封闭，并采用水解胶原体系，通过形成的微颗粒结构，渗透并与织物缝隙内部结合和包覆。

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