CN112343200A - 一种自复位隔震支座 - Google Patents

Abstract

一种自复位隔震支座。其包括上支座板、上椭球盘、下椭球盘、下支座板、缓冲装置、万向球、限位环、螺母、滑杆和碟簧；本发明效果：材料环保无害，对环境及施工人员没有损害。综合利用水平、竖向、转动减隔震装置和保护装置来减小地震对结构带来的损害。适应度高，可应用于各种类型、规模桥梁、房屋及其他土木工程结构。在碟簧、滑杆与半椭球形槽、半椭球凸牙共同作用下，具有良好震后自复位特性。可限制最大转角位移并具有抗拔离能力，提高结构安全性与稳定性，大大降低落梁、支座脱离等风险。部件可拆卸，对平时保养及震后修复带来很大便捷。可有效地对地震水平、竖向、转动作用有效削减，更好对人民生命财产安全及土木工程建筑结构进行保护。

Description

一种自复位隔震支座

技术领域

本发明属于土木工程结构减隔震技术领域，特别是涉及一种自复位隔震支座。

背景技术

地震属于多发性自然灾害，由于我国处于环太平洋带和亚欧带两大地震多发地带，因此地震成为威胁人民生命财产安全的首要自然灾害，为了更好地保障人民生命财产安全、削弱地震对结构带来的损害,工程人员将减隔震装置引入建筑结构，目前，实际工程通常采用减隔震支座来降低地震对建筑结构带来的损害。

在土木工程结构中，减隔震支座可以有效地阻断地震能量的传播、消耗地震释放的能量，从而明显降低地震对结构带来的损害，到目前为止，已应用到实际工程中的减隔震支座有：铅芯橡胶隔振支座、摩擦摆支座、液体阻尼支座等。现存支座存在的问题有：

1、由于铅芯橡胶隔振支座包含大量重金属铅，会对环境造成很大的污染。

2、虽然摩擦摆支座可以通过摩擦来耗能，但无法限制摆动最大位移，有落梁的风险，同时单纯利用重力难以实现震后自复位。

3、虽然液体阻尼支座具有很好的减隔振效果，但是由于大多数建筑结构都要使用几十年，甚至一个世纪，液体密封效果难以得到保障。

4、现存的支座结构复杂，但是大多对于支座处抗拔能力处理不当，很容易造成支座脱落等危险后果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种自复位隔震支座。

为了达到上述目的，本发明提供的自复位隔震支座包括上支座板、上椭球盘、下椭球盘、下支座板、缓冲装置、万向球、限位环、螺母、滑杆和碟簧；其中，所述的下支座板的顶面中部向内凹陷形成有一个半椭球形槽，半椭球形槽的底面上分布设有多个半椭球凹孔，顶面外侧部位向内凹陷形成有多个间隔设置的滑杆设置孔，半椭球形槽和滑杆设置孔之间的部位沿上下方向间隔距离贯通形成有多个螺栓孔；上支座板设置在下支座板的上方且与下支座板的结构呈镜像关系；下椭球盘设置在下支座板的半椭球形槽内，底面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙，下支座板上的每个半椭球凹孔内插入一个半椭球凸牙，顶面为平面且中部向上突出形成有一个图钉状的上承圆台，上承圆台四周突出位置为环形滑盘，上承圆台的顶面上向内凹陷形成有多个半球形孔，每个半球形孔内放置一个万向球；上椭球盘设置在上支座板的半椭球形槽内，顶面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙，上支座板上的每个半椭球凹孔内插入一个半椭球凸牙，底面为平面且中部向内凹陷形成有一个图钉状的滑槽，用于设置下椭球盘上的上承圆台，上椭球盘下侧的圆环为滑盘；上承圆台的外圆周面和滑槽5的内圆周面的对应部位间均匀连接有多个缓冲装置；每根滑杆的中部以及螺母与限位板之间分别套有一个碟簧，两端分别安装一个螺母且插入在上支座板和下支座板上相对应的一对滑杆设置孔内；位于每个滑杆设置孔的孔口外部的滑杆上分别套有一个限位环，限位环与滑杆的接触面设置成曲面，并且限位环的边缘利用螺栓固定在上支座板的底面或下支座板的顶面上。

所述的上椭球盘由两个沿垂直方向从中部分开的半盘构成，并且连接处设有焊缝。

所述的限位环上开孔的内径小于螺母的外径。

所述的下支座板的顶面上以及上支座板的底面上位于滑杆设置孔与螺栓孔之间的部位分别向外突出形成有一个中心对齐的保护环。

所述的上支座板上的保护环厚度大于等于5cm，下支座板上保护环的厚度大于上支座板上保护环的厚度，并且下支座板与上支座板上保护环的厚度之差大于两倍自复位隔震支座水平位移的最大值，厚度较小的保护环内外侧边缘进行倒角处理。

所述的缓冲装置采用弹簧、碟簧和橡胶垫中的任一种。

所述的上承圆台顶面上的多个万向球均匀设置。

所述的上支座板、上椭球盘、下椭球盘、下支座板、缓冲装置、万向球、滑杆和碟簧均采用钢材制成。

所述的上椭球盘和下椭球盘上半椭球凸牙的数量不应少于十六个且均匀设置，并且半椭球凸牙与半椭球凹孔的接触部位进行圆滑处理；同时，半椭球凸牙的短半轴长度要大于滑杆设置孔的孔口与滑杆外端之间的距离。

本发明提供的自复位隔震支座具有如下有益效果：

(1)材料环保无害，对环境及施工人员没有损害。

(2)综合利用水平、竖向、转动减隔震装置和保护装置来减小地震对结构带来的损害并对支座部件加以保护，具有更好的减隔震效果。

(3)适应度高，可应用于各种类型、规模的桥梁、房屋及其他土木工程结构。

(4)在碟簧、滑杆与半椭球形槽、半椭球凸牙的共同作用下，具有良好的震后自复位特性。

(5)可限制最大转角位移并具有抗拔离能力，提高结构的安全性与稳定性，大大降低了落梁、支座脱离等风险。

(6)所用到的部件都是可拆卸的，对于平时的保养以及震后的修复带来了很大的便捷。

(7)可以有效地对地震的水平作用、竖向作用、转动作用有效地削减，更好地对人民生命财产安全及土木工程建筑结构进行保护。

附图说明

图1为本发明提供的自复位隔震支座结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的自复位隔震支座包括上支座板1、上椭球盘2、下椭球盘3、下支座板4、缓冲装置7、万向球8、限位环13、螺母14、滑杆15和碟簧16；其中，所述的下支座板4的顶面中部向内凹陷形成有一个半椭球形槽，半椭球形槽的底面上分布设有多个半椭球凹孔10，顶面外侧部位向内凹陷形成有多个间隔设置的滑杆设置孔12，半椭球形槽和滑杆设置孔12之间的部位沿上下方向间隔距离贯通形成有多个螺栓孔17；上支座板1设置在下支座板4的上方且与下支座板4的结构呈镜像关系；下椭球盘3设置在下支座板4的半椭球形槽内，底面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙9，下支座板4上的每个半椭球凹孔10内插入一个半椭球凸牙9，顶面为平面且中部向上突出形成有一个图钉状的上承圆台18，上承圆台18四周突出位置为环形滑盘6，上承圆台18的顶面上向内凹陷形成有多个半球形孔，每个半球形孔内放置一个万向球8；上椭球盘2设置在上支座板1的半椭球形槽内，顶面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙9，上支座板1上的每个半椭球凹孔10内插入一个半椭球凸牙9，底面为平面且中部向内凹陷形成有一个图钉状的滑槽5，用于设置下椭球盘3上的上承圆台18，上椭球盘2下侧的圆环为滑盘19；上承圆台18的外圆周面和滑槽5的内圆周面的对应部位间均匀连接有多个缓冲装置7；每根滑杆15的中部以及螺母14与限位板13之间分别套有一个碟簧16，两端分别安装一个螺母14且插入在上支座板1和下支座板4上相对应的一对滑杆设置孔12内；位于每个滑杆设置孔12的孔口外部的滑杆15上分别套有一个限位环13，限位环13与滑杆15的接触面设置成曲面，并且限位环13的边缘利用螺栓固定在上支座板1的底面或下支座板4的顶面上。

所述的上椭球盘2由两个沿垂直方向从中部分开的半盘构成，并且连接处设有焊缝，以便于装配。

所述的限位环13上开孔的内径小于螺母14的外径。

所述的下支座板4的顶面上以及上支座板1的底面上位于滑杆设置孔12与螺栓孔17之间的部位分别向外突出形成有一个中心对齐的保护环13。

所述的上支座板1上的保护环13厚度大于等于5cm，下支座板4上保护环13的厚度大于上支座板1上保护环13的厚度，并且下支座板4与支座板1上保护环13的厚度之差大于两倍自复位隔震支座水平位移的最大值，厚度较小的保护环13内外侧边缘应进行倒角处理，以避免应力集中。

所述的缓冲装置7采用弹簧、碟簧和橡胶垫中的任一种。

所述的上承圆台6顶面上的多个万向球8均匀设置。万向球8的强度需要根据具体工程荷载大小而定，应确保在布满的条件下本自复位隔震支座具有足够的安全性、耐久性与稳定性。

所述的上支座板1、上椭球盘2、下椭球盘3、下支座板4、缓冲装置7、万向球8、滑杆15和碟簧16均采用钢材制成，优选合金钢材。

所述的上椭球盘2和下椭球盘3上半椭球凸牙9的数量需根据实际工程情况进行调整，但不应少于十六个且均匀设置，并且半椭球凸牙9与半椭球凹孔10的接触部位应进行圆滑处理，以避免应力集中，并方便在地震过程中发生相对转动，当相对转动位移较大时，碟簧16会对半椭球凸牙9与半椭球凹孔10的接触区域造成很大的压力，使之不再继续转动，从而在重力作用下上支座板1和下支座板4能够迅速复位；同时，半椭球凸牙9的短半轴长度要大于滑杆设置孔12的孔口与滑杆15外端之间的距离。

现将本发明提供的自复位隔震支座的工作原理阐述如下：

使用前，首先利用高强螺栓穿过螺栓孔17的方式将上支座板1和下支座板4分别与上部结构和基础连接。

地震波包括横波和纵波，横波也称“凹凸波”，使得结构上下移动；纵波使得结构左右移动，横波与纵波组合起来也会造成扭转的效果，只要限制住结构的左右移动、上下移动与扭转作用，就能在很大程度上减小地震对结构带来的损害。在使用过程中，正常工作状态下，本支座利用上支座板1、下支座板4与上椭球盘2、下椭球3之间的配合，同时，利用四周的滑杆15与碟簧16的配合作用可以保持上部结构的稳定性。当发生地震时，上承圆台18上设置的万向球8将与上椭球盘2上滑槽5的顶面之间发生相对滑移，进而压缩设置在上承圆台18和滑槽5之间的缓冲装置7，同时设置在滑杆设置孔12之间的滑杆15与限位板13以及碟簧16也会随之发生水平移动，由于中间的椭球盘和环形滑盘与滑槽都是圆周设置，所以可以对各个方向的水平地震作用起到很好的削弱作用。

本支座四周设置的滑杆设置孔12、滑杆15以及滑杆15上的碟簧16，在竖向地震作用下，会通过限位板13压缩某一侧两限位板13之间的碟簧16，同时压缩另一侧螺母14与限位板13之间的碟簧16，达到吸收竖向地震能量的作用，同时，由于限位环13上开孔的内径小于螺母14的外径，解决了在强烈竖向荷载作用下发生支座拔离的问题。

在扭转荷载作用下，使得设置有凸椭球牙9的椭球盘以及设有半椭球凹孔10的上支座板1、下支座板4之间发生相对转动，使得紧密咬合的凸椭球牙9与半椭球凹孔10之间产生空隙，同时，会使得某一侧两块限位板13之间的碟簧16与另一侧螺母14与限位板13之间的碟簧16产生压缩，这样会使得产生空隙的凸椭球牙9与半椭球凹孔10之间的接触面产生巨大压力，进而限制相对转动的继续发生，同时由于半椭球凸牙9的短半轴长度大于滑杆设置孔12的孔口与滑杆15外端之间的距离，使得每一对凸椭球牙9与半椭球凹孔10在限位板13与螺母14的作用下做到一一对应，保证了即使在强震作用下，也不会发生凸椭球牙9与半椭球凹孔10错位的现象，对扭转荷载起到了很好的削弱作用。

在地震作用之后，由于本支座所设置的缓冲装置7，在本支座四周设置的滑杆15与碟簧16以及半椭球凸牙9的短半轴长度与滑杆设置孔12的孔口与滑杆15外端之间的距离的数值关系，使得在地震发生之后，本支座能迅速恢复到正常工作状态的位置关系，因此能达到很好的自复位效果。

针对特大地震，本自复位隔震支座可以对桥梁、房屋及其他土木工程结构提供可靠的安全保护。

Claims (9)

1.一种自复位隔震支座，其特征在于：所述的自复位隔震支座包括上支座板(1)、上椭球盘(2)、下椭球盘(3)、下支座板(4)、缓冲装置(7)、万向球(8)、限位环(13)、螺母(14)、滑杆(15)和碟簧(16)；其中，所述的下支座板(4)的顶面中部向内凹陷形成有一个半椭球形槽，半椭球形槽的底面上分布设有多个半椭球凹孔(10)，顶面外侧部位向内凹陷形成有多个间隔设置的滑杆设置孔(12)，半椭球形槽和滑杆设置孔(12)之间的部位沿上下方向间隔距离贯通形成有多个螺栓孔(17)；上支座板(1)设置在下支座板(4)的上方且与下支座板(4)的结构呈镜像关系；下椭球盘(3)设置在下支座板(4)的半椭球形槽内，底面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙(9)，下支座板(4)上的每个半椭球凹孔(10)内插入一个半椭球凸牙(9)，顶面为平面且中部向上突出形成有一个图钉状的上承圆台(18)，上承圆台(18)四周突出位置为环形滑盘(6)，上承圆台(18)的顶面上向内凹陷形成有多个半球形孔，每个半球形孔内放置一个万向球(8)；上椭球盘(2)设置在上支座板(1)的半椭球形槽内，顶面为弧形面且分布设有多个半椭球凸牙(9)，上支座板(1)上的每个半椭球凹孔(10)内插入一个半椭球凸牙(9)，底面为平面且中部向内凹陷形成有一个图钉状的滑槽(5)，用于设置下椭球盘(3)上的上承圆台(18)，上椭球盘(2)下侧的圆环为滑盘(19)；上承圆台(18)的外圆周面和滑槽(5)的内圆周面的对应部位间均匀连接有多个缓冲装置(7)；每根滑杆(15)的中部以及螺母(14)与限位板(13)之间分别套有一个碟簧(16)，两端分别安装一个螺母(14)且插入在上支座板(1)和下支座板(4)上相对应的一对滑杆设置孔(12)内；位于每个滑杆设置孔(12)的孔口外部的滑杆(15)上分别套有一个限位环(13)，限位环(13)与滑杆(15)的接触面设置成曲面，并且限位环(13)的边缘利用螺栓固定在上支座板(1)的底面或下支座板(4)的顶面上。

2.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的上椭球盘(2)由两个沿垂直方向从中部分开的半盘构成，并且连接处设有焊缝。

3.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的限位环(13)上开孔的内径小于螺母(14)的外径。

4.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的下支座板(4)的顶面上以及上支座板(1)的底面上位于滑杆设置孔(12)与螺栓孔(17)之间的部位分别向外突出形成有一个中心对齐的保护环(13)。

5.根据权利要求4所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的上支座板(1)上的保护环(13)厚度大于等于5cm，下支座板(4)上保护环(13)的厚度大于上支座板(1)上保护环(13)的厚度，并且下支座板(4)与支座板(1)上保护环(13)的厚度之差大于两倍自复位隔震支座水平位移的最大值，厚度较小的保护环(13)内外侧边缘进行倒角处理。

6.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的缓冲装置(7)采用弹簧、碟簧和橡胶垫中的任一种。

7.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的上承圆台(6)顶面上的多个万向球(8)均匀设置。

8.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的上支座板(1)、上椭球盘(2)、下椭球盘(3)、下支座板(4)、缓冲装置(7)、万向球(8)、滑杆(15)和碟簧(16)均采用钢材制成。

9.根据权利要求1所述的自复位隔震支座，其特征在于：所述的上椭球盘(2)和下椭球盘(3)上半椭球凸牙(9)的数量不应少于十六个且均匀设置，并且半椭球凸牙(9)与半椭球凹孔(10)的接触部位进行圆滑处理；同时，半椭球凸牙(9)的短半轴长度要大于滑杆设置孔(12)的孔口与滑杆(15)外端之间的距离。

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