CN112647600A - 一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座及其安装检修方法 - Google Patents

Abstract

本发明的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座包括底部连接板、橡胶支座、顶部连接板和U型金属阻尼器，底部连接板和顶部连接板固定在橡胶支座的底部和顶部，U型金属阻尼器的两个自由端固定在顶部连接板和底部连接板的边缘。本发明中的U型金属阻尼器为外置式，易于拆除或新增，可重复利用橡胶支座，使橡胶支座易于设计、生产和安装。U型金属阻尼器的损伤易于观察，拆除后即可使橡胶支座的残余变形复位，检修难度低，成本低。U型金属阻尼器可降低面外刚度从而解耦U型金属阻尼器的两个方向刚度，使橡胶支座易于设计且保持各向同性，同时降低U型金属阻尼器的应力水平和损伤累积，提高橡胶支座破坏位移和延性，充分利用弯曲段的耗能能力。

Description

一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座及其安装检修方法

技术领域

本发明属于土木工程结构隔震技术领域，具体涉及一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座及其安装检修方法。

背景技术

隔震技术随着我国结构抗震设防水准不断提高其应用日益广泛，特别是在生命线工程如医院、指挥中心，和人群密集的场所如学校养老院等工程中得到了广泛应用。隔震支座的应用能够降低结构地震力响应，降低结构地震损伤，保护重要生命财产安全。

传统隔震支座以铅芯橡胶隔震支座为主，铅芯橡胶隔震支座具有初始刚度，可以控制风振作用下的结构位移不至过大，同时遇到地震铅芯能够屈服降低刚度延长结构周期，减小地震响应，同时铅芯屈服后滞回能够耗散地震能量。

但是传统铅芯橡胶支座的也存在一些缺点，主要包括：首先，金属铅的生产加工和使用会造成环境污染；其次，芯柱内置的方式使震后铅芯的变形损伤程度不易观测；再次，隔震层的残余变形不易修复，需要外力推动才能复位；最后，支座若受损破坏需要更换，则需顶升整个上部结构，施工不便，工期较长。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座及其安装检修方法，将传统内置的铅芯耗能模块替换为外置的U型金属阻尼器，且对U型金属阻尼器本身进行设置，使其在具有传统铅芯橡胶隔震支座优势的同时，能够克服上述技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，包括底部连接板、橡胶支座、顶部连接板和U型金属阻尼器，所述底部连接板固定在所述橡胶支座的底部，所述顶部连接板固定在所述橡胶支座的顶部，所述U型金属阻尼器的一个自由端固定在所述顶部连接板的边缘，所述U型金属阻尼器的另一个自由端固定在所述底部连接板的边缘。

本发明进一步设置为，所述橡胶支座包括内部的间隔设置的橡胶层和钢板，所述橡胶层和所述钢板之间经过高温硫化黏结而成，所述橡胶层和所述钢板的中间开有贯通孔，所述橡胶层和所述钢板的外部环绕有橡胶保护层。橡胶支座具有较大竖向承载能力和较小的水平刚度，一般用于支撑结构物的重量，连接底部连接板和顶部连接板，起阻断地震水平运动能量向上传播的作用。

本发明中的橡胶支座也可以使用类似原理的其它不含铅芯的弹性隔震支座代替。

本发明中，橡胶支座一般是圆的，因为需要各向的性质相同，但是底部连接板、顶部连接板可以根据需求随意改变形状。

本发明进一步设置为，所述顶部连接板和所述底部连接板上开有螺栓孔，所述U型金属阻尼器的两个自由端通过螺栓固定在所述螺栓孔上。

本发明进一步设置为，所述螺栓孔之间开有预留螺栓孔，所述预留螺栓孔内塞有螺栓填塞。

本发明进一步设置为，所述U型金属阻尼器共有八个，每两个构成一对，四对所述U型金属阻尼器均匀分布，即每两对正交布置。其中，U型金属阻尼器的数量、位置、角度、间隔、目前是每90度方向上放置一组，在正交方向上布置。当受安装空间所限时，可以调整所述U型金属阻尼器的布置角度，使其斜交，改为其它方向上布置也可以，需要计算在投影方向的承载力和刚度满足实际需求即可。所述U新型金属阻尼器也可以被其它类型的耗能设备代替。

本发明进一步设置为，所述U型金属阻尼器的材质为低屈服点钢材。低屈服点钢是指屈服点相对较低的钢，是指采用接近工业纯铁的成分，通过降低钢材中的碳含量及合金元素生产出的具有较低屈服点并且屈服强度控制在较低范围内的钢材，其断后伸长率一般在50％以上，进入塑性状态后右良好的滞回性能。

本发明进一步设置为，所述U型金属阻尼器包括用于连接到所述顶部连接板上的上固定段、连接着所述上固定段的上直线段、用于连接到所述底部连接板上的下固定段、连接着所述下固定段的下直线段以及连接着所述上固定段和所述下固定段的弯曲段。

本发明进一步设置为，所述上直线段、所述下直线段以及所述弯曲段为宽度与厚度比为1：0.8-1.2的棒状。优选的，宽度与厚度比为1:1。所述上直线段和所述下直线段在安装空间允许的条件下，尽量加长。

本发明进一步设置为，所述上固定段和所述下固定段为压扁状，所述弯曲段与所述上直线段和所述下直线段均相切。

本发明进一步设置为，所述U型金属阻尼器的一个自由端固定在所述顶部连接板的顶面或底面的边缘，所述U型金属阻尼器的另一个自由端固定在所述底部连接板的顶面或底面的边缘。

本发明还提供了上述外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的安装检修方法，所述U型金属阻尼器在检修更换时，可以直接拆除重新安装，也可以剪断后搁置，启用预留螺栓孔安装新的U型金属阻尼器。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)遭遇地震后U型金属阻尼器由于在橡胶支座外围，其损伤易于观察。螺栓连接及多余的预留螺栓孔使U型金属阻尼器易于设计、生产、安装和更换，同时便于拆卸以消除震后残余变形，使结构复位。震后可仅更换U 型金属阻尼器，成本低廉，施工便利。遇有更新改造时，可仅更换U型金属阻尼器，利于橡胶支座的重复使用。

(2)采用低屈服点钢材，避免常用铅芯对环境的污染。且该U型金属阻尼器可以用其他类型的金属或非金属阻尼器替换，以实现竖向承重和提供恢复力的橡胶支座与耗能的阻尼器的设计、加工、安装解耦。

(3)U型金属阻尼器的结构设计使其具有高延性，避免U型水平向面外和竖向面外提前破坏，使U型金属阻尼器充分屈服耗能。

附图说明

图1为外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的立体结构示意图；

图2为外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的俯视图；

图3为外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的正视图；

图4为外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的内部结构示意图。

其中，1、底部连接板；2、橡胶支座；2-1、橡胶层；2-2、钢板；2-3、橡胶保护层；2-4、贯通孔；3、顶部连接板；4、U型金属阻尼器；5、预留螺栓孔；6、上固定段；7、上直线段；8、弯曲段；9、下直线段；10、下固定段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。

一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，包括底部连接板1、橡胶支座2、顶部连接板3和U型金属阻尼器4，底部连接板1固定在橡胶支座2的底部，顶部连接板3固定在橡胶支座2的顶部，U型金属阻尼器4的一个自由端固定在顶部连接板3的边缘，U型金属阻尼器4的另一个自由端固定在底部连接板1的边缘。

橡胶支座2包括内部的间隔设置的橡胶层2-1和钢板2-2，橡胶层2-1 和钢板2-2之间经过高温硫化黏结而成，橡胶层2-1和钢板2-2的中间开有贯通孔2-4，橡胶层2-1和钢板2-2的外部环绕有橡胶保护层2-3。橡胶支座2具有较大竖向承载能力和较小的水平刚度，一般用于支撑结构物的重量，连接底部连接板1和顶部连接板3，起阻断地震水平运动能量向上传播的作用。

本发明中，橡胶支座2一般是圆的，因为需要各向的性质相同，但是底部连接板1、顶部连接板3可以根据需求随意改变形状。

顶部连接板3和底部连接板1上开有螺栓孔，U型金属阻尼器4的两个自由端通过螺栓固定在螺栓孔上。

螺栓孔之间开有预留螺栓孔5，以便于震后更换时启用预留螺栓孔5，便于更换施工，预留螺栓孔5内塞有螺栓填塞避免污染。地震发生后需要更换U型金属阻尼器4时，可以直接弃用原螺栓连接所在螺栓孔，启用预留螺栓孔5。预留螺栓孔5的数量可以考虑当地地震发生频次，按照橡胶支座2 使用寿命内，高延性金属阻尼器的更换次数确定。

U型金属阻尼器4共有八个，每两个构成一对，四对U型金属阻尼器4 均匀分布。其中，U型金属阻尼器4的数量、位置、角度、间隔、目前是每 90度方向上放置一组，在正交方向上布置。改为其它方向上布置也可以，需要计算在投影方向的承载力和刚度满足实际需求即可。

U型金属阻尼器4的材质为低屈服点钢材，避免常用铅芯对环境的污染。低屈服点钢是指屈服点相对较低的钢，是指采用接近工业纯铁的成分，通过降低钢材中的碳含量及合金元素生产出的具有较低屈服点并且屈服强度控制在较低范围内的钢材，其断后伸长率一般在50％以上，进入塑性状态后右良好的滞回性能，如08F钢、ly555等。

U型金属阻尼器4包括用于连接到顶部连接板3上的上固定段6、连接着上固定段6的上直线段7、用于连接到底部连接板1上的下固定段10、连接着下固定段10的下直线段9以及连接着上固定段6和下固定段10的弯曲段8。进一步地，上直线段7、下直线段9以及弯曲段8为宽度与厚度比为1： 0.8-1.2的棒状。上固定段6和下固定段10为压扁状，弯曲段8与上直线段 7和下直线段9均相切。

U型金属阻尼器4的一个自由端固定在顶部连接板3的顶面或底面的边缘，U型金属阻尼器4的另一个自由端固定在底部连接板1的顶面或底面的边缘。

优选的，U型金属阻尼器4采用如下两项措施提高其变形延性：第一，U 型金属阻尼器4采用宽度与厚度接近1:1的棒状。从而降低水平向面外刚度，解耦U型金属阻尼器4的两个方向刚度，使橡胶支座2易于设计且保持各向同性。同时降低U型金属阻尼器4水平方向面外的应力水平和损伤累积。第二，上直线段7和下直线段9的长度在空间允许的情况下尽量加长。同时，上固定段6和下固定段10加宽减薄，降低U型金属阻尼器4竖向面外应力水平和损伤累积。以上两项措施均可以提高橡胶支座2破坏位移和延性，从而充分利用弯曲段8的耗能能力。

遭遇地震后U型金属阻尼器4由于在橡胶支座2外围，可以目视其损失程度，当需要更换时，可以割断U型金属阻尼器4的金属棒，在预留螺栓孔 5处安装新的U型金属阻尼器4，无需更换整个橡胶支座2，故无需顶升隔震层，由于橡胶支座2可以重复利用，故其成本低廉，施工便利。同理，若隔震层存在残余变形，割断U型金属阻尼器4的金属棒，亦可以使隔震层在橡胶支座2的弹性恢复力下恢复至原位。遇有更新改造时，可仅更换U型金属阻尼器4，也可以根据设计需要由U型替换为其他金属或非金属耗能装置，利于橡胶支座2的重复使用。

作为对比，专利CN201720649807公开了一种适用于超烈度地震作用的软碰撞防护装置，是一种限位装置，正常情况下不参与工作，需要与普通隔震支座结合使用，而本发明涉及一种隔震支座，主要对传统隔震支座改进，具有环保、易拆装、震后易复位等优点。而前述专利仍然需要使用铅芯不环保、不易拆装、震后仍然需要整体顶升后更换支座。

作为对比，专利CN201810022616公开了U型SMA板隔震支座。第一，其U型金属阻尼器4是宽扁型、面外刚度过大，仅可在指定方向变形，不能在斜交方向变形，而实际地震的振动方向和结构响应方向均有可能发生在斜向。第二，SMA金属造价过高，低屈服点钢材造价与普通钢材接近。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (11)

1.一种外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，包括底部连接板、橡胶支座、顶部连接板和U型金属阻尼器，所述底部连接板固定在所述橡胶支座的底部，所述顶部连接板固定在所述橡胶支座的顶部，所述U型金属阻尼器的一个自由端固定在所述顶部连接板的边缘，所述U型金属阻尼器的另一个自由端固定在所述底部连接板的边缘。

2.根据权利要求1所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述橡胶支座包括内部的间隔设置的橡胶层和钢板，所述橡胶层和所述钢板之间经过高温硫化黏结而成，所述橡胶层和所述钢板的中间开有贯通孔，所述橡胶层和所述钢板的外部环绕有橡胶保护层。

3.根据权利要求1所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述U型金属阻尼器共有八个，每两个构成一对，四对所述U型金属阻尼器均匀分布，即每两对正交布置。

4.根据权利要求1所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述U型金属阻尼器的材质为低屈服点钢材。

5.根据权利要求1所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述U型金属阻尼器包括用于连接到所述顶部连接板上的上固定段、连接着所述上固定段的上直线段、用于连接到所述底部连接板上的下固定段、连接着所述下固定段的下直线段以及连接着所述上固定段和所述下固定段的弯曲段。

6.根据权利要求6所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述上直线段、所述下直线段以及所述弯曲段为宽度与厚度比为1：0.8-1.2的棒状。

7.根据权利要求6所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述上固定段和所述下固定段为压扁状，所述弯曲段与所述上直线段和所述下直线段均相切。

8.根据权利要求1所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述U型金属阻尼器的一个自由端固定在所述顶部连接板的顶面或底面的边缘，所述U型金属阻尼器的另一个自由端固定在所述底部连接板的顶面或底面的边缘。

9.根据权利要求1-8任一项所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述顶部连接板和所述底部连接板上开有螺栓孔，所述U型金属阻尼器的两个自由端通过螺栓固定在所述螺栓孔上。

10.根据权利要求9所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座，其特征在于，所述螺栓孔之间开有预留螺栓孔，所述预留螺栓孔内塞有螺栓填塞，所述被填塞螺栓孔可以在新增U型金属阻尼器时启用。

11.根据权利要求10所述的外置金属阻尼器联合橡胶隔震支座的安装检修方法，其特征在于，所述U型金属阻尼器在检修更换时，可以直接拆除重新安装，也可以剪断后搁置，启用预留螺栓孔安装新的U型金属阻尼器。

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