CN113202204A - 具有纵向缓冲作用的摆式支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有纵向缓冲作用的摆式支座，包括活动底盘、双球面摆动体、缓冲支撑体、上扣盖，其特征是：活动底盘是铁质的顶部为凹圆弧面的扁圆柱体；双球面摆动体是上部和下部均为凸圆弧球面的圆饼状，在双球面摆动体的底部中心开有上部直径小下部直径大的变径圆筒形支撑槽；缓冲支撑体是上部直径小下部直径大的同心变径圆柱体、底部为凸圆弧面，在缓冲支撑体下部圆柱体上按圆周等间隔的开有四个纵向斜坡槽，每个斜坡槽中设置一个缓冲钢板，缓冲钢板的顶部与支撑槽上部铰接，在缓冲支撑体的底部中心开有扁圆筒形凹槽，凹槽内嵌有强磁铁。其优点是：能够缓解来自水平、斜倾、垂直纵向的作用力，减震效果明显。

Description

具有纵向缓冲作用的摆式支座

技术领域

本发明涉及一种具有纵向缓冲作用的摆式支座，属于建筑物防震抗震装置技术领域。

背景技术

隔、减震技术是被建筑业和地震部门共同认可的抗震方面的新方法，它对抵御地震破坏有着非常明显的效果（理论分析认为可降低地震破坏一个烈度等级），国外在这方面开展的探索实践活动比较早，取得了许多成功的经验。未来应用减、隔震技术是建筑业的必然趋势。

从减、隔震产品的结构原理上划分为两类，分别是：摆式阻尼结构、摩擦滑移结构。现在不论那类产品均没有达到被广泛应用的程度，原因是它们均存在一定程度的优劣差别，均没有实现缓解纵向地震作用力的功能，以及成本问题。

本发明人申请的发明专利“摆式钢球阻尼结构隔震减震器”，专利号：ZL2015102814808，从理论上讲解决了上述现有技术存在的不足，但由于在实际使用中存在钢球受力不均匀的问题，且减震幅度有一定限制，很难推广应用。

一台完备合格的隔震支座必须要兼顾到近震及远震两种破坏形式，只有将摆动和滑移两种运动形式结合在一起，才能应对各种形式的破坏，而目前市面上还没有出现这种综合性能的隔震支座。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用两级减震措施，通过摆动和滑移共同作用，能够缓解来自水平、斜倾、纵向的地震作用力，减震效果明显、适用区域更广的具有纵向缓冲作用的摆式支座。

本发明的目的是用以下方式实现的：

本发明包括活动底盘、双球面摆动体、缓冲支撑体、上扣盖，其特征是：活动底盘是铁质的顶部为凹圆弧面的扁圆柱体；双球面摆动体是上部和下部均为凸圆弧球面的圆饼状，其上部凸圆弧球面的边缘设有一圈台阶，在双球面摆动体的底部中心开有上部直径小下部直径大的变径圆筒形支撑槽，支撑槽上部与下部采用圆弧光滑过渡连接，支撑槽的下部与底面间采用圆弧光滑过渡连接；缓冲支撑体是上部直径小下部直径大的同心变径圆柱体、底部为凸圆弧面，在缓冲支撑体下部圆柱体上按圆周等间隔的开有四个纵向的底面为圆弧曲面的斜坡槽，每个斜坡槽中设置一个缓冲钢板，缓冲钢板与斜坡槽底面相对的边为凸圆弧形，在缓冲支撑体的底部中心开有扁圆筒形凹槽，凹槽内嵌有强磁铁；上扣盖是底部为凹圆弧面的扁圆柱体，在凹圆弧面的边缘设有一圈上翘的缓冲槽；缓冲支撑体置于双球面摆动体的支撑槽中、双球面摆动体置于活动底盘上、上扣盖压在双球面摆动体上，缓冲钢板的顶部与支撑槽上部铰接。

所述双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径小于下部圆弧球面的曲率半径；

所述上扣盖的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径；

所述活动底盘的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径；

所述缓冲支撑体底部圆弧面的曲率半径与双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径相等；

所述强磁铁为钕铁硼磁铁；

所述双球面摆动体能够在活动底盘与上扣盖之间进行摆动，其设计摆动幅度为±15°。

本发明的优点是：能够缓解来自水平、斜倾、纵向的地震作用力，减震效果明显。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的A—A剖视图；

图3是本发明在受到纵向地震作用力的状态图。

图中：1-活动底盘，2-双球面摆动体,3-上扣盖，4-缓冲支撑体，5-支撑槽，6-强磁铁，7-斜坡槽，8-缓冲钢板，9-台阶，10-缓冲槽。

具体实施方式

参照附图1、2，本发明包括活动底盘1、双球面摆动体2、缓冲支撑体4、上扣盖3，活动底盘是铁质的顶部为凹圆弧面的扁圆柱体；双球面摆动体是上部和下部均为凸圆弧球面的圆饼状，其上部凸圆弧球面的边缘设有一圈台阶9，在双球面摆动体的底部中心开有上部直径小下部直径大的变径圆筒形支撑槽5，支撑槽上部与下部采用圆弧光滑过渡连接，支撑槽的下部与底面间采用圆弧光滑过渡连接；缓冲支撑体是上部直径小下部直径大的同心变径圆柱体、底部为凸圆弧面，在缓冲支撑体下部圆柱体上按圆周等间隔的开有四个纵向的底面为圆弧曲面的斜坡槽7，每个斜坡槽中设置一个缓冲钢板8，缓冲钢板与斜坡槽底面相对的边为凸圆弧形，在缓冲支撑体的底部中心开有扁圆筒形凹槽，凹槽内嵌有强磁铁6；上扣盖是底部为凹圆弧面的扁圆柱体，在凹圆弧面的边缘设有一圈上翘的缓冲槽10；缓冲支撑体置于双球面摆动体的支撑槽中、双球面摆动体置于活动底盘上、上扣盖压在双球面摆动体上，缓冲钢板的顶部与支撑槽上部铰接。

所述双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径小于下部圆弧球面的曲率半径；

所述上扣盖的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径；

所述活动底盘的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径；

所述缓冲支撑体底部圆弧面的曲率半径与双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径相等；

所述强磁铁为钕铁硼磁铁；

所述双球面摆动体能够在活动底盘与上扣盖之间进行摆动，其设计摆动幅度为±15°。

应用时，活动底盘与建筑物地基连接固定、上扣盖与建筑物连接到一体。活动底盘是随地面可以有水平、倾斜方向运动的活动体；双球面摆动体是夹在上扣盖和活动底盘间的活动体，在做摩擦滑移的同时还在做倾斜往复摆动，双球面摆动体的摆动作用合理的将地震作用力给予变向转移，从而防止了作用力被直接传递到建筑体上，体现出隔震的终极目的。其设计最大摆动幅度±15°，中轴线位移量可达±16cm。缓冲支撑体是设置在双球面摆动体内部的一个独立体，其作用是为支座佩带一个缓冲件，当遇有纵向力作用后支座在整体下落时，双球面摆动体必先与缓冲支撑体产生一次缓冲冲击，然后再滑落与活动底盘接触，这样做就避免直接下落带有较大冲击现象的发生。

本发明对横、纵向地震波的消解作用过程：

当活动底盘受到水平作用力时，由于双球面摆动体的上部圆弧面与上扣盖的底部为凹圆弧面间的阻尼较小，双球面摆动体必先进行摆动，摆动过程转移了作用力方向，避免将地震作用力被直接传递到上扣盖；当双球面摆动体的台阶被上扣盖的缓冲槽限位时，它会与活动底盘形成相对摩擦式滑移，在活动底盘继续向前时，双球面摆动体会随活动底盘凹圆弧面坡度的迁移被抬升（阻尼也越大）。双球面摆动体在被抬升后其反过来又会矫正双球面摆动体回位，使双球面摆动体向回摆动。在整个过程中双球面摆动体是做往复运动的，其过程延长了隔离作用时间（对隔震支座而言，隔离作用时间越长越好）。而且这种小幅摆动不会因活动底盘的位置变化，改变其原有的空间占有量，进而不会影响到上部建筑体的受力变化。

对纯纵向作用力的缓冲作用过程：参照附图3，当支座整体被向上抛起后，置于双球面摆动体的支撑槽中的缓冲支撑体在强磁铁的吸附作用下使其与活动底盘连接，始终与活动底盘处于接触状态。而在双球面摆动体内部，由于为其配置了四根缓冲钢板，在双球面摆动体上升时，缓冲钢板受到磁力作用会向中心收缩，当双球面摆动体整体下落时缓冲钢板先与缓冲支撑体的斜坡槽圆弧曲面底面形成冲击接触，之后再滑落向活动底盘。双球面摆动体的这一滑落过程是在被缓解后形成，因此其携带的冲击势能被给予了极大的化解。

本发明的工作原理：

对减、隔震技术在设计上的基本要求

判断支座性能优良的标准有三项：一是支座的缓解作用形式与地震波的波动形式能否形成一致，只有两者运动形式越接近，才能实现减震效果的最大化。二是支座的起始阻尼的大小变化情况，起始小阻尼随运动,随机迅速增大是支座实施减震过程的理想状态。三是隔离作用时间超过或接近单次地震波作用时间，尽可能的减少地震能量被传递到建筑体上的作用力。

在本发明的设计中当活动底盘受力后，不论地面做怎样的运动变化（水平、斜倾、垂直纵向）双球面摆动体在底部受力后由于上部圆弧面阻尼小，必然双球面摆动体先发生摆动，双球面摆动体的摆动体现出三方面的作用：迎合了地震波动形式，避免了将作用力被直接传递到建筑体上；有效延长了缓解作用时间；先摆动再移动两步作用过程的时间完全大于单次波动作用时间的要求。

本发明的具有摆动作用的支座在隔震应用中的优势

地震波从地下向四周以纵波形式向外传播的，其先到达地面经过折射后产生出横波，而未到达地面的仍以纵波形式向地面前行，两种波动形态会在地面的不同地点是以不同的表现形式出现。对于地面不同地点建筑物而言，其会遇到的波动形式不同，建筑物受到的破坏形式也不同，而要对其进行隔震保护就必须分清各区域的波动表现形态，进而要有针对性的进行隔震。

根据地震波在与震中的不同距离所具有的不同表现形式，可将其划分为四个区域：震中区；极震区；近震区和中远震区。

在震中区，主要以纵向作用力为主，表现形式是上、下颠簸，越是体量大的建筑体受到的破坏越严重，其防范的手段是减轻纵向作用力。

极震区，纵波、横波是交替独立出现的，表现形式是先颠簸后摇摆或先摇摆后颠簸，对各类建筑体均破坏最为严重。此区域普通的隔震技术难以发挥作用，只有对横、纵向作用均具有较强消解功能的支座才能有作用。

近震区，在此区域横波与纵波是进行了叠加，其表现形式是以滚动方式前行。面对此种波动只有摆动形式才最接近波动形态，因此，在该区域用摆式支座实现减、隔震目的，其效果更接近理想。

中远震区，地震波主要表现为水平作用，现行的隔震支座都是针对此区域的作用形式而研制，其阻尼功能只能消解水平作用力。

从这个作用区域划分中清楚的知道，近震区和中远震区是地震破坏的主要区域，也是防范的重点区域，而具有摆式隔震功能的支座的内部摆动作用特征恰好能适应此处的波动形式，将地面的运动的初始状态给予方向转移。方向的转移就躲避了初始作用力，也就躲避了地震波的峰值作用，而地震波的峰值携带着地震波的大部分能量，能化解掉地震峰值的能量作用，就实现了基本的目的要求，防止了地震作用力被直接传递到建筑物。

Claims (7)

1.一种具有纵向缓冲作用的摆式支座，包括活动底盘、双球面摆动体、缓冲支撑体、上扣盖，其特征是：活动底盘是铁质的顶部为凹圆弧面的扁圆柱体；双球面摆动体是上部和下部均为凸圆弧球面的圆饼状，其上部凸圆弧球面的边缘设有一圈台阶，在双球面摆动体的底部中心开有上部直径小下部直径大的变径圆筒形支撑槽，支撑槽上部与下部采用圆弧光滑过渡连接，支撑槽的下部与底面间采用圆弧光滑过渡连接；缓冲支撑体是上部直径小下部直径大的同心变径圆柱体、底部为凸圆弧面，在缓冲支撑体下部圆柱体上按圆周等间隔的开有四个纵向的底面为圆弧曲面的斜坡槽，每个斜坡槽中设置一个缓冲钢板，缓冲钢板与斜坡槽底面相对的边为凸圆弧形，在缓冲支撑体的底部中心开有扁圆筒形凹槽，凹槽内嵌有强磁铁；上扣盖是底部为凹圆弧面的扁圆柱体，在凹圆弧面的边缘设有一圈上翘的缓冲槽；缓冲支撑体置于双球面摆动体的支撑槽中、双球面摆动体置于活动底盘上、上扣盖压在双球面摆动体上，缓冲钢板的顶部与支撑槽上部铰接。

2.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是：所述双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径小于下部圆弧球面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是：所述上扣盖的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的上部圆弧球面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是所述活动底盘的凹圆弧面的曲率半径大于双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是：所述缓冲支撑体底部圆弧面的曲率半径与双球面摆动体的下部圆弧球面的曲率半径相等。

6.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是：所述强磁铁为钕铁硼磁铁。

7.根据权利要求1所述的具有纵向缓冲作用的摆式支座，其特征是：所述双球面摆动体能够在活动底盘与上扣盖之间进行摆动，其设计摆动幅度为±15°。

Images