CN1132988C - 大型高强度隔震装置 - Google Patents

Abstract

一种隔震装置包括：一条下导轨，其侧面上有凹槽并且安装在一块下平板的上表面上；一条上导轨，其侧面上有凹槽并且沿与下导轨十字交叉的方向安装在一块上平板的下表面上；一个滑块夹持于下导轨的下部，并且也夹持于上导轨的上部；在下导轨和滑块之间以及在上导轨和滑块之间置有大量的滚柱；在下导轨的侧面上的凹槽和滑块之间以及在上导轨的侧面上的凹槽和滑块之间置有大量的滚珠；以及在上平板的下表面和下平板的上表面之间装有柔性元件。

Description

大型高强度隔震装置

技术领域

本发明涉及一种用来保护诸如楼房一类的建筑物免受诸如地震一类的振动的侵害的隔震装置。

背景技术

常规的隔震装置一般是将一些柔性构件置于地基和建筑物之间，并且，除了这些柔性构件之外，还设置有震动阻尼装置和建筑物恢复装置。

不过，在常规的隔震装置中，抑制建筑物的向上位移的拔拉阻力是较小的，并且，每一单元的隔震装置的承载力的调整、其刚度和水平变形能力都是比较有限的。而且，由于这些性能指标之间是相互影响的，所以，单个的性能指标不能被大幅度的改变。

发明内容

本发明的目的是提出一种可解决上述问题的隔震装置，该隔震装置有大的拔拉阻力、承载力、刚度和水平变形能力，并且能单独设置恢复力和阻尼力的大小，使它们之间没有相互干涉。

本发明提供一种大型高强度隔震装置，该隔震装置包括：一条直线型下导轨，在其侧面上有连续的凹槽并且安装在一块下板的上表面上；一条直线型上导轨，其侧面上有连续的凹槽，并且沿与下导轨垂直交叉的方向安装在一块上板的下表面上；一个滑块从下导轨的上方可动地夹持于下导轨的下部，并且该滑块从上导轨的下方可动地夹持于上导轨的上部；在下导轨的上表面和滑块之间以及上导轨的下表面和滑块之间设置有大量的第一滚动件；在下导轨侧面上的凹槽和滑块之间以及上导轨侧面上的凹槽和滑块之间设置有大量的第二滚动件；以及在上板的下表面和下板的上表面之间装有一个粘弹性的元件。最好分别设有多个上导轨和下导轨，并且，上述粘弹性元件最好是一个超塑性橡胶阻尼器或高阻尼橡胶阻尼器。

根据本发明的第二方面，上述粘弹性元件置于该大型高强度隔震装置的上导轨和下导轨之间的空间中。并且，根据本发明的第三方面，上述粘弹性元件置于该大型高强度隔震装置的上板和下板的四个角的位置。根据本发明的第四方面，上述粘弹性元件其形状是正方的、矩形的、圆形的、梯形的或多边形的。根据本发明的第五方面，在该大型高强度隔震装置中，第一滚动件是滚柱，第二滚动件是滚珠或滚柱。

附图说明

图1是沿图2中的I-I线看本发明的一个实施例而得到的横截面平面图。

图2是本发明的一个实施例的前视图。

图3是滑块的一个示例的透视图。

图4是一个部分剖开的滑块的透视图。

图5是表示出本发明的上述实施例的工作状态的一个横截面平面图。

图6是图5的一个前视图。

图7给出的图表表示出正弦扫频激振测试的结果，该测试是用振动台在一个小型六层楼测试模型上进行的。

图8给出的图表表示出当对上述小型测试模型施加水平振动时所产生的最大加速度。

图9给出的图表表示出当处于八户地震级的水平振动下，在每一层最大水平加速度的响应比。

图10(a)到图10(c)给出的图表，其中图10(a)表示在振动台上的加速度，该振动台最大的水平加速度是1009.1gal(gal，伽＝10^-2米/秒²)，图10(b)表示上述六层楼测试模型的第六层的水平加速度，图10(c)表示在本发明提出的隔震装置中所产生的轴向力的动态分量。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的一个实施例进行说明。

图1是沿图2中的I-I看本发明的一个实施例而得到的横截面平面图。图2是图1的一个前视图。一块上板2置于一块下板1之上，该下板1和上板2都是平的并且具有基本上相同的形状。在图中所示出的实施例中，下板1和上板2都是八角形的，但是，它们也可以做成正方形或圆形。

两条下导轨4通过一块下导轨配接板3沿着图的横方向彼此平行地安装在下板1的上表面上。尽管在图中给出的实施例中装有两条下导轨4，但也可以装有三条或更多条下导轨，还可以只装有一条下导轨4，使其横向地穿过下板1的上表面的基本中心处。

两条上导轨6通过一块上导轨配接板5(见图2)以垂直的越过上述下导轨4的形式安装在上板2的下表面上。尽管在图中给出的实施例中装有两条上导轨，同样，也可以装有三条或更多条相互平行的上导轨6，还可以只装有一条上导轨6，使其横向的穿过上板2的下表面的基本中心处。

如图4所示，每一条下导轨4的两个侧面上都加工出连续的凹槽7，每一条上导轨6的两个侧面上也同样地加工出连续的凹槽8。每一个滑块9都可动地夹持在下导轨4和上导轨6上，并且各滑块9都分别装在下导轨4和上导轨6之间。

如图1到3所示，滑块9由下滑块10和上滑块11构成，它们整体的连接在一起，形成一个单一的构件。下滑块10从上方可动地夹持在下导轨4上，而上滑块11从下方可动地夹持在上导轨6上。

如图4所示，在下导轨4的上表面和下滑块10之间有大量的滚柱12，这些滚柱置于下滑块10中，并且这些滚柱12可以通过一条环行轨道13来循环运动，当它们滚动时，它们从下导轨4的上表面向下滑块10中运动，上述环行轨道13在竖直平面内被做成横向拉长的圆形。

还有，在夹持于下导轨4的下滑块10的下部和下导轨4的两个侧面上的连续凹槽7之间，置有大量的滚珠14，并且这些滚珠14可以通过一条环形轨道15来循环运动，当它们滚动时，它们从凹槽7中间夹持于下导轨4的下滑块10的下部中运动，这样，下滑块10就不会从下导轨4上向上脱开，上述环行轨道15在水平面内被做成横向拉长的圆形。可以用滚柱来代替滚珠14。

端部密封件16安装在下滑块10的两个端面上，还装有侧面密封件17，从夹持于下导轨4的下滑块10的下部的下表面延伸至下导轨4的侧面。

如图3所示，上滑块11在下滑块10之上且与下滑块10整体的连接在一直，并且在这一连接结构中，下滑块10被转动使其方向水平地改变了90度。

在上导轨6(见图2)的下表面和上滑块11之间有大量的滚柱18(见图3)，并且当它们滚动时这些滚柱18可以通过一条环行轨道19来循环运动，该轨道19成形于上滑块11内部，并且在竖直平面内被做成横向拉长的圆形。

还有，在夹持于上导轨6的上滑块11的上部和上导轨6的两个侧面上的连续凹槽8(见图4)之间，设置大量的滚珠20，并且这些滚珠20可以通过一条环行轨道21来循环运动，当它们滚动时，它们从凹槽8中向夹持于上导轨6的上滑块11的上部中运动，这样，上滑块11就不会从上导轨6上向下脱开，上述环行轨道21在水平面内被做成横向拉长的圆形。可以用滚柱来代替滚珠20。

如图1和图2所示，超塑性橡胶阻尼器22或类似器件作为粘弹性元件被安装于下板1和上板2之间，其安装位置在下导轨4和上导轨6的端部的两侧。

下面，将要说明上述装置的工作过程。

下板1被固定于地基上而上板2(见图2)被固定于诸如楼房的建筑物的底面上。这样，通过上板2、上导轨配接板5、上导轨6、滚柱18(见图3)、滑块9、滚柱12(见图4)、下导轨4、下导轨配接板3(见图1和图2)以及下板1，上述建筑物的重量便传到地基上，由地基来承载。

当上板2相对于下板1沿图1中所示的横向的X方向进行水平位移时，如图5和图6所示，上板2与上导轨6以及滑块9一起沿着下导轨4运动。在这一情形下，滚柱12(见图4)在与下导轨4的上表面保持接触的情况下滚动，与此同时，滚珠14沿着下导轨4上的凹槽7滚动。

当上板2相对于下板1沿图1中所示的Y方向进行水平位移时，上板2与上导轨6一起相对于滑块9运动。在这一情形下，滚柱18(见图3)在与上导轨6的下表面保持接触的情况下滚动，而与此同时，滚珠20沿着上导轨6上的凹槽8(见图4)滚动。

当上板2相对于下板1如上所述进行水平位移时，即使在施加于上板2之上的建筑物的重量极其巨大时，上板2也能够平稳地运动，因为在滑块9和下导轨4之间以及滑块9和上导轨6之间，置有滚柱12和18。

当每一条下导轨4和上导轨6的长度被定为一个大的值时，便可以提供大的水平位移量。

当上板2相对于下板1进行水平位移时，上述超塑性橡胶阻尼器22的上端与上平板2一起运动，并且产生如图6所示的变形。由此，阻尼器22可以施加阻尼力和恢复力给上板2。

当一个向上的力也就是一个拔拉力施加给上板2时，由于在下导轨4的侧面上的凹槽7和滑块9之间以及在上导轨6的侧面上的凹槽8和滑块9之间有大量的滚珠14和20来阻止上导轨6和滑块9产生向上的运动，这样，便能够产生一个很大的拔拉抗力。

现在来描述小型模型测试。

准备一个小型的六层楼的测试模型作为对非常高的楼房的模拟模型，该测试模型对于时间来说，缩减比例为1/5，对于长度来说，缩减比例为1/25，根据本发明提出的隔震装置被固定在该测试模型的地基上。利用一个振动台在准备好的测试模型上进行振动测试。测试条件和从测试中得到的主要观测结果概述如下。

(1)图7给出的图表表示出正弦扫频激振测试的结果。该测试结果显示出在设有隔振装置时的2.4Hz的基本固有频率由于该隔震装置的隔震效应而变为大约是1Hz的长周期振动。这相应于在一个实际的很高的楼房中周期为从2秒到5秒的隔震效应。

(2)图8给出的图表表示出当通过振动台对上述小型测试模型施加水平振动时所产生的最大加速度，所施加的水平振动的类型是属于E1Centro地震的NS波。由于如在(1)中所描述的本隔震装置的振动阻尼效应，在每一层最大的响应加速度减少到未加阻尼时的最大加速度的25％至40％。在图8中的方框中的“A”和“O”分别表示在每一种振动强度下在该隔震装置阻尼效应下的最大加速度和未加阻尼时的最大加速度。还有，图9给出的图表表示出当施加八户地震级的水平振动时，在每一层最大水平加速度的响应比。在建筑物的上部，最大的加速度减至施加给振动台的最大加速度的30％至50％。更进一步的，在使用根据本发明提出的隔震装置的情况下，没有检测出响应会依赖于输入方向的不同而不同，因此，可以肯定即使歪斜的输入振动，该隔震装置也会平稳的工作。

(3)即使在水平的和竖直的地震波同时输入的情况下，也未检测出在水平方向振动阻尼效应有什么显著不同。

(4)为了确定在什么范围内是足够安全的，激振输入分为五种强度，最大的激振输入是150基尼(Kine厘米/秒)(八户地震NS波)，最小的激振输入是50基尼在每一种激振强度下，上述超塑性橡胶阻尼器的变形如下。最大的变形达到大约300％。

超塑性橡胶阻尼器的最大变形量50基尼           90.6％           75基尼           123.9％100基尼          185.3％          125基尼          248.9％150基尼          296.4％

在这些测试中，已经考虑到数次产生拔拉力这一点。尽管如此，还是可以肯定即使变形量非常大，也可以保证装置平稳工作。

图10(a)到图10(c)给出支持这些结论的图表。图10(a)是振动台的加速度随时间变化的曲线，所输入的最大水平加速度是1009.1gal。如图10(b)所示，第六层的加速度因阻尼作用减至405.4gal或更低。图10(c)表示出该隔震装置的组合滑块中所产生的轴向力的动态分量。尽管在1.0秒和1.5秒处，拔拉力的值轻微的超出了估算的长周期轴向力的计算的安全范围(在图中上打点线和下打点线之间的范围)，但其它时间的拔拉力的值是在安全范围之内。这意味着拔拉抗力稳定的发挥作用。

在本发明中，在下导轨的上表面和滑块之间以及在上导轨的下表面和滑块之间，设置大量的滚柱。因此，即使给根据本发明提供的该隔震装置施加极其巨大的重量，该隔震装置仍能在水平方向平稳的运动，并且显示出巨大的承载能力。

在下导轨的侧面上的凹槽与滑块之间以及在上导轨的侧面上的凹槽与滑块之间置有大量的滚珠或滚柱，这些滚珠或滚柱可以阻止上导轨和滑块产生向上的运动，从而能够产生一个大的拔拉抗力。

为隔震装置所必需的承载能力、拔拉抗力、水平变形量、恢复力和阻尼力这几个指标，都能够相互独立的进行设置，并且，特别是承载能力、拔拉抗力和水平变形量这几个重要指标都能够被提高。

另外，因为所有的组件都装配在下平板和上平板之间并且是规格化的，根据楼房的情况，所安装的组件的数目可以适当的增加或减少，安装这些组件是简单的，并且整个结构的成本可以降低。

如上面的测试结果所述，由于根据本发明所提出的隔震装置的阻尼效应，在每一层响应的最大加速度减至未加阻尼时最大加速度的25％至40％。还有，在装备有所发明的隔震装置的建筑物的上部，其最大加速度减至输入给振动台的加速度的30％至50％。更进一步的，在该隔震装置中，没有检测到响应会随输入方向的不同而不同。因此，可以肯定，即使激振测试是通过歪斜的输入来进行的，该隔震装置也能够平稳的工作。另外，即使在水平的和竖直的地震波同时输入的情况，也未检测出在水平方向振动阻尼效应有什么显著不同，为了确定足够安全的范围，最大输入的速度是150基尼(八户地震级的NS波)。作为结果，该隔震装置中装设的橡胶阻尼器的最大变形是大约300％。尽管如此，还是可以确定，即使发生很大的变形，该隔震装置仍表现出安全的性能。

Claims (6)

1.一种大型高强度隔震装置，包括：

一条直线型下导轨，在其侧面上有连续的凹槽并且安装在一块下板的上表面上；

一条直线型上导轨，在其侧面上有连续的凹槽并且沿与上述下导轨垂直交叉的方向安装在一块上板的下表面上；

一个滑块，从上述下导轨的上方可动地夹持于该下导轨的下部，并且该滑块从上述上导轨的下方可动地夹持于该上导轨的上部；

在上述下导轨的上表面和上述滑块之间以及在上述上导轨的下表面和上述滑块之间设置的多个第一滚动件；

在上述下导轨的侧面上的凹槽和上述滑块之间以及在上述上导轨的侧面上的凹槽和上述滑块之间设置的多个第二滚动件；以及

在上述上板的下表面和上述下板的上表面之间装有一个粘弹性的元件。

2.如权利要求1所述的大型高强度隔震装置，其特征在于：上述粘弹性元件置于上述下导轨和上述上导轨之间的空间中。

3.如权利要求2所述的大型高强度隔震装置，其特征在于：上述粘弹性元件置于上述上板和上述下板的四个角的位置。

4.如权利要求1至3的任一项所述的大型高强度隔震装置，其特征在于：上述粘弹性元件其形状是圆形的或多边形的。

5.如权利要求4所述的大型高强度隔震装置，其特征在于：上述多边形是正方形、矩形或梯形。

6.如权利要求1所述的大型高强度隔震装置，其特征在于：上述第一滚动件包括一个滚柱，上述第二滚动件包括一个滚珠。

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