CN113482164B - 一种自适应变刚度三维隔震装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自适应变刚度三维隔震装置，涉及土木工程以及机械工程领域，包括第一连接板、第二连接板以及若干缓冲机构，其中第一连接板以及第二连接板沿竖向方向设置，若干缓冲机构设于第一连接板和第二连接板的中间，每一缓冲机构包括可相互拆卸设置的第一缓冲机构以及第二缓冲机构，在第一连接板的下侧壁设有安装部，安装部具有一容纳腔，第一缓冲机构的至少部分收容于该容纳腔。在受压状态下，第一缓冲机构起到初步缓冲，第二缓冲机构进行再次缓冲，本发明中的隔震装置自适应强度大，能够限制结构出现较大位移，具有很好的抗震效果。

Description

一种自适应变刚度三维隔震装置

技术领域

本申请涉及土木工程以及机械工程领域，特别涉及自适应变刚度三维隔震装置。

背景技术

目前，基础隔震技术被看作是20世纪地震工程领域最重要的技术进步之一，在世界范围内得到了较为广泛的应用。隔震技术的基本原理是通过在建筑底部设置隔震支座，得到水平刚度较小的隔震层，通过滤波效应减小上部结构地震加速度响应。并通过在隔震层设置耗能装置吸收消耗地震动能量。现代隔震技术已有近年的历史，属于一种被动的振动控制技术。

相关技术中，是通过直接在底座中设置弹簧或者橡胶垫来实现抗震或者减震功能。

但是，目前已有的传统建筑隔震支座存在以下的不足：不能隔离竖向地震振动以及水平向微振动。大量震害观察及有限元分析表明，竖向地震作用能导致结构竖向承压构件受压破坏进而破坏整个隔震支座。随着城市轨道交通发展，地铁等环境振动，尤其是微振动的竖向分量会对人们的居住舒适度产生较为严重的影响。

发明内容

本申请实施例提供一种自适应变刚度三维隔震装置，以解决相关技术中竖向承压构件抗震能力弱，易使得整个隔震支座容易被破坏的问题。

提供了一种自适应变刚度三维隔震装置，其包括：

沿竖向方向设置的第一连接板以及第二连接板；

若干缓冲机构，设于所述第一连接板和第二连接板的中间；

其中，每一所述缓冲机构包括可相互拆卸设置的第一缓冲机构以及第二缓冲机构，在所述第一连接板的下侧壁设有安装部，该安装部具有一容纳腔，所述第一缓冲机构的至少部分收容于该容纳腔。

一些实施例中，所述第一缓冲机构包括第一竖向套筒以及套设于所述第一竖向套筒外侧壁的第一碟形弹簧组，第一竖向套筒的底端边缘径向延伸有一支撑板，所述第一竖向套筒的上端被收容于所述容纳腔，所述第一竖向套筒的下端为开口结构以便使得所述第二缓冲机构的至少部分收容于所述第一竖向套筒内。

一些实施例中，所述第一竖向套筒与所述容纳腔为可拆卸连接。

一些实施例中，所述第二缓冲机构包括第二竖向套筒以及套设于所述第二竖向套筒外侧壁的第二碟形弹簧组，所述第二竖向套筒的下端与所述第二连接板固定连接，所述第二竖向套筒的上端可收容于所述第一竖向套筒内。

一些实施例中，所述第一竖向套筒的外径与所述容纳腔的内径相等，所述第一竖向套筒的内径与所述第二竖向套筒的外径相等。

一些实施例中，所述安装部为筒状设计，在所述安装部的外侧壁均匀设置多个加劲肋，该加劲肋的上端与所述第一连接板固定连接。

一些实施例中，在所述第二连接板的下端设置有第三连接板，在所述第二连接板和第三连接板之间设置有弹性支座。

一些实施例中，所述弹性支座为橡胶支座。

一些实施例中，所述橡胶支座包括上封板、下封板以及叠层橡胶，所述叠层橡胶设于所述上封板和下封板之间，所述叠层橡胶内沿竖向交错设置有若干钢板层。

一些实施例中，所述橡胶支座还包括橡胶保护层，所述橡胶保护层设于所述上封板和下封板之间，并与所述上封板和下封板形成一防护腔，所述叠层橡胶设于所述防护腔内；和/或，

所述叠层橡胶内设置有容纳铅芯的孔洞，在该孔洞内放置有铅芯。

本申请实施例提供了一种自适应变刚度三维隔震装置，由于设置第一缓冲机构以及第二缓冲机构，在受压状态下，第一缓冲机构起到初步缓冲，第二缓冲机构进行再次缓冲，本发明中的隔震装置自适应强度大，能够限制结构出现较大位移，具有很好的抗震效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的自适应变刚度三维隔震装置的爆炸图；

图2为本申请实施例提供的自适应变刚度三维隔震装置的主视图；

图3为本申请实施例提供的第一连接板以及安装部的立体图；

图4为本申请实施例提供的弹性支座的剖面图。

图中：1、第一连接板；2、第二连接板；3、第三连接板；4、缓冲机构；41、第一缓冲机构；411、第一竖向套筒；412、第一碟形弹簧组；413、支撑板；42、第二缓冲机构；421、第二竖向套筒；422、第二碟形弹簧组；5、安装部；6、容纳腔；7、加劲肋；8、橡胶支座；81、上封板；82、下封板；83、叠层橡胶；9、钢板层；10、孔洞；11、铅芯；12、橡胶保护层；13、防护腔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种自适应变刚度三维隔震装置，其能解决相关技术中不能隔离竖向地震振动以及水平向微振动。大量震害观察及有限元分析表明，竖向地震作用能导致结构竖向承压构件受压破坏进而破坏整个隔震支座。随着城市轨道交通发展，地铁等环境振动，尤其是微振动的竖向分量会对人们的居住舒适度产生较为严重的影响。

针对此，本发明提供一种自适应变刚度三维隔震装置，其包括第一连接板1、第二连接板2以及若干缓冲机构4，其中第一连接板1以及第二连接板2沿竖向方向设置，若干缓冲机构4设于所述第一连接板1和第二连接板2的中间，缓冲机构4的数目可以为5个、6个、7个等，具体数目不做限制，可以根据实际情况设置，在本实施例中，优选为5个，其中一个设置在中间，剩余四个以中间的缓冲机构4为轴线周向均匀分布设置。

其中，每一所述缓冲机构4包括可相互拆卸设置的第一缓冲机构41以及第二缓冲机构42，在所述第一连接板1的下侧壁设有安装部5，该安装部5具有一容纳腔6，所述第一缓冲机构41的至少部分收容于该容纳腔6。

本发明提供的一种自适应变刚度三维隔震装置，用于工业与民用建筑、桥梁、地下建筑等领域的隔震/振。第一连接板1的上端可通过上预埋件连接隔震/振层上柱端来投入到实际实用，双缓冲机构4的设置，使得在受到较轻压力时，第一连接板1受压带动安装部5挤压第一缓冲机构41，使得第一缓冲机构41更多部分收容于容纳腔6，当在受到较大压力时，第一缓冲机构41会顶到容纳腔6的顶部，此时第一缓冲机构41会挤压第二缓冲机构42，此时双缓冲机构4同时作用，能够将限制结构出现过大位移，具有很强的自复位能力，且具备自适应刚度特性。

在一实施例中，参见图1，所述第一缓冲机构41包括第一竖向套筒411以及套设于所述第一竖向套筒411外侧壁的第一碟形弹簧组412，第一竖向套筒411的底端边缘径向延伸有一支撑板413，该支撑板413与第一竖向套筒411为一体成型设置，可以保证第一竖向套筒411与支撑板413的强度，所述第一竖向套筒411的上端被收容于所述容纳腔6，所述第一竖向套筒411的下端为开口结构以便使得所述第二缓冲机构42的至少部分收容于所述第一竖向套筒411内。

当第一连接板1受到压力时，此时安装部5会挤压第一碟形弹簧组412，由于安装部5在高度上位置下降，会使得第一竖向套筒411伸入到容纳腔6内部的上端，随着压力的逐渐变大，第一竖向套筒411会抵住容纳腔6的顶部，此时第一碟形弹簧412被压缩到极限，当压力再逐渐增大时，此时支撑板413会挤压下方的第二缓冲机构42。

其中第一碟形弹簧组为市场在售产品购买，因此在此不做具体解释。

进一步地，所述第一竖向套筒411与所述容纳腔6为可拆卸连接，这样可使得整个装置被拆分多个部分，制作加工方便。

在上一实施例的基础上，参见图1，所述第二缓冲机构42包括第二竖向套筒421以及套设于所述第二竖向套筒421外侧壁的第二碟形弹簧组422，所述第二竖向套筒421的下端与所述第二连接板2固定连接，具体连接方式本实施采用一体焊接方式以保证其强度，所述第二竖向套筒421的上端可收容于所述第一竖向套筒411内。

在上述中支撑板413会挤压下方的第二缓冲机构42时，也即是支撑板413挤压第二碟形弹簧组422，在支撑板413挤压第二碟形弹簧组422时，此时第二竖向套筒421会通过第一竖向套筒411的下端开口结构伸入到第一竖向套筒421内。

其中，第二碟性弹簧也为市场在售产品购买，在此，不做具体解释。

一些实施例中，所述第一竖向套筒411的外径与所述容纳腔6的内径相等，所述第一竖向套筒411的内径与所述第二竖向套筒421的外径相等，这样可以保证第一竖向套筒411的外壁与形成容纳腔6的内侧壁贴合在一起，第二竖向套筒421的外壁与第一竖向套筒411的内侧壁贴合在一起，因此在受压时，可以防止第一缓冲机构41和第二缓冲机构42横向发生位移，仅可实现相对竖向运动。

在另一实施例中，参见图2，第一竖向套筒411和第二竖向套筒421均为中空结构，这样可使得整个结构较轻，且制作起来更加方便。

为了提高安装部5的稳定性，所述安装部5为筒状设计，可便于安装部5的生产制作，在所述安装部5的外侧壁均匀设置多个加劲肋7，该加劲肋7的上端与所述第一连接板1固定连接。

加劲肋5的形状为直角梯形，当然可以采用现有技术中别的形状，只要能实现本专利的目的即可，在本实施中，加劲肋7的数目为四个，当然,加劲肋9也可以为八个或其他大于或等于2的偶数个，可以根据实际情况设置。

参见图1，为了进一步地提高抗震效果，在所述第二连接板2的下端设置有第三连接板3，在所述第二连接板2和第三连接板3之间设置有弹性支座，作为优选，弹性支座为橡胶支座8。

在竖向方向上，可通过第一缓冲机构41、第二缓冲机构42以及橡胶支座8来实现三重缓冲，极大地提高抗震效果。

在上一实施例基础上，结合图4，所述橡胶支座8包括上封板81、下封板82以及叠层橡胶83，所述叠层橡胶83设于所述上封板81和下封板82之间，所述叠层橡胶83内沿竖向交错设置有若干钢板层9，钢板层，叠层橡胶83具有多层橡胶层，橡胶层与钢板层9交错设置，需要理解的是，钢板层9起到在震动作用下荷载所必须的强度与刚度，且钢板层9也具有很好的抗形变能力，在橡胶层与钢板层9交错设置的情况下，需要保证最上面一层以及最下面的一层为橡胶层。

进一步地，参阅图4，所述橡胶支座8还包括橡胶保护层12，所述橡胶保护层12设于所述上封板81和下封板82之间，并与所述上封板81和下封板82形成一防护腔13，所述叠层橡胶83设于所述防护腔13内，橡胶保护层12的作用主要将防护腔13内的叠层橡胶83以及钢板层9与外部环境隔离开来，以避免内部结构被腐蚀，因此增加了一定耐久性。

所述叠层橡胶83内设置有容纳铅芯11的孔洞10，在该孔洞10内放置有铅芯11。

在设置铅芯11后，整个底座还具备耐久性好，抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好，大大提高其使用寿命。

具有足够的水平刚度，保证建筑物的基本周期延长到1.5～3.0秒左右；另外具有足够竖向承载力，能够稳定的支承建筑物；

具有足够大的水平变形能力储备，以确保在强震作用于下不会出现失稳现象；

水平刚度受垂直压缩荷载的影响较小。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于，其包括：

沿竖向方向设置的第一连接板(1)以及第二连接板(2)；

若干缓冲机构(4)，设于所述第一连接板(1)和第二连接板(2)的中间；

其中，每一所述缓冲机构(4)包括可相互拆卸设置的第一缓冲机构(41)以及第二缓冲机构(42)，在所述第一连接板(1)的下侧壁设有安装部(5)，该安装部(5)具有一容纳腔(6)，所述第一缓冲机构(41)的至少部分收容于该容纳腔(6)；

所述第一缓冲机构(41)包括第一竖向套筒(411)以及套设于所述第一竖向套筒(411)外侧壁的第一碟形弹簧组(412)，第一竖向套筒(411)的底端边缘径向延伸有一支撑板(413)，所述第一竖向套筒(411)的上端被收容于所述容纳腔(6)，所述第一竖向套筒(411)的下端为开口结构以便使得所述第二缓冲机构(42)的至少部分收容于所述第一竖向套筒(411)内；

所述第二缓冲机构(42)包括第二竖向套筒(421)以及套设于所述第二竖向套筒(421)外侧壁的第二碟形弹簧组(422)，所述第二竖向套筒(421)的下端与所述第二连接板(2)固定连接，所述第二竖向套筒(421)的上端可收容于所述第一竖向套筒(411)内。

2.如权利要求1所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述第一竖向套筒(411)与所述容纳腔(6)为可拆卸连接。

3.如权利要求1所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述第一竖向套筒(411)的外径与所述容纳腔(6)的内径相等，所述第一竖向套筒(411)的内径与所述第二竖向套筒(421)的外径相等。

4.如权利要求1所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述安装部(5)为筒状设计，在所述安装部(5)的外侧壁均匀设置多个加劲肋(7)，该加劲肋(7)的上端与所述第一连接板(1)固定连接。

5.如权利要求1所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：在所述第二连接板(2)的下端设置有第三连接板(3)，在所述第二连接板(2)和第三连接板(3)之间设置有弹性支座。

6.如权利要求5所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述弹性支座为橡胶支座(8)。

7.如权利要求6所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述橡胶支座(8)包括上封板(81)、下封板(82)以及叠层橡胶(83)，所述叠层橡胶(83)设于所述上封板(81)和下封板(82)之间，所述叠层橡胶(83)内沿竖向交错设置有若干钢板层(9)。

8.如权利要求7所述的自适应变刚度三维隔震装置，其特征在于：所述橡胶支座(8)还包括橡胶保护层(12)，所述橡胶保护层(12)设于所述上封板(81)和下封板(82)之间，并与所述上封板(81)和下封板(82)形成一防护腔(13)，所述叠层橡胶(83)设于所述防护腔(13)内；和/或，

所述叠层橡胶(83)内设置有容纳铅芯(11)的孔洞(10)，在该孔洞(10)内放置有铅芯(11)。

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