CN113622536A - 抵抗竖向地震动的减隔震支座 - Google Patents

抵抗竖向地震动的减隔震支座 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抵抗竖向地震动的减隔震支座，包括：下承钢构件，其底板底部具有构筑物安装位点；上承钢构件，其顶板顶部具有构筑物安装位点，所述上承钢构件的顶板底部与所述下承钢构件的顶板顶部滑动密封连接，所述上承钢构件的底板底部与所述下承钢构件的底板顶部滑动连接；竖向减震单元，其底部固定安装于所述上承钢构件的底板顶部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部形成间隙；水平向减震单元，其底部固定安装于所述下承钢构件的底板底部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部不接触，所述水平向减震单元与所述下承钢构件的底板形成间隙。本发明可限制结构竖向位移，提高支座抵抗竖向地震动的能力。

Description

抵抗竖向地震动的减隔震支座
技术领域
本发明涉及工程结构防灾减震技术领域。更具体地说，本发明涉及一种抵抗竖向地震动的减隔震支座。
背景技术
减隔震支座作为一种安全、经济的减隔震控制装置，广泛应用于国内外桥梁、建筑等工程结构抗震设计中。减隔震支座的刚度较小，可降低结构的基本振动频率，延长结构基本振动周期，从而避开地震动的主要能量频带，减小输入结构的地震能量，从而限制结构的地震反应。
对于近断层地震动，除了水平地震动分量，竖向地震动分量对采用减隔震支座的构筑物的地震安全影响巨大。显著的竖向地震动会使支座受拉，引起支座减隔震功能劣化或丧失，进而造成构筑物的落梁或倾覆等严重震害发生。
目前，工程常用的减隔震支座，大多未考虑竖向地震动的抵抗能力。而已有考虑竖向地震动的减隔震支座中，常以金属界面间的嵌合力来起到抗拉拔效果，但对锚固体系和界面嵌合体系的承载能力要求极高，对于地震这种巨大自然灾害来说一般难以满足竖向地震作用下对抗拉拔的要求。
为解决以上问题，有必要提出一种抵抗竖向地震动的减隔震支座，一方面可抵抗竖向地震动使支座不发生较大竖向变形和破坏，另一方面在三向地震作用下确保支座水平双向运动的功能。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种抵抗竖向地震动的减隔震支座，其可限制结构竖向位移，提高支座抵抗竖向地震动的能力。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种抵抗竖向地震动的减隔震支座，包括：
下承钢构件，其底板底部具有构筑物安装位点；
上承钢构件，其顶板顶部具有构筑物安装位点，所述上承钢构件的顶板底部与所述下承钢构件的顶板顶部滑动密封连接，所述上承钢构件的底板底部与所述下承钢构件的底板顶部滑动连接，所述上承钢构件的底板顶部与所述下承钢构件的顶板底部之间形成竖向减震安装空间，所述下承钢构件的顶板顶部、底板底部之间形成水平向减震安装空间；
竖向减震单元，其安装于所述竖向减震安装空间，所述竖向减震单元底部固定安装于所述上承钢构件的底板顶部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部形成间隙；
水平向减震单元，其安装于所述水平向减震安装空间，所述水平向减震单元底部固定安装于所述下承钢构件的底板底部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部不接触，所述水平向减震单元与所述下承钢构件的底板形成间隙。
优选的是，所述下承钢构件为顶板预留有开口的箱型结构，所述下承钢构件的顶板顶部、底板顶部均固定安装有滑板，所述上承钢构件的顶板底部、底板顶部之间连接有穿设所述开口的肋杆，所述上承钢构件的底板顶部向上延伸有侧板，所述侧板内侧为所述竖向减震安装空间，所述侧板外侧为所述水平向减震安装空间，所述上承钢构件的顶板底部、所述下承钢构件的顶板外边缘固接有密封圈以实现二者滑动密封连接。
优选的是，所述上承钢构件的顶板水平延伸至所述下承钢构件的顶板以外的部分的长度，不小于所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的距离。
优选的是，所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的间距，不小于所述上承钢构件的侧板与所述水平向减震单元的外边缘的间距。
优选的是，所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的间距，不大于所述下承钢构件的顶板的开口边缘至所述竖向减震单元的外边缘的间距。
优选的是，所述竖向减震单元的数量为至少一对，任一对对称分布于所述上承钢构件的肋杆两侧，所述竖向减震单元为碟簧。
优选的是，所述水平向减震单元的数量为至少一组，任一组对称分布于所述上承钢构件的侧板的前后左右侧，所述水平向减震单元包括内管、外管以及二者之间灌注的铅芯。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明主要由上承钢构件、下承钢构件、竖向减震单元、水平向减震单元构成，上承钢构件、下承钢构件滑动连接，便于水平向的纵横方向滑动，竖向减震单元通过预留间隙便于预留上承钢构件相较于下承钢构件的竖向的位移需求，水平向减震单元通过预留间隙便于预留上承钢构件相较于下承钢构件的水平向的位移需求，当竖向地震动较为显著时，上承钢构件向上运动挤压竖向减震单元以提供竖向恢复力；同时在水平地震动作用下，上承钢构件发生水平运动，达到一定位移时挤压水平向减震单元以耗散地震能量，可限制结构竖向位移，提高结构抵抗竖向地震动的能力，可解决传统支座在竖向地震作用下易发生提离的问题；
第二、本发明的上承钢构件、下承钢构件均设有构筑物安装位点，当应用于桥梁时，可安装于主梁与盖梁/桥墩、或承台与桥墩之间(不限制于此)，当应用于建筑时，可安装于上部结构与下部结构(基础)之间(不限制于此)，上承钢构件、下承钢构件的结构均不作局限性限制，至少具有连接的顶板、底板，二者可以贴设，即顶板之间滑动连接、底板之间滑动连接，当发生地震时，上承钢构件相对于下承钢构件水平滑动，滑动至挤压甚至施力于水平向减震单元时有效进行水平向能量消耗，上承钢构件相对于下承钢构件竖向脱离并往复接触-脱离，竖向减震单元挤压甚至施力于上承钢构件顶板时有效进行竖向能量消耗，滑动至挤压甚至施力于水平向减震单元时有效进行水平向能够消耗，为了保持内部环境的不受干扰可以设置柔性密封结构，即使发生地震变形也能够保护内部环境；
第三、竖向减震单元可以选择竖向的弹性构件，发生形变释放存储弹性力，例如弹簧，可以为压簧、阿基米罗弹簧等，水平向减震单元可以选择与竖向减震单元相同的结构(倒置即可)，可以选择水平向的弹性构件，发生形变释放存储弹性力，例如弹簧，可以为压簧、阿基米罗弹簧等，也可以选择为其他能够通过变形耗能的构件；
第四、将下承钢构件设计为箱型结构，保护内部的各个构件，同时使上承钢构件不脱离下承钢构件，开口便于预留上承钢构件的肋杆在震动下的水平向位移，上承钢构件的顶板、底板通过肋杆刚性连接，质轻，上承钢构件还设计侧板阻隔竖向减震单元与水平向减震单元，避免二者接触发生破坏，密封圈的顶部、底部分别固接，因此在震动时密封圈在发生拉扯、扭曲时仍能够有效密封上承钢构件、下承钢构件的连接处，地震后可以更换新的密封圈；
第五、上承钢构件的顶板的水平投影面积大于下承钢构件的顶板，且该超出部分的长度设计为不小于下承钢构件顶板的开口边缘与肋杆的间距，使得当发生地震且水平向位移时肋杆抵触下承钢构件的顶板时，上承钢构件的顶板仍在滑板上滑动且不露出滑板；下承钢构件的顶板的开口边缘与上承钢构件肋杆的间距，还应该大于或等于侧板与水平向减震单元外边缘的间距，使得当发生地震且水平向位移时肋杆抵触下承钢构件的顶板之前，侧板先接触并施力于水平向减震单元，以尽量避免肋杆抵触碰撞下承钢构件的顶板；下承钢构件的顶板的开口边缘与上承钢构件肋杆的间距，还应该大于或等于下承钢构件的顶板的开口边缘与竖向减震单元的外边缘的间距，使得当发生地震且水平向位移时，即使肋杆抵触下承钢构件的顶板的开口边缘，竖向减震单元仍然位于下承钢构件的顶板下方，以便于竖向减震单元在竖向上侧板先接触并施力于水平向减震单元，以尽量竖向减震单元脱离下承钢构件的顶板；
第六、竖向减震单元的数量为一对或多对，对称设置在肋杆两侧，便于实施对称的力，数量的设置取决于本发明的尺寸规格以及地震的等级匹配，竖向减震单元优选为碟簧，承载能力更大；水平向减震单元的数量为一组或多组，对称设置在侧板的前后左右侧，便于横向、纵向耗散能量，水平向减震单元由内管、外管形成套管，二者之间关注铅芯，内管可以为铝质、不锈钢材质，外管可以为铝质，铅芯变形后耗能好，地震发生时外挤压、内维持，变形能力大，在水平地震动作用下，上承钢构件发生水平运动，达到一定位移时挤压铅芯钢管从而起到耗散地震能量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一种技术方案的结构示意图；
图2为本发明的一种技术方案的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，并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发明的限制。
如图1-2所示，本发明提供一种抵抗竖向地震动的减隔震支座，包括：
下承钢构件2，其底板底部具有构筑物安装位点7，通过锚固螺栓连接，可采用不锈钢板制作；
上承钢构件1，其顶板顶部具有构筑物安装位点7，通过锚固螺栓连接，所述上承钢构件的顶板8底部与所述下承钢构件的顶板12顶部滑动密封连接，所述上承钢构件的底板10底部与所述下承钢构件的底板14顶部滑动连接，所述上承钢构件的底板10顶部与所述下承钢构件的顶板12底部之间形成竖向减震安装空间，所述下承钢构件的顶板12顶部、底板14底部之间形成水平向减震安装空间，可采用不锈钢板制作；
竖向减震单元4，其安装于所述竖向减震安装空间，所述竖向减震单元4底部固定安装于所述上承钢构件的底板10顶部、顶部与所述下承钢构件的顶板12底部形成间隙；
水平向减震单元5，其安装于所述水平向减震安装空间，所述水平向减震单元5底部固定安装于所述下承钢构件的底板14底部、顶部与所述下承钢构件的顶板12底部不接触，所述水平向减震单元5与所述下承钢构件的底板14形成间隙。
在上述技术方案中，主要由上承钢构件1、下承钢构件2、竖向减震单元4、水平向减震单元5构成，上承钢构件1、下承钢构件2滑动连接，便于水平向的纵横方向滑动，竖向减震单元4通过预留间隙便于预留上承钢构件1相较于下承钢构件2的竖向的位移需求，水平向减震单元5通过预留间隙便于预留上承钢构件1相较于下承钢构件2的水平向的位移需求，当竖向地震动较为显著时，上承钢构件1向上运动挤压竖向减震单元4以提供竖向恢复力；同时在水平地震动作用下，上承钢构件1发生水平运动，达到一定位移时挤压水平向减震单元5以耗散地震能量，可限制结构竖向位移，提高结构抵抗竖向地震动的能力，可解决传统支座在竖向地震作用下易发生提离的问题。
本发明的上承钢构件1、下承钢构件2均设有构筑物安装位点7，当应用于桥梁时，可安装于主梁与盖梁/桥墩、或承台与桥墩之间(不限制于此)，当应用于建筑时，可安装于上部结构与下部结构(基础)之间(不限制于此)，上承钢构件1、下承钢构件2的结构均不作局限性限制，至少具有连接的顶板、底板，二者可以贴设，即顶板之间滑动连接、底板之间滑动连接，当发生地震时，上承钢构件1相对于下承钢构件2水平滑动，滑动至挤压甚至施力于水平向减震单元5时有效进行水平向能量消耗，上承钢构件1相对于下承钢构件2竖向脱离并往复接触-脱离，竖向减震单元4挤压甚至施力于上承钢构件1顶板时有效进行竖向能量消耗，滑动至挤压甚至施力于水平向减震单元5时有效进行水平向能够消耗，为了保持内部环境的不受干扰可以设置柔性密封结构，即使发生地震变形也能够保护内部环境。
竖向减震单元4可以选择竖向的弹性构件，发生形变释放存储弹性力，例如弹簧，可以为压簧、阿基米罗弹簧等，水平向减震单元5可以选择与竖向减震单元4相同的结构(倒置即可)，可以选择水平向的弹性构件，发生形变释放存储弹性力，例如弹簧，可以为压簧、阿基米罗弹簧等，也可以选择为其他能够通过变形耗能的构件。
在另一种技术方案中，所述下承钢构件2由顶板12、侧板13和底板14焊接而成，所述下承钢构件2为顶板预留有开口的箱型结构，所述下承钢构件的顶板12顶部、底板14顶部均固定安装有滑板3，可通过粘贴的方式，采用聚四氟乙烯板或聚乙烯耐磨板，所述上承钢构件1由顶板8、肋杆9、底板10和侧板11焊接而成，所述上承钢构件的顶板8底部、底板10顶部之间连接有穿设所述开口的肋杆9，所述上承钢构件的底板10顶部向上延伸有侧板11，侧板11内侧为所述竖向减震安装空间，侧板11外侧为所述水平向减震安装空间，所述上承钢构件的顶板8底部、所述下承钢构件的顶板12外边缘固接有密封圈6以实现二者滑动密封连接。
将下承钢构件2设计为箱型结构，保护内部的各个构件，同时使上承钢构件1不脱离下承钢构件2，开口便于预留上承钢构件1的肋杆9在震动下的水平向位移，上承钢构件的顶板8、底板10通过肋杆9刚性连接，质轻，上承钢构件1还设计侧板阻隔竖向减震单元4与水平向减震单元5，避免二者接触发生破坏，密封圈6的顶部、底部分别固接，因此在震动时密封圈6在发生拉扯、扭曲时仍能够有效密封上承钢构件1、下承钢构件2的连接处，地震后可以更换新的密封圈6。
在另一种技术方案中，所述上承钢构件的顶板8水平延伸至所述下承钢构件的顶板12以外的部分的长度，不小于所述下承钢构件的顶板12的开口边缘与所述上承钢构件1的肋杆9的距离。上承钢构件的顶板8的水平投影面积大于下承钢构件的顶板12，且该超出部分的长度设计为不小于下承钢构件2顶板的开口边缘与肋杆9的间距，使得当发生地震且水平向位移时肋杆9抵触下承钢构件的顶板12时，上承钢构件的顶板8仍在滑板3上滑动且不露出滑板3。
在另一种技术方案中，所述下承钢构件的顶板12的开口边缘与所述上承钢构件1的肋杆9的间距，不小于所述上承钢构件的侧板11与所述水平向减震单元5的外边缘的间距，使得当发生地震且水平向位移时肋杆9抵触下承钢构件的顶板12之前，侧板先接触并施力于水平向减震单元5，以尽量避免肋杆9抵触碰撞下承钢构件的顶板12。
在另一种技术方案中，所述下承钢构件的顶板12的开口边缘与所述上承钢构件1的肋杆9的间距，不大于所述下承钢构件的顶板12的开口边缘至所述竖向减震单元4的外边缘的间距，使得当发生地震且水平向位移时，即使肋杆9抵触下承钢构件的顶板12的开口边缘，竖向减震单元4仍然位于下承钢构件的顶板12下方，以便于竖向减震单元4在竖向上侧板11先接触并施力于水平向减震单元5，以尽量竖向减震单元4脱离下承钢构件的顶板12。
在另一种技术方案中，所述竖向减震单元4的数量为至少一对，任一对对称分布于所述上承钢构件1的肋杆9两侧，所述竖向减震单元4为碟簧。竖向减震单元4的数量为一对或多对，对称设置在肋杆9两侧，便于实施对称的力，数量的设置取决于本发明的尺寸规格以及地震的等级匹配，竖向减震单元4优选为碟簧，承载能力更大。
在另一种技术方案中，所述水平向减震单元5的数量为至少一组，任一组对称分布于所述上承钢构件的侧板11的前后左右侧，所述水平向减震单元5包括内管、外管以及二者之间灌注的铅芯。水平向减震单元5的数量为一组或多组，对称设置在侧板的前后左右侧，便于横向、纵向耗散能量，水平向减震单元5由内管、外管形成套管，二者之间关注铅芯，内管可以为铝质、不锈钢材质，外管可以为铝质，铅芯变形后耗能好，地震发生时外挤压、内维持，变形能力大，在水平地震动作用下，上承钢构件1发生水平运动，达到一定位移时挤压铅芯钢管从而起到耗散地震能量。
本发明可限制结构竖向位移，实现支座的竖向地震动的抵抗能力，主要体现在以下几点：
1、当竖向地震动较为显著时，上承钢构件1向上运动挤压碟簧以提供竖向恢复力。同时在水平地震动作用下，上承钢构件1发生水平运动，达到一定位移时挤压铅芯钢管从而起到耗散地震能量的作用。
2、本发明易实现，适用范围广，可显著提高减隔震支座的竖向地震动的抵抗能力，防止落梁和倾覆等重大震害发生。因此，本发明具有良好社会经济效益，值得推广应用。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，包括：
下承钢构件，其底板底部具有构筑物安装位点；
上承钢构件，其顶板顶部具有构筑物安装位点，所述上承钢构件的顶板底部与所述下承钢构件的顶板顶部滑动密封连接，所述上承钢构件的底板底部与所述下承钢构件的底板顶部滑动连接，所述上承钢构件的底板顶部与所述下承钢构件的顶板底部之间形成竖向减震安装空间，所述下承钢构件的顶板顶部、底板底部之间形成水平向减震安装空间；
竖向减震单元，其安装于所述竖向减震安装空间，所述竖向减震单元底部固定安装于所述上承钢构件的底板顶部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部形成间隙；
水平向减震单元，其安装于所述水平向减震安装空间，所述水平向减震单元底部固定安装于所述下承钢构件的底板底部、顶部与所述下承钢构件的顶板底部不接触，所述水平向减震单元与所述下承钢构件的底板形成间隙。
2.如权利要求1所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述下承钢构件为顶板预留有开口的箱型结构，所述下承钢构件的顶板顶部、底板顶部均固定安装有滑板，所述上承钢构件的顶板底部、底板顶部之间连接有穿设所述开口的肋杆，所述上承钢构件的底板顶部向上延伸有侧板，所述侧板内侧为所述竖向减震安装空间，所述侧板外侧为所述水平向减震安装空间，所述上承钢构件的顶板底部、所述下承钢构件的顶板外边缘固接有密封圈以实现二者滑动密封连接。
3.如权利要求2所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述上承钢构件的顶板水平延伸至所述下承钢构件的顶板以外的部分的长度，不小于所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的距离。
4.如权利要求3所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的间距，不小于所述上承钢构件的侧板与所述水平向减震单元的外边缘的间距。
5.如权利要求3所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述下承钢构件的顶板的开口边缘与所述上承钢构件的肋杆的间距，不大于所述下承钢构件的顶板的开口边缘至所述竖向减震单元的外边缘的间距。
6.如权利要求1所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述竖向减震单元的数量为至少一对，任一对对称分布于所述上承钢构件的肋杆两侧，所述竖向减震单元为碟簧。
7.如权利要求1所述的抵抗竖向地震动的减隔震支座，其特征在于，所述水平向减震单元的数量为至少一组，任一组对称分布于所述上承钢构件的侧板的前后左右侧，所述水平向减震单元包括内管、外管以及二者之间灌注的铅芯。
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