CN114482315A - 一种多功能型自复位隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能型自复位隔震支座,包括由橡胶隔震垫、铅芯、上支座钢板、下支座钢板组成隔震支座,以及设置于上支座钢板和下支座钢板四周的多功能自复位机构;多功能自复位机构包括上连接板、下连接板及超弹性形状记忆合金螺杆;上连接板和下连接板采用焊接或高强螺栓分别与上支座钢板和下支座钢板连接;超弹性形状记忆合金螺杆一端固定安装于上连接板,另一端穿过下连接板的长圆孔与下连接板滑动连接。本发明中的多功能自复位机构存在显著改善了支座的抗拔能力,提高了支座的稳定性,有效解决了建筑结构隔震时可能产生的倾覆;同时罕遇地震下,多功能自复位机构起到优秀的限位作用。超弹性形状记忆合金螺杆能快速提升结构震后恢复能力。
Description
技术领域
本发明涉及工程隔震技术领域,尤其涉及一种多功能型自复位隔震支座。
背景技术
隔震技术是在上部结构与下部结构之间设置隔震层以延长结构的自振周期,减少地震能量的输入,从而减小上部结构的地震响应,有效地改善了结构的抗震性能。在现有的隔震体系中,铅芯橡胶支座就是最为常见的隔震支座之一,具有较好的竖向承载性能和水平变形能力,运用在结构中能够有效的减小结构的地震响应,起到很好的隔震效果。但在竖向抗拉方面,铅芯橡胶支座的抗拉能力主要取决于由加工制造技术水平决定的叠层橡胶与加劲板的粘贴质量,这导致铅芯橡胶支座的抗拉能力较弱。另外,罕遇地震下铅芯橡胶支座发生较大的水平变形使支座发生严重的破坏,对于震后结构的恢复使用带来很大的修复成本。铅芯橡胶支座弱的抗拉能力以及罕遇地震下的破坏影响了现有隔震技术在结构中的推广和应用,也限制了在结构在高烈度地震区的开展。
发明内容
本发明目的是为了克服现有隔震技术存在的缺陷而提供一种多功能型自复位隔震支座,利用多功能自复位机构中超弹性形状记忆合金螺杆受弯提供竖向抗拉力,起到抗拔作用;罕遇地震下,隔震支座水平变形大于多功能自复位机构的初始间隙dgap时形状记忆合金螺杆开始受拉,来阻止隔震支座发生较大水平位移,起到限位作用;另外,利用形状记忆合金的超弹性特性为隔震支座提供良好的自复位能力,其自复位能力可以有效减少结构震后修复成本及加固费用,提升结构整体的可恢复能力。
本发明采用的技术方案是:提供一种多功能型自复位隔震支座,包括由橡胶隔震垫、铅芯、上支座钢板、下支座钢板组成隔震支座以及设置于上支座钢板和下支座钢板四周的多功能自复位机构;所述多功能自复位机构包括上连接板、下连接板及超弹性形状记忆合金螺杆;所述上连接板和下连接板采用焊接或高强螺栓分别与上支座钢板和下支座钢板连接;所述超弹性形状记忆合金螺杆一端固定安装于上连接板,另一端穿过下连接板的长圆孔与下连接板滑动连接。
进一步地,所述上连接板上设有圆孔和与上支座钢板连接的螺栓孔,所述超弹性形状记忆合金螺杆一端穿过圆孔,在上连接板内外两侧用第二螺母进行锚固连接。
进一步地,所述下连接板设有与下支座钢板连接的螺栓孔和供超弹性形状记忆合金螺杆另一端穿过的长圆孔。
进一步地,所述超弹性形状记忆合金螺杆另一端安装有第一螺母,所述第一螺母到长圆孔之间距离为dgap。
进一步地,所述的下连接板上的长圆孔到第一螺母之间的距离dgap取隔震支座发生150%或200%剪切应变时所对应的水平位移。
进一步地,所述下连接板上长圆孔的高度大于超弹性形状记忆合金螺杆的直径,以适应隔震支座在竖向恒载作用下的自由变形。
进一步地,所述的多功能自复位机构中的第一螺母的外径大于长圆孔的高度,罕遇地震下支座的变形超过距离dgap时,使得超弹性形状记忆合金螺杆受拉,起到限位作用。
进一步地,所述的超弹性形状记忆合金螺杆水平向受拉时的力-位移关系通过以下公式计算:
其中,和为分别超弹性形状记忆合金由奥氏体向马氏体相变时开始应力和结束应力,εy和εu为超弹性形状记忆合金开始应力和结束应力所对应的应变;ASMA为超弹性形状记忆合金螺杆的截面面积;LSMA为超弹性形状记忆合金螺杆的长度;E为超弹性形状记忆合金的弹性模量;dy和du分别为超弹性形状记忆合金由奥氏体向马氏体相变时开始位移和结束位移,Fy和Fu为超弹性形状记忆合金相变开始位移和结束位移所对应的力;K1超弹性形状记忆合金螺杆初始弹性刚度,K2为超弹性形状记忆合金螺杆的第二刚度。
进一步地,所述的下连接板中长圆孔的水平向长度为2倍dgap。
进一步地,所述多功能自复位机构包含多根所述超弹性形状记忆合金螺杆。
本发明的有益效果是:本发明与现有技术相比构造简单,设计灵活,施工方便,具有较好地水平向隔震和竖向抗拔能力,多功能自复位机构存在显著改善了支座的抗拔能力,提高了支座的稳定性,有效解决了建筑结构隔震时可能产生的倾覆;同时罕遇地震下,多功能自复位机构起到优秀的限位作用。另外,超弹性形状记忆合金螺杆的超弹性特性使得支座具有良好的自复位能力,其自复位能力减小结构修复或加固的费用,能有效快速地整体提升结构震后的可恢复能力。
附图说明
图1为本发明公开的一种多功能型自复位隔震支座的结构示意图;
图2为本发明公开的一种多功能型自复位隔震支座的局部剖视图;
图3为本发明公开的一种多功能型自复位隔震支座的正视图;
图4为本发明公开的一种多功能型自复位隔震支座的俯视图;
图5为本发明公开的多功能自复位机构的结构示意图;
图6为本发明公开的多功能自复位机构中上连接板的结构示意图;
图7为本发明公开的超弹性形状记忆合金螺杆的结构示意图;
图8为本发明公开的多功能自复位机构中下连接板的结构示意图;
图9为本发明公开的超弹性形状记忆合金受拉力-位移曲线。
附图标记:1、橡胶隔震垫;2、铅芯;3、上支座钢板;4、下支座钢板;5、多功能自复位机构;6、上连接板;61、螺栓孔;62、圆孔;7、下连接板;71、螺栓孔;72、长圆孔;8、超弹性形状记忆合金螺杆;9、高强螺栓;10、第一螺母;11、第二螺母。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步详细描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
参见图1-9,本实施例公开一种多功能型自复位隔震支座,包括由橡胶隔震垫1、铅芯2、上支座钢板3、下支座钢板4组成隔震支座,以及设置于上支座钢板3和下支座钢板4四周的多功能自复位机构5。本实施例采用4个多功能自复位机构5。
参见图5,多功能自复位机构5包括上连接板6、下连接板7及超弹性形状记忆合金螺杆8。本实施例中上连接板6和下连接板7均为L型结构。上连接板6和下连接板7采用焊接或分高强螺栓9的连接方式别与上支座钢板3和下支座钢板4连接。超弹性形状记忆合金螺杆8一端固定安装于上连接板6,另一端穿过下连接板7的长圆孔与下连接板7滑动连接。
具体的,上连接板6上设有圆孔62和与上支座钢板3连接的螺栓孔61,下连接板7设有与下支座钢板4连接的螺栓孔71和长圆孔72。
超弹性形状记忆合金螺杆8与上连接板6和下连接板7的连接方式具体如下:参见图2,超弹性形状记忆合金螺杆8一端穿过圆孔62,在上连接板6内外两侧用第二螺母11进行锚固连接,供超弹性形状记忆合金螺杆8另一端穿过的长圆孔72。优选地,超弹性形状记忆合金螺杆8另一端安装有第一螺母10,第一螺母10到长圆孔72之间距离为dgap。
优选的,下连接板7中长圆孔72的水平向长度为2倍dgap,保证超弹性形状记忆合金螺杆8在长圆孔72内可以滑动,以满足隔震支座在各个方向的变形需求。
下连接板7上的长圆孔72到第一螺母10之间的距离dgap取隔震支座发生150%或200%剪切应变时所对应的水平位移。当隔震支座水平变形超过dgap时,超弹性形状记忆合金螺杆8端部的第一螺母10和长圆孔72接触,由于长圆孔72直径小于第一螺母10外直径,从而使得超弹性形状记忆合金螺杆8受拉起到限位作用。
优选的,下连接板7上长圆孔72的高度大于超弹性形状记忆合金螺杆8的直径,以适应隔震支座在竖向恒载作用下的自由变形,但长圆孔72的高度不能太大。当隔震支座受到竖向拉力时,超弹性形状记忆合金螺杆8受弯,从而产生抗拔力防止上部结构在地震作用下倾覆。
多功能自复位机构5中的第一螺母10的外径大于长圆孔72的高度,在罕遇地震下隔震支座发生较大的水平运动使隔震支座的变形超过距离dgap时,使得超弹性形状记忆合金螺杆8受拉,起到限位作用。
根据本实施例的多功能型自复位隔震支座结构,本实施例设计了超弹性形状记忆合金螺杆8水平向受拉时的力-位移关系公式计算,具体如下:
其中,和为分别超弹性形状记忆合金由奥氏体向马氏体相变时开始应力和结束应力,εy和εu为超弹性形状记忆合金开始应力和结束应力所对应的应变;ASMA为超弹性形状记忆合金螺杆8的截面面积;LSMA为超弹性形状记忆合金螺杆8的长度;E为超弹性形状记忆合金的弹性模量;dy和du分别为超弹性形状记忆合金由奥氏体向马氏体相变时开始位移和结束位移,Fy和Fu为超弹性形状记忆合金相变开始位移和结束位移所对应的力;K1超弹性形状记忆合金螺杆初始弹性刚度,K2为超弹性形状记忆合金螺杆的第二刚度。
超弹性形状记忆合金螺杆8在隔震支座周围的布置可以依据结构在地震作用下的竖向抗倾覆和水平向抗拉需求进行超弹性形状记忆合金螺杆8尺寸及数量的设计,可在每个多功能自复位机构5中布置1根或者多根超弹性形状记忆合金螺杆8。
多功能自复位机构5与上支座钢板3和下支座钢板4的连接方式,因其对象(新设计隔震支座或者既有隔震支座)的不同而不同:
第一、对于新设计隔震支座,其特征是在上支座钢板3和下支座钢板4中预留螺栓孔,再通过高强螺栓9将多功能自复位机构5与上支座钢板3和下支座钢板4锚固连接,保证多功能自复位机构5在地震作用下水平向的限位及竖向抗拔作用。
第二、对于既有隔震支座,其特征是在既有隔震支座的上支座钢板3和下支座钢板4上采用焊接的方式连接多功能自复位机构5,保证多功能自复位机构5在地震作用下水平向的限位及竖向抗拔作用。
本发明提供的多功能型自复位隔震支座,在中小地震作用及正常使用情况下,多功能型自复位隔震支座将上部结构的竖向荷载传递给下部结构,通过隔震支座中铅芯2的耗能能力和橡胶隔震垫1的自复位能力来适应上部结构所引起的水平向运动,多功能自复位机构不发挥作用。罕遇地震下隔震支座水平位移大于多功能自复位机构设置的dgap,超弹性形状记忆合金螺杆8开始受拉以限制隔震支座发生较大的位移。同时,当隔震支座受到竖向拉力时,上支座钢板3在拉力作用下发生拉伸变形带动上连接板6,从而使得超弹性形状记忆合金螺杆8受弯,从而起到竖向抗拔作用。另外,超弹性形状记忆合金螺杆8的超弹性特性使得隔震支座具有良好的自复位能力,从而减小结构修复或加固的费用,能有效快速地整体提升结构震后的可恢复能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多功能型自复位隔震支座,包括由橡胶隔震垫(1)、铅芯(2)、上支座钢板(3)、下支座钢板(4)组成隔震支座,其特征在于:还包括设置于上支座钢板(3)和下支座钢板(4)四周的多功能自复位机构(5);所述多功能自复位机构(5)包括上连接板(6)、下连接板(7)及超弹性形状记忆合金螺杆(8);所述上连接板(6)和下连接板(7)采用焊接或高强螺栓(9)分别与上支座钢板(3)和下支座钢板(4)连接;所述超弹性形状记忆合金螺杆(8)一端固定安装于上连接板(6),另一端穿过下连接板(7)的长圆孔与下连接板(7)滑动连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述上连接板(6)上设有圆孔(62)和与上支座钢板(3)连接的螺栓孔(61),所述超弹性形状记忆合金螺杆(8)一端穿过圆孔(62),在上连接板(6)内外两侧用第二螺母(11)进行锚固连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述下连接板(7)设有与下支座钢板(4)连接的螺栓孔(71)和供超弹性形状记忆合金螺杆(8)另一端穿过的长圆孔(72)。
4.根据权利要求3所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述超弹性形状记忆合金螺杆(8)另一端安装有第一螺母(10),所述第一螺母(10)到长圆孔(72)之间距离为dgap。
5.根据权利要求4所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述的下连接板(7)上的长圆孔(72)到第一螺母(10)之间的距离dgap取隔震支座发生150%或200%剪切应变时所对应的水平位移。
6.根据权利要求3所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述下连接板(7)上长圆孔(72)的高度大于超弹性形状记忆合金螺杆(8)的直径,以适应隔震支座在竖向恒载作用下的自由变形。
7.根据权利要求4所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述的多功能自复位机构(5)中的第一螺母(10)的外径大于长圆孔(72)的高度,罕遇地震下支座的变形超过距离dgap时,使得超弹性形状记忆合金螺杆(8)受拉,起到限位作用。
8.根据权利要求7所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述的超弹性形状记忆合金螺杆(8)水平向受拉时的力-位移关系通过以下公式计算:
9.根据权利要求4所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述的下连接板(7)中长圆孔(72)的水平向长度为2倍dgap。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种多功能型自复位隔震支座,其特征在于:所述多功能自复位机构(5)包含多根所述超弹性形状记忆合金螺杆(8)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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