CN114508179A - 一种三维隔震层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三维隔震层，包括：竖向隔震层和水平隔震层，所述竖向隔震层顶部设置有顶板，所述水平隔震层底部设置有底板；所述竖向隔震层与所述水平隔震层在垂直方向叠加设置，且二者之间设置有中间隔板。本发明同时具备竖向和水平刚度低、阻尼高、防屈曲稳定性强、抗摇摆运动能力强的特点，能够实现三维隔震功能，有效隔离地震或振动作用，对建筑、结构设施或设备等形成隔震保护。

Description

一种三维隔震层
技术领域
本发明涉及防震减灾技术领域，尤其是涉及一种三维隔震层。
背景技术
隔震技术能够有效隔离地震或振动作用，对建筑、结构设施或设备等形成隔震保护，迄今为止，世界上已建成的隔震工程已超过25000项，发展迅猛。我国是世界上受地震灾害最严重的国家，100％国土位于地震设防区，同时不少工程结构在使用过程中遭受各种振动作用的不利影响，对隔震技术具有巨大的需求。与此同时，随着市场迭代和技术要求的不断提高，越来越多的建筑物、构筑物、结构和设备等，对隔震技术提出了新的要求，即要求能够同时隔离水平向和竖向震动作用，以实现三维隔震功能。
然而，目前成熟的隔震技术并不具备三维隔震功能，其原因是缺乏可靠的三维隔震层，隔震层是指隔震建筑设置在基础、底部或下部结构与上部结构之间的全部部件的总称。
因此，急需一种高性能的三维隔震层，即同时具备竖向和水平刚度低、阻尼高、防屈曲稳定性强、抗摇摆运动能力强的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维隔震层，能够实现三维隔震功能，有效隔离地震或振动作用，对建筑、结构设施或设备等形成隔震保护。
本发明提供一种三维隔震层，包括：竖向隔震层和水平隔震层，所述竖向隔震层顶部设置有顶板，所述水平隔震层底部设置有底板；所述竖向隔震层与所述水平隔震层在垂直方向叠加设置，且二者之间设置有中间隔板。
进一步，所述竖向隔震层包括：若干竖向隔震支座、若干限位阻尼器和若干抗摇摆机构；且三者均布置在所述顶板和所述中间隔板之间。
进一步，所述竖向隔震支座包括：第一连接板、第二连接板、第一斜杆、第二斜杆和弹簧；所述第一连接板顶面与所述顶板底面固定连接，所述第二连接板底面与所述中间隔板顶面固定连接；所述第一斜杆有两对，且两对所述第一斜杆以相同的倾斜角度对称布置，每对所述第一斜杆以相同的倾斜角度平行放置；所述第二斜杆也有两对，且两对所述第二斜杆以相同的倾斜角度对称布置，每对所述第二斜杆以相同的倾斜角度平行放置；所述第一斜杆的一端与所述第一连接板的底面连接，另一端与所述第二斜杆的一端连接；所述第二斜杆的另一端与所述第二连接板的顶面连接；所述弹簧设置有两个，且分别水平布置在两对所述第一斜杆与所述第二斜杆的连接节点之间。
进一步，所述限位阻尼器包括：内套筒、外套筒和滑动装置；所述内套筒的顶端与所述顶板的底面固定连接，所述外套筒的底端与所述中间隔板的顶面固定连接；所述外套筒为空心结构，所述内套筒由所述外套筒顶部开口伸入所述外套筒中；所述滑动装置设置在所述内套筒外壁与所述外套筒内壁之间。
进一步，所述滑动装置包括若干直线导轨以及嵌设于所述直线导轨上的滑块；所述滑块与所述内套筒的外壁固定连接，所述直线导轨与所述外套筒的内壁固定连接；所述滑块可在所述直线导轨上滑动。
进一步，在所述外套筒和所述内套筒之间设置有黏滞阻尼液体。
进一步，所述外套筒的四个内壁上分别设置有两条所述直线导轨。
进一步，所述抗摇摆机构包括：第三斜杆、第四斜杆和连杆；所述第三斜杆有两对，且两对所述第三斜杆呈相同的倾斜角度平行放置；所述第四斜杆也为两对，两对所述第四斜杆以相同的倾斜角度平行放置；所述第三斜杆的一端与所述第一连接板的底面连接，另一端与所述第四斜杆的一端连接；所述第四斜杆的另一端与所述第二连接板的顶面连接；所述连杆设置有两个，且分别水平布置在两对所述第三斜杆与所述第四斜杆的连接节点之间。
进一步，所述水平隔震层包括若干个水平隔震支座。
进一步，所述水平隔震支座采用叠层橡胶支座。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过竖向隔震层隔离竖向的振动作用，通过水平隔震层隔离水平方向的振动作用，使整体装置同时具备竖向和水平刚度低、阻尼高、防屈曲稳定性强、抗摇摆运动能力强的特点，能够实现三维隔震功能，有效隔离地震或振动作用，对建筑、结构设施或设备等形成隔震保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例三维隔震层结构示意图；
图2为本发明实施例竖向隔震层结构示意图；
图3为本发明实施例竖向隔震支座结构示意图；
图4为本发明实施例限位阻尼器结构示意图；
图5为本发明实施例抗摇摆机构结构示意图；
图6为本发明实施例滑动装置结构示意图；
图7为本发明实施例水平隔震支座结构示意图。
附图标记说明：
1：顶板；2：中间隔板；3：底板；4：竖向隔震支座；41：第一连接板；42：第二连接板；43：第一斜杆；44：第二斜杆；45：弹簧；5：限位阻尼器；51：内套筒；52：外套筒；53：直线导轨；54：滑块；6：抗摇摆机构；61：第三斜杆；62：第四斜杆；63：连杆；7：水平隔震支座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，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发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图7所示，本发明提供了一种三维隔震层，包括：竖向隔震层和水平隔震层，竖向隔震层顶部设置有顶板1，水平隔震层底部设置有底板3；竖向隔震层与水平隔震层在垂直方向叠加设置，且二者之间设置有中间隔板2。竖向隔震层可设置于水平隔震层上方，也可设置于水平隔震层下方。需要说明的是，竖向隔震层和水平隔震层在同一隔震结构中可相邻设置，也可分置于不相邻的楼层中。
竖向隔震层独立承担竖向隔震功能，水平隔震层独立承担水平隔震功能，二者叠加后，隔震层整体实现三维隔震功能。
在一些实施例中，竖向隔震层包括：若干竖向隔震支座4、若干限位阻尼器5和若干抗摇摆机构6，且三者均布置在顶板1和中间隔板2之间。优选地，在竖向隔震层中设置四个竖向隔震支座4，且该四个竖向隔震支座4分别位于四个角落处，起到均匀平衡支撑的作用。限位阻尼器5设置有两个，且对称设置在四个竖向隔震支座4之间。抗摇摆机构6的数量也为四个，且分别设置于顶板四条边的外缘处。竖向隔震层整体结构呈中心对称，既可以均匀受力，又能保证起到良好的竖向隔震效果。
在一些实施例中，竖向隔震支座4包括：第一连接板41、第二连接板42、第一斜杆43、第二斜杆44和弹簧45。第一连接板41的顶面与顶板1的底面固定连接，第二连接板42的底面与中间隔板2的顶面固定连接。第一斜杆43有两对，且两对第一斜杆43以相同的倾斜角度对称布置，每对第一斜杆43以相同的倾斜角度平行放置。第二斜杆44也有两对，且两对第二斜杆44以相同的倾斜角度对称布置，每对第二斜杆44以相同的倾斜角度平行放置。第一斜杆43的一端通过销轴或转动轴承与第一连接板41的底面连接，另一端通过销轴或转动轴承与第二斜杆44的一端连接，第二斜杆44的另一端通过销轴或转动轴承与第二连接板42的顶面连接。弹簧45设置有两个，且分别水平布置在两对第一斜杆43与第二斜杆44的连接节点之间。弹簧45由钢制螺旋弹簧制成。
竖向隔震支座4将垂直方向的变形转化为弹簧45在水平方向的受拉变形，利用弹簧45受拉状态不会产生侧向屈曲失稳的特性，避免了以往竖向设置的弹簧受压变形导致侧向屈曲失稳的问题，弹簧45可以充分降低刚度，竖向隔震支座4实现低频隔震功能，三维隔震层隔离竖向地震的效果良好。
在一些实施例中，限位阻尼器5包括：内套筒51、外套筒52和滑动装置。内套筒51的顶端与顶板1的底面固定连接，外套筒52的底端与中间隔板2的顶面固定连接。外套筒52为空心结构，内套筒51由外套筒52顶部开口伸入外套筒52中。滑动装置设置在内套筒51外壁与外套筒52内壁之间。
滑动装置包括若干直线导轨53以及嵌设于直线导轨53上的滑块54。滑块54与内套筒51的外壁固定连接，直线导轨53与外套筒52的内壁固定连接。滑块54可在直线导轨53上滑动。通过内套筒51和外套筒52之间的滑动装置为竖向隔震提供侧向限位功能，使竖向隔震支座4的第一斜杆43和第一斜杆44始终保持对称倾斜状态，从而使得竖向隔震支座4处于稳定工作状态。直线导轨53使内套筒51和外套筒52之间的摩擦降低，外套筒52可在内套筒51的外部竖向自由运动，同时通过其滑动阻尼提供竖向隔震阻尼。
当直线导轨53提供的阻尼不足时，在外套筒52中可灌入黏滞阻尼液体。使内套筒51浸入黏滞阻尼液，通过内套筒51竖向运动过程中受黏滞阻尼液的黏滞效应，为三维隔震层提供足够的竖向黏滞阻尼。
外套筒52和内套筒51优选采用立方体结构，在外套筒52的四个内壁上分别设置有两条直线导轨53。需要说明的是，外套筒52和内套筒51的形状也可以是圆柱形或其他形状。直线导轨53的具体设置数量根据需要的阻尼而决定。
在一些实施例中，抗摇摆机构6包括：第三斜杆61、第四斜杆62和连杆63。第三斜杆61有两对，且两对第三斜杆61呈相同的倾斜角度平行放置。第四斜杆62也为两对，两对第四斜杆62以相同的倾斜角度平行放置。第三斜杆61的一端通过销轴或转动轴承与第一连接板41的底面连接，另一端通过销轴或转动轴承与第四斜杆62的一端连接，第四斜杆62的另一端通过销轴或转动轴承与第二连接板42的顶面连接。连杆63设置有两个，且分别水平布置在两对第三斜杆61与第四斜杆62的连接节点之间。
抗摇摆机构6的第三斜杆61、第四斜杆62和连杆63皆为两端铰接的二力杆，当竖向隔震层由于竖向刚度降低而在地震作用下产生摇摆运动趋势时，其所形成的桁架结构体系产生内力，进而形成抵抗摇摆运动趋势的抗力，制止结构产生摇摆运动。由于三维隔震层的摇摆运动绝大部分来源于竖向隔震层，因此，在该抗摇摆机构作用下，三维隔震层的摇摆运动被显著消除，使竖向隔震层的运动与水平隔震层的运动被有效解耦，真正实现三维隔震的运动效果。
在一些实施例中，水平隔震层包括若干个水平隔震支座7，若干个水平隔震支座7均布在水平隔震层的不同位置。优选在水平隔震层的四个角落处设置有四个水平隔震支座7。
水平隔震支座7采用叠层橡胶支座，叠层橡胶支座技术成熟，可根据需要采用高阻尼橡胶或铅芯橡胶实现水平隔震阻尼功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种三维隔震层，其特征在于，包括：竖向隔震层和水平隔震层，所述竖向隔震层顶部设置有顶板(1)，所述水平隔震层底部设置有底板(3)；所述竖向隔震层与所述水平隔震层在垂直方向叠加设置，且二者之间设置有中间隔板(2)。
2.根据权利要求1所述的三维隔震层，其特征在于，所述竖向隔震层包括：若干竖向隔震支座(4)、若干限位阻尼器(5)和若干抗摇摆机构(6)；且三者均布置在所述顶板(1)和所述中间隔板(2)之间。
3.根据权利要求2所述的三维隔震层，其特征在于，所述竖向隔震支座(4)包括：第一连接板(41)、第二连接板(42)、第一斜杆(43)、第二斜杆(44)和弹簧(45)；所述第一连接板(41)顶面与所述顶板(1)底面固定连接，所述第二连接板(42)底面与所述中间隔板(2)顶面固定连接；所述第一斜杆(43)有两对，且两对所述第一斜杆(43)以相同的倾斜角度对称布置，每对所述第一斜杆(43)以相同的倾斜角度平行放置；所述第二斜杆(44)也有两对，且两对所述第二斜杆(44)以相同的倾斜角度对称布置，每对所述第二斜杆(44)以相同的倾斜角度平行放置；所述第一斜杆(43)的一端与所述第一连接板(41)的底面连接，另一端与所述第二斜杆(44)的一端连接；所述第二斜杆(44)的另一端与所述第二连接板(42)的顶面连接；所述弹簧(45)设置有两个，且分别水平布置在两对所述第一斜杆(43)与所述第二斜杆(44)的连接节点之间。
4.根据权利要求2所述的三维隔震层，其特征在于，所述限位阻尼器(5)包括：内套筒(51)、外套筒(52)和滑动装置；所述内套筒(51)的顶端与所述顶板(1)的底面固定连接，所述外套筒(52)的底端与所述中间隔板(2)的顶面固定连接；所述外套筒(52)为空心结构，所述内套筒(51)由所述外套筒(52)顶部开口伸入所述外套筒(52)中；所述滑动装置设置在所述内套筒(51)外壁与所述外套筒(52)内壁之间。
5.根据权利要求4所述的三维隔震层，其特征在于，所述滑动装置包括若干直线导轨(53)以及嵌设于所述直线导轨(53)上的滑块(54)；所述滑块(54)与所述内套筒(51)的外壁固定连接，所述直线导轨(53)与所述外套筒(52)的内壁固定连接；所述滑块(54)可在所述直线导轨(53)上滑动。
6.根据权利要求5所述的三维隔震层，其特征在于，在所述外套筒(52)和所述内套筒(51)之间设置有黏滞阻尼液体。
7.根据权利要求5所述的三维隔震层，其特征在于，所述外套筒(52)的四个内壁上分别设置有两条所述直线导轨(53)。
8.根据权利要求2所述的三维隔震层，其特征在于，所述抗摇摆机构(6)包括：第三斜杆(61)、第四斜杆(62)和连杆(63)；所述第三斜杆(61)有两对，且两对所述第三斜杆(61)呈相同的倾斜角度平行放置；所述第四斜杆(62)也为两对，两对所述第四斜杆(62)以相同的倾斜角度平行放置；所述第三斜杆(61)的一端与所述第一连接板(41)的底面连接，另一端与所述第四斜杆(62)的一端连接；所述第四斜杆(62)的另一端与所述第二连接板(42)的顶面连接；所述连杆(63)设置有两个，且分别水平布置在两对所述第三斜杆(61)与所述第四斜杆(62)的连接节点之间。
9.根据权利要求1所述的三维隔震层，其特征在于，所述水平隔震层包括若干个水平隔震支座(7)。
10.根据权利要求9所述的三维隔震层，其特征在于，所述水平隔震支座(7)采用叠层橡胶支座。
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