CN114622661A - 一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置 - Google Patents

一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，上连接板底部固设有滑动框，第一滑块底部设置有第一变斜面，下连接板顶部还固设有限位框，限位框内设置有四个第二滑块，第二滑块顶部开设有与第一变斜面滑动配合的第二变斜面，隔震支座设置于限位框中心，上连接板通过隔震支座与下连接板固定连接。本发明中，当发生水平震动作用时，第一滑块和第二滑块相对滑动产生的摩擦效应能够消耗部分震动能量，提高了水平隔震支座的耗能能力，同时第二变斜面能够对第一变斜面提供水平方向的反作用力，使装置具备一定的自恢复能力，当第一变斜面的更高斜率面与第二变斜面的更高斜率面相接触时，能够提供更大的水平刚度，进而达到对隔震支座的限位保护作用。

Description

一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置
技术领域
本发明涉及土木工程抗震技术领域，更具体的，涉及一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置。
背景技术
隔震技术是近年来用于房屋建筑、基础措施和桥梁等结构中的防震减灾技术，其通过在合适位置安装隔减震装置，有效隔断和消耗地震作用时由基础传递至上部结构的能量，减小上部结构在地震作用下的响应，进而保障结构使用功能、提高结构安全性和运营经济性。橡胶支座作为一种拥有优越水平隔震性能且造价较低的支座，广泛应用于建筑、设备以及桥梁等工程领域中。
目前施工中常用的橡胶支座有天然橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座，但这两种结构存在以下缺陷：1.天然橡胶隔震支座水平刚度和耗能能力较低；2.铅芯橡胶隔震支座虽然依靠铅芯可获得较高的早期刚度、耗能能力和一定的限位能力，但位于橡胶支座内部的铅芯在作用时会产生大量难以散发的热量，从而导致橡胶支座的隔震性能下降，且铅属于有毒物质，若铅芯橡胶隔震支座遭遇大震作用时产生位移超限破坏，可能会导致内部的铅外漏，造成环境污染；3.橡胶在变形后无法提供足够的水平恢复力，导致橡胶支座在经历地震后会存在明显的残余位移。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有的橡胶支座隔震性能和自复位性能较差。为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，当发生水平震动作用时，第一滑块和第二滑块相对滑动产生的摩擦效应能够消耗部分震动能量，提高了水平隔震支座的耗能能力，同时第二变斜面能够对第一变斜面提供水平方向的反作用力，使装置具备一定的自恢复能力，当第一变斜面的更高斜率面与第二变斜面的更高斜率面相接触时，能够提供更大的水平刚度，进而达到对隔震支座的限位保护作用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，包括上连接板、滑动框、第一滑块、下连接板、限位框、挡板、第二滑块、弹簧和隔震支座，上连接板底部固设有滑动框，滑动框由四个第一滑块首尾对称连接组成，第一滑块底部设置有第一变斜面，下连接板顶部还固设有限位框，限位框由四个挡板首尾对称连接组成，限位框内设置有四个第二滑块，且第二滑块通过弹簧与下连接板固定连接，第二滑块顶部开设有与第一变斜面滑动配合的第二变斜面，隔震支座设置于限位框中心，上连接板通过隔震支座与下连接板固定连接。
在本发明较佳的技术方案中，所述挡板内侧壁转动连接有数个滚轴。
在本发明较佳的技术方案中，所述第一变斜面和所述第二变斜面上均涂有低摩擦涂层。
在本发明较佳的技术方案中，所述第一变斜面和所述第二变斜面均为圆弧面。
在本发明较佳的技术方案中，所述上连接板和所述下连接板上均开设有数个螺纹安装孔。
本发明的有益效果为：
1.本发明提出的一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，当发生水平震动作用时，第一滑块和第二滑块相对滑动产生的摩擦效应能够消耗部分震动能量，提高了水平隔震支座的耗能能力，同时第二变斜面能够对第一变斜面提供水平方向的反作用力，使装置具备一定的自恢复能力，当第一变斜面的更高斜率面与第二变斜面的更高斜率面相接触时，能够提供更大的水平刚度，进而达到对隔震支座的限位保护作用。
2.第一滑块和第二滑块设置于隔震支座的外侧，其摩擦产生的热量可以快速散发到空气中，避免在采用橡胶支座作为隔震支座时限位装置的热量聚集于橡胶支座内部，不会造成对橡胶支座的性能劣化的影响。
3.第一变斜面和第二变斜面涂有低摩擦涂层，能够降低磨损的速率，提高装置的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1中隔震支座的一种安装结构示意图；
图2是实施例1中隔震支座的另一种的安装结构示意图；
图3是实施例2的结构示意图；
图4是实施例3的结构示意图。
图中：
1、上连接板；2、滑动框；3、第一滑块；4、第一变斜面；5、下连接板；6、限位框；7、挡板；8、第二滑块；9、第二变斜面；10、弹簧；11、隔震支座；12、滚轴；13、低摩擦涂层；14、螺纹安装孔；15、摩擦摆支座。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，实施例中提供了一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，包括上连接板1、滑动框2、第一滑块3、下连接板5、限位框6、挡板7、第二滑块8、弹簧10和隔震支座11，上连接板1底部固设有滑动框2，滑动框2由四个第一滑块3首尾连接组成，第一滑块3底部设置有第一变斜面4，下连接板5顶部还固设有限位框6，限位框6由四个挡板7首尾连接组成，限位框6内设置有四个第二滑块8，且第二滑块8通过弹簧10与下连接板5固定连接，第二滑块8顶部开设有与第一变斜面4滑动配合的第二变斜面9，隔震支座11设置于限位框6中心，上连接板1通过隔震支座11与下连接板5固定连接。
本实施例中，上连接板1和滑动框2、限位框6和下连接板5均采用一体成型，滑动框2为由四个第一滑块3首尾连接组成的方形框，限位框6为由四个挡板7首尾连接组成的方形框，滑动框2的底端插接于限位框6内；第二滑块8位于第一滑块3的正下方，且第二滑块8远离隔震支座11的一侧与挡板7的内侧壁抵接；第一变斜面4和第二变斜面9均由两段以上不同斜率的斜面组成，可根据实际工程需求去调整斜面的斜率和数量，当第一滑块3相对第二滑块8滑动过程中，变斜面提供的水平刚度会突然增大，起到一种变刚度的控制限位效果，从而在大震作用下起到更好的限位效果；弹簧10设置有两组以上，用于通过第二滑块8为第一滑块3提供水平的恢复力，弹簧10优选为螺旋弹簧，也可选用碟簧、环形弹簧或SMA弹簧中的一种代替。当水平地震作用来临时，下部基础相对于上部结构产生水平运动，进而带动上连接板1和下连接板5产生相对水平运动，进而使隔震支座11产生水平位移并吸收一部分震动能量；由于第一滑块3与第二滑块8通过变斜面抵接，上连接板1还带动第一滑块3与第二滑块8发生相对滑动，使得第一变斜面4与第二变斜面9之间发生摩擦效应，进而将部分震动能量转化成热量并散发至空气中，同时，第一滑块3的水平运动转化为第二滑块8的竖向运动，进而压缩弹簧10，被压缩的弹簧10通过第一滑块3和第二滑块8的变斜面构造提供给隔震支座11水平向反力，使装置具备一定的水平刚度和自恢复能力。当第一滑块3向外滑动的位移过大使得其更大斜率面与第二滑块8上更大斜率面接触时，根据力的平衡定律可知装置的水平刚度将会增大，进而达到限制第一滑块3滑出限位框6外的效果。
在另一种实施方式中，如图2所示，隔震支座11还可以设置于限位框6的外侧。
具体的，挡板7内侧壁转动连接有数个滚轴12。本实施例中，滚轴12与第二滑块8侧面抵接。通过设置滚轴12，有助于减小第二滑块8与挡板7侧壁之间的摩擦系数，防止摩擦力过大造成第二滑块8磨损，可以提高装置的使用寿命。
具体的，第一变斜面4和第二变斜面9上均涂有低摩擦涂层13。本实施例中，低摩擦涂层13的材质优选为润滑脂或石墨。通过设置低摩擦涂层13，使第一变斜面4与第二变斜面9的摩擦系数降低，提高接触面间的散热能力，从而满足实际工程所需的接触面性能。
具体的，上连接板1和下连接板5上均开设有数个螺纹安装孔14。每个螺纹安装孔14内均转动连接有紧固螺栓，上连接板1通过紧固螺栓与上部结构固定连接，下连接板5通过紧固螺栓与下部基础固定连接。
实施例2
如图3所示，一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，本实施例相较于实施例1，第一变斜面4和第二变斜面9均为圆弧面。通过选择具有渐变斜率的圆弧面，一方面能够降低接触面表面的局部应力集中，提高装置的安全性能，另一方面在第一滑块3相对第二滑块8滑动过程中，圆弧面提供的水平刚度会逐渐增大，而不会发生较大的波动，能够降低第一滑块3在滑动过程中受到的冲击力，更好的保护装置不受损坏，能够在大震作用下有效保护隔震支座11。
实施例3
如图4所示，一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，本实施例相较于实施例1，将隔震支座11替换为摩擦摆支座15，摩擦摆支座15设置于限位框6内，摩擦摆支座15包括支撑块161和第三滑块152，支撑块151固设于上连接板1的底部，支撑块161的底部开设有第一内凹球面153，下连接板5的顶部开设有第二内凹球面154，支撑块151和下连接板5之间设置有第三滑块152，第三滑块152的顶部设置有与第一内凹球面153滑动配合的第一外凸球面155，第三滑块152的底部设置有与第二内凹球面154滑动配合的第一外凸球面156。本实施例中，摩擦摆支座15与隔震支座11的均具有良好的水平隔震性能，当水平地震作用来临时，上连接板1会带动支撑块151滑动，进而带动第三滑块152在第二内凹球面154内滑动，由于第二内凹球面154为变斜率面，在第三滑块152滑动的过程中，第二内凹球面154对第三滑块152的水平刚度逐渐增大，从而起到限位的作用，且第三滑块152与第二内凹球面154相对滑动过程中摩擦生热，进而消耗部分震动能量，从而显著提高了隔震装置的耗能能力并能够保护隔震装置在较大地震作用下免受位移失效破坏。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，其特征在于：包括上连接板(1)、滑动框(2)、第一滑块(3)、下连接板(5)、限位框(6)、挡板(7)、第二滑块(8)、弹簧(10)和隔震支座(11)，上连接板(1)底部固设有滑动框(2)，滑动框(2)由四个第一滑块(3)首尾对称连接组成，第一滑块(3)底部设置有第一变斜面(4)，下连接板(5)顶部还固设有限位框(6)，限位框(6)由四个挡板(7)首尾连接组成，限位框(6)内设置四个第二滑块(8)，且第二滑块(8)通过弹簧(10)与下连接板(5)连接，第二滑块(8)顶部开设有与第一变斜面(4)滑动配合的第二变斜面(9)，隔震支座(11)设置于限位框(6)中心，上连接板(1)通过隔震支座(11)与下连接板(5)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，其特征在于：所述挡板(7)内侧壁转动连接有数个滚轴(12)。
3.根据权利要求1所述的一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，其特征在于：所述第一变斜面(4)和所述第二变斜面(9)上均涂有低摩擦涂层(13)。
4.根据权利要求1所述的一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，其特征在于：所述第一变斜面(4)和所述第二变斜面(9)均为圆弧面。
5.根据权利要求1所述的一种自恢复斜面摩擦限位耗能装置，其特征在于：所述上连接板(1)和所述下连接板(5)上均开设有数个螺纹安装孔(14)。
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