CN114737682A - 一种自复位sma-三维隔震铅芯橡胶支座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地下结构抗震技术领域，具体涉及一种自复位SMA‑三维隔震铅芯橡胶支座；该支座安装于地下空间中柱柱顶，包括固定于顶板梁下表面的上连板，下设中连板，并通过传力杆、中凸轴与SMA弹簧组合构件将力传至下方橡胶阻尼支座，支座由橡胶叠合钢板、铅芯及钢块组合构成；橡胶叠合钢板上部固定于中连板，下部固定于下连板，下连板固定于中柱顶部；橡胶叠合钢板外围有防火防老化的橡胶保护套；此外，中连板与下连板间布置有SMA丝，并通过双螺母螺栓调节拉伸强度；本发明将传统的水平橡胶支座与竖向记忆合金‑铅阻尼技术融合，不仅提高了支座与结构的稳定性，还在多向地震作用下使结构体系的减震效果明显。

Description

一种自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座
技术领域
本发明涉及地下结构抗震技术领域，具体涉及一种自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座。
背景技术
针对地下空间的震害机理研究发现，竖向支撑-中柱是浅埋地下车站的薄弱环节。水平及竖向地震共同作用下，已剪切破坏的上覆土体竖向惯性力作用于顶板，显著增加了中柱的动态轴压比，从而极大地削弱了其抗剪切变形能力，中柱先于侧墙发生破坏，从而引起结构体系的整体塌毁破坏，柱顶设置铅芯橡胶支座可提升其剪切变形能力及减小结构震动。而目前地下结构隔震支座普遍存在两个问题：一是传统支座的橡胶叠合钢板只抵抗水平剪切震动及变形，对单一支座的竖向减震耗能技术未深入研究；二是在多向地震动后支座及结构出现非单向较大变形时无法有效复位，在多遇地震区支座无法长期保证其隔震耗能水平，并且结构多向错位也无法靠支座回复。因此，为保证地下结构安全，以免出现结构整体坍塌，需要对地下结构进行抗震研究，积极采用新材料新技术，提升对重要的竖向构件隔震减震能力，并保证技术应用的可操作性和有效性。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，通过SMA弹簧、SMA丝、橡胶叠合钢板与铅芯组成三维耗能体系，对地震各向变形进行调节，减震耗能明显，并且其较好的各向自复位功能延长了结构的维护周期。
为了实现上述发明目的，本发明提供的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座具体技术方案如下：
一种自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，包括：连板连接孔、高强螺栓、固定螺栓孔、橡胶保护套、薄钢片、橡胶片、铅芯、钢块、传力杆、中连板传力杆孔、上连板传力杆孔、杆帽、传力杆SMA弹簧、传力杆弹簧下垫板、限位卡板、卡板固定螺栓、卡板中心孔、中凸轴、中凸轴弹簧上垫板、中凸轴SMA弹簧、中凸轴弹簧下垫板、梯形体刚性阻碍、上连板、中连板、下连板、SMA丝孔、SMA丝、双螺母调节螺栓。该支座安置于地下空间中柱柱顶，支座上连板固定于顶板梁下表面，下设中连板，并通过外侧传力杆、中间中凸轴、传力杆SMA弹簧与中凸轴SMA弹簧组合构件将力传至下方橡胶阻尼支座。
本发明中，橡胶阻尼支座由橡胶叠合钢板、铅芯和钢块组合构成，其中橡胶叠合钢板由薄钢片和橡胶片组成。
进一步地，本发明所述中凸轴下部沿四面焊有四块梯形体刚性阻碍，将梯形体刚性阻碍紧密贴合于铅芯之中，中凸轴下部铅芯中留有一定延伸空间。中凸轴中部由上至下套有中凸轴弹簧上垫板、中凸轴SMA弹簧、中凸轴弹簧下垫板，中凸轴上部穿过限位卡板的卡板中心孔，其采用卡板固定螺栓固定于中连板，以实现中凸轴SMA弹簧拉压受力情况下限位于中连板的中心卡槽中。中凸轴顶部穿过上连板旋钮杆帽。
进一步地，本发明所述上连板边下延至中连板底，以便与中凸轴和传力杆形成水平传力体系。
进一步地，本发明所述沿支座中心线四周等角度布置四个传力杆，传力杆由上至下依次穿过上连板传力杆孔、中连板传力杆孔，并套有传力杆SMA弹簧及传力杆弹簧下垫板，传力杆SMA弹簧上部焊接于中连板，下部焊接于传力杆弹簧下垫板，因其记忆合金特性，可实现竖向隔震及竖向变形后的复位调整。
进一步地，本发明所述中连板与下连板间布置有SMA丝，其穿过SMA丝孔通过双螺母螺栓调节拉伸强度，以复位调节支座上连板与下连板的拉伸及扭转变形。
进一步地，本发明中所述高强螺栓穿入所述固定螺栓孔将所述橡胶叠合钢板上部固定于所述中连板，同理下部固定于下连板，而下连板通过预留的连板连接孔固定于中柱顶部。
进一步地，本发明所述橡胶叠合钢板外围有防火防老化的橡胶保护套。
本发明提供的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的有益效果在于：
1、本发明提供的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座相比于传统的橡胶支座只抵抗水平剪切震动及变形，通过利用橡胶叠合钢板的剪切滞回变形与铅芯受挤压塑性变形形成三维耗能体系可提供三向震动的减震隔震，以减小竖向震动引起的附加轴力，提升结构整体安全性能。
2、本发明提供的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座采用新型合金材料，利用形状记忆合金较好的自复位性能及拉伸耗能性，可对多向地震加载后支座的水平剪切、竖向拉压、扭转等变形进行自复位。
3、本发明将传统的水平橡胶支座与竖向记忆合金-铅阻尼技术融合于同一支座体系而非叠加，有效降低了支座高度，提高了支座与结构连接的整体稳定性，在多向地震作用下，本专利复位采用SMA丝和SMA弹簧，耗能体系除铅剪切耗能外，本专利竖向还采用铅挤压耗能而非粘滞阻尼器。支座不仅增强了结构体系的减震耗能效果，还提升了各向自复位能力。
附图说明
图1为不同位置处车站中柱破坏示意图；
图2为支撑柱与梁板之间的连接示意图，(a)为原型固接柱，(b)新型减震柱，其中铅芯橡胶支座安置于地下空间中柱柱顶；
图3是本发明的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的正立面图；
图4是本发明的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的侧立面图；
图5是本发明的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的上连板平面图；
图6是本发明的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的中连板平面图；
图7是本发明的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座的下连板平面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
请参阅图2，(a)为传统的支撑柱与梁板之间的固接连接在地震作用下支撑柱发生水平变形并在柱端产生较大弯矩，形成集中塑性铰。轴压比越高，支撑柱端部的损伤越严重，水平变形能力越差。
(b)本申请中某一具体实施例支撑柱与梁板之间的连接方式，为保护支撑柱免遭破坏，减少其在地震中所受的水平外力，将橡胶支座设置在地下车站支撑柱与顶梁之间，利用橡胶支座较小的水平刚度特性承担地震作用下支撑柱部分的水平变形，可有效降低中柱的塑性损伤。不同于地上结构中橡胶支座通过增大结构自振周期阻止地震力向上部结构传递的隔震理念，对于土体变形起控制作用的地下车站结构，柔性减震装置的设置主要在于减小撑柱的水平变形，而对土-结构体系的自振特性影响较小。
请参阅图3到图7，自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，包括连板连接孔1、高强螺栓2、固定螺栓孔3、橡胶保护套4、薄钢片5、橡胶片6、铅芯7、钢块8、传力杆9、中连板传力杆孔10、上连板传力杆孔11、杆帽12、传力杆SMA弹簧13、传力杆弹簧下垫板14、限位卡板15、卡板固定螺栓16、卡板中心孔17、中凸轴18、中凸轴弹簧上垫板19、中凸轴SMA弹簧20、中凸轴弹簧下垫板21、梯形体刚性阻碍22、上连板23、中连板24、下连板25、SMA丝孔26、SMA丝27、双螺母调节螺栓28；该支座安置于地下空间中柱柱顶，支座上连板23固定于顶板梁下表面，下设中连板24，并通过外侧传力杆9、中间中凸轴18、传力杆SMA弹簧13与中凸轴SMA弹簧20组合构件将力传至下方橡胶阻尼支座。
所述的橡胶阻尼支座由橡胶叠合钢板、铅芯7和钢块8组合构成，其中橡胶叠合钢板由薄钢片5和橡胶片6组成；所述的中凸轴18下部沿四面焊有四块梯形体刚性阻碍22，将梯形体刚性阻碍22紧密贴合于铅芯7之中，中凸轴18下部铅芯7中留有一定延伸空间。中凸轴18中部由上至下套有中凸轴弹簧上垫板19、中凸轴SMA弹簧20、中凸轴弹簧下垫板21，中凸轴18上部穿过限位卡板15的卡板中心孔17，其采用卡板固定螺栓16固定于中连板24，以实现中凸轴SMA弹簧20拉压受力情况下限位于中连板24的中心卡槽中；中凸轴18顶部穿过上连板23旋钮杆帽12。
所述的上连板23边下延至中连板24底，以便与中凸轴18和传力杆9形成水平传力体系；所述的沿支座中心线四周等角度布置四个传力杆9，传力杆9由上至下依次穿过上连板传力杆孔11、中连板传力杆孔10，并套有传力杆SMA弹簧13及传力杆弹簧下垫板14，传力杆SMA弹簧13上部焊接于中连板24，下部焊接于传力杆弹簧下垫板14，因其记忆合金特性，可实现竖向隔震及竖向变形后的复位调整；所述的中连板24与下连板25间布置有SMA丝27，其穿过SMA丝孔26通过双螺母螺栓28调节拉伸强度，以复位调节支座上连板23与下连板25的拉伸及扭转变形；所述的橡胶叠合钢板上部采用高强螺栓2固定于中连板24，同理下部固定于下连板25，而下连板25通过预留的连板连接孔1固定于中柱顶部；所述的橡胶叠合钢板外围有防火防老化的橡胶保护套4。
本发明的工作原理为：在水平地震作用下，通过橡胶叠合钢板的橡胶片剪切滞回变形、铅芯7与钢块8受挤压塑性变形和支座扭转引起的SMA丝27超弹性变形，消耗水平震动能量，提高地下结构的剪切变形能力。在竖向地震作用下，通过传力杆SMA弹簧13拉伸与中凸轴SMA弹簧20压缩引起的超弹性变形、梯形体刚性阻碍与铅芯受挤压塑性变形，消耗竖向震动能量，减小地下结构竖向地震响应。震动后产生的结构各向变形，利用传力杆SMA弹簧13、中凸轴SMA弹簧20、SMA丝27的形状记忆效应产生的各向恢复力使支座带动结构复位。
本发明通过SMA弹簧、SMA丝、橡胶叠合钢板与铅芯组成三维耗能减震体系，并通过记忆合金材料SMA弹簧及SMA丝对震后错位、变形进行调节；本发明将传统的水平橡胶支座与竖向记忆合金-铅阻尼技术融合于一个支座体系，不仅提高了支座与结构的整体稳定性，还在多向地震作用下使结构体系的减震、自复位等效果明显。

Claims (8)

1.一种自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，包括连板连接孔(1)、高强螺栓(2)、固定螺栓孔(3)、橡胶保护套(4)、薄钢片(5)、橡胶片(6)、铅芯(7)、钢块(8)、传力杆(9)、中连板传力杆孔(10)、上连板传力杆孔(11)、杆帽(12)、传力杆SMA弹簧(13)、传力杆弹簧下垫板(14)、限位卡板(15)、卡板固定螺栓(16)、卡板中心孔(17)、中凸轴(18)、中凸轴弹簧上垫板(19)、中凸轴SMA弹簧(20)、中凸轴弹簧下垫板(21)、梯形体刚性阻碍(22)、上连板(23)、中连板(24)、下连板(25)、SMA丝孔(26)、SMA丝(27)、双螺母调节螺栓(28)；所述铅芯橡胶支座安置于地下空间中柱柱顶，支座所述上连板(23)固定于顶板梁下表面，下设所述中连板(24)，并通过外侧所述传力杆(9)、中间中凸轴(18)、传力杆SMA弹簧(13)与所述中凸轴SMA弹簧(20)组合构件将力传至下方橡胶阻尼支座。
2.根据权利要求1所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，橡胶阻尼支座包括橡胶叠合钢板、铅芯(7)和钢块(8)，其中所述橡胶叠合钢板包括薄钢片(5)和所述橡胶片(6)，所述薄钢片(5)与所述橡胶片(6)相互堆叠设置。
3.根据权利要求1所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，所述中凸轴(18)下部沿四面焊有四块所述梯形体刚性阻碍(22)，将所述梯形体刚性阻碍(22)紧密贴合于所述铅芯(7)之中，所述中凸轴(18)下部所述铅芯(7)中留有延伸空间；所述中凸轴(18)中部由上至下依次套有所述中凸轴弹簧上垫板(19)、中凸轴SMA弹簧(20)、中凸轴弹簧下垫板(21)，所述中凸轴(18)上部穿过所述限位卡板(15)的卡板中心孔(17)，所述卡板固定螺栓(16)固定于所述中连板(24)，以实现所述中凸轴SMA弹簧(20)拉压受力情况下限位于所述中连板(24)的中心卡槽中；所述中凸轴(18)顶部穿过所述上连板(23)的旋钮杆帽(12)。
4.根据权利要求1所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，所述上连板(23)边下延至中连板(24)底，以便与所述中凸轴(18)和所述传力杆(9)形成水平传力体系。
5.根据权利要求1所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，沿支座中心线四周等角度布置四个所述传力杆(9)，所述传力杆(9)由上至下依次穿过所述上连板传力杆孔(11)、中连板传力杆孔(10)，并套有所述传力杆SMA弹簧(13)及所述传力杆弹簧下垫板(14)，所述传力杆SMA弹簧(13)上部焊接于所述中连板(24)底部，其下部焊接于所述传力杆弹簧下垫板(14)上表面，可实现竖向隔震及竖向变形后的复位调整。
6.根据权利要求1所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，所述中连板(24)与所述下连板(25)间布置有SMA丝(27)，所述SMA丝(27)穿过SMA丝孔(26)通过双螺母螺栓(28)调节拉伸强度，以复位调节所述上连板(23)与所述下连板(25)的拉伸及扭转变形。
7.根据权利要求2所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，所述高强螺栓(2)穿入所述固定螺栓孔(3)将所述橡胶叠合钢板上部固定于所述中连板(24)，同理的，所述橡胶叠合钢板下部也固定于所述下连板(25)，所述下连板(25)通过预留的连板连接孔(1)固定于中柱顶部。
8.根据权利要求2所述的自复位SMA-三维隔震铅芯橡胶支座，其特征在于，所述橡胶叠合钢板外围设置有橡胶保护套(4)。
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