CN114790785A - 一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，套管固设于上连接板底部，中连接板顶部固设有导向管和保护套，导向管与保护套之间围成环形槽，套管的自由端插接于环形槽内，且套管通过三层圆环摩擦弹簧与环形槽底壁连接，中连接板底部设置有第一内凹球面，支撑块固设于第一内凹球面内，支撑块的底部设置有第二内凹球面，下连接板顶部开设有第三内凹球面，中连接板和下连接板之间还设置有滑块，滑块顶部设置有第一外凸球面，滑块底部设置有第二外凸球面。本发明中，利用三层圆环摩擦弹簧承载能力大、耗能能力强、变形大的特点，可以对竖向地震动起到较好的隔震和减震效果，满足建筑结构竖向隔震需求。

Description

一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座
技术领域
本发明涉及建筑结构抗震技术领域，更具体的，涉及一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座。
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，其通过在结构合适位置安装隔减震装置，有效的隔离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。目前，隔震技术一般是将叠层钢板橡胶支座或摩擦摆支座等设置于建筑的上部结构与基础之间，但仅能够隔离水平地震作用,无法满足建筑结构的竖向隔震需求，难以在提供较小的竖向隔震刚度的同时提供满足上部结构需求的大承载能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有的隔震装置竖向隔震效果差，耗能能力较弱。为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，利用三层圆环摩擦弹簧承载能力大、耗能能力强、变形大、体积较小的特点，可以对竖向地震动起到较好的隔震和减震效果，满足建筑结构竖向隔震需求，布置方式灵活。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，包括上连接板、套管、导向管、保护套、三层圆环摩擦弹簧、中连接板、支撑块、下连接板和滑块，套管固设于上连接板底部，中连接板顶部固设有导向管和保护套，且保护套套设于导向管上，导向管与保护套之间围成环形槽，环形槽内设置有三层圆环摩擦弹簧，套管的自由端插接于环形槽内，且套管通过三层圆环摩擦弹簧与环形槽底壁连接，中连接板底部设置有第一内凹球面，支撑块固设于第一内凹球面内，支撑块的底部设置有第二内凹球面，下连接板顶部开设有第三内凹球面，中连接板和下连接板之间还设置有滑块，滑块顶部设置有与第二内凹球面配合的第一外凸球面，滑块底部设置有与第三内凹球面配合的第二外凸球面。
在本发明较佳的技术方案中，所述三层圆环摩擦弹簧由两个以上的弹性单元堆叠组成，弹性单元包括内环、中环和外环，内环、中环和外环由内至外交错设置，内环外侧和外环内侧均设置有第一锥面，中环内外两侧均设置有与第一锥面配合的第二锥面。
在本发明较佳的技术方案中，所述第二外凸球面上固设有摩擦垫。
在本发明较佳的技术方案中，所述中连接板底端和所述下连接板顶端均周向固设有限位环。
在本发明较佳的技术方案中，所述导向管内滑动连接有第一活塞板，第一活塞板的顶端固设有第一导杆，且第一导杆的自由端与所述上连接板固定连接。
在本发明较佳的技术方案中，所述中连接板顶部周向固设有两个以上的套筒，第二活塞板滑动连接于套筒内，第二活塞板顶端固设有第二导杆，且第二导杆的自由端与所述上连接板固定连接。
在本发明较佳的技术方案中，所述导向管内设置有阻尼器，阻尼器的一端与所述上连接板固定连接，阻尼器的另一端与所述中连接板固定连接。
本发明的有益效果为：
1、三层圆环摩擦弹簧具有承载能力大、耗能能力强、变形大的优点，可以对竖向地震动起到较好的隔震和减震效果，减轻对建筑结构的震动损害。
2、装置结构简单，便于设计和加工，且各构件之间结合紧密，占用体积较小，方便灵活布置；
3、具有较强的抗倾覆能力，通过在上部结构重力作用下预压缩的三层圆环摩擦弹簧，使得支座被提离的条件变为需要地震作用输入将结构上抬至一半初始预压位移所需的功，进而降低了中连接板被竖向提起使得水平隔震失效的风险；
4、对地基不均匀沉降具有较好的适应能力，三层圆环摩擦弹簧的竖向刚度较小，在建筑结构的地基存在不均匀沉降时，三层圆环摩擦弹簧能够产生较大的变形，从而减小地基不均匀沉降对建筑结构各支座内力变化的影响。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例2的结构示意图；
图3是实施例3的结构示意图；
图4是实施例4的结构示意图；
图5是实施例5的结构示意图。
图中：
1、上连接板；2、套管；3、导向管；4、环形槽；5、保护套；7、三层圆环摩擦弹簧；71、内环；72、中环；73、外环；8、中连接板；9、第一内凹球面；10、支撑块；11、第二内凹球面；12、下连接板；13、第三内凹球面；14、滑块；15、第一外凸球面；16、第二外凸球面；17、摩擦垫；18、限位环；19、第一活塞板；20、第一导杆；21、套筒；22、第二活塞板；23、第二导杆；24、阻尼器；25、螺栓；26、钢板层；27、铅芯；28、橡胶保护层；29、橡胶垫层；30、安装板。
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适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，包括上连接板1、套管2、导向管3、保护套5、三层圆环摩擦弹簧7、中连接板8、支撑块10、下连接板12和滑块14，套管2固设于上连接板1底部，中连接板8顶部固设有导向管3和保护套5，且保护套5套设于导向管3上，导向管3与保护套5之间围成环形槽4，环形槽4内设置有三层圆环摩擦弹簧7，套管2的自由端插接于环形槽4内，且套管2通过三层圆环摩擦弹簧7与环形槽4底壁连接，中连接板8底部设置有第一内凹球面9，支撑块10固设于第一内凹球面9内，支撑块10的底部设置有第二内凹球面11，下连接板12顶部开设有第三内凹球面13，中连接板8和下连接板12之间还设置有滑块14，滑块14顶部设置有与第二内凹球面11配合的第一外凸球面15，滑块14底部设置有与第三内凹球面13配合的第二外凸球面16。
本实施例中，上连接板1与上部结构固定连接，下连接板12与下部基础固定连接；三层圆环摩擦弹簧7与环形槽4的侧壁之间预留有一定的间隙，使得三层圆环摩擦弹簧7在产生膨胀位移时能够在环形槽4内横向移动，安装时，上部结构的重力直接作用于三层圆环摩擦弹簧7上，能够使其产生预压缩变形。当地震作用来临时，在水平震动的作用下，中连接板8与下连接板12产生水平相对运动，进而中连接板8通过支撑块10带动滑块14在第三内凹球面13内滑动，此时第二外凸球面16与第三内凹球面13产生摩擦效应，一方面能够消耗一部分水平震动的能量，减小水平震动对建筑结构的影响，另一方面能够对滑块14提供较小的水平刚度，起到水平隔震的效果；同时在竖向震动的作用下，下连接板12带动中连接板8向上运动，进而使得套管2与导向管3产生相对位移，使得三层圆环摩擦弹簧7受到挤压力产生弹性变形，从而达到在提供较小的竖向隔震刚度的同时提供满足上部结构需求的大承载能力，三层圆环摩擦弹簧7的内环71、中环72、外环73间的相对运动所产生的摩擦效应还能够消耗竖向震动的能量，减小竖向震动对建筑结构的影响。且在地震停止作用后，滑块14能够在自身重力和三层圆环摩擦弹簧7弹性力的双重作用下沿着第三内凹球面13逐渐恢复至初始位置，从而具有一定的水平向和竖向自复位能力。
具体的，三层圆环摩擦弹簧7有两个以上的弹性单元堆叠组成，弹性单元包括内环71、中环72和外环73，内环71、中环72和外环73由内至外交错设置，内环71外侧和外环73内侧均设置有第一锥面，中环72内外两侧均设置有与第一锥面配合的第二锥面。本实施例中，内环71和外环73的横截面均为五边形，位于三层圆环摩擦弹簧7轴向两端的中环72的横截面为梯形，其余的中环72横截面均为六边形。第一锥面与第二锥面相互抵接，在一些实施例中，第一锥面和第二锥面表面还涂有低摩擦涂层，用于减小第一锥面和第二锥面的磨损。当上连接板1受到载荷时，内环71和外环73相对中环72发生相对滑动产生摩擦效应，进而消耗一部分震动能，同时中环72受到挤压会同时对内环71和外环73产生反作用力，进而提供较小的竖直刚度，显著提高了三层圆环摩擦弹簧7的承载能力。同时内环71受力产生压缩位移、外环73受力产生膨胀位移，进一步消耗震动能，显著提高三层圆环摩擦弹簧7的耗能能力。
具体的，第二外凸球面16上固设有摩擦垫17。滑块14在滑动过程中，摩擦垫17和第三内凹球面13直接接触摩擦，从而能够提供较小的水平刚度，起到水平隔震的效果。
具体的，中连接板8底端和下连接板12顶端均周向固设有限位环18。通过设置限位环18，能够防止滑块14滑出第三内凹球面13，从而在大震作用下能够对装置起到很好的限位保护效果。
实施例2
如图2所示，一种高承载楔形摩擦的新型竖向隔震装置，本实施例相较于实施例1，导向管3内滑动连接有第一活塞板19，第一活塞板19的顶端固设有第一导杆20，且第一导杆20的自由端与上连接板1固定连接。本实施例中，由于第一活塞板19只能够沿导向管3内上下滑动，从而能够保证上连接板1与中连接板8牢固连接，防止上连接板1发生倾覆，造成建筑结构损坏。
实施例3
如图3所示，一种高承载楔形摩擦的新型竖向隔震装置，本实施例相较于实施例1，中连接板8顶部周向固设有两个以上的套筒21，第二活塞板22滑动连接于套筒21内，第二活塞板22顶端固设有第二导杆23，且第二导杆23的自由端与上连接板1固定连接。本实施例中，套筒21垂直固设于中连接板8的顶部边缘，焊接时，将两个以上的套筒21以导向管3的中轴线为圆心呈圆形布置，从而保证上连接板1的各处受力均匀。由于第二活塞板22只能够沿套筒21上下滑动，从而也可以达到防止上连接板1发生倾覆的效果。
实施例4
如图4所示，一种高承载楔形摩擦的新型竖向隔震装置，本实施例相较于实施例1，导向管3内设置有阻尼器24，阻尼器24的一端与上连接板1固定连接，阻尼器24的另一端与中连接板8固定连接。本实施例中，当上连接板1受到载荷时，上连接板1与中连接板8发生相对运动，带动阻尼器24进入工作状态，以消耗震动能，从而进一步提高了装置的竖向耗能能力，竖向隔减震效果更好。
实施例5
如图5所示，一种高承载楔形摩擦的新型竖向隔震装置，本实施例相较于实施例1，包括上连接板1、套管2、导向管3、保护套5、三层圆环摩擦弹簧7、中连接板8、下连接板12、螺栓25、铅芯27、橡胶保护层28、隔振支座和安装板30，套管2固设于上连接板1底部，中连接板8顶部固设有导向管3和保护套5，且保护套5套设于导向管3上，导向管3与保护套5之间围成环形槽4，环形槽4内设置有三层圆环摩擦弹簧7，套管2的自由端插接于环形槽4内，且套管2通过三层圆环摩擦弹簧7与环形槽4底壁固定连接，中连接板8和下连接板12之间设置有两个安装板30，安装板30通过铅芯27固定连接，其中一个安装板30通过螺栓25与中连接板8固定连接，另一个安装板30通过螺栓25与下连接板12固定连接，两个安装板30之间还固设有隔振支座，且铅芯27位于隔振支座的中心，橡胶保护层28套设于隔振支座上，隔振支座由钢板层26和橡胶垫层29堆叠组成，且钢板层26和橡胶垫层29之间彼此交错堆叠放置。
本实施例中，钢板层26和橡胶垫层29之间通过硫化等措施固结形成一个整体，其中钢板层26用于限制橡胶垫层29的竖向变形能力，使得水平隔振单元具备较大的竖向承载能力，当水平地震作用来临时，中连接板8和下连接板12之间产生相对水平运动，由于橡胶垫层29具有良好的变形能力，进而使得每一层橡胶垫层29均会产生一定的水平位移，而所有橡胶垫层29所产生水平位移的总和即为中连接板8和下连接板12之间的相对位移，进而为水平隔震单元提供了较小的水平刚度，起到了较好的水平隔震效果，同时铅芯27也会产生相同的水平往复变形，能够提供一定的耗能能力和水平抗力，进而为水平隔震单元提供了限位耗能能力。橡胶保护层28较强的变形能力，能够有效保护橡胶垫层29在一些特殊环境下免受侵蚀作用的影响。当水平地震作用结束后，铅芯27和橡胶垫层29均会提供一定的水平恢复力，帮助装置缓慢恢复至初始的位置。
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 (7)

1.一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：包括上连接板(1)、套管(2)、导向管(3)、保护套(5)、三层圆环摩擦弹簧(7)、中连接板(8)、支撑块(10)、下连接板(12)和滑块(14)，套管(2)固设于上连接板(1)底部，中连接板(8)顶部固设有导向管(3)和保护套(5)，且保护套(5)套设于导向管(3)上，导向管(3)与保护套(5)之间围成环形槽(4)，环形槽(4)内设置有三层圆环摩擦弹簧(7)，套管(2)的自由端插接于环形槽(4)内，且套管(2)通过三层圆环摩擦弹簧(7)与环形槽(4)底壁连接，中连接板(8)底部设置有第一内凹球面(9)，支撑块(10)固设于第一内凹球面(9)内，支撑块(10)的底部设置有第二内凹球面(11)，下连接板(12)顶部开设有第三内凹球面(13)，中连接板(8)和下连接板(12)之间还设置有滑块(14)，滑块(14)顶部设置有与第二内凹球面(11)配合的第一外凸球面(15)，滑块(14)底部设置有与第三内凹球面(13)配合的第二外凸球面(16)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述三层圆环摩擦弹簧(7)由两个以上的弹性单元堆叠组成，弹性单元包括内环(71)、中环(72)和外环(73)，内环(71)、中环(72)和外环(73)由内至外交错设置，内环(71)外侧和外环(73)内侧均设置有第一锥面，中环(72)内外两侧均设置有与第一锥面配合的第二锥面。
3.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述第二外凸球面(16)上固设有摩擦垫(17)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述中连接板(8)底端和所述下连接板(12)顶端均周向固设有限位环(18)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述导向管(3)内滑动连接有第一活塞板(19)，第一活塞板(19)的顶端固设有第一导杆(20)，且第一导杆(20)的自由端与所述上连接板(1)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述中连接板(8)顶部周向固设有两个以上的套筒(21)，第二活塞板(22)滑动连接于套筒(21)内，第二活塞板(22)顶端固设有第二导杆(23)，且第二导杆(23)的自由端与所述上连接板(1)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用于建筑结构的大承载力高耗能三维隔震支座，其特征在于：所述导向管(3)内设置有阻尼器(24)，阻尼器(24)的一端与所述上连接板(1)固定连接，阻尼器(24)的另一端与所述中连接板(8)固定连接。
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