CN114856001B - 一种低频隔振支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频隔振支座，包括橡胶支座本体及抗震钢管，所述橡胶支座本体包括上封层钢板、下封层钢板以及多层叠层橡胶，相邻两层叠层橡胶之间设置有内层钢板；所述抗震钢管的外壁上设置有多组环形凹槽，多组环形凹槽沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列；当所述橡胶支座本体的上封层钢板和下封层钢板分别与上连接结构和下连接结构连接时，所述多层叠层橡胶中的每层叠层橡胶的外侧和内侧均匀鼓出，且内侧鼓出的部分叠层橡胶与对应的环形凹槽配合。本发明的低频隔振支座可以确保叠层橡胶内外两侧的竖向压缩变形量保持一致，提高竖向隔振性能，从而确保上部连接结构在受到竖向振动时不会发生摇晃或倾斜。

Description

一种低频隔振支座

技术领域

本发明涉及建筑结构工程技术领域，具体涉及一种低频隔振支座。

背景技术

随着城市化进程和现代工业的快速发展，各类轨道、公路交通越来越密集，各类具有激振效应的生产活动越来越多，其所产生的环境振动，不仅会降低邻近土木工程设施的舒适度，而且会造成老旧结构、历史建筑和贵重物品的长期性累积损伤或疲劳，还会影响对振动敏感的仪器设备的正常使用功能。

传统隔振支座很难同时满足高承载力和低频隔振的需求，低频隔振必须采用低刚度，而低刚度、高柔性的支座在高承载作用下往往产生屈曲失稳，两者很难同时很好的满足。对于建筑物和大型设备用的隔振支座，上部结构荷载大，隔振频率要求低，同时还要兼顾抗震需求，使得这一矛盾更趋明显，亟待解决。因此，有必要研发一种既能实现对环境振动的低频隔振，又能保证高承载稳定性和抗震能力的隔振装置，用以解决上述问题。

申请公开号为CN110344502A的发明专利申请公开了“一种防屈曲低频隔振橡胶支座”，所述防屈曲低频隔振橡胶支座包括橡胶支座本体以及设置在橡胶支座本体中的抗震钢管；所述橡胶支座本体采用叠层橡胶，通过增加橡胶的厚度来实现低频隔振所需的低刚度；抗震钢管沿竖向嵌套在支座中，自上而下依次贯穿橡胶支座本体，在水平方向上对高柔度的橡胶支座本体形成约束作用，既为竖向大荷载作用下的橡胶支座本体提供防屈曲功能，也提供支座抵抗水平地震的功能。抗震钢管与橡胶支座本体之间，或抗震钢管之间均设置有橡胶层来避免刚性接触，隔离了环境振动通过刚性接触面的传播途径；实现对环境振动的低频隔振，又能保证高承载稳定性和抗震能力，可运用于土木工程结构及各类仪器设备的隔振。

然而所述防屈曲低频隔振橡胶支座还存在以下不足：

参见图1，所述防屈曲低频隔振橡胶支座在安装到建筑上以后以及在使用过程中受到竖向振动时，该防屈曲低频隔振橡胶支座中的橡胶支座本体会被竖向压缩，而由于所述橡胶支座本体包括上封层钢板、下封层钢板以及设置在上封层钢板和下封层钢板之间的多层叠层橡胶，因此在上述情况下，位于上封层钢板和下封层钢板之间的多层叠层橡胶会被竖向压缩，使得所述多层叠层橡胶内侧和外侧鼓出，但是由于所述叠层橡胶的内侧受到抗震钢管的制约，从而限制多层叠层橡胶的内侧向内鼓出，进而带来以下问题：

1、由于叠层橡胶的内侧受到约束而外侧处于自由状态，使得叠层橡胶内侧的刚度变大，从而使得隔振橡胶支座的整体竖向刚度相对于设计刚度增大，竖向变形能力受到约束，从而削弱了隔振橡胶支座原有的竖向隔振性能；

2、在受到竖向载荷时，叠层橡胶的内侧和外侧的竖向压缩程度不一致，导致内侧向外侧倾斜，倾斜角度如图1中的夹角a，不仅使得所述橡胶支座本体不能很好地发生竖向压缩，以抵御竖向振动，而且由于其内侧和外侧的竖向压缩变形量不一致，因此容易使得上层连接结构(例如上层建筑)在竖向振动的冲击下发生摇晃和倾斜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低频隔振支座，所述低频隔振支座可以确保叠层橡胶内外两侧的竖向压缩变形量保持一致，提高竖向隔振性能，并确保上部连接结构在受到竖向振动时不会发生摇晃或倾斜。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种低频隔振支座，包括橡胶支座本体及嵌入在所述橡胶支座本体中的抗震钢管，其中，所述橡胶支座本体包括上封层钢板、下封层钢板以及设置在上封层钢板和下封层钢板之间的多层叠层橡胶，其中，相邻两层叠层橡胶之间设置有内层钢板；所述抗震钢管沿竖向嵌入所述橡胶支座本体内，自上而下依次贯穿所述橡胶支座本体的上封层钢板、叠层橡胶以及下封层钢板；

所述抗震钢管的外壁上设置有多组环形凹槽，多组环形凹槽沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列；当所述橡胶支座本体的上封层钢板和下封层钢板分别与上连接结构和下连接结构连接时，所述多层叠层橡胶中的每层叠层橡胶的外侧和内侧均匀鼓出，且内侧鼓出的部分叠层橡胶与对应的环形凹槽配合。

优选的，所述抗震钢管由多块钢管本体拼接而成，所述钢管本体均为横截面为封闭结构的管状体，多块钢管本体中相邻两块钢管本体之间设置有橡胶层。

优选的，所述抗震钢管由四块钢管本体拼接而成，每块钢管本体的外侧面包括圆弧面以及两个相互垂直的平面，其中，所述圆弧面的弧度为90度，该圆弧面与所述橡胶支座的内侧面接触；所述钢管本体的两个平面分别与与其相邻的两个钢管本体中的其中一个平面接触；所述橡胶层设置在相邻两个平面之间。

优选的，所述抗震钢管与橡胶支座本体的内侧面之间还设置有缓冲层，所述缓冲层与相邻两块钢管本体之间的橡胶层单独设置，或者与橡胶支座本体之间一体硫化加工而成。

优选的，该低频隔振支座直接通过上封层钢板和下封层钢板分别与上部结构和下部结构连接，或通过外加的上连接钢板和下连接钢板分别与上部结构和下部结构连接。

优选的，所述抗震钢管的下端为固定端，上端为非固定端，其中，所述抗震钢管的固定端设置有扩大底座，所述扩大底座位于所述下封层钢板的下方，所述下连接钢板在所述扩大底座的对应位置处设置与之匹配的避让口。

优选的，所述抗震钢管的固定端与下封层钢板、下连接钢板或结构预埋件之间直接通过螺栓连接或焊接成为整体。

优选的，所述抗震钢管嵌入橡胶支座本体后，所述抗震钢管的非固定端与外加的上连接钢板或连接结构之间预留有竖向伸缩变形间隙。

优选的，所述钢管本体内部设置有加强筋。

优选的，所述抗震钢管为单个或多个，且分别嵌入橡胶支座本体中，并竖向贯穿上连接钢板、橡胶支座本体和下连接钢板。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)、本发明的低频隔振支座的上下两端分别与上连接结构和下连接结构连接，当将本发明的低频隔振支座安装到使用场所中后，由于受到竖向负载，所述低频隔振支座的橡胶支座本体会发生竖向压缩变形，使得橡胶支座本体中的每层叠层橡胶的内外两侧可以均匀鼓出，其中，由于所述抗震钢管的外侧面设置有多组环形凹槽，所述多组环形凹槽沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列，因此，每层叠层橡胶的内侧向内鼓出后进入到与之对应的环形凹槽内，这样，每层叠层橡胶的内外两侧的竖向变形量可以保持一致，从而保证本发明的低频隔振支座在受到竖向振动时不会发生摇晃和倾斜，进而保证低频隔振效果。

(2)、本发明的低频隔振支座的橡胶支座本体中的每层叠层橡胶的内外两侧可以均匀鼓出，从而保证每层叠层橡胶的内外两侧的竖向变形量一致，这样，所述橡胶支座本体的内侧就不会受到约束，使得橡胶支座本体各个位置处的竖向变形量保持一致，从而使得本发明的低频隔振支座的整体竖向刚度与设计刚度一致，即为设计刚度；进而保证本发明的低频隔振支座原有的竖向隔振性能。

附图说明

图1为现有的防屈曲低频隔振橡胶支座在受到竖向振动时叠层橡胶内外两侧不均匀鼓出的示意图。

图2为本发明的低频隔振支座的结构示意图。

图3-图5为抗震钢管的结构示意图，其中，图3为立体结构示意图，图4为主视图，图5为A-A方向的剖视图。

图6为本发明的低频隔振支座在没有负载时每层叠层橡胶与对应的环形凹槽的位置关系图。

图7为本发明的低频隔振支座在竖向负载时每层叠层橡胶与对应的环形凹槽的位置关系图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图2-图7，本发明的低频隔振支座包括橡胶支座本体以及嵌入在所述橡胶支座本体中的抗震钢管，其中，所述橡胶支座本体包括上封层钢板4、下封层钢板5以及设置在上封层钢板4和下封层钢板5之间的多层叠层橡胶2，其中，相邻两层叠层橡胶2之间设置有内层钢板3；所述抗震钢管沿竖向嵌入所述橡胶支座本体内，自上而下依次贯穿所述橡胶支座本体的上封层钢板4、叠层橡胶2以及下封层钢板5；所述抗震钢管的外壁上设置有多组环形凹槽9，多组环形凹槽9沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列；当所述橡胶支座本体的上封层钢板4和下封层钢板5分别与上连接结构和下连接结构连接时，所述多层叠层橡胶2中的每层叠层橡胶2的外侧和内侧均匀鼓出，且内侧鼓出的部分叠层橡胶2与对应的环形凹槽9配合。

这样，本发明的低频隔振支座的上下两端分别与上连接结构和下连接结构连接，当将本发明的低频隔振支座安装到使用场所中后，由于受到竖向负载，所述低频隔振支座的橡胶支座本体会发生竖向压缩变形，使得橡胶支座本体中的每层叠层橡胶2的内外两侧可以均匀鼓出，其中，由于所述抗震钢管的外侧面设置有多组环形凹槽9，所述多组环形凹槽9沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列，因此，每层叠层橡胶2的内侧向内鼓出后进入到与之对应的环形凹槽9内(参见图6和图7)，这样，每层叠层橡胶2的内外两侧的竖向变形量可以保持一致，从而保证本发明的低频隔振支座在受到竖向振动时不会发生摇晃和倾斜，进而保证低频隔振效果。

另外，由于本发明的低频隔振支座的橡胶支座本体中的每层叠层橡胶2的内外两侧可以均匀鼓出，从而保证每层叠层橡胶2的内外两侧的竖向变形量一致，这样，所述橡胶支座本体的内侧就不会受到约束，使得橡胶支座本体各个位置处的竖向变形量保持一致，从而使得本发明的低频隔振支座的整体竖向刚度与设计刚度一致，即为设计刚度；进而保证本发明的低频隔振支座原有的竖向隔振性能。

参见图2-图7，所述抗震钢管由多块钢管本体1拼接而成，所述钢管本体1均为截面为封闭结构的管状体，多块钢管本体1中相邻两块钢管本体1之间设置有橡胶层8。

参见图1，由于现有的防屈曲低频隔振支座在受到水平振动时，设置在橡胶支座本体中的抗震钢管可以抵抗水平振动，可以用于约束橡胶支座本体的水平方向上的整体变形，使得所述橡胶支座本体不容易发生横向变形，从而避免发生屈曲失稳或破坏；但是由于所述多层叠层橡胶2之间设置有内层钢板3，因此当发生水平振动时，所述抗震钢管为了抵御水平变形，该抗震钢管的侧面势必与内层钢板3发生挤压，例如当所述防屈曲低频隔振橡胶支座受到水平向右的振动时，所述抗震钢管为了抵御水平变形，该抗震钢管的右侧侧面就会与橡胶支座本体中位于右侧内层钢板3的侧面发生相互挤压，并通过内层钢板3与抗震钢管之间的缓冲层11来起到缓冲作用，以此来抵消水平振动产生的冲击；由于内层钢板3为多块，且在竖直方向上依次排列，每块内层钢板3会对位于内层钢板3与抗震钢管之间的缓冲层11或叠层橡胶2产生挤压作用，且该内层钢板3的侧面对该缓冲层11或叠层橡胶2产生剪切作用，从而破坏该缓冲层11或叠层橡胶2(例如内层钢板3是镶嵌在叠层橡胶2中的)，使得内层钢板2的侧面与抗震钢管的侧面接触，这样就破坏了现有的防屈曲低频隔振橡胶支座的水平隔振的能力。

因此，本发明的低频隔振支座设置上述结构以解决上述问题，具体地：

(1)、由于本发明的抗震钢管中沿着其轴线方向设置多组环形凹槽9，因此该抗震钢管的结构性能(例如刚度)就会减弱，使得本发明的低频隔振支座抵御水平变形的能力就会因为抗震钢管的结构性能的减弱而降低，为此，通过将抗震钢管设置为由多块钢管本体1拼接而成，且每块钢管本体1均为管状体，具有封闭的截面结构，这种结构的钢管本体1具有更大的抗弯能力，从而提高了本发明的低频隔振支座抵御水平变形的能力。

(2)、由于相邻两块钢管本体1之间设置有橡胶层8，因此在本发明的低频隔振支座受到水平振动的过程中，所述抗震钢管的外侧面与所述内层钢板3之间的部分作用力就被抗震钢管的内部结构所分担，且由于抗震钢管由多块钢管本体1组成，钢管本体1之间设置有橡胶层8，该橡胶层8的面积远大于钢管本体1的外侧面与内层钢板3接触的部分缓冲层11或部分叠层橡胶2的面积，从而使得水平振动产生的大部分冲击能量被对应的钢管本体1之间的橡胶层8吸收，而剩余的小部分冲击能量则通过抗震钢管的外侧面与橡胶支座本体的内侧面之间的缓冲层11或叠层橡胶2来抵消，这样，所述内层钢板3对所述抗震钢管的外侧面的挤压力减小，使得缓冲层11或叠层橡胶2受到内层钢板3与抗震钢管之间的剪切力减小，这样可以有效防止缓冲层11或叠层橡胶2受到损伤，从而避免内层钢板3与抗震钢管之间的接触，进而保证本发明的低频隔振支座的水平隔振性能，同时也延长了本发明的低频隔振支座的使用寿命。

参见图2-图7，所述抗震钢管由四块钢管本体1拼接而成，每块钢管本体1的外侧面包括圆弧面1-2以及两个相互垂直的平面1-3，其中，所述圆弧面1-2的弧度为90度，该圆弧面1-2与所述橡胶支座本体的内侧面接触；所述钢管本体1的两个平面1-3分别与与其相邻的两个钢管本体1中的其中一个平面1-3接触；所述橡胶层8设置在相邻两个平面1-3之间。

通过上述设置，当本发明的低频隔振支座受到水平振动时，水平振动产生的冲击力分别由钢管本体1之间的橡胶层8和抗震钢管外侧面与橡胶支座本体的内侧面的叠层橡胶2或设置在抗震钢管外侧面的与橡胶支座本体内侧面之间的缓冲层11来吸收，其中，由于相邻两块钢管本体1之间的接触面为平面1-3，且该平面1-3的面积大于所述内层钢板3的侧面面积，因此抗震钢管内部可以吸收绝大部分的冲击力，且相邻两块钢管本体1由于其接触的接触面积一致，因此不产生或产生的剪切力小，不会对钢管本体1以及抗震钢管内部的橡胶层8造成剪切破坏。也相当于说，所述抗震钢管的内部结构分担了大部分的水平冲击力，而只有少部分的水平冲击力作用在所述抗震钢管的外侧面与内层钢板3之间的缓冲层11上，这样就削弱了所述内层钢板3与抗震钢管之间的剪切力，可以有效防止缓冲层11或叠层橡胶2受到损伤，从而避免内层钢板3与抗震钢管之间进行接触，进而保证本发明的低频隔振支座的水平隔振性能，同时也延长了本发明的低频隔振支座的使用寿命。

另外，将抗震钢管设置为四组钢管本体1，使得本发明的低频隔振支座在受到各个方向的水平冲击时，四组钢管本体1之间的橡胶层8均可以抵消大部分的水平冲击，从而减小内层钢板3和抗震钢管对缓冲层11或叠层橡胶2的剪切力，从而保证本发明的低频隔振支座的水平隔振性能，同时也延长了本发明的低频隔振支座的使用寿命。

在本实施例中，为了增加钢管本体1的刚度，在其内部设置有加强筋1-1，通过设置加强筋1-1可以进一步提高各个钢管本体1的刚度，从而提高抗震钢管抵御水平变形的能力。

参见图2-图7，所述钢管本体1之间、以及抗震钢管与所述橡胶支座本体的内侧面之间的缓冲层11可以单独设置，也可以与橡胶支座本体之间一体硫化加工而成。另外，所述缓冲层11可以是叠层橡胶2中的一部分，即靠近抗震钢管的部位，也可以是单独的橡胶层(说明书附图仅仅展示缓冲层为单独结构)，所述橡胶层套设在所述抗震钢管外，且与抗震钢管的环形凹槽9配合。

参见图2-图7，本发明的低频隔振支座可直接通过上封层钢板4和下封层钢板5分别与上部结构和下部结构连接，或通过外加的上连接钢板6和下连接钢板7分别与上部结构和下部结构连接。

参见图2-图7，所述抗震钢管下端为固定端，上端为非固定端，其中，所述抗震钢管的固定端设置有扩大底座10，所述扩大底座10位于所述下封层钢板5的下方，所述下连接钢板7在所述扩大底座10的对应位置处设置有与之匹配的避让口。通过设置扩大底座10，与下连接钢板7的避让口相匹配，实现抗震钢管底部的固定，可以使得抗震钢管在发挥抗力作用时能够保持固定端的嵌固稳定。此外，所述抗震钢管也可与下封层钢板5、下连接钢板7或结构下预埋板直接螺栓连接或焊接成为整体，实现抗震钢管的固定端的稳定。

本实施例中的扩大底座10也是由四块钢管本体1下端的扩大底座10拼接而成，每个钢管本体1下端的扩大底座10分别与下连接钢板5通过螺钉连接。除此方式外，抗震钢管下端的扩大底座10也可以直接焊接到下连接板7上，或者直接焊接到下连接结构上。

参见图2-图7，所述抗震钢管嵌入橡胶支座本体后，所述抗震钢管的非固定端与外加的上连接钢板6或连接结构之间预留有竖向伸缩变形间隙。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述抗震钢管为多个，多个抗震钢管中的其中一个设置在所述橡胶支座本体的中心位置，其余设置在所述橡胶支座本体的四周，且呈圆周排列，或者，所述多个抗震钢管设置在所述橡胶支座本体的四周，且呈圆周排列。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低频隔振支座，包括橡胶支座本体及嵌入在所述橡胶支座本体中的抗震钢管，其中，所述橡胶支座本体包括上封层钢板、下封层钢板以及设置在上封层钢板和下封层钢板之间的多层叠层橡胶，其中，相邻两层叠层橡胶之间设置有内层钢板；所述抗震钢管沿竖向嵌入所述橡胶支座本体内，自上而下依次贯穿所述橡胶支座本体的上封层钢板、叠层橡胶以及下封层钢板；其特征在于，

所述抗震钢管的外壁上设置有多组环形凹槽，多组环形凹槽沿着所述抗震钢管的轴线方向依次排列；当所述橡胶支座本体的上封层钢板和下封层钢板分别与上连接结构和下连接结构连接时，多层叠层橡胶中的每层叠层橡胶的外侧和内侧均匀鼓出，且内侧鼓出的部分叠层橡胶与对应的环形凹槽配合；所述抗震钢管由多块钢管本体拼接而成，所述钢管本体均为横截面为封闭结构的管状体，多块钢管本体中相邻两块钢管本体之间设置有橡胶层。

2.根据权利要求1所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管由四块钢管本体拼接而成，每块钢管本体的外侧面包括圆弧面以及两个相互垂直的平面，其中，所述圆弧面的弧度为90度，该圆弧面与所述橡胶支座的内侧面接触；所述钢管本体的两个平面分别与与其相邻的两个钢管本体中的其中一个平面接触；所述橡胶层设置在相邻两个平面之间。

3.根据权利要求2所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管与橡胶支座本体的内侧面之间还设置有缓冲层，所述缓冲层与相邻两块钢管本体之间的橡胶层单独设置，或者与橡胶支座本体之间一体硫化加工而成。

4.根据权利要求1所述的低频隔振支座，其特征在于，该低频隔振支座直接通过上封层钢板和下封层钢板分别与上部结构和下部结构连接，或通过外加的上连接钢板和下连接钢板分别与上部结构和下部结构连接。

5.根据权利要求4所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管的下端为固定端，上端为非固定端，其中，所述抗震钢管的固定端设置有扩大底座，所述扩大底座位于所述下封层钢板的下方，所述下连接钢板在所述扩大底座的对应位置处设置与之匹配的避让口。

6.根据权利要求5所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管的固定端与下封层钢板、下连接钢板或结构预埋件之间直接通过螺栓连接或焊接成为整体。

7.根据权利要求6所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管嵌入橡胶支座本体后，所述抗震钢管的非固定端与外加的上连接钢板或连接结构之间预留有竖向伸缩变形间隙。

8.根据权利要求1所述的低频隔振支座，其特征在于，所述钢管本体内部设置有加强筋。

9.根据权利要求1所述的低频隔振支座，其特征在于，所述抗震钢管为单个或多个，且分别嵌入橡胶支座本体中，并竖向贯穿上连接钢板、橡胶支座本体和下连接钢板。

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