CN115182476B - 一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，包括底板、三维隔震支座、可弹性限位导杆、顶板、基于地震预警信号的开启控制装置；可弹性限位导杆包括电磁锁、导杆外壳、限位刚性垫圈、导杆内部杆、导杆内上弹簧和导杆内下弹簧；其中，基于地震预警信号的开启控制装置通过互联网接收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号,向电磁锁发出电流控制其中的电磁铁工作。本发明可以做到平时不发生大变形，仅小变形隔振，收到地震预警信号后启动大变形隔震功能，并能够限制和避免被隔震物体的碰撞，在正常使用的基础上，极大提高结构的安全，从而保护位于结构内部的人员的生命安全及内部设施的功能完整性。

Description

一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统

技术领域

本发明涉及建筑结构和设备隔震技术领域，具体为一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统。

背景技术

中国地处两条主要的地震带—欧亚地震带和环太平洋地震带之间，是世界上遭受到地震危害最为严重的国家之一。历史上，在长江三角洲和珠江三角洲曾经多次发生6级以上的强震，在京津环渤海地区，近300年来，平均每44年就发生一次7级以上的大地震。随着城市化进程的加快，大量的国民财富快速的向城市及城市群地区集中。而我国三分之一以上的已建或拟建的城市群位于可能会发生7 级以上大地震的地区。而我国城市中占绝大多数的建筑是钢筋混凝土多层和高层建筑，这些建筑具有广泛的使用功能，而建筑的破坏而引起的经济损失和人员伤亡将对国家安全和社会稳定造成巨大的冲击。地震是由于地壳岩层处于复杂的应力状态中，随着地壳的不断变化，地应力的作用超过某处岩层的极限强度时，岩层就会发生突然的断裂和错动，从而引起震动，并以弹性波的形式传到地表，引起地表附近的具有一定质量的物体产生惯性力，当物体本身具有的抵抗这种惯性作用的抗震能力不足时，物体发生破坏。而当地震动的卓越周期和物体的自振周期比较接近时，物体的破坏就将更加严重。而通过对物体设置一定的隔震装置可以显著改变物体的自振周期，从而避开地震的卓越周期，从而显著的降低作用于物体的惯性力，减小物体在地震作用下的破坏，增加物体在地震下的安全。

隔震技术本质上是通过降低隔震层的刚度来延长结构的自振周期，因此隔震层的刚度一般较小，在风荷载、人群荷载以及其他荷载作用下，会发生较大变形,严重时甚至会发生严重破坏，这使得隔震技术应用也有其限制性。分析隔震技术的时间尺度的效率发现，实际上对于常见的隔震技术真正作用的仅仅是地震作用的短暂时间，更多的时间是不起作用甚至是起反作用的。因此理想的隔震技术应当是平时并不工作，仅当地震来临时工作，地震结束再停止工作。地震短临预报和地震预警技术给这种技术的应用带来了应用空间，而现阶段，地震短临预报技术发展遇到极大困难，但是地震预警技术却蓬勃发展，当地震发生后，地震预警技术，利用光速快于地震波速的原理，能够为抗震设防争取宝贵但短暂的时间，而这短短的时间却使得对传统隔震技术的改造变为可能。

此外，很多情况下，由于两栋建筑或者两个设备相距较近，相邻侧边会由于震动引起两个物品的碰撞，在很多情况下，不能允许这种相邻侧发生碰撞，因此需要限制隔震支座的变形，特别是对于类似于高速列车等高速运动的物体，不能由于隔震支座的存在造成两列高速列车之间的碰撞。而三维隔震支座可以用来减缓平时设备或结构产生的振动，因此应当给予支座一定的运动空间，因此弹性是一个很好的措施，能够允许支座在平时有一定的作用，但是不允许在风荷载等荷载作用下的大变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，利用地震预警技术，在非地震情况下弹性限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，并能够减小振动作用，而在地震发生后隔震系统水平向限位解除，能够作为正常三维隔震支座使用，大幅度降低结构的地震响应，并且可以根据需要控制可以震动的方向，防止结构碰撞，极大的增加结构的安全性，确保建筑内人员的安全和设施的正常使用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，包括底板、三维隔震支座、可弹性限位导杆、顶板、基于地震预警信号的开启控制装置；所述三维隔震支座的底部与底板连接，三维隔震支座的顶部与顶板连接；所述可弹性限位导杆的一端通过球铰连接副与底板连接，另一端通过球铰连接副与顶板连接；所述基于地震预警信号的开启控制装置安装在底板上；

所述可弹性限位导杆包括电磁锁、导杆外壳、限位刚性垫圈、导杆内部杆、导杆内上弹簧和导杆内下弹簧；所述电磁锁安装在导杆外壳上，电磁锁包括电磁铁、插销外套弹簧和铁芯插销；所述限位刚性垫圈、导杆内部杆、导杆内上弹簧和导杆内下弹簧均安装在导杆外壳内部，其中，上下两个所述限位刚性垫圈分别与导杆内上弹簧、导杆内下弹簧连接，所述导杆内部杆通过导杆上弹性限位弹簧、导杆下弹性限位弹簧与两个限位刚性垫圈接触连接，所述导杆上弹性限位弹簧和导杆下弹性限位弹簧安装在导杆外壳内部，所述限位刚性垫圈被电磁锁内的铁芯插销限制了其导杆内部杆的轴向位移；

所述基于地震预警信号的开启控制装置通过互联网接收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号,并判断地震幅值达到阈值后，向电磁锁发出电流控制其中的电磁铁工作；

所述电磁锁接收到基于地震预警信号的开启控制装置传出的电流，电磁锁中的电磁铁产生磁力，电磁力吸引铁芯插销从导杆外壳中拔出，所述限位刚性垫圈在弹簧的作用下向导杆上侧或下侧运动，中间的导杆的上侧或下侧运动位移不再受限制，当需要限制导杆的某个方向运动时，设置为仅开启上部或下部的限位刚性垫圈上的电磁锁，地震结束后通过限位刚性垫圈上的外凸部件进行人工复位。

更进一步地，所述基于地震预警信号的开启控制装置包括外接电源、蓄电池、信号启动控制模块，所述外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与信号启动控制模块连接。

更进一步地，所述底板设置一个，三维隔震支座设置一个，可弹性限位导杆正交设置四个，球铰连接副设置八个，顶板设置一个，基于地震预警信号的开启控制装置设置一个。

更进一步地，每根可弹性限位导杆上的电磁锁设置四个，每根可弹性限位导杆上的限位刚性垫圈设置两个，每根可弹性限位导杆上的导杆内上弹簧和导杆内下弹簧各设置一个每根可弹性限位导杆上的导杆外壳和导杆内部杆各设置一个；每根可弹性限位导杆上的导杆上弹性限位弹簧、导杆下弹性限位弹簧各设置一个。

更进一步地，所述电磁锁内部的电磁铁、插销外套弹簧和铁芯插销各设置一个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，利用地震预警技术，在非地震情况下弹性限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，并能够减小振动作用，而在地震发生后隔震系统水平向限位解除，能够作为正常三维隔震支座使用，大幅度降低结构的地震响应，并且可以根据需要控制可以震动的方向，防止结构碰撞，极大的增加结构的安全性，确保建筑内人员的安全和设施的正常使用。

2、本发明提供的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，解决了建筑或者设备在非地震情况下三维隔震支座在水平向不产生隔震作用，从而有效抵抗风荷载等水平向荷载并能够有减振作用，而且在地震发生后可根据需要设置允许震动的方向，可以避免在非开阔地带的由于地震引起的结构或设备之间的碰撞。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的正视图；

图5为本发明可弹性限位导杆部件的轴测图；

图6为本发明可弹性限位导杆部件的正面图；

图7为本发明可弹性限位导杆部件的剖面图；

图8为本发明可弹性限位导杆部件的局部放大剖面；

图9为本发明可弹性限位导杆部件的限位刚性垫圈；

图10为本发明基于地震预警信号的开启控制装置的电路图。

图中：1、底板；2、球铰连接副；3、可弹性限位导杆；4、三维隔震支座；5、顶板；6、基于地震预警信号的开启控制装置；7、电磁锁；8、导杆外壳；9、限位刚性垫圈；10、导杆内部杆；11、导杆内上弹簧；12、导杆内下弹簧；13、电磁铁；14、插销外套弹簧；15、铁芯插销；16、导杆上弹性限位弹簧；17、导杆下弹性限位弹簧。

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1-10，本发明实施例中：一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，包括底板1、三维隔震支座4、可弹性限位导杆3、顶板5、基于地震预警信号的开启控制装置6；其中，底板1设置一个，三维隔震支座4设置一个，可弹性限位导杆3正交设置四个，球铰连接副2设置八个，顶板5设置一个，基于地震预警信号的开启控制装置6设置一个；所述三维隔震支座4的底部与底板1连接，三维隔震支座4的顶部与顶板5连接，三维隔震支座可以为常见的符合相关要求的隔震支座；所述可弹性限位导杆3的一端通过球铰连接副2与底板1连接，另一端通过球铰连接副2与顶板5连接；所述基于地震预警信号的开启控制装置6安装在底板1上；其中，可弹性限位导杆3包括电磁锁7、导杆外壳8、限位刚性垫圈9、导杆内部杆10、导杆内上弹簧11和导杆内下弹簧12；所述电磁锁7安装在导杆外壳8上，电磁锁7包括电磁铁13、插销外套弹簧14和铁芯插销15；所述限位刚性垫圈9、导杆内部杆10、导杆内上弹簧11和导杆内下弹簧12均安装在导杆外壳8内部，其中，上下两个所述限位刚性垫圈9分别与导杆内上弹簧11、导杆内下弹簧12连接，所述导杆内部杆10通过导杆上弹性限位弹簧16、导杆下弹性限位弹簧17与两个限位刚性垫圈9接触连接，所述导杆上弹性限位弹簧16和导杆下弹性限位弹簧17安装在导杆外壳8内部，所述限位刚性垫圈9被电磁锁7内的铁芯插销15限制了其导杆内部杆10的轴向位移，因此导杆平时可以有一定的变形，但是不能有较大变形，因此三维隔震支座4可以在较小幅度的振动，用于减小结构或者设备的振动作用。其中，每根可弹性限位导杆3上的电磁锁7设置四个，每根可弹性限位导杆3上的限位刚性垫圈9设置两个，每根可弹性限位导杆3上的导杆内上弹簧11和导杆内下弹簧12各设置一个每根可弹性限位导杆3上的导杆外壳8和导杆内部杆10各设置一个；每根可弹性限位导杆3上的导杆上弹性限位弹簧16、导杆下弹性限位弹簧17各设置一个；电磁锁7内部的电磁铁13、插销外套弹簧14和铁芯插销15各设置一个。

作为本发明实施例的进一步技术方案，基于地震预警信号的开启控制装置6通过互联网接收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号（包括地震引起的加速度、速度和位移）,并判断地震幅值达到阈值后，向电磁锁7发出电流控制其中的电磁铁13工作；其中，基于地震预警信号的开启控制装置6包括外接电源、蓄电池、信号启动控制模块，所述外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与信号启动控制模块连接。

在上述实施例中，电磁锁7接收到基于地震预警信号的开启控制装置6传出的电流，电磁锁7中的电磁铁13产生磁力，电磁力吸引铁芯插销15从导杆外壳8中拔出，限位刚性垫圈9在弹簧的作用下向导杆上侧或下侧运动，中间的导杆的上侧或下侧运动位移不再受限制，可以移动；当需要限制导杆的某个方向运动时，可以设置为仅开启上部或下部的限位刚性垫圈9上的电磁锁7，地震结束后通过限位刚性垫圈9上的外凸部件进行人工复位。

工作原理：本发明提供的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，用于解决建筑或者设备在非地震情况下三维隔震支座4不产生大变形的地震隔震作用，但是能够有一定的变形从而发挥一定的减振能力，因此不仅有效抵抗风荷载等水平向荷载并减小振动，而且在地震发生后三维隔震支座4可以产生较大变形进行隔震，并可根据需要设置允许震动的方向，可以避免在非开阔地带的由于地震引起的结构或设备之间的碰撞，例如两栋建筑或者设备相邻，相邻边发生运动后就会发生碰撞；另外，当列车等运动物体使用本技术时，也存在由于列车交汇时需要限制交汇方向的运动，避免发生碰撞，这些功能都是常规隔震支座所不能做到的。

当地震发生后，本发明的基于地震预警信号的开启控制装置6能够通过互联网收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号（包括地震引起的加速度、速度和位移）,并判断地震幅值达到一定程度后，向电磁锁7传出电流，电磁锁7中的电磁铁13产生磁力，电磁力吸引铁芯插销15从导杆外壳8中拔出，限位刚性垫圈9在弹簧的作用下向导杆上侧或下侧运动，导杆上弹性限位弹簧16和导杆下弹性限位弹簧17的位移不再受限，因此中间的导杆的上侧或下侧运动位移不再受限制，可以移动。当需要限制导杆的某个方向运动时，可以设置为仅开启上部或下部限位刚性垫圈9上的电磁锁7，地震结束后，可以通过限位刚性垫圈9上的外凸部件进行人工复位。

综上所述：本发明提供的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，利用地震预警技术，在非地震情况下弹性限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，并能够减小振动作用，而在地震发生后隔震系统水平向限位解除，能够作为正常三维隔震支座使用，大幅度降低结构的地震响应，并且可以根据需要控制可以震动的方向，防止结构碰撞，极大的增加结构的安全性，确保建筑内人员的安全和设施的正常使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，其特征在于，包括底板（1）、三维隔震支座（4）、可弹性限位导杆（3）、顶板（5）、基于地震预警信号的开启控制装置（6）；所述三维隔震支座（4）的底部与底板（1）连接，三维隔震支座（4）的顶部与顶板（5）连接；所述可弹性限位导杆（3）的一端通过球铰连接副（2）与底板（1）连接，另一端通过球铰连接副（2）与顶板（5）连接；所述基于地震预警信号的开启控制装置（6）安装在底板（1）上；

所述可弹性限位导杆（3）包括电磁锁（7）、导杆外壳（8）、限位刚性垫圈（9）、导杆内部杆（10）、导杆内上弹簧（11）和导杆内下弹簧（12）；所述电磁锁（7）安装在导杆外壳（8）上，电磁锁（7）包括电磁铁（13）、插销外套弹簧（14）和铁芯插销（15）；所述限位刚性垫圈（9）、导杆内部杆（10）、导杆内上弹簧（11）和导杆内下弹簧（12）均安装在导杆外壳（8）内部，其中，上下两个所述限位刚性垫圈（9）分别与导杆内上弹簧（11）、导杆内下弹簧（12）连接，所述导杆内部杆（10）通过导杆上弹性限位弹簧（16）、导杆下弹性限位弹簧（17）与两个限位刚性垫圈（9）接触连接，所述导杆上弹性限位弹簧（16）和导杆下弹性限位弹簧（17）安装在导杆外壳（8）内部，所述限位刚性垫圈（9）被电磁锁（7）内的铁芯插销（15）限制了其导杆内部杆（10）的轴向位移；

所述基于地震预警信号的开启控制装置（6）通过互联网接收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号,并判断地震幅值达到阈值后，向电磁锁（7）发出电流控制其中的电磁铁（13）工作；

所述电磁锁（7）接收到基于地震预警信号的开启控制装置（6）传出的电流，电磁锁（7）中的电磁铁（13）产生磁力，电磁力吸引铁芯插销（15）从导杆外壳（8）中拔出，所述限位刚性垫圈（9）在弹簧的作用下向导杆上侧或下侧运动，中间的导杆的上侧或下侧运动位移不再受限制，当需要限制导杆的某个方向运动时，设置为仅开启上部或下部的限位刚性垫圈（9）上的电磁锁（7），地震结束后通过限位刚性垫圈（9）上的外凸部件进行人工复位。

2.如权利要求1所述的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，其特征在于：所述基于地震预警信号的开启控制装置（6）包括外接电源、蓄电池、信号启动控制模块，所述外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与信号启动控制模块连接。

3.如权利要求2所述的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，其特征在于，所述底板（1）设置一个，三维隔震支座（4）设置一个，可弹性限位导杆（3）正交设置四个，球铰连接副（2）设置八个，顶板（5）设置一个，基于地震预警信号的开启控制装置（6）设置一个。

4.如权利要求3所述的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，其特征在于，每根可弹性限位导杆（3）上的电磁锁（7）设置四个，每根可弹性限位导杆（3）上的限位刚性垫圈（9）设置两个，每根可弹性限位导杆（3）上的导杆内上弹簧（11）和导杆内下弹簧（12）各设置一个每根可弹性限位导杆（3）上的导杆外壳（8）和导杆内部杆（10）各设置一个；每根可弹性限位导杆（3）上的导杆上弹性限位弹簧（16）、导杆下弹性限位弹簧（17）各设置一个。

5.如权利要求4所述的一种平时弹性限位和工作时可单侧限位的三维隔震系统，其特征在于，所述电磁锁（7）内部的电磁铁（13）、插销外套弹簧（14）和铁芯插销（15）各设置一个。