CN115478615A - 三维隔震装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

三维隔震装置，包括从上至下依次固定的摩擦摆支座、准零刚度竖向隔震器和锚碇钢棒组，其特征在于：所述的准零刚度竖向隔震器包括与锚碇钢棒组顶部固定的底板、设置于底板上方且与摩擦摆支座底部固定的盖板、在变形过程中具有正刚度特性且由碟形弹簧组合而成的碟簧组合和与碟簧组合并联且在变形过程中具有负刚度特性的聚氨酯弹性体，碟簧组沿垂向预压设置在底板和盖板之间，聚氨酯弹性体设置在碟簧组的外周且水平预压装在底板和盖板之间。本发明可满足大跨度空间结构的竖向隔震要求，提升竖向隔震能力和低频隔震能力，保证准零刚度竖向隔震器的可靠性和有效性，提高三维隔震装置的竖向隔震能力。本发明还提供一种三维隔震装置的设计方法。

Description

三维隔震装置及其设计方法

技术领域

本发明涉及三维隔震装置及其设计方法，属于工程结构隔震/振领域。

背景技术

为满足大跨度空间结构的隔震要求，三维隔震装置应具有：1）竖向承载力要求；2）水平隔震性能，水平方向有一定的初始刚度和耗能能力；3）竖向隔震性能，竖向刚度满足承载力要求，并竖向耗能；4）自复位能力；5）一定扭转能力；6）良好的稳定性和耐久性；7）结构简单，加工方便的优点。目前三维隔震装置大多采用水平隔震器和竖向隔震器串联组成，部分利用黏滞阻尼器来提高支座的耗能能力。其中，水平隔震器主要采用橡胶支座、滑动摩擦支座和摩擦摆支座。竖向隔震器大多采用圆柱螺旋弹簧、碟簧及其与黏滞阻尼器的组合装置，而竖向隔震器关键在于竖向刚度的设计，既要满足竖向承载力的要求，又不能因竖向动刚度过大影响装置的竖向隔震性能，同时还要考虑装置的稳定性，避免装置因高度过大而发生倾覆。为了解决竖向动刚度过大的问题，可以采用非线性准零刚度设计理念。准零刚度隔震器利用负刚度机构与正刚度机构并联设计，形成一种稳定的准零刚度平衡系统，实现了高静刚度低动刚度特性。准零刚度隔震器大多采用圆柱螺旋弹簧、碟簧及其与黏滞阻尼器的组合装置，其中圆柱螺旋弹簧构造简单、加工方便、成本低廉等，但这种弹簧受力特性为线性，竖向阻尼较小，且竖向承载力较小，难以在大跨度空间结构中提供可靠的支承。而碟簧具有变刚度、竖向承载力较大，吸振和耗能较好的特性，可在大跨度空间结构的竖向隔震器中进行推广，但单一尺寸碟簧组合件竖向阻尼较小，需要额外附加阻尼器，造成竖向隔震器设计复杂且结构不简单，同时在工程结构中推广应用具有一定的局限性。

发明内容

本发明提供的三维隔震装置，可满足大跨度空间结构的竖向隔震要求，不仅竖向承载能力较好而且竖向隔震性能优越，提升竖向隔震能力和低频隔震能力，保证准零刚度竖向隔震器的可靠性和有效性，提高三维隔震装置的竖向隔震能力。本发明还提供一种三维隔震装置的设计方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

三维隔震装置，包括从上至下依次固定的摩擦摆支座、准零刚度竖向隔震器和锚碇钢棒组，其特征在于：所述的准零刚度竖向隔震器包括与锚碇钢棒组顶部固定的底板、设置于底板上方且与摩擦摆支座底部固定的盖板、在变形过程中具有正刚度特性且由碟形弹簧组合而成的碟簧组合和与碟簧组合并联且在变形过程中具有负刚度特性的聚氨酯弹性体，碟簧组沿垂向预压设置在底板和盖板之间，聚氨酯弹性体设置在碟簧组的外周且水平预压装在底板和盖板之间。

优选的，所述的碟簧组包括设置在底板中心的大碟簧组和位于大碟簧组外周的小碟簧组，大碟簧组中碟形弹簧的半径大于小碟簧组中碟形弹簧的半径，盖板与底板导向配合压紧在小碟簧组和大碟簧组上。

优选的，所述的小碟簧组和大碟簧组均为碟形弹簧叠合再对合而成的复合组合弹簧，小碟簧组中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为I，大碟簧组中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为M，N≥2，I≥2，M≥2，M<I。

优选的，所述的底板上具有与大碟簧组相对应的大导向安装筒组件、与小碟簧组相对应的小导向安装筒组件，大导向安装筒组件和小导向安装筒组件分别与底板垂直，大碟簧组定位在大导向安装筒组件中，小碟簧组定位在小导向安装筒组件中，盖板上具有与大导向安装筒组件导向配合的大压紧导管、与小导向安装筒组件导向配合的小压紧导管，小压紧导管伸入至小导向安装筒组件中将小碟簧组压紧，大压紧导管伸入至大导向安装筒组件中将大碟簧组压紧。

优选的，所述的小导向安装筒组件包括套有耐磨套的小导向柱和同轴设置在小导向柱外周的的小导向筒，大导向安装筒组件包括套有耐磨套的大导向柱和同轴设置在大导向柱外周的大导向筒，小碟簧组套在小导向柱上且位于小导向柱和小导向筒之间，大碟簧组套在大导向柱上且位于大导向柱和大导向筒之间，大压紧导管伸入大导向筒中且与大导向柱导向配合，小压紧导管伸入小导向筒中且与小导向柱导向配合。

优选的，所述的小碟簧组中最上层的碟形弹簧上垫有小碟簧垫板，小碟簧垫板的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与小压紧导管底面配合的平面，大碟簧组中最上层的碟形弹簧上垫有大碟簧垫板，大碟簧垫板的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与大压紧导管底面配合的平面。

优选的，所述的大碟簧组的数量为一组，小碟簧组的数量为至少两组且对称分布在大碟簧组外周，底板上具有同轴设置在大导向筒外周的外定位筒，盖板上具有同轴伸入外定位筒中的内定位筒，大导向安装筒组件和小导向安装筒组件均伸入至内定位筒中，聚氨酯弹性体连接在内定位筒和外定位筒之间，聚氨酯弹簧体的数量为多个，且沿内定位筒周向均匀分布。

优选的，所述的聚氨酯弹性体包括与内定位筒固定的内连接板、与外定位筒固定的外连接板和连接在内连接板与外连接板之间且被水平预压的聚氨酯层，聚氨酯层中至少硫化一层沿垂向设置的钢板，内连接板和外连接板之间均设置两层聚氨酯层，且两层聚氨酯层隔开不接触。

以上所述的三维隔震装置的设计方法，其特征在于：首先根据准零刚度竖向隔震器中底板与盖板之间的安装空间大小，设计碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数以及分布位置；然后根据碟簧组合的个数以及三维隔震装置的竖向承载需求、竖向行程需求，设计碟簧组合中碟形弹簧的尺寸、极限变形位移、自由高度、承载力和组合形式；之后根据碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数，设计碟簧组合的正刚度特性和聚氨酯弹性体的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零。

优选的，“根据碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数，设计碟簧组合的正刚度特性和聚氨酯弹性体的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零”是指，根据小碟簧组的个数A，大碟簧组的个数B，设计小碟簧组、大碟簧组的预压变形量，以确定小碟簧组的静刚度D，大碟簧组的静刚度E；根据聚氨酯弹性体的个数C，设计聚氨酯层中钢板的数量和聚氨酯层的预压缩量，以确定聚氨酯弹性体的静刚度为F，（A×D+B×E）－C×F=G，0≤G≤10 kN/mm。

发明的有益效果是：

1.本发明的三维隔震装置中摩擦摆支座作为水平隔震器，起到水平隔震和承载的作用，准零刚度竖向隔震器起到竖向隔震和承载的作用，其中碟簧组合与聚氨酯弹性体并联，聚氧酯弹性体水平预压，在竖向承载过程中聚酯弹性体由水平逐渐变为斜置，压缩量减少，呈现负刚度特性，碟簧组合沿垂向预压在竖向承载过程中呈现正刚度特性，形成一种稳定的准零刚度平衡系统，静刚度不变，但其动刚度大幅减小，甚至趋近于零，实现了高静刚度低动刚度特性，聚氨酯弹性体设置碟簧组合的外周，降低准零刚度竖向隔震器的高度，提高稳定性，碟簧组合中碟形弹簧具有非线性刚度、竖向承载力较大，吸振和耗能较好的特性，提高竖向隔震器的竖向阻尼，增大竖向行程，且空间体积小，为聚氨酯弹性体提供足够的安装空间，可满足大跨度空间结构的竖向隔震要求，不仅竖向承载能力较好而且竖向隔震性能优越，提升竖向隔震能力和低频隔震能力。聚氨酯弹性体结构承载力高、弹性性能好、硬度范围宽、撕裂强度高，可在使用过程中形成稳定而有效的负刚度特性，保证准零刚度竖向隔震器的可靠性和有效性，提高三维隔震装置的竖向隔震能力。

2.底板上具有对小碟簧组进行定位的小导向安装筒组件以及对大碟簧组进行定位的大导向安装筒组件，盖板上的小压紧导管与小导向安装筒组件导向配合压紧小碟簧组，大压紧导管与大导向安装筒组件导合配合压紧大碟簧组，保证小碟簧组和大碟簧组沿竖向同步预压以及在承载过程中沿竖向同步变形，保证碟簧组合沿竖向承载变形不偏斜；聚氨酯弹性体预压装在外定位筒和内定位筒之间，内定位筒、小压紧导管和大压紧导管均设置在盖板上，使碟簧组合和聚氨酯弹性体同步承载变形，保证正刚度与和负刚度同步变化，形成稳定的准零刚度系统。

3.本发明的设计方法，根据安装空间、竖向承载、行程需求设计碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数、分布位置及性能参数，再根据碟簧组合的个数和聚氨酯弹性体的个数，设计碟簧组合的正刚度特性，聚氨酯弹性体的负刚度特性，满足不同工况和安装空间下准零刚度竖向隔震器的承载和竖向隔震需求。

附图说明

图1为本发明的三维隔震装置的示意图。

图2为准零刚度竖向隔震器的示意图。

图3为大导向安装筒组件和小导向安装筒组件在底板上的分布示意图。

图4为图2的局部放大图。

图5为图2的另一个局部放大图。

具体实施方式

下面结合图1~5对本发明的实施例做详细说明。

三维隔震装置，包括从上至下依次固定的摩擦摆支座1、准零刚度竖向隔震器2和锚碇钢棒组3，其特征在于：所述的准零刚度竖向隔震器2包括与锚碇钢棒组3顶部固定的底板4、设置于底板4上方且与摩擦摆支座1底部固定的盖板5、在变形过程中具有正刚度特性且由碟形弹簧组合而成的碟簧组合6和与碟簧组合6并联且在变形过程中具有负刚度特性的聚氨酯弹性体7，碟簧组6沿垂向预压设置在底板和盖板之间，聚氨酯弹性体7设置在碟簧组6的外周且水平预压装在底板4和盖板5之间。

以上所述的三维隔震装置中摩擦摆支座1作为水平隔震器，起到水平隔震和承载的作用，准零刚度竖向隔震器2起到竖向隔震和承载的作用，其中碟簧组合6与聚氨酯弹性体7并联，聚氧酯弹性体7水平预压，在竖向承载过程中聚酯弹性体7由水平逐渐变为斜置，压缩量减少，呈现负刚度特性，碟簧组合6沿垂向预压在竖向承载过程中呈现正刚度特性，形成一种稳定的准零刚度平衡系统，静刚度不变，但其动刚度大幅减小，甚至趋近于零，实现了高静刚度低动刚度特性，聚氨酯弹性体7设置碟簧组合的外周，降低准零刚度竖向隔震器的高度，提高稳定性，碟簧组合6中碟形弹簧具有非线性刚度、竖向承载力较大，吸振和耗能较好的特性，提高竖向隔震器的竖向阻尼，增大竖向行程，且空间体积小，为聚氨酯弹性体7提供足够的安装空间，可满足大跨度空间结构的竖向隔震要求，不仅竖向承载能力较好而且竖向隔震性能优越，提升竖向隔震能力和低频隔震能力。聚氨酯弹性体7结构承载力高、弹性性能好、硬度范围宽、撕裂强度高，可在使用过程中形成稳定而有效的负刚度特性，保证准零刚度竖向隔震器的可靠性和有效性。

优选的，所述的碟簧组6包括设置在底板中心的大碟簧组8和位于大碟簧组8外周的小碟簧组9，大碟簧组8中碟形弹簧的半径大于小碟簧组9中碟形弹簧的半径，盖板5与底板4导向配合压紧在小碟簧组9和大碟簧组8上。大碟簧组8和小碟簧组9共同承载，同步变形，小碟簧组9与大碟簧组8组合形成碟簧组6，减少碟簧组合6的横向尺寸，为聚氨酯弹性体7提供足够的横向空间，降低准零刚度竖向隔震器2的高度尺寸，提高稳定性，盖板5与底板4导向配合压紧小碟簧组9和大碟簧组8，保证小碟簧组9和大碟簧组9沿竖向承载的可靠性和同步性。

优选的，所述的小碟簧组9和大碟簧组8均为碟形弹簧叠合再对合而成的复合组合弹簧，小碟簧组9中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为I，大碟簧组8中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为M，N≥2，I≥2，M≥2，M<I。大碟簧组8和小碟簧组9均采用碟形弹簧叠合与对合的相结合的组合方式，提高碟簧组合6的承载能力和非线性刚度特性，小碟簧组4和中碟簧组合3中碟形弹簧的叠合片数根据承载需求确定，对合片数根据竖向行程需求确定。

优选的，所述的底板4上具有与大碟簧组8相对应的大导向安装筒组件10、与小碟簧组9相对应的小导向安装筒组件11，大导向安装筒组件10和小导向安装筒组件11分别与底板4垂直，大碟簧组8定位在大导向安装筒组件10中，小碟簧组9定位在小导向安装筒组件11中，盖板5上具有与大导向安装筒组件10导向配合的大压紧导管12、与小导向安装筒组件11导向配合的小压紧导管13，小压紧导管13伸入至小导向安装筒组件11中将小碟簧组9压紧，大压紧导管12伸入至大导向安装筒组件10中将大碟簧组8压紧。底板4上具有对小碟簧组9进行定位的小导向安装筒组件11以及对大碟簧组8进行定位的大导向安装筒组件10，盖板5上的小压紧导管13与小导向安装筒组件11导向配合压紧小碟簧组9，大压紧导管12与大导向安装筒组件10导合配合压紧大碟簧组8，保证小碟簧组8和大碟簧组9沿竖向同步预压以及在承载过程中沿竖向同步变形，保证碟簧组合6沿竖向承载变形不偏斜。

优选的，所述的小导向安装筒组件11包括套有耐磨套的小导向柱111和同轴设置在小导向柱111外周的的小导向筒112，大导向安装筒组件10包括套有耐磨套的大导向柱101和同轴设置在大导向柱101外周的大导向筒102，小碟簧组9套在小导向柱111上且位于小导向柱111和小导向筒112之间，大碟簧组8套在大导向柱101上且位于大导向柱101和大导向筒102之间，大压紧导管12伸入大导向筒102中且与大导向柱101导向配合，小压紧导管13伸入小导向筒112中且与小导向柱111导向配合。大压紧导管12沿大导向柱101运动，使大碟簧组8沿竖向运动，大导向筒102和大导向柱101对大碟簧组8进行径向定位，保证大碟簧组8只能沿大导向柱101做竖向运动，小压紧导管13沿小导向柱111运动，使小碟簧组9沿竖向运动，小导向筒112和小导向柱111对小碟簧组9进行径向定位，保证小碟簧组9只能沿小导向柱111做竖向运动，而大压紧导管12与大导向柱101导向配合，小压紧导管13与小导向柱111导向配合，保证大碟簧组8和小碟簧组9同步沿同一方位的承载，形成组合成一体的碟簧组合6，保证碟簧组合6的结构可靠性。

优选的，所述的小碟簧组9中最上层的碟形弹簧上垫有小碟簧垫板91，小碟簧垫板91的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与小压紧导管13底面配合的平面，大碟簧组8中最上层的碟形弹簧上垫有大碟簧垫板81，大碟簧垫板81的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与大压紧导管12底面配合的平面。小碟簧垫片91在小碟簧组9和小压紧导管13之间，保证小碟簧组9均匀承载，大碟簧垫片81夹在大碟簧组8与大压紧导管12之间，保证大碟簧组8均匀承载，从而保证碟簧组合6均匀承载。

优选的，所述的大碟簧组8的数量为一组，小碟簧组9的数量为至少两组且对称分布在大碟簧组8外周，底板4上具有同轴设置在大导向筒102外周的外定位筒41，盖板5上具有同轴伸入外定位筒41中的内定位筒51，大导向安装筒组件10和小导向安装筒组件11均伸入至内定位筒51中，聚氨酯弹性体7连接在内定位筒51和外定位筒41之间，聚氨酯弹簧体7的数量为多个，且沿内定位筒51周向均匀分布。大碟簧组8的数量为一个，小碟簧组9的数量为多个，多个小碟簧组9对称分布在大碟簧组8的外周，将对称分布的多个的小碟簧组9与一个大碟簧组8组合形成碟簧组6，减少碟簧组合6的横向尺寸，为聚氨酯弹性体7提供足够的横向空间，聚氨酯弹簧体7连接在外定位筒41和内定位筒51之间，沿水平预压即沿径向压缩在内、外定位筒之间，竖向承载过程中，内定位筒51相对于外定位筒41向下运动，带动聚氨酯弹性体7由水平变为斜置，使聚氨酯弹性体7的压缩量减小，呈现出负刚度特性，竖向承载过程中碟簧组合6与聚氨酯弹性体7同步承载变形，保证正刚度和负刚度同步变化，形成稳定的准零刚度系统。

优选的，所述的聚氨酯弹性体7包括与内定位筒51固定的内连接板71、与外定位筒41固定的外连接板72和连接在内连接板71与外连接板72之间且被水平预压的聚氨酯层73，聚氨酯层73中至少硫化一层沿垂向设置的钢板74，内连接板71和外连接板72之间均设置两层聚氨酯层73，且两层聚氨酯层73隔开不接触。内连接板71和外连接板72用于定位聚氨酯层73，钢板74增加聚氨酯层73的初始刚度，根据聚氨酯弹性体7的初始刚度需求和聚氨酯层73的厚度，确定聚氨酯层73中钢板74的层数。相对应的内连接板71和外连接板72之间均设置两层聚氨酯层73，提高单个聚氨酯弹性体7的刚度，多个聚氨酯弹性体7的刚度总和，与碟簧组合6的刚度总和相近，低频承载过程中负刚度和正刚度合并的动态刚度趋近于零，形成准零刚度平衡系统。

以上所述的三维隔震装置的设计方法，其特征在于：首先根据准零刚度竖向隔震器2中底板4与盖板5之间的安装空间大小，设计碟簧组合6和聚氨酯弹性体7的个数以及分布位置；然后根据碟簧组合6的个数以及三维隔震装置的竖向承载需求、竖向行程需求，设计碟簧组合6中碟形弹簧的尺寸、极限变形位移、自由高度、承载力和组合形式；之后根据碟簧组合6和聚氨酯弹性体7的个数，设计碟簧组合的正刚度特性和聚氨酯弹性体的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零。以上所述的的设计方法，根据安装空间、竖向承载、行程需求设计计碟簧组合6和聚氨酯弹性体7的个数、分布位置及性能参数，再根据碟簧组合6的个数和聚氨酯弹性体7的个数，设计碟簧组合6的正刚度特性，聚氨酯弹性体7的负刚度特性，满足不同工况和安装空间下准零刚度竖向隔震器的承载和竖向隔震需求。

优选的，“根据碟簧组合6和聚氨酯弹性体7的个数，设计碟簧组合6的正刚度特性和聚氨酯弹性体7的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零”是指，根据小碟簧组9的个数A，大碟簧组8的个数B，设计小碟簧组9、大碟簧组8的预压变形量，以确定小碟簧组9的静刚度D，大碟簧组8的静刚度E；根据聚氨酯弹性体7的个数C，设计聚氨酯层73中钢板74的数量和聚氨酯层73的预压缩量，以确定聚氨酯弹性体的静刚度为F，（A×D+B×E）－C×F=G，0≤G≤10 kN/mm。A×D+B×E为碟簧组合6的静刚度值，C×F为聚氨酯弹性体7的静刚度值，两者的差值为G，G 的取值为0~10 kN/mm，低频承载过程中负刚度和正刚度合并的动态刚度趋近于零，低频竖向振动频率传递至准零刚度竖向隔震器时，碟簧组合6和聚氨酯弹性体7合并成的动态刚度会趋近于零，碟簧组合6的刚度均呈非线性变化，准零刚度竖向隔震器2在承载变形过程中的阻尼大，吸振和耗能的效率高，可有效提升竖向隔震能力和低频隔震能力。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。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的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。

Claims (10)

1.三维隔震装置，包括从上至下依次固定的摩擦摆支座、准零刚度竖向隔震器和锚碇钢棒组，其特征在于：所述的准零刚度竖向隔震器包括与锚碇钢棒组顶部固定的底板、设置于底板上方且与摩擦摆支座底部固定的盖板、在变形过程中具有正刚度特性且由碟形弹簧组合而成的碟簧组合和与碟簧组合并联且在变形过程中具有负刚度特性的聚氨酯弹性体，碟簧组沿垂向预压设置在底板和盖板之间，聚氨酯弹性体设置在碟簧组的外周且水平预压装在底板和盖板之间。

2.根据权利要求1所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的碟簧组包括设置在底板中心的大碟簧组和位于大碟簧组外周的小碟簧组，大碟簧组中碟形弹簧的半径大于小碟簧组中碟形弹簧的半径，盖板与底板导向配合压紧在小碟簧组和大碟簧组上。

3.根据权利要求2所述的准零刚度竖向隔震器，其特征在于：所述的小碟簧组和大碟簧组均为碟形弹簧叠合再对合而成的复合组合弹簧，小碟簧组中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为I，大碟簧组中碟形弹簧的叠合片数为N，对合片数为M，N≥2，I≥2，M≥2，M<I。

4.根据权利要求2所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的底板上具有与大碟簧组相对应的大导向安装筒组件、与小碟簧组相对应的小导向安装筒组件，大导向安装筒组件和小导向安装筒组件分别与底板垂直，大碟簧组定位在大导向安装筒组件中，小碟簧组定位在小导向安装筒组件中，盖板上具有与大导向安装筒组件导向配合的大压紧导管、与小导向安装筒组件导向配合的小压紧导管，小压紧导管伸入至小导向安装筒组件中将小碟簧组压紧，大压紧导管伸入至大导向安装筒组件中将大碟簧组压紧。

5.根据权利要求4所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的小导向安装筒组件包括套有耐磨套的小导向柱和同轴设置在小导向柱外周的的小导向筒，大导向安装筒组件包括套有耐磨套的大导向柱和同轴设置在大导向柱外周的大导向筒，小碟簧组套在小导向柱上且位于小导向柱和小导向筒之间，大碟簧组套在大导向柱上且位于大导向柱和大导向筒之间，大压紧导管伸入大导向筒中且与大导向柱导向配合，小压紧导管伸入小导向筒中且与小导向柱导向配合。

6.根据权利要求4所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的小碟簧组中最上层的碟形弹簧上垫有小碟簧垫板，小碟簧垫板的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与小压紧导管底面配合的平面，大碟簧组中最上层的碟形弹簧上垫有大碟簧垫板，大碟簧垫板的底面为与碟形弹簧顶面配合的斜面，顶面为与大压紧导管底面配合的平面。

7.根据权利要求3所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的大碟簧组的数量为一组，小碟簧组的数量为至少两组且对称分布在大碟簧组外周，底板上具有同轴设置在大导向筒外周的外定位筒，盖板上具有同轴伸入外定位筒中的内定位筒，大导向安装筒组件和小导向安装筒组件均伸入至内定位筒中，聚氨酯弹性体连接在内定位筒和外定位筒之间，聚氨酯弹簧体的数量为多个，且沿内定位筒周向均匀分布。

8.根据权利要求7所述的三维隔震装置，其特征在于：所述的聚氨酯弹性体包括与内定位筒固定的内连接板、与外定位筒固定的外连接板和连接在内连接板与外连接板之间且被水平预压的聚氨酯层，聚氨酯层中至少硫化一层沿垂向设置的钢板，内连接板和外连接板之间均设置两层聚氨酯层，且两层聚氨酯层隔开不接触。

9.权利要求1至8任一顶所述的三维隔震装置的设计方法，其特征在于：首先根据准零刚度竖向隔震器中底板与盖板之间的安装空间大小，设计碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数以及分布位置；然后根据碟簧组合的个数以及三维隔震装置的竖向承载需求、竖向行程需求，设计碟簧组合中碟形弹簧的尺寸、极限变形位移、自由高度、承载力和组合形式以及聚氨酯弹性体的结构；之后根据碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数，设计碟簧组合的正刚度特性和聚氨酯弹性体的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零。

10.根据权利要求9所述的三维隔震装置的设计方法，其特征在于：“根据碟簧组合和聚氨酯弹性体的个数，设计碟簧组合的正刚度特性和聚氨酯弹性体的负刚度特性，使低频承载时碟簧组合与聚氨酯弹性体合并的动态刚度趋于零”是指，根据小碟簧组的个数A，大碟簧组的个数B，设计小碟簧组、大碟簧组的预压变形量，以确定小碟簧组的静刚度D，大碟簧组的静刚度E；根据聚氨酯弹性体的个数C，设计聚氨酯层中钢板的数量和聚氨酯层的预压缩量，以确定聚氨酯弹性体的静刚度为F，（A×D+B×E）－C×F=G，0≤G≤10 kN/mm。

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