CN116446553A - 一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置 - Google Patents

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Abstract

一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，属于隔震和隔振技术领域，本发明为了解决现有隔震支座如若满足竖向变形则导致笨重尺寸大的问题。包括顶板、若干单数层减震组件、若干双数层减震组件和，单数层减震组件的第一减震套、第一楔形环、第二减震套、第二楔形环、第三减震套、第三楔形环、第四减震套和上外环由内至外依次抵靠套接在锥芯上，双数层减震组件是单数层减震组件的镜像，若干单数层减震组件和若干双数层减震组件由上至下交替设置，顶层单数层减震组件与顶板相连，底层双数层减震组件与底板相连，上下对应的锥筒减震套截面组合呈V字形，工作时各层的锥筒减震套同时变形，致使整体刚度降低，变形能力显著提高。

Description

一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置
技术领域
本发明属于隔震和隔振技术领域，尤其涉及一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置。
背景技术
在建筑设计建造过程中，部分建筑难以避免受到周边轨道交通、设备等不利振动的扰动，大量实测表明，这种不利振动以竖向振动为主。在这种情况下，往往需要采取隔振技术来降低竖向振动对建筑结构的不利影响，常规做法是将上部结构和基础之间断开，通过在两者之间设置隔振结构，以合理的结构刚度以及阻尼参数，改变上部结构的竖向频率使其远离外部振动的卓越频率，以此来减小共振的不利影响。
厚肉型叠层橡胶隔振支座是常用的一种隔振措施，通过增加橡胶层厚度可以实现降低竖向刚度，但这种装置如果想要实现较好的隔振效果，橡胶层需要做的非常厚，整个装置非常笨重；钢弹簧隔振支座等弹簧类支座通过弹簧的竖向变形，可以较为理想地实现竖向振动控制，但其抵抗水平荷载能力较差，使得这一类支座面对地震、强风荷载时存在不可忽视的安全隐患，此外螺旋弹簧的构造形式，使得其单位体积的填充率较低，整个装置的几何尺寸也比较大；对于碟簧类隔震支座，其在结构竖向隔震时，考虑到承载力的要求，往往将多个碟簧叠合布置，不同碟簧之间的摩擦，会显著降低装置整体的隔振效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，以解决现有隔震支座如若满足竖向变形则导致笨重尺寸大的问题。本发明所采用的技术方案如下：
一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，包括顶板、若干单数层减震组件、若干双数层减震组件和底板；
单数层减震组件包括锥芯、外环、若干夹层环构件和若干中间环构件，若干所述夹层环构件由内至外依次间隔套接，外环的内周、所述夹层环构件的外周、所述中间环构件的内周均为小径端朝上的锥面，所述夹层环构件的内周、锥芯的外周和所述中间环构件的外周均为小径端朝下的锥面，任意相邻两个所述夹层环构件之间均设有所述中间环构件，所述中间环构件的内周通过锥筒减震套与其内侧对应所述夹层环构件的外周抵靠配合，所述中间环构件的外周通过锥筒减震套与其外侧对应所述夹层环构件的内周抵靠配合，位于内端的所述夹层环构件通过锥筒减震套套接在锥芯的外周，外环通过锥筒减震套套接在位于外端的所述夹层环构件外周；
单数层减震组件与双数层减震组件数量相等，且由上向下交替设置，双数层减震组件是单数层减震组件的镜像，锥芯、外环和若干中间环构件构成所述单数层减震组件的施压部件、且构成所述双数层减震组件的承压部件，若干夹层环构件是单数层减震组件的承压部件、且是双数层减震组件的施压部件，每层的所述施压部件通过连接件与上层的所述承压部件对应连接，或与顶板连接，每层的所述承压部件通过连接件与下层的施压部件连接，或与底板连接，相邻单数层减震组件和双数层减震组件对应的锥筒减震套截面组合呈V字形。
进一步的，单数层减震组件的上端齐平，且下端齐平。
进一步的，所述锥筒减震套为多层橡胶锥筒依次套接的构件。
进一步的，任意两层橡胶锥筒之间均设有金属锥筒。
进一步的，若干所述夹层环构件为两个内外套接的第一楔形环和第三楔形环，若干所述中间环构件为一个第二楔形环，所述锥筒减震套为第一减震套、第二减震套、第三减震套、第四减震套，第一减震套、第一楔形环、第二减震套、第二楔形环、第三减震套、第三楔形环、第四减震套和上外环由内至外依次抵靠套接在锥芯上。
进一步的，单数层减震组件的第一楔形环和第三楔形环截面呈“△”形、第二楔形环的截面呈“▽”形、锥芯呈倒置的圆锥形。
进一步的，顶板、底板、第一楔形环、第二楔形环、第三楔形环、外环、和锥芯均为金属构件。
进一步的，锥芯、第一减震套、第一楔形环、第二减震套、第二楔形环、第三减震套、第三楔形环、第四减震套和外环通过高温硫化依次粘接。
进一步的，连接件包括圆板和圆环，相连的锥芯之间、锥芯与顶板之间、锥芯与底板之间通过圆板相连，相连的所述夹层环构件之间、相连的外环之间、相连的所述中间环构件之间、相连的所述中间环构件与顶板之间、相连的所述中间环构件与顶板之间、相连的外环与顶板之间、相连的外环与底板之间通过圆环相连。
进一步的，单数层减震组件为两个。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明类似于碟簧的对合和叠合的布置形式。和碟簧相比，本发明的每一层都是多个碟簧的同心圆布置，不同层之间，碟簧对合布置。不同的是，本发明利用的是橡胶的压剪变形能力，而碟簧之间的布置利用的是金属本身的变形。对于碟簧来说，当上部荷载较重时，碟簧需要采用叠合的布置形式，而碟簧叠合布置时，不同碟簧之间的摩擦力对装置整体的竖向刚度增加非常明显，当外界激励的振动不同时，会导致装置的刚度变化很大，当用于传递至结构基础处的高频微幅的轨道交通振动时，碟簧类装置的有效性大打折扣。本发明的变形材料和连接形式使得其不存在碟簧的弊端，针对不同振幅的振动时，都可以实现良好的控制效果。
附图说明
图1是本发明的剖切示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的轴测图；
图4是单数层减震组件的结构示意图；
图5是单数层减震组件上端的连接件；
图6是第三减震套的剖切示意图；
图7是第二楔形环的剖切示意图。
图中：1-顶板、2-单数层减震组件、21-外环、22-第三楔形环、23-第二楔形环、24-第一楔形环、25-锥芯、26-第一减震套、27-第二减震套、28-第三减震套、29-第四减震套、3-双数层减震组件、4-底板、51-橡胶锥筒、52-金属锥筒。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例：如图1-7所示，一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，包括顶板1、若干单数层减震组件2、若干双数层减震组件3和底板4；
单数层减震组件2包括锥芯25、外环21、若干夹层环构件和若干中间环构件，若干所述夹层环构件由内至外依次间隔套接，外环21的内周、所述夹层环构件的外周、所述中间环构件的内周均为小径端朝上的锥面，所述夹层环构件的内周、锥芯25的外周和所述中间环构件的外周均为小径端朝下的锥面，任意相邻两个所述夹层环构件之间均设有所述中间环构件，所述中间环构件的内周通过锥筒减震套与其内侧对应所述夹层环构件的外周抵靠配合，所述中间环构件的外周通过锥筒减震套与其外侧对应所述夹层环构件的内周抵靠配合，位于内端的所述夹层环构件通过锥筒减震套套接在锥芯25的外周，外环21通过锥筒减震套套接在位于外端的所述夹层环构件外周；
单数层减震组件2与双数层减震组件3数量相等，且由上向下交替设置，双数层减震组件3是单数层减震组件2的镜像，锥芯25、外环21和若干中间环构件构成所述单数层减震组件2的施压部件、且构成所述双数层减震组件3的承压部件，若干夹层环构件是单数层减震组件2的承压部件、且是双数层减震组件3的施压部件，每层的所述施压部件通过连接件与上层的所述承压部件对应连接，或与顶板1连接，每层的所述承压部件通过连接件与下层的施压部件连接，或与底板4连接，相邻单数层减震组件2和双数层减震组件3对应的锥筒减震套截面组合呈V字形。
单数层减震组件2的上端齐平，且下端齐平。
所述锥筒减震套为多层橡胶锥筒51依次套接的构件。
任意两层橡胶锥筒51之间均设有金属锥筒52。
若干所述夹层环构件为两个内外套接的第一楔形环24和第三楔形环22，若干所述中间环构件为一个第二楔形环23，所述锥筒减震套为第一减震套26、第二减震套27、第三减震套28、第四减震套29，第一减震套26、第一楔形环24、第二减震套27、第二楔形环23、第三减震套28、第三楔形环22、第四减震套29和上外环21由内至外依次抵靠套接在锥芯25上。
单数层减震组件2的第一楔形环24和第三楔形环22截面呈“△”形、第二楔形环23的截面呈“▽”形、锥芯25呈倒置的圆锥形。
顶板1、底板4、第一楔形环24、第二楔形环23、第三楔形环22、外环21、和锥芯25均为金属构件。
锥芯25、第一减震套26、第一楔形环24、第二减震套27、第二楔形环23、第三减震套28、第三楔形环22、第四减震套29和外环21通过高温硫化依次粘接。
连接件包括圆板和圆环，相连的锥芯25之间、锥芯25与顶板1之间、锥芯25与底板4之间通过圆板相连，相连的所述夹层环构件之间、相连的外环21之间、相连的所述中间环构件之间、相连的所述中间环构件与顶板1之间、相连的所述中间环构件与顶板1之间、相连的外环21与顶板1之间、相连的外环21与底板4之间通过圆环相连。
单数层减震组件2为两个。
当顶板1受到向下压力荷载作用时，压动顶层单数层减震组件2的锥芯25、第二楔形环23和外环21一同向下运动，压力载荷通过第一减震套26、第三减震套28、第二减震套27和第四减震套29传递至第一楔形环24和第三楔形环22，再进一步传递到第二层的双数层减震组件3上，进一步依次将压力载荷传递至底板3上。第一减震套26、第二减震套27、第三减震套28和第四减震套29的橡胶锥筒51具有隔震/振的效果，金属锥筒52只与两侧的橡胶锥筒粘接，不与其它部件连接，金属锥筒52的作用是增强本发明的抗倾斜能力，使其可以较小影响竖向刚度的同时，显著增强抗弯能力，第一楔形环24、第二楔形环23、第三楔形环22、和外环21均为环形构件，稳定性好，设置在外层的构件可对设置在内部的构件起到很好的限位作用，增加本发明的承载能力。
本发明相比其他既有竖向隔振装置可以提供更强的变形能力，单数层减震组件2和双数层减震组件3对称，对应的锥筒减震套截面组合呈V字形，多个单数层减震组件2和双数层减震组件3交替叠加设置，最终形成由V形叠环支座组成的串联装置，更有效、经济地实现竖向隔振，同时保障被保护对象在地震、强风等极端荷载下的安全性。本发明可以做到工作时各层减震组件内的锥筒减震套同时变形，致使整体刚度降低，变形能力显著提高，根据建筑结构需求确定减震组件串联叠加的层数以获得具有不同刚度及变形能力的装置。
本发明类似于碟簧的对合和叠合的布置形式。和碟簧相比，本发明的每一层都是多个碟簧的同心圆布置，不同层之间，碟簧对合布置。不同的是，本发明利用的是橡胶的压剪变形能力，而碟簧之间的布置利用的是金属本身的变形。对于碟簧来说，当上部荷载较重时，碟簧需要采用叠合的布置形式，而碟簧叠合布置时，不同碟簧之间的摩擦力对装置整体的竖向刚度增加非常明显，当外界激励的振动不同时，会导致装置的刚度变化很大，当用于传递至结构基础处的高频微幅的轨道交通振动时，碟簧类装置的有效性大打折扣。本发明的变形材料和连接形式使得其不存在碟簧的弊端，针对不同振幅的振动时，都可以实现良好的控制效果。
以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：包括顶板(1)、若干单数层减震组件(2)、若干双数层减震组件(3)和底板(4)；
单数层减震组件(2)包括锥芯(25)、外环(21)、若干夹层环构件和若干中间环构件，若干所述夹层环构件由内至外依次间隔套接，外环(21)的内周、所述夹层环构件的外周、所述中间环构件的内周均为小径端朝上的锥面，所述夹层环构件的内周、锥芯(25)的外周和所述中间环构件的外周均为小径端朝下的锥面，任意相邻两个所述夹层环构件之间均设有所述中间环构件，所述中间环构件的内周通过锥筒减震套与其内侧对应所述夹层环构件的外周抵靠配合，所述中间环构件的外周通过锥筒减震套与其外侧对应所述夹层环构件的内周抵靠配合，位于内端的所述夹层环构件通过锥筒减震套套接在锥芯(25)的外周，外环(21)通过锥筒减震套套接在位于外端的所述夹层环构件外周；
单数层减震组件(2)与双数层减震组件(3)数量相等，且由上向下交替设置，双数层减震组件(3)是单数层减震组件(2)的镜像，锥芯(25)、外环(21)和若干中间环构件构成所述单数层减震组件(2)的施压部件、且构成所述双数层减震组件(3)的承压部件，若干夹层环构件是单数层减震组件(2)的承压部件、且是双数层减震组件(3)的施压部件，每层的所述施压部件通过连接件与上层的所述承压部件对应连接，或与顶板(1)连接，每层的所述承压部件通过连接件与下层的施压部件连接，或与底板(4)连接，相邻单数层减震组件(2)和双数层减震组件(3)对应的锥筒减震套截面组合呈V字形。
2.根据权利要求1所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：单数层减震组件(2)的上端齐平，且下端齐平。
3.根据权利要求1所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：所述锥筒减震套为多层橡胶锥筒(51)依次套接的构件。
4.根据权利要求4所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：任意两层橡胶锥筒(51)之间均设有金属锥筒(52)。
5.根据权利要求1所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：若干所述夹层环构件为两个内外套接的第一楔形环(24)和第三楔形环(22)，若干所述中间环构件为一个第二楔形环(23)，所述锥筒减震套为第一减震套(26)、第二减震套(27)、第三减震套(28)、第四减震套(29)，第一减震套(26)、第一楔形环(24)、第二减震套(27)、第二楔形环(23)、第三减震套(28)、第三楔形环(22)、第四减震套(29)和上外环(21)由内至外依次抵靠套接在锥芯(25)上。
6.根据权利要求5所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：单数层减震组件(2)的第一楔形环(24)和第三楔形环(22)截面呈“△”形、第二楔形环(23)的截面呈“▽”形、锥芯(25)呈倒置的圆锥形。
7.根据权利要求6所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：顶板(1)、底板(4)、第一楔形环(24)、第二楔形环(23)、第三楔形环(22)、外环(21)、和锥芯(25)均为金属构件。
8.根据权利要求7所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：锥芯(25)、第一减震套(26)、第一楔形环(24)、第二减震套(27)、第二楔形环(23)、第三减震套(28)、第三楔形环(22)、第四减震套(29)和外环(21)通过高温硫化依次粘接。
9.根据权利要求1所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：连接件包括圆板和圆环，相连的锥芯(25)之间、锥芯(25)与顶板(1)之间、锥芯(25)与底板(4)之间通过圆板相连，相连的所述夹层环构件之间、相连的外环(21)之间、相连的所述中间环构件之间、相连的所述中间环构件与顶板(1)之间、相连的所述中间环构件与顶板(1)之间、相连的外环(21)与顶板(1)之间、相连的外环(21)与底板(4)之间通过圆环相连。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种可以实现竖向大变形的竖向隔震装置，其特征在于：单数层减震组件(2)为两个。
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