CN116480018B - 一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座 - Google Patents

一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座 Download PDF

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Abstract

一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，属于隔震技术领域，本发明为了解决传统竖向隔震支座对大承载力应对不足且抗拉拔能力较差的问题。包括上板、内锥芯、第一楔形环、第二楔形环、第三楔形环、上连接锥套、下连接锥套和下板；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、上连接锥套和外橡胶锥套由内至外依次抵靠套接在内锥芯上，内锥芯、第二楔形环和上连接锥套的顶端分别通过连接构件与上板相连，第一楔形环、第三楔形环和下连接锥套的下端分别通过连接构件与下板相连；当上板受到向上拉力荷载作用时，上连接锥套和下连接锥套通过外橡胶锥套拉紧配合，上连接锥套和下连接锥套相配合可承担拉拔力。

Description

一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座
技术领域
本发明属于隔震技术领域，尤其涉及一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座。
背景技术
地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，人类社会至今仍无法避免这一自然现象，地震造成的人员伤亡和经济损失更多源于建筑物倒塌所致。因此世界各国都在致力于做好工程抗震减灾工作，致力于提高建设工程的抗震设防水平，提高建设工程的抗震能力。
隔震技术是通过延长结构的周期，避开地震动的主要频率范围，减小共振来实现对结构的地震保护的。当前主要的隔震支座包括橡胶支座和摩擦摆支座两类，其主要用于隔离水平地震作用，对竖向地震动不起作用。和水平方向相比，目前竖向隔震的工程应用相对较少，其中一个重要原因是竖向隔震需要始终承担上部结构的重力荷载，既有竖向隔震装置的竖向承载力相对较低，使得其无法应用与较高的结构，此外，竖向隔震后，支座在地震荷载下可能承受拉力荷载，这就要求竖向隔震支座自身需要有较强的抗拉能力。
既有的竖向隔震装置包含空气弹簧类隔震支座、金属弹簧类隔震支座、厚橡胶隔震支座。
空气弹簧类竖向隔震支座主要是利用高压空气填充柔性腔体来实现竖向承载。空气弹簧类支座可以实现相对较柔的竖向刚度，进而实现相对较长的隔震周期，隔震效果较好，但是此类装置的极限承载力较低，只能用于相对矮层的建筑结构或者质量相对较轻的设备隔振。其无法用于多高层结构，应用范围相对受限。金属弹簧类竖向隔震支座是利用弹簧的轴向变形，其缺点同样是竖向承载力较低，无法用于较高的建筑，目前多用于剧场、演艺中心等；此外，金属螺旋弹簧的构造形式使得其装置空隙较大，装置本身的尺寸较大；第三，金属弹簧类竖向隔震支座的售价较高，建筑竖向隔震的成本较高，第四，金属弹簧类支座本身的阻尼比较低，需要额外配置配套阻尼装置，第五该类支座的抗侧能力较差，实际应用时需要安装辅助的抗侧力装置。
厚橡胶类装置，是在传统水平隔震支座的基础上开发出来的，增加了橡胶层的厚度，降低了支座的竖向刚度，但是厚橡胶类支座的主要问题是竖向刚度不够低，无法将上部结构的整体竖向周期完全避开地震动的卓越频率，隔震效果不够好。另外一个问题是厚橡胶类装置抗拉能力较弱，地震安全性较弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，以解决传统竖向隔震支座对大承载力应对不足且抗拉拔能力较差的问题。本发明所采用的技术方案如下：
一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，包括上板、内锥芯、承压楔形环组、施压楔形环组、上抗拉锥套组、下抗拉锥套组和下板；
所述承压楔形环组包括若干由内至外依次间隔套接的承压环构件，若干所述承压环构件的截面均呈“△”形，所述施压楔形环组包括若干施压环构件，所述施压环构件的截面均呈“▽”形，任意相邻两个所述承压环构件之间均设有所述施压环构件，所述施压环构件的内侧锥面通过锥筒减震套与其内侧对应承压环构件的外侧锥面抵靠配合，所述施压环构件的外侧锥面通过锥筒减震套与其外侧对应承压环构件的内侧锥面抵靠配合，所述承压楔形环组和所述施压楔形环组的上端组成水平面，且下端组成水平面；
所述上抗拉锥套组包括若干由内至外依次间隔套接的上锥套构件，所述上锥套构件的上端为小径端，所述上锥套构件的外周设有橡胶套，所述下抗拉锥套组包括若干下锥套构件，所述下锥套构件的下端为大径端，若干所述下锥套构件一一对应套接在若干所述橡胶套的外侧；
内锥芯呈倒置的圆锥形，内锥芯的上端面通过圆板与上板的下端面相连，若干所述施压环构件和若干所述上锥套构件的上端面均通过圆环与上板的下端面相连，若干所述承压环构件和若干所述下锥套构件的下端面均通过圆环与下板的上端面相连，位于内端的所述承压环构件通过锥筒减震套套接在内锥芯的外周，位于内端的所述上锥套构件通过锥筒减震套套接在位于外端的所述承压环构件外周。
进一步的，若干所述承压环构件为两个内外套接的第一楔形环和第三楔形环，若干所述施压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、第三减震套和第四减震套，所述上抗拉锥套组为一个上连接锥套，所述下抗拉锥套组为一个下连接锥套，所述橡胶套为一个外橡胶锥套；
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、上连接锥套和外橡胶锥套由内至外依次抵靠套接在内锥芯上；
下连接锥套套接在外橡胶锥套的外周，当上板受向下压力时，外橡胶锥套与下连接锥套分离，外橡胶锥套与下连接锥套之间形成间隙，当上板受向上拉力时，外橡胶锥套的外锥面与下连接锥套的内锥面抵靠配合。
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，多层橡胶锥筒之间设有若干金属锥筒。
进一步的，内锥芯、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、上连接锥套和外橡胶锥套通过高温硫化依次粘接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、当上板受到向下压力荷载作用时，内锥芯、第二楔形环和上连接锥套一同向下运动，载荷通过内锥芯、第二楔形环和上连接锥套传递到第一减震套、第三减震套、第二减震套和第四减震套上，再通第一楔形环和第三楔形环过传递到下板上；第一减震套、第三减震套、第二减震套和第四减震套的橡胶锥筒具有消能减震的效果，金属锥筒只与两侧的橡胶锥筒粘接，不与其它部件连接，金属锥筒的作用是增强装置的抗倾斜能力，使其可以较小影响装置竖向刚度的同时，显著增强装置的抗弯能力，第一楔形环、第二楔形环和第三楔形环均为环形构件，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，增加本发明所述隔震支座的承载能力。
2、当上板受到向上拉力荷载作用时，施压楔形环组、上抗拉锥套组和内锥芯共同向下运动，内锥芯、第二楔形环和上连接锥套一同向上运动，外橡胶锥套与下连接锥套抵靠配合，上连接锥套和下连接锥套相配合可承担拉拔力。和叠层厚橡胶隔震支座相比，在相同的竖向刚度，本发明的总高度更低，且具有很强的抗拉能力，而叠层橡胶支座的抗拉能力通常只有抗压能力的10％，甚至更低。
3、和普通的无约束的橡胶隔震垫相比，本发明的竖向承载力上限明显更高，竖向变形能力明显更强。
4、和弹簧等装置相比，本发明采用的是橡胶材料。和金属材料相比，其对于隔离高频振动更加有利。且其抗弯能力显著更强。对于金属弹簧竖向隔震支座，往往还需要配套相应的抗倾斜弯曲装置。
附图说明
图1是本发明的剖切示意图；
图2承压楔形环组和压楔形环组通过锥筒减震套配合的剖切示意图；
图3是第三减震套的示意图；
图4是第二楔形环的剖切示意图。
图中：1-上板、2-内锥芯、3-第一楔形环、4-第二楔形环、5-第三楔形环、6-上连接锥套、7-下连接锥套、8-第一减震套、9-第二减震套、10-第三减震套、11-第四减震套、12-外橡胶锥套、13-下板、14-橡胶锥筒、15-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1-4所示，一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，包括上板1、内锥芯2、承压楔形环组、施压楔形环组、上抗拉锥套组、下抗拉锥套组和下板13；
所述承压楔形环组包括若干由内至外依次间隔套接的承压环构件，若干所述承压环构件的截面均呈“△”形，所述施压楔形环组包括若干施压环构件，所述施压环构件的截面均呈“▽”形，任意相邻两个所述承压环构件之间均设有所述施压环构件，所述施压环构件的内侧锥面通过锥筒减震套与其内侧对应承压环构件的外侧锥面抵靠配合，所述施压环构件的外侧锥面通过锥筒减震套与其外侧对应承压环构件的内侧锥面抵靠配合，所述承压楔形环组和所述施压楔形环组的上端组成水平面，且下端组成水平面；
所述上抗拉锥套组包括若干由内至外依次间隔套接的上锥套构件，所述上锥套构件的上端为小径端，所述上锥套构件的外周设有橡胶套，所述下抗拉锥套组包括若干下锥套构件，所述下锥套构件的下端为大径端，若干所述下锥套构件一一对应套接在若干所述橡胶套的外侧；
内锥芯2呈倒置的圆锥形，内锥芯2的上端面通过圆板与上板1的下端面相连，若干所述施压环构件和若干所述上锥套构件的上端面均通过圆环与上板1的下端面相连，若干所述承压环构件和若干所述下锥套构件的下端面均通过圆环与下板13的上端面相连，位于内端的所述承压环构件通过锥筒减震套套接在内锥芯2的外周，位于内端的所述上锥套构件通过锥筒减震套套接在位于外端的所述承压环构件外周。
若干所述承压环构件为两个内外套接的第一楔形环3和第三楔形环5，若干所述施压环构件为一个第二楔形环4，所述锥筒减震套为第一减震套8、第二减震套9、第三减震套10和第四减震套11，所述上抗拉锥套组为一个上连接锥套6，所述下抗拉锥套组为一个下连接锥套7，所述橡胶套为一个外橡胶锥套12；
第一减震套8、第一楔形环3、第二减震套9、第二楔形环4、第三减震套10、第三楔形环5、第四减震套11、上连接锥套6和外橡胶锥套12由内至外依次抵靠套接在内锥芯2上；
下连接锥套7套接在外橡胶锥套12的外周，当上板1受向下压力时，外橡胶锥套12与下连接锥套7分离，外橡胶锥套12与下连接锥套7之间形成间隙，当上板1受向上拉力时，外橡胶锥套12的外锥面与下连接锥套7的内锥面抵靠配合。
所述锥筒减震套为多层橡胶锥筒14依次套接的构件。
多层橡胶锥筒14之间设有若干金属锥筒15。
上板1、内锥芯2、第一楔形环3、第二楔形环4、第三楔形环5、上连接锥套6、下连接锥套7和下板13均为金属构件。
内锥芯2、第一减震套8、第一楔形环3、第二减震套9、第二楔形环4、第三减震套10、第三楔形环5、第四减震套11、上连接锥套6和外橡胶锥套12通过高温硫化依次粘接。
当上板1受到向下压力荷载作用时，内锥芯2、第二楔形环4和上连接锥套6一同向下运动，载荷通过内锥芯2、第二楔形环4和上连接锥套6传递到第一减震套8、第三减震套10、第二减震套9和第四减震套11上，再通第一楔形环3和第三楔形环5过传递到下板13上；第一减震套8、第三减震套10、第二减震套9和第四减震套11的橡胶锥筒14具有消能减震的效果，金属锥筒15只与两侧的橡胶锥筒14粘接，不与其它部件连接，金属锥筒15的作用是增强装置的抗倾斜能力，使其可以较小影响装置竖向刚度的同时，显著增强装置的抗弯能力，第一楔形环3、第二楔形环4和第三楔形环5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，增加本发明所述隔震支座的承载能力。
当上板1受到向上拉力荷载作用时，施压楔形环组、上抗拉锥套组和内锥芯共同向下运动，内锥芯2、第二楔形环4和上连接锥套6一同向上运动，外橡胶锥套12与下连接锥套7抵靠配合，上连接锥套6和下连接锥套7相配合可承担拉拔力。
通过改变橡胶环的厚度、高度、材料、倾斜角度可以改变装置的竖向刚度。
上下两侧设置的金属环连接件，而没有选择其与对应的金属环一体浇筑，是因为中间部分橡胶与金属环硫化的时候工艺上更加方便。
当上板1受到向下压力时，各锥筒减震套通过自身的压剪变形承担压力；根据隔震需求，可以调整锥筒减震套的水平厚度。改变锥筒减震套内嵌金属锥筒15的数量，可调整本隔震支座的竖向隔震性能。当上板1受到向上拉力荷载作用时，除了各锥筒减震套自身的拉剪变形提供一定的支座抗拉能力之外，外橡胶锥套12与下连接锥套7抵靠配合，外橡胶锥套12通过自身的压剪变形提供额外的抗拉能力，显著增强本隔震支座的竖向抗拉能力。
本发明的特点：
(1)和叠层厚橡胶隔震支座相比，在相同的竖向刚度，本发明的总高度更低，且具有很强的抗拉能力，而叠层橡胶支座的抗拉能力通常只有抗压能力的10％，甚至更低。
(2)和普通的无约束的橡胶隔震垫相比，本发明的竖向承载力上限明显更高，竖向变形能力明显更强。
(3)和弹簧等装置相比，本发明采用的是橡胶材料。和金属材料相比，其对于隔离高频振动更加有利。且其抗弯能力显著更强。对于金属弹簧竖向隔震支座，往往还需要配套相应的抗倾斜弯曲装置。
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 (6)

1.一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：包括上板(1)、内锥芯(2)、承压楔形环组、施压楔形环组、上抗拉锥套组、下抗拉锥套组和下板(13)；
所述承压楔形环组包括若干由内至外依次间隔套接的承压环构件，若干所述承压环构件的截面均呈“△”形，所述施压楔形环组包括若干施压环构件，所述施压环构件的截面均呈“▽”形，任意相邻两个所述承压环构件之间均设有所述施压环构件，所述施压环构件的内侧锥面通过锥筒减震套与其内侧对应承压环构件的外侧锥面抵靠配合，所述施压环构件的外侧锥面通过锥筒减震套与其外侧对应承压环构件的内侧锥面抵靠配合，所述承压楔形环组和所述施压楔形环组的上端组成水平面，且下端组成水平面；
所述上抗拉锥套组包括若干由内至外依次间隔套接的上锥套构件，所述上锥套构件的上端为小径端，所述上锥套构件的外周设有橡胶套，所述下抗拉锥套组包括若干下锥套构件，所述下锥套构件的下端为大径端，若干所述下锥套构件一一对应套接在若干所述橡胶套的外侧；
内锥芯(2)呈倒置的圆锥形，内锥芯(2)的上端面通过圆板与上板(1)的下端面相连，若干所述施压环构件和若干所述上锥套构件的上端面均通过圆环与上板(1)的下端面相连，若干所述承压环构件和若干所述下锥套构件的下端面均通过圆环与下板(13)的上端面相连，位于内端的所述承压环构件通过锥筒减震套套接在内锥芯(2)的外周，位于内端的所述上锥套构件通过锥筒减震套套接在位于外端的所述承压环构件外周。
2.根据权利要求1所述的一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：若干所述承压环构件为两个内外套接的第一楔形环(3)和第三楔形环(5)，若干所述施压环构件为一个第二楔形环(4)，所述锥筒减震套为第一减震套(8)、第二减震套(9)、第三减震套(10)和第四减震套(11)，所述上抗拉锥套组为一个上连接锥套(6)，所述下抗拉锥套组为一个下连接锥套(7)，所述橡胶套为一个外橡胶锥套(12)；
第一减震套(8)、第一楔形环(3)、第二减震套(9)、第二楔形环(4)、第三减震套(10)、第三楔形环(5)、第四减震套(11)、上连接锥套(6)和外橡胶锥套(12)由内至外依次抵靠套接在内锥芯(2)上；
下连接锥套(7)套接在外橡胶锥套(12)的外周，当上板(1)受向下压力时，外橡胶锥套(12)与下连接锥套(7)分离，外橡胶锥套(12)与下连接锥套(7)之间形成间隙，当上板(1)受向上拉力时，外橡胶锥套(12)的外锥面与下连接锥套(7)的内锥面抵靠配合。
3.根据权利要求2所述的一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：所述锥筒减震套为多层橡胶锥筒(14)依次套接的构件。
4.根据权利要求3所述的一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：多层橡胶锥筒(14)之间设有若干金属锥筒(15)。
5.根据权利要求2所述的一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：上板(1)、内锥芯(2)、第一楔形环(3)、第二楔形环(4)、第三楔形环(5)、上连接锥套(6)、下连接锥套(7)和下板(13)均为金属构件。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种抗拉拔大承载力竖向隔震支座，其特征在于：内锥芯(2)、第一减震套(8)、第一楔形环(3)、第二减震套(9)、第二楔形环(4)、第三减震套(10)、第三楔形环(5)、第四减震套(11)、上连接锥套(6)和外橡胶锥套(12)通过高温硫化依次粘接。
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