CN117127733A - 一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑构件技术领域，尤其为一种圆柱螺旋弹簧‑铅芯阻尼三维振震双控支座，包括圆柱螺旋弹簧和铅芯阻尼装置，圆柱螺旋弹簧的顶部均与上连接板呈固定连接，圆柱螺旋弹簧的底部均与下连接板呈固定连接；铅芯阻尼装置底部固定连接有连接板，连接板的底部与下连接板呈固定连接，铅芯阻尼装置的顶部固定连接有内部连接板，内部连接板的外侧与圆筒挡板呈滑动连接；本发明的圆柱螺旋弹簧‑铅芯阻尼三维振震支座将圆柱螺旋弹簧和铅芯并联组合，以圆柱螺旋弹簧提供竖向和水平刚度和铅芯提供水平向的耗能的工作机理，实现竖向振动时弹簧与铅芯阻尼装置的解耦，水平隔震时弹簧与铅芯阻尼装置协同变形，可兼顾竖向隔振和水平隔震。
Description
技术领域
本发明涉及建筑构件技术领域，具体为一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座。
背景技术
随着城市建设步伐的不断加快，由地铁组成的高速立体交通系统，轻轨及多层高架道路逐渐渗透到人口密集的居民区、商业区、工业区等一些城区剧院、音乐厅、医院、精密仪器室、古建筑等对振动和噪声敏感的区域。城市轨道交通运行过程中会产生振动，振动沿着轨道、基础传递到建筑物中，诱发结构的振动，对人员和精密仪器有较大的影响。该振动具有幅值低、频谱窄和频率高的特点。随着轨道交通的发展，其诱发的沿线建筑振动控制需求日益剧增。
为解决竖向振动控制问题且兼具水平隔震的作用，三维振震双控支座得到广泛的研究，并应用于地铁、高架桥沿线建筑结构的减振隔震，以及安装有高新精密仪器等建筑的减振隔震、古建筑的隔振(震)加固等场合。其中，竖向振动由竖向隔振元件提供隔振效果，地震动由减震元件提供减震效果，达到缓解外载的冲击，减小结构振动、保护结构安全的目的。既有的一些三维振震双控支座是由水平隔震装置和竖向隔振装置串联组合的，使支座存在构造高大，易失稳的问题，支座的构造能有较大的改进空间。既有的一些圆柱螺旋弹簧在建筑隔振中的应用还相对较少，考虑其水平作用效应的支座更加鲜见。
中国专利申请CN202210879976.5公开一种三维隔震/振厚橡胶支座，包括叠层厚橡胶支座、橡胶隔震支座、上扣件和下扣件，叠层厚橡胶支座的底部与橡胶隔震支座的顶部固定连接。构造简单既有水平橡胶隔震支座的水平隔震能力，也具备叠层厚橡胶支座竖向隔振能力；但该支座的叠层厚橡胶支座竖向隔振能力比弹簧、碟簧的竖向隔振能力差。
中国专利申请CN201310099500.0公开一种夹层橡胶-高阻尼碟形弹簧复合三维隔震支座，包括水平隔震支座、碟形弹簧竖向隔震器、导杆、圆筒形粘弹性阻尼层、外圆筒形竖向连接钢板、内圆筒形竖向连接钢板、下连板、中间连板和上连板。该发明支座的圆筒形粘弹性阻尼层增加了竖向地震作用下隔震支座的阻尼，消耗了地震传递给结构的竖向地震能量，并减小了结构在竖向地震作用下的摇摆。但该支座主体结构由碟簧和夹层橡胶支座纵向串联组成，使支座存在构造高大，易失稳的问题，因此，针对上述问题提出一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，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：
作为本发明所述一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座的一种可选方案，其中：一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，包括圆柱螺旋弹簧和铅芯阻尼装置，所述圆柱螺旋弹簧的顶部均与上连接板呈固定连接，所述圆柱螺旋弹簧的底部均与下连接板呈固定连接；
所述铅芯阻尼装置底部固定连接有连接板，所述连接板的底部与下连接板呈固定连接，所述铅芯阻尼装置的顶部固定连接有内部连接板，所述内部连接板的外侧与圆筒挡板呈滑动连接，所述圆筒挡板的顶部与上连接板呈固定连接。
当本装置支座承受设计荷载时，圆柱螺旋弹簧处于设计压缩状态，此时铅芯阻尼装置上的内部连接板不与支座的上连接板接触，保留弹簧的竖向活动空间，当支座受到竖向振动作用时，铅芯阻尼装置不发生作用，圆柱螺旋弹簧处于竖向往复伸缩，为支座提供较低的竖向刚度，实现竖向隔振的作用；当支座受到水平作用力时，圆柱螺旋弹簧为支座提供水平剪切变形下的水平刚度，而圆筒挡板推动铅芯阻尼装置发生水平剪切变形，铅芯发生塑性变形实现耗能，使支座实现水平隔震作用，圆柱螺旋弹簧经过尺寸设计定制，保证在设计水平剪切变形下，圆柱螺旋弹簧顶部重心在该弹簧的外直径内，内部连接板通过螺栓与铅芯阻尼装置的上封板连接；并且内部连接板为厚板，其目的在于水平隔震下保证圆筒挡板推动内部连接板侧边水平位移时，内部连接板不发生翻转，圆筒挡板约束了内部连接板的水平位移且释放内部连接板的竖向位移，在设计承载状态下，内部连接板和支座的上连接板间留有孔隙，为保证该三维振震双控支座的竖向刚度仅由圆柱螺旋弹簧提供。
作为本发明所述一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座的一种可选方案，其中：所述铅芯阻尼装置包括上封板、薄层橡胶垫、铅芯、下封板和薄钢板，所述上封板、薄层橡胶垫、下封板和薄钢板硫化合成，所述下封板和薄钢板交替设置，最上方所述薄钢板上端面与上封板呈固定连接，所述薄钢板的顶部与内部连接板呈固定连接，最下方的所述薄钢板底部与下封板呈固定连接，所述下封板的底部与连接板呈固定连接。
作为本发明所述一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座的一种可选方案，其中：所述铅芯嵌入上封板、薄层橡胶垫、下封板和薄钢板内部。
铅芯由薄层橡胶垫和薄钢板叠层约束，使铅芯在支座水平剪切变形下实现充分均匀的剪切变形，提高耗能效果；圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震支座将圆柱螺旋弹簧和铅芯并联组合，以圆柱螺旋弹簧提供竖向和水平刚度和铅芯提供水平向的耗能的工作机理，实现竖向振动时弹簧与铅芯阻尼装置的解耦，水平隔震时弹簧与铅芯阻尼装置协同变形，可兼顾竖向隔振和水平隔震，铅芯(7)为粗铅芯，为保证该三维振震双控支座的水平耗能以及保证该三维振震双控支座的圆柱螺旋弹簧在水平隔震下的剪切变形处于设计水平剪切变形范围内，铅芯阻尼装置的橡胶垫和薄钢板的设计为保证铅芯在支座的水平隔震下产生均匀的剪切变形。
作为本发明所述一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座的一种可选方案，其中：所述上连接板和下连接板相对的一面设有凸出的圆形挡块，所述圆形挡块设置在圆柱螺旋弹簧内部并且与圆柱螺旋弹簧呈固定连接。
设置的圆柱螺旋弹簧的两端与上连接板和下连接板的凸出的圆形挡块呈固定连接，此时加固连接稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明当支座承受设计荷载时，圆柱螺旋弹簧处于设计压缩状态，此时铅芯阻尼装置上的内部连接板不与支座的上连接板接触，保留弹簧的竖向活动空间；
当支座受到竖向振动作用时，铅芯阻尼装置不发生作用，圆柱螺旋弹簧处于竖向往复伸缩，为支座提供较低的竖向刚度，实现竖向隔振的作用；
当支座受到水平作用力时，圆柱螺旋弹簧为支座提供水平剪切变形下的水平刚度，而圆筒挡板推动铅芯阻尼装置发生水平剪切变形，铅芯发生塑性变形实现耗能，使支座实现水平隔震作用；
其中，铅芯由薄层橡胶垫和薄钢板叠层约束，使铅芯在支座水平剪切变形下实现充分均匀的剪切变形，提高耗能效果；
本发明的圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震支座将圆柱螺旋弹簧和铅芯并联组合，以圆柱螺旋弹簧提供竖向和水平刚度和铅芯提供水平向的耗能的工作机理，实现竖向振动时弹簧与铅芯阻尼装置的解耦，水平隔震时弹簧与铅芯阻尼装置协同变形，可兼顾竖向隔振和水平隔震。
附图说明
图1为一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座整体结构示意图；
图2为一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座俯剖视图。
图中：1、上连接板；2、圆筒挡板；3、内部连接板；4、上封板；5、连接板；6、薄层橡胶垫；7、铅芯；8、下封板；9、薄钢板；10、下连接板；11、圆柱螺旋弹簧。
具体实施方式
实施例1：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：
一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，包括圆柱螺旋弹簧11和铅芯阻尼装置，上述圆柱螺旋弹簧11的顶部均与上连接板1呈固定连接，上述圆柱螺旋弹簧11的底部均与下连接板10呈固定连接；
上述铅芯阻尼装置底部固定连接有连接板5，上述连接板5的底部与下连接板10呈固定连接，上述铅芯阻尼装置的顶部固定连接有内部连接板3，上述内部连接板3的外侧与圆筒挡板2呈滑动连接，上述圆筒挡板2的顶部与上连接板1呈固定连接。
当本装置支座承受设计荷载时，圆柱螺旋弹簧11处于设计压缩状态，此时铅芯阻尼装置上的内部连接板3不与支座的上连接板1接触，保留弹簧的竖向活动空间，当支座受到竖向振动作用时，铅芯阻尼装置不发生作用，圆柱螺旋弹簧11处于竖向往复伸缩，为支座提供较低的竖向刚度，实现竖向隔振的作用；当支座受到水平作用力时，圆柱螺旋弹簧11为支座提供水平剪切变形下的水平刚度，而圆筒挡板2推动铅芯阻尼装置发生水平剪切变形，铅芯发生塑性变形实现耗能，使支座实现水平隔震作用，圆柱螺旋弹簧11经过尺寸设计定制，保证在设计水平剪切变形下，圆柱螺旋弹簧11顶部重心在该弹簧的外直径内，内部连接板3通过螺栓与铅芯阻尼装置的上封板10连接；并且内部连接板3为厚板，其目的在于水平隔震下保证圆筒挡板2推动内部连接板3侧边水平位移时，内部连接板3不发生翻转，圆筒挡板2约束了内部连接板3的水平位移且释放内部连接板3的竖向位移，在设计承载状态下，内部连接板3和支座的上连接板间留有孔隙，为保证该三维振震双控支座的竖向刚度仅由圆柱螺旋弹簧11提供。
实施例2
本实施例是对实施1例所做出的改进，请参阅图2，具体的，上述铅芯阻尼装置包括上封板4、薄层橡胶垫6、铅芯7、下封板8和薄钢板9，上述上封板4、薄层橡胶垫6、下封板8和薄钢板9硫化合成，上述下封板8和薄钢板9交替设置，最上方上述薄钢板9上端面与上封板4呈固定连接，上述薄钢板9的顶部与内部连接板3呈固定连接，最下方的上述薄钢板9底部与下封板8呈固定连接，上述下封板8的底部与连接板5呈固定连接。
上述铅芯7嵌入上封板4、薄层橡胶垫6、下封板8和薄钢板9内部。
铅芯7由薄层橡胶垫6和薄钢板9叠层约束，使铅芯7在支座水平剪切变形下实现充分均匀的剪切变形，提高耗能效果；圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震支座将圆柱螺旋弹簧和铅芯7并联组合，以圆柱螺旋弹簧11提供竖向和水平刚度和铅芯7提供水平向的耗能的工作机理，实现竖向振动时弹簧与铅芯阻尼装置的解耦，水平隔震时弹簧与铅芯阻尼装置协同变形，可兼顾竖向隔振和水平隔震，铅芯7为粗铅芯，为保证该三维振震双控支座的水平耗能以及保证该三维振震双控支座的圆柱螺旋弹簧在水平隔震下的剪切变形处于设计水平剪切变形范围内，铅芯阻尼装置的橡胶垫6和薄钢板9的设计为保证铅芯在支座的水平隔震下产生均匀的剪切变形，中间叠层橡胶垫和铅芯7设计与传统的叠层橡胶支座是有明显区别的，周边叠层橡胶其实也可以用其他物件进行包裹(比方说连续介质的套筒，可以是软金属、橡胶之类的连续介质)，但实现中间铅芯7的耗能效果没有这种叠层橡胶外包好，这种叠层橡胶可以实现中间铅芯7的层间均匀剪切变形，进而达到更优的剪切耗能能力，中间粗铅芯7的主要目的是实现更高的耗能能力，周围的叠层橡胶是功能性组件，主要目的在于使中间的铅芯7发挥更高的耗能能力，核心思想是竖向振动作用下实现90％以上的减振效果，水平地震作用下充分发挥弹簧的变形能力，在充分发挥弹簧水平位移变形能力的基础上，通过粗铅芯7实现更大耗能能力，从而衰减水平地震能量输入，同步确保水平和竖向的双重振震双控能力。
实施例3
本实施例是对实施2例所做出的改进，请参阅图1，具体的，上述上连接板1和下连接板10相对的一面设有凸出的圆形挡块，上述圆形挡块设置在圆柱螺旋弹簧11内部并且与圆柱螺旋弹簧11呈固定连接。
设置的圆柱螺旋弹簧11的两端与上连接板1和下连接板10的凸出的圆形挡块呈固定连接，此时加固连接稳定性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，其特征在于：
包括圆柱螺旋弹簧(11)和铅芯阻尼装置，所述圆柱螺旋弹簧(11)的顶部均与上连接板(1)呈固定连接，所述圆柱螺旋弹簧(11)的底部均与下连接板(10)呈固定连接；
所述铅芯阻尼装置底部固定连接有连接板(5)，所述连接板(5)的底部与下连接板(10)呈固定连接，所述铅芯阻尼装置的顶部固定连接有内部连接板(3)，所述内部连接板(3)的外侧与圆筒挡板(2)呈滑动连接，所述圆筒挡板(2)的顶部与上连接板(1)呈固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，其特征在于：所述铅芯阻尼装置包括上封板(4)、薄层橡胶垫(6)、铅芯(7)、下封板(8)和薄钢板(9)，所述上封板(4)、薄层橡胶垫(6)、下封板(8)和薄钢板(9)硫化合成，所述下封板(8)和薄钢板(9)交替设置，最上方所述薄钢板(9)上端面与上封板(4)呈固定连接，所述薄钢板(9)的顶部与内部连接板(3)呈固定连接，最下方的所述薄钢板(9)底部与下封板(8)呈固定连接，所述下封板(8)的底部与连接板(5)呈固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，其特征在于：所述铅芯(7)嵌入上封板(4)、薄层橡胶垫(6)、下封板(8)和薄钢板(9)内部。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱螺旋弹簧-铅芯阻尼三维振震双控支座，其特征在于：所述上连接板(1)和下连接板(10)相对的一面设有凸出的圆形挡块，所述圆形挡块设置在圆柱螺旋弹簧(11)内部并且与圆柱螺旋弹簧(11)呈固定连接。
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