CN118422782A - 一种重组竹板隔震支座及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重组竹板隔震支座及其制作方法，该隔震支座设有至少一层重组竹板，重组竹板包括由内层至外层呈交替环形嵌套设置的环形竹圈和橡胶圈，且环形竹圈的顺纹方向与自身环形方向一致，环形竹圈与橡胶圈嵌套后相互间通过环形端面热硫化连为一体。制作方法为：选取竹材，制作形成平面竹板材，再切割形成所需长度、宽度的竹板，竹板两端刨制形成榫卯部，经过高温饱和蒸汽软化处理后，放入圆柱筒形模具内，经烘干处理后形成所需的环形竹圈，最后按照环形竹圈和橡胶圈由直径从小到大的顺序依次交替嵌套形成重组竹板，最终通过重组竹板、橡胶层上下依次层叠设置并热硫化连为一体，制得减震隔震支座。该隔支座具有较佳的支撑稳定性和隔震性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域的减震支座，是一种重组竹板隔震支座及其制作方法。
背景技术
目前，已有研究成果表明：应用传统重组竹板代替钢板制作得到的叠层橡胶隔震支座，具有绿色环保、可就地取材和造价低等显著优势，且重组竹板的轻质量优势可以大幅减小支座的运输、安装和维护难度，适合震后快速更换。因此该类型隔震支座在村镇建筑中的应用前景广阔。但重组竹板的平面内力学各向异性特点，即沿顺纹向的弹性模量、抗剪强度与沿横纹向的数值存在显著差别，使隔震支座和隔震建筑的设计难度大幅增加。此外，重组竹板破坏时呈现脆性，具有突然性和连锁性，也不利于隔震支座的能量吸收和安全承载。
造成传统重组竹板平面内力学各向异性的原因主要为两个方面：（1）竹材自身是力学各向异性材料，其内部的维管束走向平行且整齐，纹理一致，没有横向联系，使其平面内沿顺、横纹向的力学性能差异较大；（2）重组竹板的加工方法导致其呈现出力学各向异性。具体而言，如附图8所示，重组竹板是将竹材加工成长条状竹篾、竹丝或碾碎成竹丝束，经干燥、浸胶和滚平压直后铺放在模具中，再经高温高压热固化而成的型材。其最大的特点是竹篾、竹丝或竹丝束均沿同一方向排列，使其呈现出明显的顺、横纹向。其中，沿顺纹向的拉压强度和刚度均取决于竹材；而沿横纹向时，竹篾、竹丝或竹丝束通过胶水连接，其拉压强度和刚度均取决于胶水；这导致了顺、横纹向的力学性能存在显著区别，且沿顺、横纹向破坏时均为脆性。
此外，建筑用叠层橡胶隔震支座的橡胶层和加劲层大多采用圆形，以均匀承载任意方向的地震作用。将传统重组竹板切割为圆形后，其沿横纹向的边缘部位的胶水粘结力最弱，最容易脆性突然开裂，开裂后横纹向的承载力和抗剪刚度均大幅降低。外围开裂现象还会引起连锁反应，使横纹向的胶水粘结部位由外至内依次迅速发生脆性开裂，导致其隔震性能大幅降低。
综上所述，有待对现有重组竹板，尤其是应用于建筑领域隔震支座的重组竹板进行改进，使其用于建筑隔震支座使用时具有平面内力学各向同性，且具有延性破坏特征，从而制作出轻质量、高性能的建筑减隔震支座。
发明内容
为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种重组竹板隔震支座及其制作方法，使其解决现有重组竹板不适用于制作叠层橡胶支座，或所制作的叠层橡胶支座稳定性欠佳，容易因重组竹板的平面内力学各向异性导致开裂，隔震性能失效的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。
一种重组竹板隔震支座，其结构要点在于该重组竹板隔震支座设有至少两层重组竹板，重组竹板包括由内层至外层呈交替环形嵌套设置的环形竹圈和橡胶圈，且环形竹圈的顺纹方向与自身环形方向一致，其中重组竹板的最内层为环形竹圈，最外层为橡胶圈，所述环形竹圈与橡胶圈嵌套后相互间通过环形端面热硫化连为一体。通过该结构，重组竹板具有较佳的稳定性，在地震剪力作用下，重组竹板内仅极少部分纹理垂直于剪力方向，而其它部分的剪力能够有效分解为垂直于纹理方向的横纹向受力和沿纹理方向的顺纹向受力，其中横纹向受力能相互抵消，不产生横纹向内力，而顺纹向受力使重组竹板中竹纤维受拉形成顺纹向内力，因此该重组竹板具有平面内力学各向同性特征，具有可靠的承载稳定性，对任意方向的地震作用均可产生相同的隔震效果。除此以外，相邻环形竹圈之间均嵌设橡胶圈，橡胶圈可以协调环形竹圈沿厚度方向和沿水平环向的剪切变形，并在局部竹纤维达到受拉强度导致突发脆性断裂时能迅速分担起拉力，再将拉力均匀传递至整个环形竹圈，避免所有竹纤维突发脆性断裂，进而形成了延性，不易出现承载及隔震性能突然失效的问题。
该重组竹板隔震支座设有上下层叠分布的所述重组竹板，且各重组竹板之间设有橡胶层，各橡胶层与所述重组竹板的端面之间通过热硫化连为一体。该结构即形成叠层橡胶支座的具体实施结构，具有较佳的承载稳定性和隔震性能。
该重组竹板隔震支座中部，即各重组竹板的最内层环形竹圈的中部作为填充腔，填充腔内装填匹配的砂袋。通过该结构，进一步提高承载、隔震和耗能减震能力。
所述重组竹板中的环形竹圈由内层至外层的竹材抗拉强度逐渐增大。因重组竹板竖向受压和水平向受剪时，不同直径的环形竹圈受到的拉力大小不同，故对各环形竹圈强度作相应的适配性，能进一步提高承载稳定性和减震隔震性能。
所述重组竹板中的环形竹圈为整块竹板卷曲成型或由分段的弧形竹板拼接成型。该结构是作为环形竹圈实施的结构方案，适用于制作不同尺寸大小的叠层橡胶支座。
所述环形竹圈为整块竹板卷曲成型时，整块竹板的两端形成榫卯连接，当环形重组竹板为分段的弧形竹板拼接成型时，分段的弧形竹板之间形成榫卯连接。通过该结构，结构连接较为可靠、方便。
该重组竹板隔震支座的下层重组竹板中环形竹圈的竹材抗拉强度大于上层重组竹板中环形竹圈的竹材抗拉强度。通过该结构，有利于进一步提高承载的稳定性和减震隔震性能。
该重组竹板隔震支座的制作方法包括如下步骤：
步骤一，首先选取竹材，去除内节、去青后，对其高温饱和蒸汽软化处理，然后利用展平辊对竹材按照顺纹理的方向辊压形成无裂纹的平面竹板材；
步骤二，对平面竹板材沿顺纹方向切割形成所需宽度的竹板，沿垂直于顺纹的横纹方向切割形成所需长度的竹板，并竹板两端通过刨制形成榫卯部；
步骤三，将步骤二的竹板通过高温饱和蒸汽进行软化处理，软化处理后的竹板放入钢制的圆柱筒模具内，使竹板环绕呈环形，并竹板首尾两端通过榫卯部相接固定；
步骤四，将圆柱筒模具连同竹板放入恒温烘干箱内烘干处理，烘干后即制备得到所述环形竹圈；
步骤五，按照步骤一到步骤四的过程制备得到所述重组竹板中各所需尺寸的环形竹圈；
步骤六，取对应所述环形竹圈尺寸的橡胶圈，并将环形竹圈和橡胶圈由直径从小到大的顺序依次交替嵌套形成所述重组竹板，且重组竹板端面通过热硫化处理使环形竹圈与橡胶圈连为一体，硫化处理后的重组竹板端面打磨形成平整端面；
步骤七，将所述重组竹板由下至上依次层叠设置，且上下层重组竹板之间设置橡胶层，橡胶层与重组竹板之间通过热硫化连为一体，最终制得所述重组竹板隔震支座。
所述步骤一中，选取竹材时，根据竹材生长的特性，将竹材树梢段制作所述重组竹板中靠近外层的环形竹圈，将竹材树干段制作所述重组竹板中靠近中层的环形竹圈，将竹材树根段制作所述重组主板中靠近内层的环形竹圈，即所形成的重组竹板，由内层至外层的竹材抗拉强度为逐渐增大。
所述步骤三中的圆柱筒模具为阶梯筒形模具，即圆柱筒模具内设有适配所述重组竹板中各环形竹圈外径尺寸的内筒结构。通过该方法，有利于一次性成型多种规格环形竹圈，提高生产加工效率。
本发明具有较佳的承载稳定性和减震隔震性能，作为隔震使用时，具备平面内力学各向同性，且具有延性破坏特征，即使出现重组竹板局部纤维素受拉断裂，也不会导致隔震支座立刻破坏失效，使用较为安全、可靠，适合作为各类建筑，尤其是村镇建筑的隔震支座使用，或同类支座的结构改进。
附图说明
图1是本发明的重组竹板顶面结构示意图。
图2是图1的截面剖视结构示意图。
图3是本发明的环形竹圈的榫卯连接结构示意图。
图4是本发明的叠层橡胶支座整体剖视结构示意图。
图5是本发明的重组竹板受到水平地震剪力的局部受力结构示意图。
图6是本发明的重组竹板中纤维受到地震剪力和抗力的分解示意图，图中F1为竹板上表面受到的地震剪力，F2和F3为F1的分解作用力，图中F4为竹板下表面受到的反向抗力，F5和F6为F4的分解作用力。
图7是图6地震作用后的变形图。
图8是现有重组竹板的结构示意图。
图中序号及名称为：1、环形竹圈，101、榫卯部，2、橡胶圈，3、橡胶层，4、砂袋。
实施方式
现结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1-图4所示，该重组竹板隔震支座设有上下层叠分布的重组竹板，各重组竹板之间设有橡胶层3，各橡胶层与重组竹板的端面之间通过热硫化连为一体。重组竹板包括由内层至外层呈交替环形嵌套设置的环形竹圈1和橡胶圈2，且环形竹圈的顺纹方向与自身环形方向一致；嵌套的具体结构为：最内层为环形竹圈，环形竹圈外侧嵌套第一层橡胶圈，第一层橡胶圈外侧嵌套第二层环形竹圈，第二层环形竹圈外侧嵌套第二层橡胶圈，以该方式嵌套若干层结构，最终的重组竹板最外层为橡胶圈，且上述环形竹圈与橡胶圈嵌套后相互间通过环形端面热硫化连为一体。该隔震支座的中部，即所有重组竹板最内圈的环形竹圈中部形成填充腔，填充腔内装填整体的砂袋4，用于提高承载和隔震性能。
进一步地，考虑到重组竹板竖向受压和水平向受剪时，不同直径的环形竹圈受到的拉力大小不同，故将重组竹板中的环形竹圈由内层至外层的竹材抗拉强度设置为逐渐增大，从而对上述拉力大小不同作相应的补偿适配，从而达到更好的承载稳定性和隔震性能。除此以外，亦可隔震支座的下层重组竹板中环形竹圈的竹材抗拉强度大于上层重组竹板中环形竹圈的竹材抗拉强度，同样能进一步提高承载的稳定性和隔震性能。
该重组竹板隔震支座的具体制作方法包括如下步骤：
步骤一，首先选取竹材，去除内节、去青后，对其高温饱和蒸汽软化处理，然后利用展平辊对竹材按照顺纹理的方向辊压形成无裂纹的平面竹板材。
步骤二，对平面竹板材沿顺纹方向切割形成所需宽度的竹板，沿垂直于顺纹的横纹方向切割形成所需长度的竹板，并竹板两端通过刨制形成榫卯部。
步骤三，将步骤二的竹板通过高温饱和蒸汽进行软化处理，软化处理后的竹板放入钢制的圆柱筒模具内，使竹板环绕呈环形，并竹板首尾两端通过榫卯部相接固定。
步骤四，将圆柱筒模具连同竹板放入恒温烘干箱内烘干处理，烘干温度为105℃，烘干后即制备得到环形竹圈。
步骤五，按照步骤一到步骤四的过程制备得到所需的重组竹板中各尺寸的环形竹圈。
步骤六，取对应环形竹圈尺寸的橡胶圈，并将环形竹圈和橡胶圈由直径从小到大的顺序依次交替嵌套形成重组竹板，且重组竹板端面通过热硫化处理使环形竹圈与橡胶圈连为一体，硫化处理后的重组竹板端面打磨形成平整端面。
步骤七，将重组竹板由下至上依次层叠设置，且上下层重组竹板之间设置橡胶层，橡胶层与重组竹板之间通过热硫化连为一体，最终制得该隔震支座。
上述步骤一中，选取竹材时，根据竹材生长的特性，将竹材树梢段制作重组竹板中靠近外层的环形竹圈，将竹材树干段制作重组竹板中靠近中层的环形竹圈，将竹材树根段制作重组主板中靠近内层的环形竹圈，即所形成的重组竹板，由内层至外层的竹材抗拉强度为逐渐增大。
上述步骤三中的圆柱筒模具为阶梯筒形模具，即圆柱筒模具内设有适配重组竹板中各环形竹圈外径尺寸的内筒结构。从而一次性可烘干成型多种规格环形竹圈，提高生产加工效率。除此以外，圆柱筒模具内对应环形竹圈尺寸的各内筒一次性可卷曲装填多组环形竹圈，以进一步提高生产加工效率。
上述步骤二和步骤三中，如果平面竹板材的长度难以达到所需环形竹圈长度尺寸的要求，即主板长度不足以制作整圆的环形竹圈，亦可先制作分段的弧形竹板，分段的弧形主板两端均刨制形成榫卯部，分段的相邻弧形竹板之间通过榫卯连接后卷曲形成环形竹圈。该方式一方面有利于制作不同尺寸大小的叠层橡胶支座，另一方面也有利于提高竹材的利用率，减少资源浪费。
结合上述，对该重组竹板隔震支座的工作原理作如下说明：该重组竹板隔震支座在任意方向的地震剪力作用下时，如图5、图6所示，重组竹板表面的剪力仅有极少部位垂直于纹理方向，其它部位的剪力均与纹理方向呈现一定角度，其最大角度为90度。当平面内的剪力（如F1和F4）与纹理方向呈现一定角度时，分解为垂直纹理方向的横纹向受力（如F2和F5）和沿纹理方向的顺纹向受力（如F3和F6）。重组竹板上表面的地震剪力F1与下表面的反向抗力F4平衡，进而使得重组竹板中竹纤维上垂直纹理方向的分力F3和F6相互抵消，不产生横纹向内力；而沿顺纹理方向的分力使竹纤维受拉，进而产生顺纹向内力，受拉后的状态，即如图7所示。这意味着，任意方向剪力作用下，重组竹板中的竹纤维均仅受顺纹向内力，因此重组竹板的抗剪强度和刚度均取决于竹纤维顺纹向的力学特征，也就具有了平面内力学各向同性特征，从而在承载任意方向地震作用时保持相同隔震性能，具有可靠的承载稳定性。且重组竹板中使用橡胶圈，橡胶圈协调环形竹圈沿厚度和水平环向的剪切变形，并在局部竹纤维达到受拉强度突发脆性断裂时迅速分担拉力，再将拉力均匀传递至整个环形竹圈，避免所有竹纤维的突然断裂，进而形成了延性，不易出现隔震突然失效的问题。
以上内容旨在说明本发明的技术手段，并非限制本发明的技术范围。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进或替换，亦落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种重组竹板隔震支座，其特征在于该重组竹板隔震支座设有至少两层重组竹板，重组竹板包括由内层至外层呈交替环形嵌套设置的环形竹圈（1）和橡胶圈（2），且环形竹圈的顺纹方向与自身环形方向一致，其中重组竹板的最内层为环形竹圈，最外层为橡胶圈，所述环形竹圈与橡胶圈嵌套后相互间通过环形端面热硫化连为一体。
2.根据权利要求1所述的重组竹板隔震支座，其特征在于该重组竹板隔震支座设有上下层叠分布的所述重组竹板，且各重组竹板之间设有橡胶层（3），各橡胶层与所述重组竹板的端面之间通过热硫化连为一体。
3.根据权利要求1所述的重组竹板隔震支座，其特征在于该重组竹板隔震支座中部，即各重组竹板的最内层环形竹圈（1）的中部作为填充腔（101），填充腔内装填匹配的砂袋（4）。
4.根据权利要求1所述的重组竹板隔震支座，其特征在于所述重组竹板中的环形竹圈（1）由内层至外层的竹材抗拉强度逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的重组竹板隔震支座，其特征在于所述重组竹板中的环形竹圈（1）为整块竹板卷曲成型或由分段的弧形竹板拼接成型。
6.根据权利要求5所述的重组竹板隔震支座，其特征在于所述环形竹圈（1）为整块竹板卷曲成型时，整块竹板的两端形成榫卯连接，当环形重组竹板为分段的弧形竹板拼接成型时，分段的弧形竹板之间形成榫卯连接。
7.根据权利要求1所述的重组竹板隔震支座，其特征在于该重组竹板隔震支座的下层重组竹板中环形竹圈（1）的竹材抗拉强度大于上层重组竹板中环形竹圈的竹材抗拉强度。
8.一种如权利要求1所述的重组竹板隔震支座的制作方法，其特征在于该制作方法包括如下步骤：
步骤一，首先选取竹材，去除内节、去青后，对其高温饱和蒸汽软化处理，然后利用展平辊对竹材按照顺纹理的方向辊压形成无裂纹的平面竹板材；
步骤二，对平面竹板材沿顺纹方向切割形成所需宽度的竹板，沿垂直于顺纹的横纹方向切割形成所需长度的竹板，并竹板两端通过刨制形成榫卯部（102）；
步骤三，将步骤二的竹板通过高温饱和蒸汽进行软化处理，软化处理后的竹板放入钢制的圆柱筒模具内，使竹板环绕呈环形，并竹板首尾两端通过榫卯部相接固定；
步骤四，将圆柱筒模具连同竹板放入恒温烘干箱内烘干处理，烘干后即制备得到所述环形竹圈（1）；
步骤五，按照步骤一到步骤四的过程制备得到所述重组竹板中各所需尺寸的环形竹圈；
步骤六，取对应所述环形竹圈尺寸的橡胶圈（2），并将环形竹圈和橡胶圈由直径从小到大的顺序依次交替嵌套形成所述重组竹板，且重组竹板端面通过热硫化处理使环形竹圈与橡胶圈连为一体，硫化处理后的重组竹板端面打磨形成平整端面；
步骤七，将所述重组竹板由下至上依次层叠设置，且上下层重组竹板之间设置橡胶层（3），橡胶层与重组竹板之间通过热硫化连为一体，最终制得所述减震隔震支座。
9.根据权利要求8所述的重组竹板隔震支座的制作方法，其特征在于所述步骤一中，选取竹材时，根据竹材生长的特性，将竹材树梢段制作所述重组竹板中靠近外层的环形竹圈（1），将竹材树干段制作所述重组竹板中靠近中层的环形竹圈，将竹材树根段制作所述重组主板中靠近内层的环形竹圈，即所形成的重组竹板，由内层至外层的竹材抗拉强度为逐渐增大。
10.根据权利要求8所述的重组竹板隔震支座的制作方法，其特征在于所述步骤三中的圆柱筒模具为阶梯筒形模具，即圆柱筒模具内设有适配所述重组竹板中各环形竹圈（1）外径尺寸的内筒结构。
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| CN202410547649.9A Pending CN118422782A (zh) | 2024-05-06 | 2024-05-06 | 一种重组竹板隔震支座及其制作方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN118422782A (zh) |
-
2024
- 2024-05-06 CN CN202410547649.9A patent/CN118422782A/zh active Pending
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