CN1472412A - 隔震支座 - Google Patents

Abstract

一种隔震支座，属于建筑物构造及桥梁结构领域，它由多层弹性体和多层金属板交替叠置结合而成，同时它还集成有旨在增大阻尼的由非金属阻尼材料构成的阻尼体，本发明阻尼效果稳定，能够隔离不同方向的水平震动分力，而且没有污染，价格低廉，制造简单，可根据不同的使用场所和使用要求，制成不同形状，可应用于支承高楼大厦、桥梁等，也可用于机械设备的隔震领域。

Description

隔震支座

                          技术领域

本发明属于建筑物、工程结构及桥梁结构领域，尤其涉及一种隔震支座。

                          背景技术

建筑物和工程结构，包括楼房、桥梁等，当遭受地震时会产生较大的地震响应位移，位移过大时结构就可能被毁坏。

传统的抗震措施是加强结构体系的强度，这样做既增加了工程造价，抗震效果也不理想。基础隔震技术是近年来迅速发展起来的一种合理、有效的工程抗震方法，通过在建筑物与基础之间设置各种各样的隔震支座，比如滑移、滚动隔震装置，来隔离地震力向上部结构的传递。

随着抗震技术的研究与发展，人们又采用了一种铅芯橡胶支座来隔震。1998.01.14公告的96219636.3实用新型专利，公开了一种铅芯橡胶支座，其由橡胶、薄钢板、上支座板和下支座板组成，其结构特征是橡胶和薄钢板相互间隔，支座中心的预留孔中紧密地压入铅芯。这样的结构使橡胶支座在具有很高竖向刚度和承载能力的同时，具有较低的水平刚度，地震时支座的上下表面可以作较大的相对位移，亦即允许建筑物相对于地面作水平相对运动，支座变形强迫铅芯反复塑性变形，大量地吸收消耗了地震能量，减轻了结构共振，建筑物的加速度和绝对位移相对于刚性基础大幅降低，可以做到地震时建筑物不倒，建筑物内人员少伤无亡。

尽管铅芯橡胶支座的阻尼效果比较理想，但由于铅芯的加工制造和使用过程中，以及报废后会产生铅污染、损害人们的健康，塑性变形后不能自动复位等缺点，另外铅芯成本较高，阻碍了其大规模推广应用。

                          发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种适用于各种震动环境，环保无污染，阻尼效果稳定、且价格低廉的隔震支座。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种隔震支座，它由多层弹性体和多层金属板交替叠置结合而成，同时它还集成有旨在增大支座阻尼的由非金属阻尼材料构成的阻尼体。

具体方案可以是，在层状弹性体和金属板的排列方向设置至少一个连续的腔室，阻尼体设置在该腔室内。

阻尼体为非金属阻尼材料，其可以是固体阻尼材料或者液体阻尼材料，其中固体高阻尼材料通过自粘、粘合剂粘结、热熔粘结、硫化、浇注固化、压入等方式与腔室联结。

本发明所说的阻尼材料，有别于靠塑性变形提供阻尼的铅芯，它包括任何具有较高材料阻尼比、能够提供足够阻尼的非金属材料，分固体阻尼材料和液体阻尼材料两大类，固体阻尼材料有粘弹性和粘塑性的高分子材料，如高阻尼的橡胶、超塑性硅氧橡胶，沥青橡胶、高阻尼聚氨酯、及工作温度下呈固态的改性沥青等；液体阻尼材料有高粘度的粘滞液体，例如硅油、以及工作温度下呈粘滞状态的改性沥青等。本发明的阻尼材料还包括以上述阻尼材料为基体、添加有其它物质的阻尼材料，如添加碳纤维、玻璃纤维，云母粉等可增大阻尼材料的内在阻尼，而添加橡胶粉可增大阻尼材料的弹性。

另外，阻尼体也可以是由非金属阻尼材料和添加在其中的填充物构成，非金属阻尼材料可以是固体阻尼材料或者液体阻尼材料，填充物用于增大阻尼体内耗阻尼，其可以是颗粒物、纤维丝团、间隔设置的多层板状物、由多根棒状物组成的棒束、呈卷状的网格或多孔弹性材料，而且非金属阻尼材料全部充满或至少部分地充满填充物之间的空间。

一般情况下隔震支座设有上下封板，或只有一面封板，当然该结构并不是必备的。作为腔室，其至少有一个端口，在端口处设置起密封和保护作用的端盖或者封板。

当填充物为可以弯曲或者可以倾斜的棒束或者窄片束时，将其按照金属板的排列方向设置为相互交错的上下两组，而且上一组填充物固定在腔室的上端盖或者支座的上封板上，下一组填充物固定在腔室下端盖或者支座的下封板上。

具体方案也可以是，在层状弹性体上设置由层状金属板间隔的至少一串相互独立的腔室，阻尼体为固体阻尼材料或者液体阻尼材料，其位于该多个腔室内，其中固体高阻尼材料通过自粘、粘合剂粘结、热熔粘结、硫化、浇注固化、压入等方式与腔室联结。

具体方案还可以是，在层状弹性体上设置由层状金属板间隔的至少一串腔室，相邻腔室之间的金属板上设置起贯通作用的小孔，阻尼体为固体阻尼材料或者液体阻尼材料，其位于该多个由小孔贯通的腔室内。

在上述两个方案基础上，还可以在阻尼材料内添加用于增大阻尼体内耗阻尼的填充物，其可以是颗粒物、纤维网、间隔设置的多层板状物、由多根棒状物组成的棒束、呈卷状的网格或多孔弹性材料，而且非金属阻尼材料全部充满或至少部分地充满填充物之间的空间。

本发明的隔震支座，其弹性体可以是传统的橡胶材料，也可以是固体阻尼材料或者弹性聚氨酯。

本发明所具有的有益效果是：

(1)阻尼效果稳定，能隔离不同方向的水平震动分量。

(2)避免了铅芯的使用，不仅价格低廉，制造简单，而且有利于环保。

(3)本发明可根据不同的使用场所和使用要求，制成不同形式的长方体、圆柱体等结构体，用于建筑物、工程结构和桥梁的隔震，也可用于机械设备的隔震。

                          附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是本发明的结构示意图之二；

图3是本发明的结构示意图之三；

图4是本发明的结构示意图之四；

图5是本发明的结构示意图之五；

图6是本发明的结构示意图之六；

图7是本发明的结构示意图之七；

图8是本发明的结构示意图之八；

图9是本发明的结构示意图之九。

图中：1：金属板，2：弹性体，31：固体阻尼材料、32：液体阻尼材料，41：铝板，42：棒束，43：颗粒物：44：金属丝团5：封板，6：密封件。

                      具体实施方式

实施例1

如图1所示，隔震支座为圆柱形或方柱形，其轴向截面为矩形，弹性体2为优质橡胶，在弹性体2和金属板1的中心沿金属板1的排列方向开设腔室，腔室内放置非金属阻尼体，5为上下封板，其中上封板开口，以方便阻尼体装入。非金属阻尼体为固体阻尼材料31，本例是添有短纤维的改性沥青垫，在常温下呈固态，材料阻尼比可达30-50％。这种阻尼材料通过热熔嵌入腔室内，然后用密封件6密封。

采用这种隔震支座的建筑物在地震时，由于支座的水平刚度很低，在水平方向地震力作用下，建筑物相对地面平移，弹性体2发生水平剪切变形，金属板1之间发生相对平移，强迫腔室内的阻尼体发生剪切为主的变形，由于阻尼体31具有很高的阻尼，会产生一于与运动方向相反的阻力，将外界能量转化为热能，吸收消耗了地震能量，减少了建筑物的地震响应位移，做到大震不倒，小震不晃，保护了建筑物及建筑物内居民的生命安全。

实施例2

如图2所示，与实施例1相比，在固体阻尼材料31内嵌入可增大支座变形时阻尼体内耗阻尼的填充材料，本例为薄的铝板41，固体阻尼材料填充在铝板41之间。采用这种结构的隔震支座，当受到水平方向的外力时，如地震，支座上下面发生相对平移，支座受到水平剪切变形，强迫支座腔室内阻尼体发生剪切为主的变形，同时铝板41发生相对平移，位于铝板之间的阻尼体受到剪切，由于固体阻尼材料31具有很高的阻尼，会产生一与运动方向相反的阻力，将外界能量转化为热能，吸收消耗了地震能量，减少了建筑物的地震响应位移，保护了建筑物及建筑物内居民的生命安全。

相对实施例1而言，本例由于在阻尼体31中设置了填充物铝板，提高了阻尼体变形时的内部阻力和变形时的内耗，在阻尼芯尺寸不变的情况下隔震支座的阻尼比有所提高。

实施例3

如图3所示，与实施例2相比，腔室至少有两个，腔室内放置固体阻尼材料31，在固体阻尼材料31内嵌入可增大支座变形时阻尼体内耗阻尼的填充物，本例为由铝棒组成的棒束42，而且固体阻尼材料填充在棒束42之间。采用这种结构的隔震支座，当受到水平方向的外力时，支座上下面发生相对平移，支座受到水平剪切变形，强迫支座腔室内阻尼体发生剪切为主的变形，同时棒束42发生倾斜导致各棒之间发生轴向相对位移，位于棒束周围的阻尼体受到棒束42的剪切，由于固体阻尼材料31具有很高的阻尼，会产生一与运动方向相反的阻力，将外界能量转化为热能，吸收消耗了地震能量，减少了建筑物的地震响应位移，保护了建筑物及建筑物内居民的生命安全。

相对实施例1而言，由于设置了棒束，增加了棒束对阻尼体的剪切作用，因而提高了阻尼体的变形阻力和内耗，在阻尼芯尺寸不变的情况下隔震支座的阻尼比有所提高。

实施例4

参见图4，与实施例3相比，腔室有1个，腔室内放置固体阻尼材料31，在固体阻尼材料31内嵌入可增大支座变形时阻尼体内耗阻尼的填充物4，本例为由铝棒组成的棒束42，而且固体阻尼材料填充在棒束42之间。在实际使用中，嵌入阻尼体中的棒状物，可以是刚度较大的金属，或具有较好塑性变形耐力但无污染的软金属，如铝，也可以是大于阻尼材料刚度的高分子弹性材料或粘弹性材料，如尼龙、聚乙烯、PVC等。

将棒束42按照金属板的排列方向设置为相互交错的上下两组，而且上一组填充物固定在支座的上封板5上，下一组填充物固定在腔室下端盖或者支座的下封板上。这样在地震时，上下棒束发生水平弯曲，且轴向相对运动，剪切周围的阻尼材料，变形大时还会发生塑性弯曲，这种双重效应会显著增大隔震支座的阻尼。

实施例5

与实施例1相类似，隔震支座为圆柱形或方柱形，其轴向截面为矩形，如图5所示，不同的是中心的腔室内填充有液体阻尼材料32，本例为含有短纤维的高粘度硅油，腔室的上下端口由上下封板5密封，其中上封板上设有灌注孔和密封塞6。

采用液体阻尼材料对密封的要求较高，但采用液体阻尼材料的隔震支座阻尼滞回曲线比较柔和，阻尼力与相对运动速度成比例，在低速时阻尼力几乎为零，所以地震后能够完全自动复位，而且阻尼性能比较稳定。

实施例6

如图6所示，与实施例5相类似，不同的是液体阻尼材料32为在常温下呈液塑状态的改性沥青，液体阻尼材料32中填充了颗粒状填充物43。颗粒物增加了液体阻尼内部的变形阻力和变形内耗，提高了隔震支座的阻尼。

实施例7

如图7所示，与实施例6相类似，不同的是液体阻尼材料32添加的填充物为金属丝团44。金属丝团44增加了地震时液体阻尼材料内部的变形阻力和变形内耗，提高了隔震支座的阻尼。在实际使用中，嵌入阻尼体中的不局限于金属丝团，也可以是网栅或多孔弹性材料。

实施例8

如图8所示，隔震支座为六棱柱体，其轴向截面为矩形，弹性体2由弹性聚氨酯浇筑而成，其中央部位设置由金属板1沿排列方向间隔的多个腔室，腔室内设置固体阻尼材料31，本例为改性沥青阻尼垫。实际生产时，先间隔放置阻尼垫31和金属板1，然后浇注弹性聚氨酯，使之充满弹性体预设空间，固化后即成型。采用弹性聚氨酯不用高温高压硫化和硫化设备，生产工艺简单。

另外本实施例省去了上下封板，使用时支座上下面采用摩擦系数很高的防滑垫，防止隔震支座上下表面与上下结构间的相互滑动，并且补偿上下结构表面的不平度。

采用这种结构的隔震支座，由于弹性支座的水平刚度很低，地震时建筑物相对地面作水平方向的相对移动，弹性体2发生水平剪切变形，金属板1就发生相对平移，强迫位于金属板之间的阻尼体发生剪切变形，阻尼体则产生一与运动方向相反的阻力，做功发热，将外界能量(地震动能)转化为热能，吸收消耗了地震能量，降低了建筑物的地震响应振幅，保护了建筑物和建筑物内的人员。

实施例9

如图9所示，与实施例8相比，腔室至少有两串，相邻腔室之间的金属板上设置起贯通作用的小孔，阻尼体为液体阻尼材料32，其位于该多个由小孔贯通的腔室内，本例为在常温下呈液塑状态的改性沥青。灌注时将阻尼体加热增加流动性，支座的顶部设有灌注阻尼液体的工艺孔和密封塞6，灌注好后将其密封。

实施例10

如图10所示，与实施例8相比，与金属板1间隔叠合的弹性体采用固体阻尼材料31，本例为阻尼橡胶，同时省去了上下封板。本例的结构最为简单，但要求材料的质量较好，在保证隔震支座的弹性和水平方向变形能力的同时，还要保证其较高的垂向刚度和承载能力，以及隔震支座的阻尼性能。

在本发明中，弹性体的形状并不仅仅限制于方柱体、圆柱体和圆锥体，可以根据实际建筑中的需要做成多种形状。

Claims (10)

1.一种隔震支座，它由多层弹性体和多层金属板交替叠置结合而成，其特征在于它还集成有旨在增大支座阻尼的由非金属阻尼材料构成的阻尼体。

2.根据权利要求1所述的隔震支座，其特征是在层状弹性体和金属板的排列方向设置至少一个连续的腔室，阻尼体设置在该腔室内。

3.根据权利要求2所述的隔震支座，其特征是阻尼体由非金属阻尼材料组成，其可以是固体阻尼材料或者液体阻尼材料。

4.根据权利要求2所述的隔震支座，其特征是阻尼体由非金属阻尼材料和添加在其中的填充物构成，非金属阻尼材料可以是固体阻尼材料或者液体阻尼材料，填充物用于增大阻尼体内耗阻尼，其可以是颗粒物、纤维丝团、间隔设置的多层板状物、由多根棒状物组成的棒束、呈卷状的网格或多孔弹性材料，而且非金属阻尼材料全部充满或至少部分地充满填充物之间的空间。

5.根据权利要求3或4所述的隔震支座，其特征是腔室至少有一个端口，在端口处设置起密封和保护作用的端盖或者封板。

6.根据权利要求5所述的隔震支座，其特征是填充物为可以弯曲或者可以倾斜的棒束或者窄片束，其按照金属板的排列方向设置为相互交错的上下两组，而且上一组填充物固定在腔室的上端盖或者支座的上封板上，下一组填充物固定在腔室下端盖或者支座的下封板上。

7.根据权利要求1所述的隔震支座，其特征是在层状弹性体上设置由层状金属板间隔的至少一串腔室，阻尼体为固体阻尼材料或者液体阻尼材料，其位于该多个腔室内。

8.根据权利要求7所述的隔震支座，其特征是在阻尼材料内添加用于增大阻尼体内耗阻尼的填充物，其可以是颗粒物、纤维网、板状物、棒状物，而且非金属阻尼材料全部充满或至少部分地充满填充物之间的空间。

9.根据上述任一权利要求所述的隔震支座，其特征是弹性体为固体阻尼材料时，以自粘、粘合剂粘结、热熔粘结、硫化、浇注固化、压入等方式与周围材料联结。

10.根据上述任一权利要求所述的隔震支座，其特征是弹性体为固体阻尼材料或者弹性聚氨酯。

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