CN202390949U - 双向金属屈服耗能组合支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到双向金属屈服耗能组合支座。它由上连接板(1)、下连接板(2)、核心耗能元件(3)、核心隔震原件(5)组成的双向金属屈服耗能组合支座，相互平行的上连接板(1)和下连接板(2)的中部固定隔震原件(5)，上连接板(1)和下连接板(2)的其余空位固定四个沿长度方向两两垂直的耗能元件(3)、四个核心耗能元件(3)的长度方向可与上连接板(1)、下连接板(2)的四边平行布置，亦可与四边相交四十五度布置。

Description

双向金属屈服耗能组合支座

技术领域

本实用新型涉及到一种土木工程结构消能隔震技术，特别是双向金属屈服耗能组合支座。 

技术背景

当今建筑的发展越来越趋向于高大化，由钢构件、组合构件或钢筋混凝土构件组成的框架结构是建筑物中经常被采用的结构形式。为使建筑结构具有较强的抵抗地震或风荷载等外力破坏的能力，消能减震技术和隔震技术得到了越来越广泛的应用。其中，消能减震技术是通过在结构中安置阻尼器，通过金属屈服耗能等方式降低结构在地震等外界激励下的反应。隔震技术是通过在基础上或中间层设置隔震支座形成隔震层，与单纯的消能减震技术不同的是，隔震支座在耗散结构振动能量的同时，由于其低刚度的特点使结构的自振周期延长，从而远离输入地震波的卓越周期，达到降低上部结构地震反应的目的。目前，隔震技术在日本、美国等发达国家已经得到一些应用，从实际应用的情况来看，这种技术对结构抗震能力的提升是明显的，具有广阔的发展前景。 

传统的隔震支座分为橡胶支座和滑动支座两种。橡胶支座一般是由橡胶薄片与钢板交互叠合在一起加硫粘合。其水平方向的刚度很小，可以在地震等外界激励下产生足够的弹性变形。对垂直荷载来说，由于此方向的变形受到钢板的约束，该方向的刚度变大。对于橡胶支座来说，既要求其稳定地支持建筑物的自重，同时又要求有水平方向上周期较长的特点。滑动支座是不具有明确周期的支座，由于不具有特定的周期，所以具有可在相当广的频率范围内期待隔震效果这一优点。但另一方面，滑动隔震支座没有自复位能力，在大震时将可能产生不可控制的位移，对结构安全产生不利影响。 

目前应用较为广泛的隔震支座是铅芯橡胶隔震支座。铅芯橡胶支座具有价格相对便宜，安装方便，受力性能优良等优点且在往复加卸载循环过程中具有较好的稳定性。但另一方面，当结构所需的耗能能力比较大时，铅芯的横截面积要求较大，而铅芯直径过大时导致橡胶对铅芯的约束作用降低，铅芯容易发生剪切破坏。同时，铅芯材料的制作和使用过程对环境的破坏比较大，不符合可持续发展的环境需求。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术不足之处而设计一种双向金属屈服耗能组合支座。 

本实用新型的目的是通以下设计方案来实现的： 

本实用新型由上连接板1、下连接板2、核心耗能元件3、核心隔震原件5组成的双向金属屈服耗能组合支座，相互平行的上连接板1和下连接板2的中部固定核心隔震原件5，核心隔震原件5为天然橡胶隔震垫，上连接板1和下连接板2之间的其余空位固定四个沿长度方向两两垂直的核心耗能元件3，可以使建筑结构实现两个方向上的耗能隔震。 

核心耗能元件3的中部区域31是平直的并且上下平行，两端部弯曲成圆弧区域32，整个核心耗能元件3呈履带形状，是连续的金属板，垂直中心线左右两侧对称，水平中心线上下两侧对称。 

四个核心耗能元件3沿长度方向两两垂直，四个核心耗能元件3的长度方向可与上连接板1、下连接板2的四边平行布置，亦可与四边相交四十五度布置。 

四个核心耗能元件3上下的中部区域31和上连接板1、下连接板2固定。 

核心隔震原件5为圆柱形或椭圆柱形，与上连接板1、下连接板2固定。 

本实用新型优点： 

1)可实现较大变形量。本实用新型利用通过弯曲实现耗能能力的钢板和利用剪切实现耗能的橡胶垫作为耗能元件，当上下两端受剪力作用时，利用钢板产生的弯曲变形和橡胶垫的剪切耗能在有限的高度内获得较大的变形量。 

2)结构简单。本实用新型以钢板或形状记忆合金等金属材料以及天然橡胶作为耗能元件，无需另设约束结构。橡胶隔震垫与上下连接板简单固接，工艺成熟。 

3)可设计性强。本实用新型可以通过改变金属板宽度、厚度和形状实现在较大范围内任意变化的屈服力，屈服位移，也可以通过改变橡胶垫的高度和直径满足各类结构的需要。

试验证明，本实用新型利用钢材等良好的塑性变形能力实现耗能，并利用实现较大的变形量，其结构新颖合理，易于加工，环境友好，使用方便灵活，适用性强，可以有效提高建筑和桥梁结构的抗震性能，具有广阔的市场推广和应用前景。

附图说明

图1为本实用新型双向金属屈服耗能组合支座的结构示意图之一； 

图2为图1的正向视图。 

图3为图1的剖面图(沿上下连接板中心线剖切)。 

图4为图1所示的双向金属屈服耗能组合支座的应用示意图。 

图5为本实用新型双向金属屈服耗能组合支座的结构示意图之二。 

图6为图5的正向视图。 

图7为图5的剖面图(沿上下连接板中心线剖切)。 

附图标号说明

1-上连接板          2-下连接板    3-核心耗能元件 

31-中部区域         32-圆弧区域   4-通孔 

5-核心隔震原件      6-基础        7-上部结构 

8-预埋连接板        9-预埋套筒 

具体实施方式

一、结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明： 

实施例1 

附图1、2、3 

本实用新型由上连接板1、下连接板2、核心耗能元件3、核心隔震原件5组成的双向金属屈服耗能组合支座，相互平行的上连接板1和下连接板2的中部固定核心隔震原件5，核心隔震原件5为天然橡胶隔震垫，上连接板1和下连接板2的其余空位固定四个沿长度方向两两垂直的核心耗能元件3，可以使建筑结构实现两个方向上的耗能隔震。核心耗能元件3彼此之间保留适当间距作为变形预留空间及螺栓连接的让位空间。 

核心耗能元件3的中部区域31是平直的并且上下平行，两端部弯曲成圆弧区域32，整个核心耗能元件3呈履带形状，是连续的金属板，垂直中心线左右两侧对称，水平中心线上下两侧对称。 

四个核心耗能元件3沿其长度方向两两垂直，四个核心耗能元件3的长度方向可与上连接板1、下连接板2的四边平行布置，亦可与四边相交四十五度布置。 

四个核心耗能元件3上下的中部区域31和上连接板1、下连接板2采用焊接方式固定。 

核心隔震原件5为圆柱形或椭圆柱形，核心隔震原件5与上连接板1、下连接板2采用摸胶粘接方式固定。 

二、结合附图对本实用新型的应用实施例进行详细说明： 

实施例1 

附图2、4 

将四个核心耗能元件3的长度方向与上连接板1、下连接板2的四边相交四十五度布置的双向金属屈服耗能组合支座安置于基础6与上部结构7之间形成隔震层，基础6和上部结构7中分别埋置预埋连接板8及预埋套筒9，以实现隔震层与基础6和上部结构7之间的连接，连接方式为锚栓，在核心耗能元件3的中部区域31与上连接板1和下连接板2分别加工通孔4，通孔位置设置在上下连接板的四个角上。用螺栓与预埋套筒9固定。 

基础6与上部结构7直接的竖向荷载通过双向金属屈服耗能组合支座中的核心隔震原件5进行传递。当结构受到外界地震作用激励时，由于双向金属屈服耗能组合支座侧向刚度较小，降低了结构的自由振动频率，远离了地震卓越周期，从而降低结构的地震相应。与此同时，双向金属屈服耗能组合支座中的核心耗能元件3和核心隔震原件5在侧向剪切力的作用下发生变形。由于双向金属屈服耗能组合支座采用抗弯刚度较小的钢板作为核心耗能元件3，因此在两端受到较大剪切力作用的情况下，核心耗能元件3的圆弧区域32受弯时会发生变形，利用钢材的塑性变形过程实现耗能，从而达到衰减外界输入能量，使框架结构免于损坏的作用。同时核心隔震原件5是橡胶隔震垫，在自身发生剪切变形时消耗振动能量，从而降低输入到上部结构的地震能量。 

由于双向金属屈服耗能组合支座中的金属耗能单元利用的是钢材受剪时良 好的塑性变形能力来获得变形量，即利用构件的变形在有限的高度内获得较大的弯曲变形，而不是直接利用钢材的拉压屈服变形获得变形量，因此可以实现较大的变形量，耗散更多能量，更有利于框架结构的保护。 

本应用实施例仅以一般建筑物中的基础隔震为例进行说明，在实际应用中，也可以用于建筑物的层间隔震或用于桥身与桥墩之间，与桥身支座并联使用。 

需要指出的是双向金属屈服耗能组合支座，在两个方向上设置了金属耗能原件，加之橡胶隔震垫的对称结构，使得该双向金属屈服耗能组合支座应用于建筑结构时可承受来自各个方向的剪切力。实际工程应用时建议在安装制作时将四块金属耗能板的布置方向与结构主要剪力承受方向相交四十五度，即使上下连接板的一边与结构主要剪力承受方向平行，以使钢板的变形及耗能能力达到最佳。 

实施例2 

附图5、6、7所示双向金属屈服耗能组合支座，与实施例一的区别在于，四个核心耗能元件3的布置方向与上连接板1和下连接板2的四边平行。与此相适应，通孔4的加工位置设在上连接板1和下连接板2的四边中点。与实施例1相比，实施例2双向金属屈服耗能组合支座在相同原件尺寸即相同耗能能力下双向金属屈服耗能组合支座结构更紧密，尺寸更小，但同时双向金属屈服耗能组合支座与上部结构7和下部6直接的连接力臂缩短，在相同通孔4数下，对螺栓的抗拉强度提高。 

本实用新型双向金属屈服耗能组合支座应用在桥墩以及中间层隔震时的安装方式与图4类似，只是核心耗能元件3固定方位不同，在此不再出图。当然，本实用新型的布置形式及使用数量也不局限于本例，可以根据工程实际进行优化选择，也都可以起到相同的作用，在此不一一做单独说明，只要基于本实用新型的技术原理，都在本实用新型的保护范畴中。 

Claims (5)

1.由上连接板(1)、下连接板(2)、核心耗能元件(3)、核心隔震原件(5)组成的双向金属屈服耗能组合支座，其特征在于相互平行的上连接板(1)和下连接板(2)的中部固定隔震原件(5)，上连接板(1)和下连接板(2)的其余空位固定四个耗能元件(3)沿长度方向两两垂直的耗能元件(3)。

2.如权利要求1所述的双向金属屈服耗能组合支座，其特征在于耗能元件(3)的中部区域(31)是平直的并且上下平行，两端部弯曲成圆弧区域(32)，整个耗能元件(3)呈履带形状，是连续的金属板，垂直中心线左右两侧对称，水平中心线上下两侧对称。

3.如权利要求1或2所述的双向金属屈服耗能组合支座，其特征在于四个核心耗能元件(3)沿长度方向两两垂直，四个核心耗能元件(3)的长度方向可与上连接板(1)、下连接板(2)的四边平行布置，亦可与四边相交四十五度布置。

4.如权利要求1或2所述的双向金属屈服耗能组合支座，其特征在于四个核心耗能元件(3)上下的中部区域(31)与上连接板(1)、下连接板(2)固定。

5.如权利要求1所述的双向金属屈服耗能组合支座，其特征在于核心隔震原件(5)为圆柱形或椭圆柱形，与上连接板(1)、下连接板(2)固定。 

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