CN205190611U - 调谐轨道式三维隔震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种调谐轨道式三维隔震装置，主要包括上部水平隔震部分和下部竖向隔震部分，两个部分通过四个导向构件和一个竖向受力构件连接。水平隔震部分利用两组正交轨道将水平地震作用分解为两个方向，每个方向有四条相互平行的弧形轨道将重力作为回复力进行滞回耗能，弧形轨道端部曲率增大并增设阻尼达到限位的目的；竖向隔震部分通过四个导向构件将中间板和底座板连接在一起，使水平隔震部分仅可以相对于底座板竖向运动，实现了水平和竖向的解耦，并利用减隔震效果良好的金属橡胶进行竖向隔震。本实用新型不仅实现了三维隔震，同时考虑了限位保护，而且可以对三向隔震参数进行控制，具有很好的实用性。

Description

调谐轨道式三维隔震装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型的三维隔震装置，适用于贵重浮放文物或精密浮放设备的防震保护。

背景技术

地震是一种突发性自然灾害，一次大地震会对一个地区甚至一个国家的社会、经济造成巨大冲击并深刻影响许多人的生活，因此往往会引起全国乃至全世界的高度重视。在进行历次地震灾害损失评估中发现，经济损失不仅包括建筑的损毁，道路、桥梁、电站等基础设施和生命线工程的破坏，还包括建筑内各种精密仪器、贵重设备、展陈文物等的震损甚至破坏。如2008年发生的汶川地震中，据国家文物局统计，由于大地震波及的省份基本都属于我国文化遗产的密集地区，全国多处重点文物保护单位(其中2处已列入世界遗产名录)受到不同程度损害，共有2766件馆藏文物（其中292件珍贵文物）受损；又如1975年，海城发生7.3级地震，海城变电所的设备全被破坏，营口地区通信电缆毁坏，通信阻断，工业设备也损失严重，经济损失总计约8.1亿元。

这些贵重文物和设备出于展陈、使用或方便的原因一般浮放在展柜或地面上，因而在地震中极易损坏，其本身又非常贵重，某些设备还担负着数据存储和通信联络等重要功能，因此从它们在社会影响、生产、安全、科研、通信、医疗等方面的重要作用来看，其价值往往要超过建筑物本身的价值，因此对于贵重浮放文物和设备的防震保护很重要。

国外针对浮放文物和设备的隔震装置的研究已经很多，不断涌现出滚轮式、滚轴式、滚珠式、摩擦摆等新型隔震装置，在多次地震中被证实具有良好的防震保护效果；国内现有浮放文物或设备的隔震装置多数是进口的，自主研发并应用的实例很少。当下全球地震频发，贵重浮放设备和文物的抗震保护刻不容缓，因此针对其研究出有效、适用、经济、可靠、耐久的隔震装置的意义重大。

发明内容

现有的贵重文物或设备的隔震装置多数也是仅水平的隔震装置，没有考虑地震竖向分量的影响，而且降低响应加速度峰值和限制响应位移幅值往往不能兼顾。考虑地震竖向分量的原因主要有三点：首先，地震动包括两水平和一竖向三个分量，近断层和震中附近区域的竖向分量峰值可能接近甚至超过水平分量峰值；其次，由于贵重浮放文物和设备一般放置在楼层中的展柜或支座上，地震作用竖向分量会有一定比例地放大；最后，由于贵重浮放文物和设备的质量较轻，在地震动的竖向分量影响下容易滑移和倾覆。综上所述，本文考虑贵重浮放文物和设备的抗震保护特点，兼顾降低响应加速度和限制位移幅值的目的，发明出了能分别对竖向和水平进行有效控制的调谐轨道式三维隔震装置。

本实用新型设计的调谐轨道式三维隔震装置的技术方案如下：

一种新型调谐轨道式三维隔震装置，其特征在于主要包括上部水平隔震部分和下部竖向隔震部分，所述下部竖向隔震部分主要包括第一金属橡胶固定槽6、两块金属橡胶7、端部带有第二金属橡胶固定槽的“气门型”导杆8、固定金属橡胶的顶板9、可调节螺栓拉杆10和“气门型”导杆支座11，第一金属橡胶固定槽6固定在底座板1的正中央，第一金属橡胶固定槽6内固定金属橡胶一7，利用“气门型”导杆支座11将“气门型”导杆8固定在中间板12底部相应位置，并放在已经固定好的金属橡胶一7上，并在“气门型”导杆8端部上面的第二金属橡胶固定槽内固定金属橡胶二7，通过可调节螺栓拉杆10紧固固定所述顶板9，使得两块金属橡胶7夹紧“气门型”导杆8的端部，上部水平隔震部分和下部竖向隔震部分通过四个竖向导向构件和一个竖向受力构件连接，所述上部水平隔震部分仅可以相对于底座板竖向运动，且通过下部竖向隔震部分进行竖向隔震；

进一步地，上部水平隔震部分通过两组正交调谐轨道将水平地震作用分解为两个正交方向；

进一步地，所述调谐轨道弧面由两种弧组成，分别是位于中间的半径较大的主弧面A以及位于两端半径较小的小弧面B，主弧面A和小弧面B的交点相切。

与现有针对贵重浮放设备和文物的隔震装置相比，该实用新型的优点在于：

1.该实用新型利用直线轴承作为导向杆，直线轴承轴向摩擦力很小且可控，径向传力可靠，既实现了水平向和竖向的解耦，也可以分别对水平向隔震参数和竖向隔震参数进行控制，使得隔震装置的设计更为有理有据；

2.该实用新型通过调谐轨道进行水平向隔震，利用重力作为回复力进行滞回耗能，并且在端部增大轨道曲率、增设阻尼，实现了降低被隔震结构的响应加速度峰值的同时限制其位移幅值的目的；

3.该实用新型利用正交轨道将水平向地震作用分解，每个轨道弧分别对应一个滚轮，实现了同一方向各滚轮在弧面上的同步，保证了隔震装置台面在运动过程中的水平，这对于防止浮放物倾覆、滑移很重要；

4.为了保护贵重浮放文物和设备，不允许使用橡胶、油等可能导致次生灾害的材料，因此该实用新型选用金属橡胶作为竖向隔震材料，金属橡胶具有变刚度、变阻尼特性，随激励量级的增加，其“固有频率”减小，因此具有良好的隔振效果，并且在共振区内阻尼显著增大，能有效抑制共振峰值，在隔振区内阻尼迅速减小，因而具有优良的阻尼减振特性。

附图说明：

图1是本实用新型的第一个实施例的立体结构示意图；

图2是本实用新型的第一个实施例的导向杆剖面详图；

图3是本实用新型的第一个实施例的金属橡胶部分剖面详图；

图4是本实用新型的第一个实施例的调谐轨道的详图；

图5是本实用新型的第一个实施例的分解结构第一较佳视角的立体示意图；

图6是本实用新型的第一个实施例的分解结构第二较佳视角的立体示意图；

图7是本实用新型的第二个较佳实施例的立体结构示意图，在隔震装置上面放置有浮放物。

图中：1.底座板；2.导向套筒（直线轴承）；3.导向杆（圆柱轴）；4.导向杆支座；5.螺栓；6.第一金属橡胶固定槽；7.两块金属橡胶；8.端部带有第二金属橡胶固定槽的“气门型”导杆；9.固定金属橡胶的顶板；10.螺栓拉杆；11.“气门型”导杆支座；12.中间板；13.X方向调谐轨道；14.中间板上的阻尼固定板；15.X方向阻尼块；16.带滚轮滑板；17.X方向H型滚轮；18.Y方向H型滚轮；19.带滚轮滑板上的阻尼固定板；20.Y方向阻尼块；21.X方向阻尼挡板；22.台面板；23.Y方向调谐轨道；24.Y方向阻尼挡板。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是调谐轨道式三维隔震装置，按结构功能划分主要分为三个部分，即底座板1和中间板12之间的竖向隔震部分以及中间板12和台面板22之间的水平隔震部分。两个部分通过位于四个角相同型号的导向部分连接，既实现了三维隔震，又实现了水平向和竖向隔震的解耦。

导向部分主要包括导向套筒2、导向杆3、导向杆支座4以及螺栓5，其结构剖面详图如图2所示。首先利用螺栓5将导向套筒2固定在底座板1的四个角，然后利用导向杆支座4将导向杆3固定在中间板12底部四个角的对应位置。如此一来，当导向杆3插入导向套筒2的时候，中间板12以及以上构件仅能相对于底座板1做竖向运动，实现了竖向与水平向的解耦。

竖向隔震部分主要包括第一金属橡胶固定槽6、两块金属橡胶7、端部带有第二金属橡胶固定槽的“气门型”导杆8、固定金属橡胶的顶板9、可调节螺栓拉杆10和“气门型”导杆支座11，第一金属橡胶固定槽6固定在底座板1的正中央，第一金属橡胶固定槽6内固定金属橡胶一7，利用“气门型”导杆支座11将“气门型”导杆8固定在中间板12底部相应位置，并放在已经固定好的金属橡胶一7上，并在“气门型”导杆8端部上面的第二金属橡胶固定槽内固定金属橡胶二7，通过可调节螺栓拉杆10紧固固定所述顶板9，使得两块金属橡胶7夹紧“气门型”导杆8的端部。如此一来，连接着“气门型”导杆8的中间板12以及上部结构所受的竖向地震作用就能通过金属橡胶7进行隔震。

如图1所示是本实用新型的第一个实施例的立体结构示意图，定义其左右方向为调谐轨道的X方向，另一个则为Y方向。在中间板12上面沿着X方向两侧固定有X方向的调谐轨道13，在其每个弧面上均有X方向H型滚轮17可以沿着弧面在X方向滚动，在这些滚轮中间固定着带滚轮的滑板16。带滚轮滑板16的另一方向两侧固定着Y方向H型滚轮18，因此下面固定有Y方向调谐轨道23的台面板22就可以在Y方向H型滚轮18上沿着Y方向滑动。这样就形成了在已进行竖向隔震的中间板12上面，利用调谐轨道13、23将水平向地震作用进行正交分解，通过延长自振周期和利用摩擦滞回耗能的方式实现水平隔震。

如图4所示是调谐轨道弧面的立面详图，轨道弧面由两种弧组成，分别是位于中间的半径较大的主弧面A以及位于两端半径较小的小弧面B，主弧面A和小弧面B的交点相切，保证滚轮运动的连续性，也使得当滚轮运动到小弧面上时，由于弧面的曲率增大，滚轮受到的回复力也增大，对位移有一定的限制作用。与此同时各方向设计有阻尼块（X方向阻尼块15和Y方向阻尼块20），与调谐轨道一起，对水平过大位移进行限位并且耗能。

如图5、6所示是本实用新型的第一个实施例的分解结构的立体示意图，立体展示了各构件的相互组合以及运动关系。按结构组成构件划分，从下往上主要分为六个构件，第一个是底座板构件，在底座板1四个角点用螺栓5在固定导向套筒2，在其中间固定第一金属橡胶固定槽6并预留可调节螺栓拉杆10；第二个是金属橡胶构件，共有两块金属橡胶7，用于受压进行隔震；第三个是固定金属橡胶的构件，通过可调节螺栓拉杆10固定其中金属橡胶7，并使得金属橡胶7夹住“气门型”导杆8带有第二金属橡胶固定槽的端部，使得上部所受的竖向地震作用通过金属橡胶进行隔震；第四个是中间板构件，在中间板12的下面四角利用导向杆支座4固定导向杆3，在其下面中央用“气门型”导杆支座11固定端部带有第二金属橡胶固定槽的“气门型”导杆8，使得中间板12以及上部构件仅相对于底座板1做竖向运动，且通过金属橡胶7进行隔震。在中间板12上面沿X方向两侧固定X方向调谐轨道13，再在中央固定中间板上的阻尼固定板14以及X方向阻尼块15，使得带滚轮滑板以及其上结构可以相对于中间板构件沿X方向滑动，并在位移过大时通过X方向阻尼进行限位和耗能；第五个是带滚轮的滑板构件,在其下面X方向两端固定有X方向阻尼挡板21以及四个X方向H型滚轮17，在其Y方向两端固定有四个Y方向H型滚轮18，在其上面固定有Y方向阻尼固定板19以及Y方向阻尼块20，使得其在相对于下部结构进行X方向滑动的同时允许其上部构件进行Y方向的相对滑动，同时各方向的位移通过阻尼进行限位；第六个是台面板构件，在台面板22下面固定Y方向调谐轨道23，在其Y方向边缘固定Y方向阻尼当班24，使得台面板构件能相对于下面的带滑轮滑板构件做Y方向的运动，且不超过一定的位移幅值。

如图7所示是本实用新型的第二个较佳实施例的立体结构示意图，在隔震装置上面放置有花瓶，立体展示了隔震装置在隔震过程中的效果。

Claims (3)

1.一种调谐轨道式三维隔震装置，其特征在于主要包括上部水平隔震部分和下部竖向隔震部分，所述下部竖向隔震部分主要包括第一金属橡胶固定槽（6）、两块金属橡胶（7）、端部带有第二金属橡胶固定槽的“气门型”导杆（8）、固定金属橡胶的顶板（9）、可调节螺栓拉杆（10）和“气门型”导杆支座（11），第一金属橡胶固定槽（6）固定在底座板（1）的正中央，第一金属橡胶固定槽（6）内固定金属橡胶一（7），利用“气门型”导杆支座（11）将“气门型”导杆（8）固定在中间板（12）底部相应位置，并放在已经固定好的金属橡胶一（7）上，并在“气门型”导杆（8）端部上面的第二金属橡胶固定槽内固定金属橡胶二（7），通过可调节螺栓拉杆（10）紧固固定所述顶板（9），使得两块金属橡胶（7）夹紧“气门型”导杆（8）的端部，上部水平隔震部分和下部竖向隔震部分通过四个竖向导向构件和一个竖向受力构件连接，所述上部水平隔震部分仅可以相对于底座板竖向运动，且通过下部竖向隔震部分进行竖向隔震。

2.根据权利要求1所述的调谐轨道式三维隔震装置，其特征是上部水平隔震部分通过两组正交调谐轨道将水平地震作用分解为两个正交方向。

3.根据权利要求2所述的调谐轨道式三维隔震装置，其特征是调谐轨道弧面由两种弧面组成，分别是位于中间的半径较大的主弧面A以及位于两端半径较小的小弧面B，主弧面A和小弧面B的交点相切。