CN216664495U - 一种水平刚度可调分离式组合隔震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水平刚度可调分离式组合隔震装置，包括外连接顶板、外连接底板以及中间的竖向核心装置；其特征在于：还包括环形件和若干周向阻尼器；所述环形件套设在所述竖向核心装置的外围，并滑动设置在所述外连接底板上；若干周向阻尼器分布在所述环形件的外周，每个周向阻尼器的一端连接所述环形件，另一端连接所述外连接底板。该隔震装置能够实现对工程结构的减震并满足高承载、大变形、高阻尼的需求。可以通过C型钢阻尼器和/或竖向核心装置的安装数量和尺寸来调节支座的水平力学性能，并且可以采用拼装式的连接方式，根据设计需求将隔震装置各个部件进行分开加工，然后快速组合拼装，整体实现可装配化。

Description

一种水平刚度可调分离式组合隔震装置

技术领域

本实用新型属于工程减振技术领域，具体涉及一种水平刚度可调分离式组合隔震装置。

背景技术

在目前的工程减震领域中，常用的隔震支座主要有天然叠层橡胶支座、高阻尼橡胶支座、滑动摩擦支座等。

图1中显示了现有技术的天然叠层橡胶支座的结构。叠层橡胶支座将多层钢板1分布镶嵌在橡胶2中制成，其上下表面都是橡胶层。天然橡胶最大的缺点是其硬度高且阻尼小。这就导致其在发生大变形时会产生较大拉力使材料破坏，同时因为阻尼小导致其耗能效果差，无法起到降低地震输入能的作用。

图2中显示的是现有技术的高阻尼橡胶支座的结构。高阻尼橡胶支座本体由高阻尼橡胶弹性体6、中间的加劲钢板7、支座上下钢板5组成，上下支座钢板5分别于桥梁结构中的预埋钢板4用套筒1和锚固螺栓3连接。支座本体与上下钢板用连接螺栓2进行连接。高阻尼橡胶支座虽然有较好的水平隔震效果，但高阻尼橡胶支座生产工艺复杂，具有承载能力低、极限变形能力差的问题，在一些重大工程中难以满足承载能力与水平变形的需求。

图3显示的是现有技术的高承载力支座的结构示意图，包括外连接钢板、内连接钢板、加劲钢板、弹性体，两个内连接钢板之间交叠设置弹性体和加劲钢板，两个内连接钢板分别与对应的外连接钢板固定连接；还包括弹性垫圈，弹性垫圈设置在加劲钢板之间以及加劲钢板与内连接钢板之间；内连接钢板、加劲钢板、弹性垫圈均设置有定位孔，用于三者的定位安装；内连接钢板、加劲钢板、弹性垫圈之间的间隙中设置有弹性体，三者的定位孔中设置有弹性体。其隔震支座能够有效实现对桥梁等结构的减震和高承载力，但其主要关注竖向承载力，在一些重大工程中难以满足水平变形的需求。

摩擦滑移隔震技术虽然有比较长时间的研究，有着比其他隔震体系独特的优越性，但同样存在很大的局限性。现在常用的摩擦滑移隔震支座的大多有高温不耐磨与摩擦系数不稳定等众多的缺点，在地震后，多数的摩擦滑移支座性能都会发生改变，存在震后摩擦滑移支座修复、保养、或者替换支座的问题。另一方面，摩擦滑移支座在性能稳定性、安全可靠性以及经济价格上，相比于橡胶支座、铅芯橡胶支座有一定差距。而且，现有的支座的刚度是定型的，不可调的，无法实现水平等效刚度、阻尼比等力学性能的灵活调整。

实用新型内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本实用新型提供了一种水平刚度可调分离式组合隔震装置，该隔震装置能够实现对工程结构的减震并满足高承载、大变形、高阻尼的需求。可以通过C型钢阻尼器的安装数量和尺寸来调节支座的水平力学性能，并且可以采用拼装式的连接方式，根据设计需求将隔震装置各个部件进行分开加工，然后快速组合拼装，整体实现可装配化。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种水平刚度可调分离式组合隔震装置，包括外连接顶板、外连接底板以及中间的竖向核心装置；其中：

还包括环形件和若干周向阻尼器；

所述环形件套设在所述竖向核心装置的外围，并滑动设置在所述外连接底板上；

若干周向阻尼器分布在所述环形件的外周，每个周向阻尼器的一端连接所述环形件，另一端连接所述外连接底板。

进一步优选地，所述环形件初始状态下与所述竖向核心装置间隙设置。

进一步优选地，所述周向阻尼器为截面等应力阻尼器。

进一步优选地，所述周向阻尼器为C型钢阻尼器。

进一步优选地，所述C型钢阻尼器的截面宽度构造为：

其中，b(α)为α角度的截面宽度；b_max为截面最大宽度；α₀为端连接中心到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角；α为C型弧上任意一点到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角。

进一步优选地，所述周向阻尼器的两端的连接中任意之一为铰接。

进一步优选地，所述环形件为钢圈。

进一步优选地，所述外连接底板的内侧设有摩擦板状体，所述竖向核心装置和所述环形件均滑动设置于所述摩擦板状体上。

进一步优选地，所述竖向核心装置包括内连接板、多层加劲钢板、聚氨酯弹性体；

所述内连接板与所述外连接顶板连接；所述内连接板、加劲钢板之间空隙和四周填充有聚氨酯弹性体，下部滑动设置于所述外连接底板上。

进一步优选地，在初始状态下，所述外连接顶板超出所述竖向核心装置的外周，覆盖所述环形件与所述竖向核心装置之间的间隙。

具体地，本实用新型提供的一种水平刚度可调分离式组合隔震装置，包括外连接顶板、竖向核心装置、C型钢阻尼器、钢圈、外连接底板五个部分。竖向核心装置提供良好的竖向承载能力，通过竖向核心装置与聚四氟乙烯板之间的摩擦作用以及C形钢阻尼器弹塑性耗能来耗散水平方向地震能量。这种新型隔震支座具有竖向承载力高、滞回耗能能力强、可以应对任意方向地震作用等特点。

所述竖向核心装置包括内连接板、加劲钢板、聚氨酯弹性体，其内连接钢板、加劲钢板之间空隙均为聚氨酯弹性体。C型钢阻尼器由钢材Q345B组成，竖向核心装置内连接板与外连接顶板通过相对应的内六角螺栓固定连接，外连接底板的钢板中上部嵌有聚四氟乙烯板，外连接底板的四角以及四边中设置了螺栓连接孔，用于连接C型钢阻尼器。钢圈由钢材Q345B组成，钢圈圆周八等分位置设置螺栓连接孔，用于连接C型钢阻尼器，钢圈放置于聚四氟乙烯板上。C型钢阻尼器两侧分别连接钢环和外连接底板。该装置基于改性聚氨酯材料及高阻尼材料的力学性能和表面高分子材料的摩擦性能，充分发挥装置各个部件的装配性能，构造更为简单，协同变形，加工方便，工程上适用性范围广。

所述核心装置中内连接钢板、加劲钢板之间的空隙填充弹性体为聚氨酯弹性体，具有高承载、耐摩擦力学性能。其下表面为光滑聚氨酯弹性体，按水平方向设置在聚四氟乙烯板中心。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型的水平刚度可调分离式组合隔震装置结合了水平滑移隔震支座摩擦耗能的优势，叠层橡胶支座良好的稳定性和回复能力，再利用改性聚氨酯材料承载能力强、硬度高、摩擦性能优异的特点，使装置具有良好的隔震性能。

2、本实用新型的水平刚度可调分离式组合隔震装置中所述C型钢阻尼器为金属阻尼器，金属阻尼器具有良好的耗能能力，利用钢的弹塑性耗能来减小结构的地震反应，结构简单、便于加工、性能稳定，地震时金属阻尼器率先进入塑性，能有效的消耗地震能量。C型钢阻尼器外形为C型，具有屈服位移小、屈服力大、截面应力分布合理的特点。同时，C型钢阻尼器滞回曲线饱满，滞回特性稳定，具有良好的耗能作用。

3、竖向核心装置主要承受竖向荷载，竖向核心装置上部有圆形顶板连接桥梁，防止杂物掉落在阻尼间隙。在竖向核心装置位移小于阻尼间隙时，竖向核心装置与聚四氟乙烯板摩擦耗能；在竖向核心装置位移大于阻尼间隙时会撞击钢圈，钢圈带动所有钢阻尼器同步位移，钢阻尼器进入工作时，可以利用多种途径耗散能量，产生较大阻尼。C型钢阻尼器同时拥有限制位移作用。

4、本实用新型的水平刚度可调分离式组合隔震装置各个部件都可以进行分开加工，各自储存，然后快速组合拼装，整体实现可装配化的工艺。同时可以通过组合不同数量、尺寸的C型钢阻尼器，改变隔震装置水平等效刚度、阻尼比等力学性能。具有构造简单、加工快速、可大量储存、适用性广等特点。C型钢阻尼器便于拆卸，可以在地震过后统一更换。

附图说明

图1是现有技术的天然叠层橡胶支座的结构示意图；

图2是现有技术的高阻尼支座的结构示意图；

图3是现有技术的高承载力支座的结构示意图；

图4是本实用新型的水平刚度可调分离式组合隔震装置的结构示意图；

图5是图4外连接顶板的俯视示意图；

图6是图4外连接底板的俯视示意图；

图7是图4所述的竖向核心装置的剖视图；

图8是图4所述的一种C型钢阻尼器的俯视示意图；

图9是图4所述的另一种C型钢阻尼器的俯视示意图。

其中，图8-9中的尺寸单位为mm。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

作为本实用新型的一种较佳实施方式，如图4-9所示，本实用新型提供一种水平刚度可调分离式组合隔震装置的结构示意图，它主要由五个部分组成：外连接顶板1、外连接底板2、竖向核心装置3、C型钢阻尼器4、钢圈5。

如图4-6所示，外连接顶板1中间有与竖向核心装置3连接的孔位一6，外连接底板2中间镶嵌有聚四氟乙烯板7，四个角以及四边中点有连接C型钢阻尼器的孔位二8。竖向核心装置上表面有内连接板9，与外连接顶板的孔位一6对应，用M16的内六角螺栓连接。四对C形钢阻尼器4均匀分布在竖向核心装置四周。C形钢钢阻尼器一侧铰点通过孔位二8全部固定在外连接底板上，另一侧铰点通过孔位三10固定在可沿底板自由滑动的钢圈5上。C形钢阻尼器两端连接环通过40Cr钢制销子连接，连接环可以绕销子自由转动。竖向核心装置3与外连接顶板1组合而成的上部放置于聚四氟乙烯板7之上，位于钢圈5之内。

如图7所示，竖向核心装置3由内连接板9、加劲钢板11、聚氨酯弹性体12构成，竖向核心装置下表面为聚氨酯弹性体12，设计承载力下与聚四氟乙烯板的摩擦系数稳定在0.03以下，水平方向设置于聚四氟乙烯板的中心形成滑移层。下连接板镶嵌的聚四氟乙烯板设计为7mm厚，表面略微高出下连接钢板面，是为了防止高压应力产生的起拱破坏，地震动是四面八方的，因此设计聚四氟乙烯板尺寸为圆形，以应对各个方向的摩擦滑动。

如图8-9所示，所述C型钢阻尼器的截面宽度构造为：

其中，b(α)为α角度的截面宽度；b_max为截面最大宽度；α₀为端连接中心到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角；α为C型弧上任意一点到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角。例如图8所示与外连接底板四角相连的C型钢阻尼器尺寸半径250mm，最大宽度75mm，cosα₀＝0.125，厚度50mm，两头螺栓连接环外径31mm，内径22mm。图9所示的与外连接底板四边中心相连的C型钢阻尼器为半径200mm，最大宽度60mm，cosα₀＝0.125，厚度50mm，两头螺栓连接环外径25mm，内径22mm。钢材都选用Q345B。

在结构正常使用的情况下，竖向核心装置会产生短路径的滑动，与聚四氟乙烯板通过摩擦作用耗能，同时带动竖向核心装置(优选为鼓形阻尼弹性体元件)发生水平剪切小变形产生回复力使隔震装置恢复原样，竖向核心装置也会以初始刚度产生小变形耗散一定能量。遇到地震情况，竖向核心装置滑动会超出阻尼间隙，接触到滑动钢圈并推动钢圈一同位移，钢圈带动所有的钢阻尼器同步进入工作，通过钢阻尼器将荷载传递到桥梁下部结构。在这种状态下新支座的耗能途径有：竖向核心装置与聚四氟乙烯板间摩擦作用耗能、竖向核心装置剪切变形耗能、C形钢阻尼器弹塑性变形耗能，多种耗能途径使新装置有较大的阻尼。

本实用新型的水平刚度可调分离式组合隔震装置具有如下优点：

成本低、耗能能力强。C型钢阻尼器采用成本较低的国产高强度钢Q345B，滞回特性稳定、低周疲劳特性良好。C型的设计最大程度节省了用钢量，同时具有屈服位移小、屈服力大、截面应力分布合理的特点。C型钢阻尼器滞回曲线饱满，具有良好的滞回耗能能力。C型钢阻尼器外弧设计经过大量理论、试验分析后得到等应力状态下外弧尺寸公式，C型钢阻尼器具有截面等应力特点。

可调节性，外连接底板可以设置N个连接C型钢阻尼器的连接孔，具体设计根据桥梁结构桥墩水平刚度进行。一般情况按照支座水平刚度与桥墩水平刚度比值为1：2进行设计，以满足桥梁结构抗震设计要求。例如附图所示例子：外连接底板上共设置了8个连接C型钢阻尼器的连接孔，在实际应用中可以根据桥梁隔震需求，自由设置安装的C型钢阻尼器个数以及C型钢阻尼器尺寸，支座的水平力学性能也会随之改变，最大程度发挥材料性能的基础上，为桥梁减隔震设计提供了更多的选择空间。

构造简单、加工快速、可大量储存、适用性广。各个部件都可以进行分开加工，各自储存，然后快速组合拼装，实现可装配化的工艺。可以通过组合不同数量、尺寸的C型钢阻尼器和/或竖向核心装置，改变隔震装置水平等效刚度、阻尼比等力学性能。

可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本实用新型实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本实用新型实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本实用新型实施例公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型实施例的示例性实施例的描述中，本实用新型实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型实施例的单独实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水平刚度可调分离式组合隔震装置，包括外连接顶板、外连接底板以及中间的竖向核心装置；其特征在于：

还包括环形件和若干周向阻尼器；

所述环形件套设在所述竖向核心装置的外围，并滑动设置在所述外连接底板上；

若干周向阻尼器分布在所述环形件的外周，每个周向阻尼器的一端连接所述环形件，另一端连接所述外连接底板。

2.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述环形件初始状态下与所述竖向核心装置间隙设置。

3.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述周向阻尼器为截面等应力阻尼器。

4.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述周向阻尼器为C型钢阻尼器。

5.如权利要求4所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述C型钢阻尼器的截面宽度构造为：

其中，b(α)为α角度的截面宽度；b_max为截面最大宽度；α₀为端连接中心到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角；α为C型弧上任意一点到C型弧圆心的连线，与朝C型开口方向延伸的C型弧对称轴的夹角。

6.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述周向阻尼器的两端的连接中任意之一为铰接。

7.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述环形件为钢圈。

8.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述外连接底板的内侧设有摩擦板状体，所述竖向核心装置和所述环形件均滑动设置于所述摩擦板状体上。

9.如权利要求1所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

所述竖向核心装置包括内连接板、多层加劲钢板、聚氨酯弹性体；

所述内连接板与所述外连接顶板连接；所述内连接板、加劲钢板之间空隙和四周填充有聚氨酯弹性体，下部滑动设置于所述外连接底板上。

10.如权利要求2所述的水平刚度可调分离式组合隔震装置，其特征在于：

在初始状态下，所述外连接顶板超出所述竖向核心装置的外周，覆盖所述环形件与所述竖向核心装置之间的间隙。

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