CN220414520U - 一种摩擦隔震支座及隔震系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种摩擦隔震支座以及隔震系统，摩擦隔震支座包括上部部件和下部部件，上部部件的下部为多棱锥形状的滑动凸部，滑动凸部的外表面为多棱锥形的滑动凸面，上部部件的上部设置有万向铰链；下部部件的上部为呈倒置多棱锥形状的滑动凹部；滑动凸面能够完全覆盖所述滑动凹面。本实用新型的滑动凸面能够完全覆盖滑动凹面，且上部部件设置万向铰链，其能适应建筑物的上部结构的扭转和摇摆反应，有效延长摩擦隔震支座的使用寿命；摩擦隔震支座避免了共振问题，不会出现滑块脱落的情况，同时保证在任何情况下都能够提供足够的竖向荷载；防止长细高的建筑物倾倒。

Description

一种摩擦隔震支座及隔震系统

技术领域

本实用新型涉及一种摩擦隔震支座及隔震系统，属于工程隔震技术领域。

背景技术

随着我国建设的快速发展，在城市建设中，为了减轻地震灾害，减少经济损失和人员伤亡，在工程建设时需要考虑建筑物可能遇到的地震危险程度，对建筑物增加必要的隔震系统。

目前，常见的摩擦隔震系统是由美国加州大学伯克利分校的Zayas提出的摩擦滑摆隔震系统(Friction Pendulum System,FPS)，FPS由上部装置、中心滑块和下部滑动球形凹面三部分组成。地震发生时，中心滑块可在球形凹面内滑动，从而隔离地震能量。在FPS的基础上，Constantinou又提出了三重摩擦滑摆隔震系统(Triple Friction PendulumSystem,TFPS)，TFPS包括中心滑块和两对滑动面，对小震、中震和大震均有不同的调谐适应能力。但是上述两种结构都存在一些缺点：(1)存在固定周期，可能与近场地震发生共振反应；(2)在较大竖向地震动作用下，中心滑块可能从凹槽中脱出，支座失效；(3)地震过后，隔震支座与其原有状态相比将产生残余位移，影响使用；(4)初始刚度较小，在环境荷载(风雨、交通、地铁振动等)下可能运动，影响上部结构人员舒适性；(5)竖向抗拉强度不高，在近场地震下容易提离破坏；(6)中心滑块没有全覆盖滑动凸面和滑动凹面，在摩擦隔震支座寿命期内会使得滑动凹面和滑动凹面大部分暴露在空气中，影响隔震系统的隔震效果及其使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种摩擦隔震支座及隔震系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供一种摩擦隔震支座，包括上部部件和下部部件，

所述上部部件的下部为多棱锥形状的滑动凸部，所述滑动凸部的外表面为多棱锥形的滑动凸面，所述上部部件的上部设置有万向铰链；

所述下部部件的上部为呈倒置多棱锥形状的滑动凹部，所述滑动凹部的内壁为与所述滑动凸面配合的多棱锥形的滑动凹面；

所述滑动凸面能够完全覆盖所述滑动凹面，形成在滑动凸面以及滑动凹面上的棱和角均被进行了圆滑处理，下部部件的下表面与建筑物基础的顶面连接，万向铰链远离上部部件的一端与建筑物的上部结构的底面连接。

优选地，在所述滑动凸面上覆盖有橡胶层。

优选地，在所述滑动凸面的橡胶层以及所述滑动凹面上分别涂有滑动材料。

优选地，所述滑动材料为特氟龙或纳米润滑油。

优选地，所述滑动凸面为三棱锥滑动凸面或四棱锥滑动凸面或五棱锥滑动凸面或六棱锥滑动凸面。

优选地，所述滑动凸面的倾斜角度为1°至3°。

相应的，本实用新型提供一种隔震系统，包括多个摩擦隔震支座和多个十字架防提离限位装置，多个所述摩擦隔震支座和多个所述十字架防提离装置均设置在建筑物的底板与建筑物基础的顶板之间；

多个所述十字架防提离装置均由正反相扣的两个“U”形钢梁组成，两个所述“U”形钢梁以开口朝向相反的方向交叉设置，一个“U”形钢梁的开口侧的端部与建筑物的上部结构的底面连接，另一个“U”形钢梁的开口侧的端部与建筑物基础的顶面连接。

优选地，在两个所述“U”形钢梁的可接触的外表面均覆盖防碰撞隔层。

优选地，多个所述摩擦隔震支座均设置在建筑物各个承重结构或各处承重位置的底部，多个所述十字架防提离装置均设置在所述建筑物的底部的各条边线的中部位置或相邻两个摩擦隔震支座的中间位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、摩擦隔震支座的滑动凹面和滑动凸面均为多棱锥面，其刚度随着水平位移的增大而减小，没有固定周期，其为变刚度或变频隔震支座，因而其有效避免与近场地震能量集中的低频带发生共振

2、上部部件的机构不会出现滑动凸部脱落的情况，同时，上部部件设置万向铰链，其能适应建筑物的上部结构的扭转和摇摆反应，不会出现线接触和卡住的情况，有效避免摩擦隔震支座发生破坏。

3、滑动凸面的倾斜角度小至1°～3°，同时，滑动凸面上覆盖橡胶层，可使滑动凸面与棱锥凹面的接触面积增大，从而有效提升了摩擦隔震支座的竖向承载力；滑动凹面曲率不变，可使摩擦隔震支座保持恒定回复力，使得其残余位移为零。

4、滑动凸面能够完全覆盖滑动凹面，滑动凸面与滑动凹面均不暴露在空气中，从而避免了滑动凸面和滑动凹面生锈，或者有其他污染物进入的问题出现，有效提高了摩擦隔震支座耐久性和稳定性，有利于延长其使用寿命，同时，滑动凸面与滑动凹面均为多棱锥面，滑动凸面能够完全覆盖滑动凹面，摩擦隔震支座在静止条件下承重能力更强，从而能够达到更好的隔震效果，在地震时，滑动凸面至少有一面与滑动凹面接触，其提供足够的竖向承载力。

5、因屈服强度较大，在比较小的环境荷载下，摩擦隔震支座不会产生滑动，从而不会影响到上部建筑内人员的舒适度；在外部荷载较大时，摩擦隔震支座滑动、产生隔震效果从而保护上部建筑的安全。

6、隔震系统具有摩擦隔震支座和十字架防提离装置，能够使得当竖向地震作用过大时，无需为摩擦隔震支座另外设置围壁，十字架防提离装置能够限制摩擦隔震支座竖向提离的位移值，从而限制建筑物提离的高度在一个很小的范围内，在防止摩擦隔离支座发生提离破坏的同时有效地防止长细高的建筑物的倾倒。

附图说明

图1为本实用新型的摩擦隔震支座的结构示意图。

图2为本实用新型的摩擦隔震支座中的下部部件的轴测图(滑动凸面为四棱锥滑动凸面)。

图3为本实用新型的十字架防提离装置的结构示意图。

图4为本实用新型的隔震系统的布局示意图。

附图标记：摩擦隔震支座1，十字架防提离装置2，“U”形钢梁3，上部部件11，下部部件12，万向铰链13，滑动凹部112。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图2，本实用新型提供的一种摩擦隔震支座，包括上部部件11和下部部件12。

具体地，所述上部部件11的下部为多棱锥形状的滑动凸部，所述滑动凸部的外表面为多棱锥形的滑动凸面，所述上部部件11的上部设置有万向铰链13，万向铰链13的设置使摩擦隔震支座1能适应建筑物的上部结构的扭转和摇摆反应，不会出现线接触和卡住的情况，有效避免其发生破坏。

所述下部部件12的上部为呈倒置多棱锥形状的滑动凹部112，所述滑动凹部112的内壁为与所述滑动凸面配合的多棱锥形的滑动凹面，没有固定周期，其刚度随着水平位移的增大而减小，其为变刚度或变频隔震支座，因而其有效避免与近场地震能量集中的低频带发生共振，滑动凹面的曲率不变，可保持恒定回复力，使得摩擦隔震支座1残余位移为零，其始终能够回复到初始位置。

可选地，所述滑动凸面为三棱锥滑动凸面或四棱锥滑动凸面或五棱锥滑动凸面或六棱锥滑动凸面。

为了保证接触面积及竖向支撑效果，同时为了保证滑动能力，三棱锥滑动凸面和四棱锥滑动凸面的效果较好，滑动凸面的棱数太多将会导致在滑动的时候，竖向支撑面积及竖向支撑力不足。四棱锥滑动凸面结构，在任何位置，均能保证滑动凸部的一个面与滑动凹面吻合接触，至少保证1/4面积的承重面，如果是三棱锥滑动凸面，则可以至少保证1/3面积的承重面，其他棱数的结构以此类推。

数值模拟表明，在近场脉冲型地震下，四棱锥滑动凸面结构的摩擦隔震系统结构动力响应比传统隔震结构可减少20-30％，隔震效果良好。

所述滑动凸面能够完全覆盖所述滑动凹面，滑动凸面与滑动凹面均不暴露在空气中，从而避免了滑动凸面和滑动凹面生锈，或者有其他污染物进入的问题出现，有效提高了摩擦隔震支座1耐久性和稳定性，有利于延长其使用寿命，同时，滑动凸面与滑动凹面均为多棱锥面，摩擦隔震支座1在静止条件下承重能力更强，从而能够达到更好的隔震效果，在地震时，滑动凸面至少有一面与滑动凹面接触，其提供足够的竖向承载力。

形成在滑动凸面以及滑动凹面上的棱和角均被进行了圆滑处理，能够方便操作者在滑动凸面以及滑动凹面上涂贴特氟龙、涂刷纳米润滑油等滑动材料，以此降低滑动凸面以及滑动凹面的摩擦系数，从而有利于滑动凸面与滑动凹面之间的相对滑动，进而更好地达到隔震的效果。

下部部件12的下表面与建筑物基础的顶面连接，万向铰链13远离上部部件11的一端与建筑物的上部结构的底面连接，摩擦隔震支座1起到隔震的作用。

由于构造的特殊性，其屈服强度较大，在比较小的环境荷载(如风荷载、小震、周围车辆、地铁通行引发的微小振动等)下，摩擦隔震支座1不会产生滑动，从而不会影响到上部建筑内人员的舒适度；在外部荷载(如地震荷载)较大时，摩擦隔震支座1滑动、产生隔震效果从而保护上部建筑的安全。

上部部件结构能够增强摩擦隔震支座1整体结构的稳定性，从而有利于摩擦隔震支座1达到更好的隔震效果。

较佳的，在所述滑动凸面上覆盖有橡胶层，可使滑动凸面与棱锥凹面的接触面积增大，从而有效提升了摩擦隔震支座1的竖向承载力，同时，可缓冲滑动凸部与滑动凹部内壁之间的碰撞，在大震下，橡胶层可吸收碰撞能量，减小支座破坏风险。

较佳的，在所述滑动凸面的橡胶层以及所述滑动凹面上分别涂有滑动材料，可选地，所述滑动材料为特氟龙或纳米润滑油，摩擦系数小至0.007，摩擦力越小，摩擦隔震支座1越易于复位。

下部部件12可直接用高强混凝土浇筑后上覆不锈钢板，节约成本，且耐冲击和高压，能够适应更多极端环境和气候，鲁棒性好。

所述滑动凸面的倾斜角度为1°至3°，使滑动凸部相对于滑动凹部112之间的连接更加稳定，有利于增强摩擦隔震支座1整体结构的稳定性。

在静止状态下，滑动凸面完全覆盖滑动凹面，滑动凸面与滑动凹面之间不会产生相对滑动，并提供初始静摩擦力。当地震发生时，摩擦隔震支座1通过滑动凸面偏离滑动凹面中心的移动以及滑动凸面与滑动凹面之间较小的摩擦力，来适应建筑物因地震引起的移动，从而产生隔震效果。

如图3和图4，本实用新型的隔震系统包括多个摩擦隔震支座1和多个十字架防提离装置2，多个所述摩擦隔震支座1和多个所述十字架防提离装置2均设置在建筑物的底板与建筑物基础的顶板之间；

具体地，多个所述十字架防提离装置2均由正反相扣的两个“U”形钢梁3组成，两个所述“U”形钢梁3以开口朝向相反的方向交叉设置，一个“U”形钢梁3的开口侧的端部与建筑物的上部结构的底面连接，另一个“U”形钢梁3的开口侧的端部与建筑物基础的顶面连接。

优选地，在两个所述“U”形钢梁3的可接触的外表面均覆盖防碰撞隔层。防碰撞隔层为橡胶垫层，用于缓冲两个所述“U”形钢梁3之间碰撞的。

具体的，多个所述摩擦隔震支座1均设置在建筑物各个承重结构或各处承重位置的底部，多个所述十字架防提离装置3均设置在所述建筑物的底部的各条边线的中部位置或相邻两个摩擦隔震支座1的中间位置。

由于滑动凹面、滑动凸面的倾斜角度可小至1°～3°，所以当水平位移最大时，摩擦隔震支座1的抬升距离仍然很小，以水平冲程容许值为0.5m进行计算，滑动凸面为四棱锥滑动凸面，其倾斜角度为3°时，其摩擦隔震支座最大抬升为0.5m×tan3°＝0.0262m≈3cm，距离很小，建筑物的上部结构提离回落引起的碰撞力也很小，这样十字防提离装置2的“U”形钢梁3的横梁长度大于1m、两条横梁之间净距大于3cm，即可到达摩擦隔震支座1自由移动和防建筑物倾倒的双重效果，这样，能够使得当竖向地震作用过大时，无需为摩擦隔震支座1另外设置围壁，十字架防提离装置2能够限制摩擦隔震支座1竖向提离的位移值，从而限制建筑物提离的高度在一个很小的范围内，在防止摩擦隔离支座1发生提离破坏的同时有效地防止长细高的建筑物的倾倒。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种摩擦隔震支座，其特征在于，包括上部部件(11)和下部部件(12)，

所述上部部件(11)的下部为多棱锥形状的滑动凸部，所述滑动凸部的外表面为多棱锥形的滑动凸面，所述上部部件(11)的上部设置有万向铰链(13)；

所述下部部件(12)的上部为呈倒置多棱锥形状的滑动凹部(112)，所述滑动凹部(112)的内壁为与所述滑动凸面配合的多棱锥形的滑动凹面；

所述滑动凸面能够完全覆盖所述滑动凹面，形成在滑动凸面以及滑动凹面上的棱和角均被进行了圆滑处理，下部部件(12)的下表面与建筑物基础的顶面连接，万向铰链(13)远离上部部件(11)的一端与建筑物的上部结构的底面连接。

2.根据权利要求1所述的摩擦隔震支座，其特征在于，在所述滑动凸面上覆盖有橡胶层。

3.根据权利要求2所述的摩擦隔震支座，其特征在于，在所述滑动凸面的橡胶层以及所述滑动凹面上分别涂有滑动材料。

4.根据权利要求3所述的摩擦隔震支座，其特征在于，所述滑动材料为特氟龙或纳米润滑油。

5.根据权利要求4所述的摩擦隔震支座，其特征在于，所述滑动凸面为三棱锥滑动凸面或四棱锥滑动凸面或五棱锥滑动凸面或六棱锥滑动凸面。

6.根据权利要求5所述的摩擦隔震支座，其特征在于，所述滑动凸面的倾斜角度为1°至3°。

7.一种隔震系统，其特征在于，包括多个权利要求1～6任一项所述的摩擦隔震支座(1)和多个十字架防提离装置(2)，多个所述摩擦隔震支座(1)和多个所述十字架防提离装置(2)均设置在建筑物的底板与建筑物基础的顶板之间；

多个所述十字架防提离装置(2)均由正反相扣的两个“U”形钢梁(3)组成，两个所述“U”形钢梁(3)以开口朝向相反的方向交叉设置，一个“U”形钢梁(3)的开口侧的端部与建筑物的上部结构的底面连接，另一个“U”形钢梁(3)的开口侧的端部与建筑物基础的顶面连接。

8.根据权利要求7所述的隔震系统，其特征在于，在两个所述“U”形钢梁(3)的可接触的外表面均覆盖防碰撞隔层。

9.根据权利要求8所述的隔震系统，其特征在于，多个所述摩擦隔震支座(1)均设置在建筑物各个承重结构或各处承重位置的底部，多个所述十字架防提离装置(2)均设置在所述建筑物的底部的各条边线的中部位置或相邻两个摩擦隔震支座(1)的中间位置。