CN221193806U - 一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，包括连接上板、连接下板、隔震原件、抗拉装置和带有四组调节机构的底座，所述连接上板下端固定连接有隔震原件，所述隔震原件下端固定连接有连接下板，所述抗拉装置设置于连接上板与连接下板之间，所述连接下板下端通过化学锚栓连接有四组调节机构的底座。本实用新型的优点在于：采用负泊松比点阵力学超材料进行隔震，不仅具有较强的抗压缩能力和高吸能耗能性能，而且克服了常规橡胶隔震装置的温度依赖性。该支座可配合环绕隔震原件四周的抗拉装置，提高了支座的抗拉拔能力。根据不同结构性能要求可以通过调节负泊松比点阵力学超材料晶格构成和隔震支座高度，增加本隔震支座的适用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及减振隔震控制领域，具体是一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座。
背景技术
地震灾害影响巨大，具有突发性、高破坏性、随机性等特点，我国是多地震灾害国家，超大城市、重点工程都有着抗震设防的迫切需要。机场作为城市重要的基础设施和生命线工程，近年来，机场航站楼隔震设计受到越来越多的关注，航站楼作为机场内人流量最大的一个设施，其抗震设防能力十分关键，体型大、跨度大、结构复杂等特性成为首要难题。因此，当前机场航站楼建设迫切需要隔震性能较好的柔性隔震支座。
传统的橡胶隔震支座往往会因为长时间的使用，导致其中的橡胶材料松弛和老化，进而影响其寿命和隔震性能。此外，传统橡胶隔震支座中的橡胶材料受环境温度影响较大，存在低温瞬时硬化、低温结晶硬化、滞回生热及高温耗能性能下降等不良问题。
超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工材料。通过3D打印技术制造出的点阵力学超材料克服了常规橡胶隔震装置的温度依赖性，且具有轻质高强、负泊松比、负刚度等特性，其抗冲击性、抗断裂韧性与橡胶材料相比都有着巨大优势。同时点阵力学超材料减震性能较好，当其受到压力时会产生负泊松比效应，吸收大量能量。
隔震支座主要用于减轻地震对结构的破坏作用，在一些地震情况下可能会在支座处产生较大拉拔力，而一般的隔震支座无抵抗结构上拉力的能力或抵抗结构上拉力的能力不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，包括连接上板、连接下板、隔震原件、抗拉装置和可调节底座，所述连接上板下端固定连接有隔震原件，所述隔震原件包括外层橡胶、点阵力学超材料、钢板和封板，所述隔震原件下端固定连接有连接下板，所述抗拉装置设置于连接上板与连接下板之间，均匀布置于隔震原件四周，所述抗拉装置包括柱形钢箱、刚性杆、抗拉耗能单元和弹簧，所述连接下板下端通过化学锚栓连接带有四组调节机构的底座。
作为本实用新型的进一步方案：所述连接上板通过化学锚栓与建筑结构固定连接，所述连接下板与底座通过化学锚栓限位并与建筑结构固定连接。
作为本实用新型的进一步方案：所述点阵力学超材料是由金属粉末通过3D打印技术制成。
作为本实用新型的进一步方案：所述点阵力学超材料和钢板彼此交错堆叠放置，所述点阵力学超材料由点阵单胞有序排列组成，通过3D打印技术制造，所述封板与点阵力学超材料上下两端相连，所述点阵力学超材料与钢板、点阵力学超材料与封板之间均通过焊接粘合在一起，所述外层橡胶包裹在点阵力学超材料和钢板的表面。
作为本实用新型的进一步方案：所述点阵单胞为立方体空间结构。
作为本实用新型的进一步方案：所述抗拉装置通过万向铰分别与连接上板和连接下板相连。
作为本实用新型的进一步方案：所述柱形钢箱上端中部设有圆孔，所述圆孔周围设置有橡胶套环，所述抗拉耗能单元为中心带孔的橡胶材料圆柱体，所述刚性杆穿过圆孔和抗拉耗能单元与钢性凸台固定连接，所述弹簧分别与钢性凸台和柱形钢箱底端内壁固定连接。
作为本实用新型的进一步方案：所述连接上板和连接下板为矩形钢板，所述四组调节机构分布于连接下板上表面的四角，所述调节机构包括螺套和螺杆，所述螺套底端与底座转动设置，所述螺套内部开设有螺纹槽，所述螺杆通过螺纹槽设置在螺套内部位置。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，具备以下有益效果：
一、本实用新型采用点阵力学超材料替换传统隔震支座中橡胶材料的方法，当发生地震时，连接上板向下挤压点阵力学超材料，使得点阵力学超材料表现出负泊松比效应，从而可以吸收大量从连接上板传递下来的能量，从而提高隔震支座的减震性能。进一步地，点阵力学超材料的抗压痕性、抗冲击性、抗断裂韧性、渗透可变性以及能量吸收性能较好，从而使用寿命较长。进一步地，点阵力学超材料是由金属粉末通过3D打印技术制成，受温度影响较小，克服了传统橡胶隔震支座的温度依赖性。
二、本实用新型通过利用万向铰将抗拉装置连接于连接上板和连接下板之间，当发生地震时，抗拉装置可以跟随隔震原件的变形而转动，可以实现点阵力学超材料隔震支座正常工作的同时，不影响点阵力学超材料隔震支座的抗剪能力。
三、本实用新型通过利用橡胶材料作为抗拉装置中的黏弹性耗能单元，当发生非常大的地震时，抗拉装置也能保持正常的工作性能，进而提高点阵力学超材料隔震支座的抗拉拔能力。
四、本实用新型通过利用四组调节机构，可以根据施工需要对点阵力学超材料隔震支座的高度进行微调，增加本实用新型的适用性，进一步地，连接下板与底座通过化学锚栓固定，使调节机构不会影响点阵力学超材料隔震支座的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型整体结构主视图
图2为本实用新型整体结构剖视图
图3为本实用新型所述抗拉装置整体结构图
图4为本实用新型所述调节机构整体结构图
图5为本实用新型整体结构俯视图
图6为本实用新型所述点阵单胞结构俯视图
图7为本实用新型所述点阵单胞整体结构图
图8为本实用新型所述点阵力学超材料整体结构图
图中：1、连接上板；2、隔震原件；3、连接下板；4、抗拉装置；5、调节机构；6、底座；7、化学锚栓；8、抗拉耗能单元；9、弹簧；10、封板；11、点阵力学超材料；12、钢板；13、点阵单胞；14、螺纹槽；15、定位环；16、万向铰；17、外层橡胶；18、钢性凸台；19、抗拉耗能单元与柱形钢箱间的间隙；20、橡胶套环；21、柱形钢箱；22、刚性杆；23、圆孔；24、螺套；25、螺杆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
实施例1
请参阅图1-8本实用新型提供一种技术方案：一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，包括连接上板(1)、连接下板(3)、隔震原件(2)、抗拉装置(4)和带有四组调节机构(5)的底座(6)，所述连接上板(1)下端固定连接有隔震原件(2)，所述隔震原件(2)包括外层橡胶(17)、点阵力学超材料(11)、钢板(12)和封板(10)，所述隔震原件(2)下端固定连接有连接下板(3)，所述抗拉装置(4)设置于连接上板(1)与连接下板(3)之间，均匀布置于隔震原件(2)四周，所述抗拉装置(4)包括柱形钢箱(21)、刚性杆(22)、抗拉耗能单元(8)和弹簧(9)，所述连接下板(3)下端通过化学锚栓(7)连接带有四组调节机构(5)的底座(6)。
具体的，所述点阵力学超材料(11)、钢板(12)和封板(10)为方形，点阵力学超材料(11)和钢板(12)彼此交错堆叠放置，所述点阵力学超材料(11)由点阵单胞(13)有序排列组成，通过3D打印技术制造，所述封板(10)与点阵力学超材料(11)上下两端相连，所述点阵力学超材料(11)与钢板(12)、点阵力学超材料(11)与封板(10)之间均通过焊接粘合在一起，所述外层橡胶(17)包裹在点阵力学超材料(11)和钢板(12)的表面。
具体的，所述点阵单胞(13)为立方体空间结构。
通过点阵力学超材料(11)和钢板(12)彼此交错堆叠放置，当发生地震时，连接上板(1)向下挤压隔震原件(2)，使得点阵力学超材料(11)表现出负泊松比效应，从而可以吸收大量从连接上板传递下来的能量，从而提高隔震支座的减震性能。
实施例2
请参阅图1-8本实用新型提供一种技术方案：一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，包括连接上板(1)、连接下板(3)、隔震原件(2)、抗拉装置(4)和带有四组调节机构(5)的底座(6)，所述连接上板(1)下端固定连接有隔震原件(2)，所述隔震原件(2)包括外层橡胶(17)、点阵力学超材料(11)、钢板(12)和封板(10)，所述隔震原件(2)下端固定连接有连接下板(3)，所述抗拉装置(4)设置于连接上板(1)与连接下板(3)之间，均匀布置于隔震原件(2)四周，所述抗拉装置(4)包括柱形钢箱(21)、刚性杆(22)、抗拉耗能单元(8)和弹簧(9)，所述连接下板(3)下端通过化学锚栓(7)连接带有四组调节机构(5)的底座(6)。
具体的，所述抗拉装置(4)通过万向铰(16)分别与连接上板(1)和连接下板(3)相连，所述柱形钢箱(21)上端中部设有圆孔(23)，所述圆孔(23)周围设置有橡胶套环(20)，所述抗拉耗能单元(8)为中心带孔的橡胶材料圆柱体，所述刚性杆(22)穿过圆孔(23)和抗拉耗能单元(8)与钢性凸台(18)固定连接，所述弹簧(9)分别与钢性凸台(18)和柱形钢箱(21)底端内壁固定连接，所述钢性凸台(18)与抗拉耗能单元(8)紧密连接，所述钢性凸台(18)与柱形钢箱(21)内壁滑动连接。
当发生地震时，抗拉装置(4)可以跟随隔震原件(2)的变形而转动，可以实现点阵力学超材料隔震支座正常工作的同时，不影响其抗剪能力，当点阵力学超材料隔震支座受到拉力时，刚性杆(22)会带动钢性凸台(18)向上运动挤压抗拉耗能单元(8)，抗拉耗能单元(8)会吸收大量的能量，同时弹簧(9)会提供拉力，通过抗拉耗能单元(8)和弹簧(9)的协调作用来保持隔震支座稳定性。
实施例3
请参阅图1-8本实用新型提供一种技术方案：一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，包括连接上板(1)、连接下板(3)、隔震原件(2)、抗拉装置(4)和带有四组调节机构(5)的底座(6)，所述连接上板(1)下端固定连接有隔震原件(2)，所述隔震原件(2)包括外层橡胶(17)、点阵力学超材料(11)、钢板(12)和封板(10)，所述隔震原件(2)下端固定连接有连接下板(3)，所述抗拉装置(4)设置于连接上板(1)与连接下板(3)之间，均匀布置于隔震原件(2)四周，所述抗拉装置(4)包括柱形钢箱(21)、刚性杆(22)、抗拉耗能单元(8)和弹簧(9)，所述连接下板(3)下端通过化学锚栓(7)连接带有四组调节机构(5)的底座(6)。
具体的，所述连接上板(1)和连接下板(3)为矩形钢板，所述四组调节机构(5)分布于连接下板(3)上表面的四角，所述调节机构(5)包括螺套(24)和螺杆(25)，所述螺套(24)底端与底座(6)转动设置，所述螺套(24)通过凹槽配合定位环(15)设置于连接下板(3)表面，所述螺套(24)内部开设有螺纹槽(14)，所述螺杆(25)通过螺纹槽(14)设置于螺套(24)内部位置，所述连接下板(3)与底座(6)通过化学锚栓(7)固定。
本实用新型通过转动螺套(15)，使螺杆(25)向上顶着连接下板(3)移动，实现对底座(6)和连接下板(3)之间高度的调整，当连接下板(3)移动到符合施工需求的高度时，用化学锚栓(7)将连接下板(3)和底座(6)固定，因此利用四组调节机构(5)，可以根据施工需要对点阵力学超材料隔震支座的高度进行微调，增加本实用新型的适用性，进一步地，连接下板(3)与底座(6)通过化学锚栓固定，使调节机构(5)不会影响点阵力学超材料隔震支座的稳定性。
本实用新型所提出的点阵力学超材料不仅适用于方形隔震支座，亦适用于圆形等其他类型的隔震支座。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。点阵力学超材料的形状不限本文提出的形式，层数亦不限两层，其他类似型式的隔震装置也属于本实用新型保护范围。
Claims (6)
1.一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于，包括连接上板(1)、连接下板(3)、隔震原件(2)、抗拉装置(4)和带有四组调节机构(5)的底座(6)，所述连接上板(1)下端固定连接有隔震原件(2)，所述隔震原件(2)包括外层橡胶(17)、点阵力学超材料(11)、钢板(12)和封板(10)，所述隔震原件(2)下端固定连接有连接下板(3)，所述抗拉装置(4)设置于连接上板(1)与连接下板(3)之间，均匀布置于隔震原件(2)的四周，所述抗拉装置(4)包括柱形钢箱(21)、刚性杆(22)、抗拉耗能单元(8)和弹簧(9)，所述连接下板(3)下端通过化学锚栓(7)连接带有四组调节机构(5)的底座(6)。
2.根据权利要求1所述的一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于：所述点阵力学超材料(11)由点阵单胞(13)有序排列组成，所述点阵单胞(13)为立方体空间结构，点阵力学超材料(11)由金属粉末通过3D打印技术制成。
3.根据权利要求1所述的一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于：所述连接上板(1)通过化学锚栓(7)与建筑结构固定连接，所述连接下板(3)与底座(6)通过化学锚栓(7)限位并与建筑结构固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于：所述点阵力学超材料(11)和钢板(12)彼此交错堆叠放置，所述封板(10)与点阵力学超材料(11)上下两端相连，所述点阵力学超材料(11)与钢板(12)、点阵力学超材料(11)与封板(10)之间均通过焊接粘合在一起，所述外层橡胶(17)包裹在点阵力学超材料(11)和钢板(12)的表面。
5.根据权利要求1所述的一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于：所述抗拉装置(4)通过万向铰(16)分别与连接上板(1)和连接下板(3)相连，所述柱形钢箱(21)上端中部设有圆孔(23)，所述圆孔(23)周围设置有橡胶套环(20)，所述抗拉耗能单元(8)为中心带孔的橡胶材料圆柱体，所述刚性杆(22)穿过圆孔(23)和抗拉耗能单元(8)与钢性凸台(18)固定连接，所述弹簧(9)分别与钢性凸台(18)和柱形钢箱(21)底端内壁固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种负泊松比点阵力学超材料隔震支座，其特征在于：所述连接上板(1)和连接下板(3)为矩形钢板，所述四组调节机构(5)分布于连接下板(3)上表面的四角，所述调节机构(5)包括螺套(24)和螺杆(25)，所述螺套(24)底端与底座(6)转动设置，所述螺套(24)内部开设有螺纹槽(14)，所述螺杆(25)通过螺纹槽(14)设置在螺套(24)内部位置。
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