TWI429831B

TWI429831B - 盤式隔震支承

Info

Publication number: TWI429831B
Application number: TW97123276A
Authority: TW
Inventors: Yu Guang Lai
Original assignee: Yu Guang Lai
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2014-03-11
Also published as: TW201000784A

Description

盤式隔震支承

本發明係一種盤式隔震支承；特別關於一種一般建築物構造之防止振動或震動之裝置及機械工程元件之減震器。藉由設有凸圓柱面之滑動器於上、下排列之設有凹圓柱面之基座間之滑動方式達到承受垂直載重、隔離震動及自動複位之功效，並設有抗拉機構承受上揚拉力，及設有導向機構確保作動時之穩定性與安全性。

如第1圖所示為習知之摩擦單擺隔震支承(01)，其係利用凸球面於凹球面上之滑動行為來達到隔離震動與自動復位之功效，為使凸球面於凹球面上滑動時可貼合於滑動面上，並利用重力產生之水平分量達到自動復位之功能，因此凸球面與基座需以萬向頭作為連結，以便提供作動時凸球面之轉動角度需求。

第2圖所示為另一習知之摩擦單擺隔震支承(02)，其係利用設有凸球面之滑動子於上、下兩組凹球面中之滑動行為來達到隔離震動之功效。

第3圖所示為習知之固定型盤式支承(03)，第4圖所示為習知之雙向活動型盤式支承(04)，盤式支承為國內外大量使用於橋樑或高架結構之工程，如高鐵工程或公路工程，固定型盤式支承(03)為一種鉸支承結構，用於簡支樑之鉸接端，提供橋樑產生撓度時鉸接端之轉角需求，其係利用活塞(044)將橡膠墊(042)密封於底盤(041)之方式，使活塞(044)可相對於底盤(041)作微小角度之轉動。

雙向活動型盤式支承(04)為一種輥支承結構，用於簡支樑之輥接端，提供橋樑產生撓度時輥接端之轉角需求與水平移動需求，於活塞(044)頂部增加鐵氟龍板(045)，與頂板(047)底部增加鏡面鋼板(046)，以鐵氟龍板(045)於鏡面鋼板(046)上具有低摩擦阻力之滑動行為提供雙向活動型盤式支承(04)水平移動之功能。

雙向活動型盤式支承(04)在日本也有應用於房屋建築之隔震，利用其低摩擦阻力之滑動方式隔離水平震動，但因無法自動復位，因此需要其他裝置協助復位。

盤式支承於國內近幾十年來大量使用於橋樑結構，尤其是台灣高鐵工程，其最大特色有：

1.支承高度小。

2.極高之承載能力。

3.製造容易，成本較其他支承低廉。

4.易於安裝、抽換及維修。

5.低滑動摩擦阻力。

為使隔震裝置於地震作用時具有較佳穩定性與安全性之作動機構，並同時具有盤式支承之優點，因此思考發明此盤式隔震支承，藉由凸圓柱面於凹圓柱面之滑動方式達到承受垂直載重、隔離震動及自動複位之功效。設有抗拉機構，使盤式隔震支承可承受拉力而不產生上下垂直方向之脫離。設有導向機構，作為作動方向之橫向限動裝置，確保作動之穩定性與安全性。

如第5圖至第7圖所示為本發明盤式隔震支承(10)之工程視圖、爆炸視圖及剖面視圖，2組基座(101)以上、下位置之方式排列，排列方向相互垂直交錯，基座(101)用於與結構桿件或結構物之基礎連結，基座(101)上設有凹圓柱面(41)，基座(101)上之凹圓柱面(41)設置滑動器(20)，滑動器(20)之凸圓柱面(40)與基座(101)之凹圓柱面(41)可相互貼合接觸，滑動器(20)可於基座(101)上來回滑動。滑動器(20)由盤座(102)、彈性材料墊(104)及活塞座(103)所組成，盤座(102)之一面設有凹槽，另一面則設有凸圓柱面(40)，彈性材料墊(104)設置於盤座(102)之凹槽內，活塞座(103)之一端設有活塞構造，活塞座(103)之活塞端設置於盤座(102)之凹槽內，可將彈性材料墊(104)密封於盤座(102)之凹槽中，活塞座(103)另一面設有凸圓柱面(40)，盤座(102)之凸圓柱面與活塞座(103)之凸圓柱面排列方向相互垂直交錯，活塞座(103)與盤座(102)具有相對旋轉之功能，因此上部之基座(101)可對下部之基座(101)做水平任一方向反覆之相對移動。

為了避免彈性材料墊(104)於高載重之作用下，由活塞座(103)與盤座(102)之縫隙中被擠出，因此彈性材料墊(104)上可設有彈性材料密封環(105)防止彈性材料墊被擠出而產生破壞之情形。

另外為了避免灰塵異物或污染物侵入活塞座(103)底部與盤座(102)之凹槽間，造成活塞座(103)底部產生銹蝕或是轉動時產生磨損，因此於活塞座(103)與盤座(102)之間設置防塵封環(108)來阻擋灰塵異物或污染物侵入，確保活塞座(103)可長久保持正常功能。

為了避免滑動器(20)與基座(101)於滑動時超出設計之容許移動範圍，產生機構脫離之情形，進而造成建築結構之崩塌，因此於基座(101)上設有制動擋板(110)，可使滑動器(20)滑移超出設計範圍之前，藉由基座(101)上之制動擋板(110)與滑動器(20)之碰撞產生制動作用，作為位移限制安全裝置，為了緩衝碰撞之力量，可於制動擋板(110)與滑動器(20)之間設置緩衝墊(109)，藉由緩衝墊(109)之變形產生消能緩衝之作用，避免盤式隔震支承之機構產生碰撞損傷。

滑動器(20)與基座(101)之間設有導向機構，作為作動方向之橫向限動裝置，使滑動器(20)於基座(101)上之凹圓柱面(41)作動時不產生橫向錯移，導向機構為基座(101)之凹圓柱面(30)兩側設有導向板(53)，滑動器(20)夾合於2組導向板(53)之間作為作動方向之導向，因此可確保作動方向之穩定性與安全性。

如第8圖至第10圖所示之盤式隔震支承(10)為滑動器(20)之盤座(102)為上、下兩面皆設有凹槽設計之較佳型式。

如第11圖至第13圖所示之盤式隔震支承(10)為滑動器(20)之活塞座(103)為上、下兩面皆為活塞端設計之較佳型式。

由於受到垂直震動之作用時，滑動器(20)容易跳脫基座(101)上之凹圓柱面，一旦發生零件脫離之情形，不但無法發揮隔震之功效，更可能造成支撐高度不均而使結構傾斜產生破壞倒塌，反而比非隔震建築更加危險，為避免此種危險情形發生，如第14圖至第15圖所示之盤式隔震支承(10)，滑動器(20)與基座(101)之間設有抗拉機構，用於連結滑動器與基座，使滑動器於基座上之凹圓柱面作動時可承受拉力而不產生上下垂直方向之脫離。

抗拉機構為滑動器(20)上另設有抗拉板(61)，基座(101)上另設有曲線凹軌或曲線凸軌，抗拉板(61)上設有抗拉凸榫(64)，抗拉凸榫(64)嵌入基座上之曲線凹軌內，或抗拉凸榫(64)與基座上之曲線凸軌互卡，抗拉凸榫(64)可於曲線凹軌或曲線凸軌上來回作動。抗拉板(61)與滑動器(20)可採一體成型方式製造或焊接方式組裝連結或螺栓鎖固方式組裝連結或鉚釘固定方式組裝連結。抗拉板(61)與滑動器(20)可設有剪力卡榫(65)與凹槽(66)之構造，抗拉板與滑動器以剪力卡榫(65)嵌入凹槽(66)之結合方式組裝。

如第17圖所示之盤式隔震支承(10)中，抗拉機構為基座(101)上設有抗拉板(61)，抗拉板(61)上設有曲線凹軌或曲線凸軌，曲線凹軌為貫穿或不貫穿板厚之曲線凹槽軌道。滑動器(20)設有抗拉凸榫(64)，抗拉凸榫(64)嵌入抗拉板(61)之曲線凹軌內，或抗拉凸榫(64)與曲線凸軌互卡，抗拉凸榫(64)可於曲線凹軌或曲線凸軌上來回作動。抗拉板與基座可採一體成型方式製造或焊接方式組裝連結或螺栓鎖固方式組裝連結或鉚釘固定方式組裝連結。

如第14圖至第15圖所示之盤式隔震支承(10)，其導向機構(50)為基座(101)之凹圓柱面(41)上設有導向凸軌(51)，滑動器(20)之凸圓柱面(40)上則設有配合基座(101)之凹圓柱面(41)上導向凸軌(51)形狀與數量之導向凹軌(52)，以導向凸軌(51)與導向凹軌(52)相互垂直嵌入作為作動方向之導向。

習用之盤式支承最大之缺點在於其容許轉動角度極小，國內工程常發生在安裝施作過程中因水平調整不佳而導致安裝時轉動角度已經過大而卡死之情形，因外觀無法看出，通常被忽視。高鐵或是國內公共工程所用之盤式支承設計皆參考美國或歐洲規範，其設計角度一般為0.015弧度(rad)，相當於0.86°，主要是利用活塞與底盤之間隙空間提供轉動之需求，轉動角度過大活塞易與底盤互相卡死，並易產生空隙，由於橡膠墊於高壓之下具有流體塑性流動之行為，一旦產生空隙，橡膠將被擠出底盤而產生破壞。

如第16圖所示之滑動器中，本發明藉由活塞座(103)之活塞端外側為凸球面(30)之構造，將彈性材料墊(104)密封於基座之圓形凹槽內，使活塞座(103)與盤座(102)之間可做較大角度之相對轉動，使本發明之盤式隔震支承可大幅提高滑動面上之凸圓柱面與凹圓柱面之曲率，使盤式隔震支承具有較佳之平常使用之穩定性與地震過後之自動復位功能。

而且由於彈性材料墊(104)受到活塞座(103)轉動時產生之壓縮變形具有回彈之能力，如使用高阻尼之彈性材料墊更具有變形消能與阻尼之功效，等於具有旋轉式彈簧與阻尼之功效，但此功效也只有在活塞座(103)可產生大角度旋轉情形下才可發揮，使用傳統盤式支承之活塞構造因旋轉角度過小將難以發揮此功效。

在921大地震之後於災區可發現有些橋樑用之盤式支承因地震時垂直方向之震動，導致活塞瞬間脫離底盤，而橡膠墊也緊跟著跳出底盤，導致活塞落下時將橡膠墊夾於底盤上緣，因此盤式支承完全失去作用而造成橋樑損毀，有鑑於此，為避免相同危險情形發生於本發明當中，如第15圖所示之滑動器(20)中，盤座(102)與活塞座(103)之間設有活塞壓環(111)，活塞壓環(111)為一圓環構造，也可由2組以上之環片所組合而成之圓環構造，活塞壓環設有凹球面，或是環狀凸緣之構造，活塞壓環設置於活塞座之活塞端上方，如第16圖所示，活塞壓環(111)之凹球面(31)與活塞座(103)之活塞端外側之凸球面(30)可保持貼合接觸，活塞座(103)可自由轉動，除可增加活塞座(103)與盤座(102)在水平方向之接觸面積外，活塞座(103)在垂直方向與盤座(102)也不會發生脫離，造成彈性材料墊(104)跳脫之情形。活塞壓環(111)與盤座(102)可採嵌入或焊接或螺栓鎖固之方式組裝連結。

如第18圖與第19圖所示為盤式隔震支承(10)之另外2種較佳型式。

如第20圖所示之盤式隔震支承(10)為設有底座(131)與緩衝墊(109)之較佳型式，緩衝墊(109)由抗拉扣件機構(132)與圍束件(134)所包圍，可提高緩衝墊(109)之垂直承載能力。

如第21圖所示之盤式隔震支承(10)，底座(131)有凹槽構造之活塞缸，活塞缸內設有緩衝墊(109)或氣體，基座(101)之一端為活塞之構造，可置入活塞缸內將緩衝墊(109)或液體或氣體密封於底盤(131)之活塞缸內，活塞缸之凹槽構造除可由底座一體成型加工製造外，也可由一圍束元件(134)與底座(131)組合而成，圍束元件(134)為一框體或環狀體，或是圍束元件(134)由複數組元件組合而成。底座(131)上可設有抗拉扣件機構(132)連結基座(101)，使基座(101)之活塞端不產生上下垂直方向之脫離。若底座(131)之活塞缸內設有液體或氣體時，活塞缸壁上或底座上可另設有快速接頭可連接油壓或氣壓泵浦設備之管路接頭，可使盤式隔震支承具有高度調整之功能。

第22圖與第23圖所示為盤式隔震支承(10)設置於結構物(80)或設備機台或展示櫃(90)之較佳應用實施方式示意圖。

01.‧‧‧習知之摩擦單擺隔震支承1

02.‧‧‧習知之摩擦單擺隔震支承2

03.‧‧‧習知之固定型盤式支承

04.‧‧‧習知之雙向活動型盤式支承

041.‧‧‧底盤

042.‧‧‧橡膠墊

043.‧‧‧橡膠封環

044.‧‧‧活塞

045.‧‧‧鐵氟龍板

046.‧‧‧鏡面鋼板

047.‧‧‧頂板

048.‧‧‧防塵封環

10.‧‧‧盤式隔震支承

101.‧‧‧基座

102.‧‧‧盤座

103.‧‧‧活塞座

104.‧‧‧彈性材料墊

105.‧‧‧彈性材料墊密封環

106.‧‧‧滑動墊

107.‧‧‧滑動板

108.‧‧‧防塵封環

109.‧‧‧緩衝墊

110.‧‧‧制動擋板

111.‧‧‧活塞壓環

130.‧‧‧連結座

131.‧‧‧底座

132.‧‧‧抗拉扣件機構

133.‧‧‧位移限制卡榫機構

134.‧‧‧圍束件

20.‧‧‧滑動器

30.‧‧‧凸球面

31.‧‧‧凹球面

40.‧‧‧凸圓柱面

41.‧‧‧凹圓柱面

50.‧‧‧導向機構

51.‧‧‧導向凸軌

52.‧‧‧導向凹軌

53.‧‧‧導向板

60.‧‧‧抗拉機構

61.‧‧‧抗拉板

62.‧‧‧曲線凸軌

63.‧‧‧曲線凹軌

64.‧‧‧抗拉凸榫

65.‧‧‧剪力卡榫

66.‧‧‧凹槽

80.‧‧‧結構物

90.‧‧‧設備機台或展示櫃

第1圖. 習知之摩擦單擺隔震支承1

第2圖. 習知之摩擦單擺隔震支承2

第3圖. 習知之固定型盤式支承

第4圖. 習知之雙向活動型盤式支承

第5圖. 盤式隔震支承之較佳型式1工程視圖

第6圖. 盤式隔震支承之較佳型式1爆炸視圖

第7圖. 盤式隔震支承之較佳型式1剖面視圖

第8圖. 盤式隔震支承之較佳型式2工程視圖

第9圖. 盤式隔震支承之較佳型式2爆炸視圖

第10圖. 盤式隔震支承之較佳型式2剖面視圖

第11圖. 盤式隔震支承之較佳型式3工程視圖

第12圖. 盤式隔震支承之較佳型式3爆炸視圖

第13圖. 盤式隔震支承之較佳型式3剖面視圖

第14圖. 盤式隔震支承之較佳型式4工程視圖

第15圖. 盤式隔震支承之滑動器之較佳型式工程視圖

第16圖. 盤式隔震支承之滑動器之較佳型式工程視圖

第17圖. 盤式隔震支承之較佳型式5工程視圖

第18圖. 盤式隔震支承之較佳型式6工程視圖

第19圖. 盤式隔震支承之較佳型式7工程視圖

第20圖. 盤式隔震支承之較佳型式8工程視圖

第21圖. 盤式隔震支承之較佳型式9工程視圖

第22圖. 盤式隔震支承之較佳應用實施例1示意圖

第23圖. 盤式隔震支承之較佳應用實施例2示意圖