CN106930589B - 具有竖向大位移隔震的三向隔震装置 - Google Patents

具有竖向大位移隔震的三向隔震装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，包括水平隔震装置和竖向隔震装置，所述水平隔震装置固定在地面上，且所述竖向隔震装置的两端分别与所述水平隔震装置与用于放置物体的顶板连接。本发明提出了通过机构构造的变形放大效应使得隔震支座具有竖向大位移变形的能力，以此满足竖向隔震需要的大变形低刚度依次最大限度的避开竖向地震周期的要求；此外本机构的构造形式使得竖向隔震层仅可发生竖向变形的能力，避免了采用其他约束方式引起的碰撞等问题，精度大大提高。本发明在解决水平隔震的同时，对竖向地震敏感的结构、设备以及馆藏文物具有良好的隔震性能。

Description

具有竖向大位移隔震的三向隔震装置
技术领域
本发明涉及结构和设备及馆藏文物，具体涉及一种具有竖向大位移隔震的三向隔震装置。
背景技术
中国地处两条主要的地震带-欧亚地震带和环太平洋地震带之间，是世界上遭受到地震危害最为严重的国家之一。历史上，在长江三角洲和珠江三角洲曾经多次发生6级以上的强震，在京津环渤海地区，近300年来，平均每44年就发生一次7级以上的大地震。随着城市化进程的加快，大量的国民财富快速的向城市及城市群地区集中。而我国三分之一以上的已建或拟建的城市群位于可能会发生7 级以上大地震的地区。空间网格结构作为一个城市和地区的标志性建筑及震后的物资集散地和灾害避难场所，其破坏引起的经济损失和人员伤亡将对国家安全和社会稳定造成巨大的冲击。地震是由于地壳岩层处于复杂的应力状态中，随着地壳的不断变化，地应力的作用超过某处岩层的极限强度时，岩层就会发生突然的断裂和错动，从而引起震动，并以弹性波的形式传到地表，引起地表附近的具有一定质量的物体产生惯性力，当物体本身具有的抵抗这种惯性作用的抗震能力不足时，物体发生破坏。而当地震动的卓越周期和物体的自振周期比较接近时，物体的破坏就将更加严重。而通过对物体设置一定的隔震装置可以显著改变物体的自振周期，从而避开地震的卓越周期，从而显著的降低作用于物体的惯性力，减小物体在地震作用下的破坏，增加物体在地震下的安全。
传统的减隔震技术一般分为两大类：一类是通过隔震装置的设置来延长结构的自振周期，降低上部结构的地震反应；另一类是通过在结构与基础的连接处设置耗能的装置，消耗地震对结构的能量输入，从而减小输入到结构中的地震能量，降低地震作用的破坏。目前这两种减隔震技术均取得了较好的应用，但上述两种技术都是以减小水平向地震作用为目的，因此这两种技术仅适用于那些对竖向不敏感的结构或者是不需要进行竖向隔震的结构，因此上述技术仅能够满足水平隔震的需要，还存在着较大的缺陷和隐患。但是历次地震后的调查分析都发现，竖向地震对结构的影响和危害是不容忽视的，在某些情况下，竖向地震作用甚至起控制作用，而传统减隔震技术一般都是针对水平方向进行减隔震，因此不满足竖向隔震的需求，甚至于在一定的条件小，这种隔震技术还会对竖向地震产生放大作用，给结构在地震下的安全带来巨大的威胁和隐患。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种具有竖向大位移隔震的三向隔震装置。由如下的技术方案实现：
一种具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其包括水平隔震装置及竖向隔震装置，其中，所述水平隔震装置包括至少三个承载板及位于承载板间的水平隔震弹簧装置，所述水平隔震弹簧装置包括两个立板、位于该两个立板间且与其固定连接的弹簧导杆、穿过该弹簧导杆的弹簧组件及小车，所述立板与其下方的承载板固定，所述小车与其上方的承载板固定且其车轮与下方的承载板接触，且所述弹簧组件的两端分别与所述立板及小车连接，且对称设置在所述小车的两侧，另外，所述小车的车轮的方向与所述弹簧组件的弹力的方向一致；所述竖向隔震装置包括多个竖向隔震弹簧装置，所述竖向隔震弹簧装置包括两组铰接的弹簧组件及两组铰接的副支撑，其弹簧组件及副支撑的铰接位置借由连接杆连接在一起，弹簧组件及副支撑的顶端铰接，其铰接点与用于放置物体的顶板铰接，弹簧组件及副支撑的的底端铰接，其铰接点与所述水平隔震装置的顶部承载板铰接。
较佳的，所述水平隔震装置的承载板之间具有多个水平隔震弹簧装置。
较佳的，所述水平隔震装置由两层组成，即由三层承载板及位于相邻两层间的水平隔震弹簧装置组成。
较佳的，所述两层上的水平隔震弹簧装置之间呈正交布置。
较佳的，所述水平隔震装置的承载板上的水平隔震弹簧装置对称布置。
较佳的，每层承载板上对称布置有4个水平隔震弹簧装置。
较佳的，所述竖向隔震弹簧装置的每组弹簧组件完全相同，且每组副支撑也完全相同。
较佳的，所述多个竖向隔震弹簧装置对称布置。更佳的，对称布置有4组竖向隔震弹簧装置，且每组包括两个竖向隔震弹簧装置，两个竖向隔震弹簧装置之间在水平方向上呈垂直。
与现有技术相比较，采用上述技术方案的本发明具有的优点在于：本发明极大限度的增加了隔震装置的竖向变形能力，为对竖向地震敏感的结构或者设备以及馆藏文物在实现水平隔震的同时最大限度的减小竖向地震作用。
附图说明
图1为本发明整体轴测图；
图2为本发明整体正视图；
图3为水平隔震装置俯视图；
图4为竖向隔震装置正视图；
图5为竖向隔震装置正交布置图。
图中标记说明：1-底部承载板；2-中部承载板；3-顶部承载板；4-立板；5-水平隔震装置的弹簧组件；6-弹簧导杆；7-小车；8-竖向隔震装置外接铰；9-竖向隔震装置的弹簧组件；10-副支撑；11-副支撑与弹簧组件连接铰；12-副支撑与弹簧组件的连接杆；13-顶板。
实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对包含具有竖向大位移隔震的三向隔震机械装置进一步详细的说明。
如图1至图5所示，一实施例的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，包括底部的水平隔震装置和上部的竖向大位移隔震装置（简称竖向隔震装置）。
图示实施例中，底部的水平隔震装置包括三层承载板（1, 2, 3）及位于承载板间的水平隔震弹簧装置。具体而言，底部承载板1及中部承载板2上设置有水平隔震弹簧装置，且每层上对称设置有4个，同时两层上的水平隔震弹簧装置间正交布置。
所述水平隔震弹簧装置包括立板4、弹簧组件5、弹簧导杆6及小车7，小车7与其上方的承载板固定，小车7的车轮与其下方的承载板相接触，为上方的承载板提供竖向承载能力；两个立板4固定在其下方的承载板上，弹簧导杆6位于两个立板4之间且安装在立板4上，水平隔震装置的弹簧组件5和小车7穿在弹簧导杆6上，并在小车两端对称布置水平隔震装置的弹簧组件5。弹簧组件5的两端分别与立板4和小车7连接，且小车7的车轮的方向与所述弹簧组件的弹力方向一致，水平隔震装置的弹簧组件5产生沿着弹簧轴向的水平隔震能力。由于正交布置了两层水平隔震弹簧装置，因此本装置具有独立的水平两个方向的隔震能力。所述上部的竖向隔震装置连接在水平隔震装置的顶部承载板3之上；所述竖向隔震装置包括竖向隔震弹簧装置，竖向隔震弹簧装置包括两组铰接的弹簧组件9及两组铰接的副支撑10，其各自的铰接位置借由连接杆12连接在一起，在此铰接位置形成图中的副支撑与弹簧组件的连接铰11；且铰接后的弹簧组件9及副支撑10的两端分别与用于放置物体的顶板13及所述水平隔震装置的顶部承载板3铰接，在此铰接位置形成图中的竖向隔震装置外接铰8。
上部竖向隔震装置的此种构造形式使得当2个弹簧组件9对称发生小变形时，竖向隔震装置两端即可发生大变形。
所述竖向隔震装置的弹簧组件9是常见的具有拉压和耗能能力的弹簧套筒。
上部的竖向大位移隔震装置包括4组对称设置的竖向隔震弹簧装置，每组包括两个，这两个间呈正交布置，如图5所示。由于竖向隔震弹簧装置的副支撑10可以限制其平面内的移动和扭转，每组竖向隔震弹簧装置的副支撑10相互正交布置后就可以使得上部的竖向隔震装置仅能发生竖向移动，而不发生水平运动和扭转。
在隔震过程中需要满足大变形效应的结构和设备及馆藏文物可直接与顶板13固定连接，非地震状态时自重等竖向荷载使竖向隔震装置产生竖向变形，竖向地震作用使得隔震装置在平衡位置往复运动；水平向地震作用使水平弹簧产生伸缩变形；竖向隔震装置和水平隔震装置独立工作，二者不产生耦合作用。竖向隔震装置的大变形和小刚度特征极大延长了结构和设备及馆藏文物的竖向自振周期，使得结构和设备及馆藏文物的竖向自振周期远离地震动的卓越周期，从而大幅度减小竖向地震作用；水平向地震动产生的幅值不断变化的压力通过水平弹簧的往复振动削弱，并且水平弹簧改变了结构和设备及馆藏文物的水平向自振周期，使得结构和设备及馆藏文物的水平向自振周期远离地震动的卓越周期，从而减小水平向地震作用。
以上所述的实施例仅仅是对发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于其包括水平隔震装置及竖向隔震装置，
其中，所述水平隔震装置包括至少三个承载板及位于承载板间的水平隔震弹簧装置，所述水平隔震弹簧装置包括两个立板、位于该两个立板间且与其固定连接的弹簧导杆、穿过该弹簧导杆的弹簧组件及小车，所述立板与其下方的承载板固定，所述小车与其上方的承载板固定且其车轮与下方的承载板接触，且所述弹簧组件的两端分别与所述立板及小车连接，且对称设置在所述小车的两侧，另外，所述小车的车轮的方向与所述弹簧组件的弹力的方向一致；
所述竖向隔震装置包括多个竖向隔震弹簧装置，所述竖向隔震弹簧装置包括两组铰接的弹簧组件及两组铰接的副支撑，其弹簧组件及副支撑的铰接位置借由连接杆连接在一起，弹簧组件及副支撑的顶端铰接，其铰接点与用于放置物体的顶板铰接，弹簧组件及副支撑的底端铰接，其铰接点与所述水平隔震装置的顶部承载板铰接。
2.根据权利要求1所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述水平隔震装置的承载板之间具有多个水平隔震弹簧装置。
3.根据权利要求1或2所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述水平隔震装置由两层组成，即由三层承载板及位于相邻两层间的水平隔震弹簧装置组成。
4.根据权利要求3所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述两层上的水平隔震弹簧装置之间呈正交布置。
5.根据权利要求4所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述水平隔震装置的承载板上的水平隔震弹簧装置对称布置。
6.根据权利要求4所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于每层上对称布置有4个水平隔震弹簧装置。
7.根据权利要求1所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述竖向隔震弹簧装置的每组弹簧组件完全相同，且每组副支撑也完全相同。
8.根据权利要求7所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于所述多个竖向隔震弹簧装置对称布置。
9.根据权利要求7所述的具有竖向大位移隔震的三向隔震装置，其特征在于对称布置有4组竖向隔震弹簧装置，且每组包括两个竖向隔震弹簧装置，两个竖向隔震弹簧装置之间在水平方向上呈垂直。
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