CN108049518A - 一种基于stf的自复位隔震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STF的自复位隔震支座，包括上支座单元、下支座单元、连接上下支座单元的SMA丝以及填充支座内腔的STF；所述上支座单元与所述下支座单元结合成一个密封腔体，所述的STF填充在所述密封腔中，所述SMA丝两头分别固定在上、下支座单元，将其连接起来，并且沿支座四周呈交叉对称布置；与传统隔震支座相比，本发明结合了STF和SMA的优势，利用STF的剪切增稠特性实现了隔震支座的滑动耗能，利用SMA丝实现了支座震后的自复位,具有结构简单，施工方便，隔震效果良好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程结构隔震领域，尤其涉及一种基于STF的自复位隔震支座。
背景技术
传统的抗震设计主要体现在“抗”，这种设计难以保证在突发的罕遇地震下达到结构预定设防目标，且地震作用对结构的损伤较大。为了提高建筑结构的抗震性能，减小地震带来的损失，研究工程结构的隔震技术十分必要。
传统的隔震支座体系可分为三类：第一类是叠层橡胶支座隔震体系，包括橡胶支座和铅芯橡胶支座等。这类支座是通过延长结构基本自振周期来实现隔震的，但是由于不同地震的周期频率不同，这种共振效应不能完全避免。第二类是摩擦滑移支座隔震体系，这类支座主要是通过摩擦耗能来进行隔震，其隔震能力主要取决于摩擦系数，由于滑动摩擦层接触面大且滑移面很难保证水平，可能造成摩擦系数的离散性较大的问题。第三类是复合隔震支座体系，这类体系主要是利用橡胶支座和滑移支座的并联或者串联组成复合隔震体系，但支座复合支座隔震支座体系结构复杂，且隔震层的位移较大。
为此，有学者采用新型功能材料—剪切增稠液体(STF)，研究了瞬间响应的隔震支座，专利申请号:201610086440。剪切增稠液体采用溶胶凝胶方法制备纳米二氧化硅作为分散相，极性溶剂作为分散介质。其特性在于低剪切速率下，出现剪切变稀现象，在高剪切速率下，出现剪切增稠现象，由于这种剪切增稠效应，这类材料被运用于防弹材料或其它防护设备的制备中，同时这类材料在防震领域具有广阔的应用前景。但是，这种隔震支座在震后不能很好地自复位，并且其剪切增稠液体的密封性未能很好考虑。
发明内容
针对以上技术问题，本发明目的在于提供一种基于STF的自复位高耗能滑移支座，将摩擦材料的特性与STF剪切增稠的特性相结合，使其有较大的耗能能力，并且利用新型材料SMA(形状记忆合金)的超弹性特性，令其在震后能自复位，实现更好的隔震效果。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于STF的自复位隔震支座，包括:上支座单元、下支座单元、SMA丝和STF；
所述上支座单元包括上连接板、钢芯、挡板和钢板；所述上连接板朝向下支座单元的一面，沿着轴向设有螺纹孔，所述的钢芯表面带有螺纹，二者通过螺纹相连接；所述钢板为至少四块，并且沿着所述钢芯的长度方向平行间隔设置；所述钢板中部设有贯穿螺纹孔，与钢芯通过螺纹连接，其中，距离上连接板最远的那一块钢板，在背向上连接板的一面设有环形凹槽；所述挡板置于距离上连接板最近的那一块钢板上，挡板呈环状，外环直径与下支座单元内腔直径相同，内环直径大于钢芯直径；所述挡板下表面与钢板上表面通过防水密封件相连接，挡板的外环与下支座单元内腔表面也通过防水密封件相连接；
所述下支座单元包括下连接板以及空心支撑柱，所述空心支撑柱的一端与下支座单元朝向上支座单元的一面固定连接，并且所述空心支撑柱沿着下支座单元的周向延伸，使得所述空心支撑柱包围形成所述内腔；所述下连接板朝向上支座单元的一面设有限位凸起，所述限位凸起置于环形凹槽内以限制下支座单元的滑动位移，所述空心支撑柱朝向上支座单元的一端设有滑动摩擦层；
所述的STF填充在所述内腔中，其液面高度略低于挡板的高度；所述SMA丝的两头分别固定在上、下连接板相向的一面，将上连接板与下连接板连接起来，并且所述SMA丝沿着上、下连接板周向呈交叉对称布置。
在一较佳实施例中：所述SMA丝沿着上、下连接板周向分为至少两组，SMA丝组之间间隔一定距离；每一组SMA丝中有四根SMA丝，其中两根SMA丝沿着同一方向倾斜，另外两根SMA丝沿着相反的方向倾斜，从而与上述两根SMA丝交叉。
在一较佳实施例中：所述上、下连接板相向的一面沿着周向设置有半圆形环扣；所述SMA丝穿过环扣将所述上、下连接板连接固定。
在一较佳实施例中：所述防水密封件为防水沥青。
在一较佳实施例中：所述空心支撑柱的一端与下支座单元朝向上支座单元的一面通过焊接固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出的一种基于STF的自复位隔震支座，可根据地震反应的大小来调整阻尼力的大小；当小震作用时，支座可依靠滑动摩擦材料耗能减小地震能量输入；当中震作用时，STF液体受到挤压，能根据其剪切速率γ＝ν/h来调整其阻尼力来耗能，同时，SMA丝的高弹性和高阻尼特性，也使其有良好的耗能效果。当大震作用时，上支座单元通过滑动层发生滑动产生摩擦阻力，STF受挤压产生巨大的阻尼力，SMA丝变形产生较大的恢复力，三者共同耗能，同时，由于支座的水平限位设置，可以使其水平位移在相关规范的允许范围内，保证结构的安全。
(2)本发明提出一种基于STF的自复位隔震支座具有自复位功能，SMA具有超弹性效应和形状记忆效应，可以在震后提供一定的恢复力，以减小主体结构在震后的残余变形，便于快速恢复结构的使用功能，节约经济成本。
(3)本发明提出的一种基于STF的自复位隔震支座具有结构简单，制造方便等优点。其各个部件都可以工业化生产，由于其采用了螺纹连接的构造，使其组装方便快捷，节省人力。
附图说明
图1为本发明一种基于STF的自复位隔震支座的结构示意图。
图2为图1所示一种基于STF的自复位隔震支座的A-A剖面图。
图3为图1所示一种基于STF的自复位隔震支座的下支座单元图。
图中：1-上支座单元，2-下支座单元，3-STF，4-SMA丝，11-上连接板，12-钢芯，13-挡板，14-钢板，15-防水沥青，21-下连接板，22-空心支撑柱，23-限位凸起，24-滑动滑动摩擦层。
具体实施方式
本发明提供了一种基于STF的自复位隔震支座，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-图3所示，本发明提供了一种基于STF的自复位隔震支座，包括:上支座单元1、下支座单元2、SMA丝4和STF3；
所述上支座单元1包括上连接板11、钢芯12、挡板13和钢板14；所述上连接板11朝向下支座单元2的一面，沿着轴向设有螺纹孔，所述的钢芯12表面带有螺纹，二者通过螺纹相连接；所述钢板14为五块，并且沿着所述钢芯12的长度方向平行间隔设置；所述钢板14中部设有贯穿螺纹孔，与钢芯12通过螺纹连接，其中，距离上连接板11最远的那一块钢板14，在背向上连接板11的一面设有环形凹槽；所述挡板13置于距离上连接板11最近的那一块钢板14上，挡板13呈环状，外环直径与下支座单元2内腔直径相同，内环直径大于钢芯12直径；所述挡板13下表面与钢板14上表面通过防水沥青15相连接，挡板13的外环与下支座单元2内腔表面也通过防水沥青15相连接；
所述下支座单元2包括下连接板21以及空心支撑柱22，所述空心支撑柱22的一端与下支座单元2朝向上支座单元1的一面通过焊接固定连接，并且所述空心支撑柱22沿着下支座单元2的周向延伸，使得所述空心支撑柱22包围形成所述内腔；所述下连接板21朝向上支座单元1的一面设有限位凸起23，所述限位凸23起置于环形凹槽内以限制下支座单元2的滑动位移，所述空心支撑柱22朝向上支座单元1的一端设有滑动摩擦层24；
所述的STF3填充在所述内腔中，其液面高度略低于挡板13的高度；所述SMA丝4的两头分别固定在上、下连接板11、21相向的一面，将上连接板11与下连接板21连接起来，并且所述SMA丝4沿着上、下连接板周向呈交叉对称布置。
特别的，所述SMA丝4沿着上、下连接板11、21周向分为至少两组，SMA丝组之间间隔一定距离；每一组SMA丝中有四根SMA丝4，其中两根SMA丝4沿着同一方向倾斜，另外两根SMA丝4沿着相反的方向倾斜，从而与上述两根SMA丝4交叉。所述上、下连接板11、21相向的一面沿着周向设置有半圆形环扣；所述SMA丝4穿过环扣将所述上、下连接板连接固定。
上述的一种基于STF的自复位隔震支座，各部件构造简单，都可以工业预制，且拼接方便，节省人力。并且，上述的自复位隔震支座，可根据地震反应的大小来调整阻尼力的大小；当小震作用时，支座可依靠滑动滑动摩擦层24耗散能量减小地震能量输入；当中震作用时，STF 3受到挤压，能根据其剪切速率γ＝ν/h来调整其阻尼力来耗能，同时，SMA丝4的高弹性和高阻尼特性，也使其有良好的耗能效果。当大震作用时，上支座单元1通过滑动层发生滑动产生摩擦阻力，STF 3受挤压产生巨大的阻尼力，SMA丝4变形产生较大的恢复力，三者共同耗能，同时，由于下连接板21上的限位凸起23设置，可以使其水平位移在相关规范的允许范围内，保证结构的安全。同时，SMA丝4具有超弹性效应和形状记忆效应，可以在震后提供一定的恢复力，以减小主体结构在震后的残余变形，便于快速恢复结构的使用功能，节约经济成本。
以上所述仅为本发明较佳实施例，故不能依此限定本发明的技术范围，故凡依本发明的技术实质及说明书内容所作的等效变化与修饰，均应属本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种基于STF的自复位隔震支座，其特征在于包括:上支座单元、下支座单元、SMA丝和STF；
所述上支座单元包括上连接板、钢芯、挡板和钢板；所述上连接板朝向下支座单元的一面，沿着轴向设有螺纹孔，所述的钢芯表面带有螺纹，二者通过螺纹相连接；所述钢板为至少四块，并且沿着所述钢芯的长度方向平行间隔设置；所述钢板中部设有贯穿螺纹孔，与钢芯通过螺纹连接，其中，距离上连接板最远的那一块钢板，在背向上连接板的一面设有环形凹槽；所述挡板置于距离上连接板最近的那一块钢板上，挡板呈环状，外环直径与下支座单元内腔直径相同，内环直径大于钢芯直径；所述挡板下表面与钢板上表面通过防水密封件相连接，挡板的外环与下支座单元内腔表面也通过防水密封件相连接；
所述下支座单元包括下连接板以及空心支撑柱，所述空心支撑柱的一端与下支座单元朝向上支座单元的一面固定连接，并且所述空心支撑柱沿着下支座单元的周向延伸，使得所述空心支撑柱包围形成所述内腔；所述下连接板朝向上支座单元的一面设有限位凸起，所述限位凸起置于环形凹槽内以限制下支座单元的滑动位移，所述空心支撑柱朝向上支座单元的一端设有滑动摩擦层；
所述的STF填充在所述内腔中，其液面高度略低于挡板的高度；所述SMA丝的两头分别固定在上、下连接板相向的一面，将上连接板与下连接板连接起来，并且所述SMA丝沿着上、下连接板周向呈交叉对称布置。
2.根据权利要求1所述的一种基于STF的自复位隔震支座，其特征在于：所述SMA丝沿着上、下连接板周向分为至少两组，SMA丝组之间间隔一定距离；每一组SMA丝中有四根SMA丝，其中两根SMA丝沿着同一方向倾斜，另外两根SMA丝沿着相反的方向倾斜，从而与上述两根SMA丝交叉。
3.根据权利要求1所述的一种基于STF的自复位隔震支座，其特征在于：所述上、下连接板相向的一面沿着周向设置有半圆形环扣；所述SMA丝穿过环扣将所述上、下连接板连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种基于STF的自复位隔震支座，其特征在于：所述防水密封件为防水沥青。
5.根据权利要求1所述的一种基于STF的自复位隔震支座，其特征在于：所述空心支撑柱的一端与下支座单元朝向上支座单元的一面通过焊接固定连接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180518 |