CN114045951A - 抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程结构减隔震技术领域，具体涉及一种抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其包括：抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构；固定在所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构下部的厚肉橡胶支座机构；以及用于降低所述厚肉橡胶支座机构摇摆幅度并防止所述厚肉橡胶支座机构倾覆的套筒式连接结构，所述厚肉橡胶支座机构设置在其内部。上述技术方案避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
Description
技术领域
本发明属于工程结构减隔震技术领域，具体涉及一种抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座。
背景技术
基础隔震技术被看作是20世纪地震工程领域最重要的技术进步之一，在世界范围内得到了较为广泛的应用。隔震技术的基本原理是通过在建筑底部设置隔震支座，得到水平刚度较小的隔震层，通过滤波效应减小上部结构地震加速度响应。并通过在隔震层设置耗能装置吸收消耗地震动能量。现代隔震技术已有近60年的历史，属于一种被动的振动控制技术。
然而，目前已有的传统建筑橡胶隔震支座与摩擦摆支座存在以下的不足：一是不能有效的隔离竖向地震动以及水平向微振动。大量震害观察及有限元分析表明，竖向地震作用能导致结构竖向承压构件受压破坏。随着城市轨道交通发展，地铁、高铁等环境振动，尤其是微振动的竖向分量会对人们的居住舒适度产生较为严重的影响。二是传统的隔震支座在水平方向上存在着取得较好的隔震效果和控制隔震层极限位移的矛盾，且容易发生提拉或者倾覆破坏。通常来说，设置水平刚度更小的隔震层，能取得更好的隔震效果，但同时，过小的水平刚度会导致过大的隔震层位移，在大震或其他外部因素作用下结构容易发生不同类型的破坏，其安全性难以保障。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座。其可用于受环境振动影响建筑，且在隔离环境振动的同时可以具有隔离地震动的效果，能够对竖向地震和环境微振动以及水平向地震动等具有良好的隔震效果，并且能够有效避免支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用。
本发明所提供的技术方案如下：
一种抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，包括：
抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构；
固定在所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构下部的厚肉橡胶支座机构；
以及用于降低所述厚肉橡胶支座机构摇摆幅度并防止所述厚肉橡胶支座机构倾覆的套筒式连接结构，所述厚肉橡胶支座机构设置在其内部。
摩擦摆滑动隔震的技术方案虽然，隔震效果相当好，但摩擦摆类支座在竖向没有抗拔能力，当支座受拉时，盖板与滑块容易脱离，而且从理论上来说在竖向可以产生很大的转角。上述技术方案避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
上述技术方案中，支座竖向的隔振***，主要由现有的厚肉橡胶支座来隔离竖向地震动及环境振动等。厚层橡胶支座的竖向隔震/振性能较好,广泛应用于建筑物的基底的隔震/振，但其竖向刚度较小的问题容易导致上部结构发生摇摆效应或者倾覆破坏，对其抗震/振性能有着较大的局限性，而套筒的设计能够有效解决这方面的问题，更有利于厚肉橡胶支座良好竖向隔震/振功能的发挥。
上述技术方案中，利用环形套筒的设计来固定和约束竖向隔震/振机构，对内部的厚肉橡胶支座起到了定位和保护等作用，限制了其可能出现的摇摆、倾覆或产生过大的转角等问题，保证了内外结构不会出现水平剪切形式的破坏。套筒的存在也能够方便组合式装置的加工和连接，使装置在安全和性能方面都有了比较大的改进。
具体的，所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构包括：
水平设置的摩擦摆下座板；
压接在所述摩擦摆下座板上端面上的摩擦滑块；
压接在所述摩擦滑块上的水平设置的摩擦摆上座板，其下端面设置有筒装结构，所述筒装结构具有环形的底板，所述摩擦摆下座板的上部和所述摩擦滑块伸入到所述筒装结构内，所述底板的内径小于所述摩擦摆上座板上部的外径。
进一步的，所述摩擦滑块与所述摩擦摆上座板或所述摩擦摆下座板的接触面设置有第一摩擦材料层。
上述技术方案配合加装摩擦材料来最大程度的避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
进一步的，所述摩擦摆上座板与所述底板相对应的表面设置有防撞材料层。
上述技术方案配合加装防撞材料来最大程度的避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
具体的，所述套筒式连接结构包括：
环形内套筒，其底面固定有阻尼滑块，所述厚肉橡胶支座机构固定在其内部；
***套缸，所述环形内套筒设置在其内部，所述阻尼滑块压接在其内底面上；
以及固定在所述环形内套筒的外壁和所述***套缸的内壁之间的若干水平复位弹簧。
上述技术方案中，阻尼滑块的设计，一是起环形套筒下部与外套套缸之间的连接作用，使得被水平复位弹簧所限制的环形套筒机构能够在***套缸内紧贴底部平稳地滑动，保证其组合式结构的整体稳定性；二是通过阻尼滑块与所述***套缸相接触表面的摩擦材料，能够使内部机构在有水平方向的运动时，底部产生摩擦力，起到一定程度的水平向的摩擦耗能作用；三是阻尼滑块的存在，在竖向设计上，能够充分利用其阻尼特性，有效帮助竖向地震动及环境振动的减隔震/振与能量耗散，使得竖向的整体式设计功能上更加完备。
上述技术方案中，***套缸的存在相当于是给了整个组合式装置一个存储空间，套缸上以改进式抗拔拉摩擦摆支座作为上盖，内部完整包容了装置的竖向隔震/振机构与一些辅助机构，在保证了装置整体性的基础上，兼顾了内部各减隔震/振元件都能良好发挥功效这一指导性要素。从外部而言，套缸能够保证装置具有足够的水平向和竖向刚度，避免了在实际应用过程中可能出现的材料性破坏及结构性破坏，也难以发生装置整体的摇摆、翻转或倾覆；从内部而言，套缸内的水平向隔震/振与竖向隔震/振的组合式结构设计，在保证了内部机构水平限位的同时实现了水平向和竖向的运动解耦，使竖向隔震/振***和水平向隔震/振***相对独立工作，仅在单侧单向产生小幅的位移或变形，避免了竖向与水平向隔震/振机构在各自发挥功能时产生不利的影响。
具体的，所述阻尼滑块和所述***套缸的接触面上设置有第二摩擦材料层。
具体的，所述水平复位弹簧的数量为三个，绕所述厚肉橡胶支座机构的周向均匀设置。
呈对称布置有三组水平复位螺旋弹簧，主要起对下部竖向隔震/振机构产生水平向滑移后进行复位的作用，避免了装置在水平向发生过大的位移。在某一方向的弹簧拉伸或压缩时，其对应的弹簧会产生压缩或拉伸，通过螺旋弹簧的变形和耗能滞回来最大程度地保护环形套筒始终保持在整个组合装置中间位置。同时复位弹簧组还能够辅助隔离水平向地震动和环境振动、耗能减震/振。
具体的，所述厚肉橡胶支座机构的外壁和所述套筒式连接结构的内壁之间设置有间隙。
本发明在摩擦摆支座水平隔震/振的基础上，进行了抗拔拉和限位的设计改进，通过特殊的结构形状设计，加装防撞材料来最大程度的避免了原有支座的可能出现的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且保证了足够的水平向摆动空间，有效实现了水平隔震/振的功能。
本发明中，竖向隔震/振***中的厚肉橡胶支座、阻尼滑块等以及水平向隔震/振***中的摩擦摆支座和螺旋弹簧等的尺寸和性能参数，均可根据实际工程情况和不同的抗震设防水准和振动控制需求进行设计，有着较强的灵活性和工程应用前景。
与传统隔震支座(例如铅芯橡胶隔震支座、普通摩擦摆隔震支座等)相比，本发明的优点是：
1)竖向隔震/振***方面，解决了普通厚肉橡胶支座竖向刚度较小，容易发生水平剪切破坏或者导致上部结构发生摇摆效应和倾覆破坏的问题，更有利于厚肉橡胶支座良好竖向隔震/振功能的发挥。
2)水平向隔震/振***方面，通过特殊的形状和结构设计，加装摩擦材料和防撞材料来最大程度的避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且能够使摩擦摆***在上盖较轻的大型结构、空间网状结构、大跨度结构和高沉降风险地区结构中能有更好地应用。
3)水平复位弹簧组可以使装置内部机构产生水平向滑移后进行及时复位，同时还能够辅助隔离水平向地震动和环境振动、耗散输入的能量。
4)阻尼滑块的设计使装置内部机构能够在***套缸内紧贴底部平稳地滑动，对水平向和竖向的减隔震/振和能量耗散都能够起辅助作用。
5)多元件的组合设计，不会有造价成本过高或产生环境污染的问题，对于受损的元件具有可以更换的便利性，其良好的减隔震/振效能具有极高的工程利用价值和广阔的应用前景。
与传统建筑结构隔振措施(例如隔振屏障、隔振沟、填充沟等)相比，本发明的优点是：
1)本发明能够更为有效地隔离三维的地震动与环境振动，而非仅是竖向或水平向的单向隔震/振，且通过结构设计实现了水平向和竖向隔震/振的运动解耦，在分别单向隔震/振时，二者均不会互相影响，其效能极大地优于传统的线性减隔震/振措施。
2)本发明在遭遇强烈震/振动作用(如大地震，车辆冲击等)时，有着更高的安全性。具体表现为：当***遭受较强振动作用，位移较大。由于自适应刚度特性，此时的***刚度较大，能够限制结构出现过大位移。
3)***中元件分明，多个隔震、减振、耗能元件的组合，不是简单功能的叠加，而是共同联合发挥出了更好的作用，有效的连接使各个部分能够充分发挥各自的隔震减振或耗能的效能，设计和安装简便，减少了不必要的结构设置。
附图说明
图1是本发明所提供的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座的整体结构示意图。
附图1中，各标号所代表的结构列表如下：
1、摩擦摆上座板；2、摩擦滑块；3、摩擦摆下座板；4、第一摩擦材料层；5、防撞材料层；6、厚肉橡胶支座机构；7、环形内套筒；8、水平复位弹簧；9、***套缸；10、阻尼滑块；11、第二摩擦材料层；12、底板。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在一个具体实施方式中，如图1所示，抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座包括：抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构；固定在所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构下部的厚肉橡胶支座机构6；以及用于降低所述厚肉橡胶支座机构6摇摆幅度并防止所述厚肉橡胶支座机构6倾覆的套筒式连接结构，所述厚肉橡胶支座机构6设置在其内部。
该技术方案避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
该技术方案中，支座竖向的隔振***，主要由现有的厚肉橡胶支座来隔离竖向地震动及环境振动等。厚层橡胶支座的竖向隔震/振性能较好,广泛应用于建筑物的基底的隔震/振，但其竖向刚度较小的问题容易导致上部结构发生摇摆效应或者倾覆破坏，对其抗震/振性能有着较大的局限性，而套筒的设计能够有效解决这方面的问题，更有利于厚肉橡胶支座良好竖向隔震/振功能的发挥。
该技术方案中，利用环形套筒的设计来固定和约束竖向隔震/振机构，对内部的厚肉橡胶支座起到了定位和保护等作用，限制了其可能出现的摇摆、倾覆或产生过大的转角等问题，保证了内外结构不会出现水平剪切形式的破坏。套筒的存在也能够方便组合式装置的加工和连接，使装置在安全和性能方面都有了比较大的改进。
在一个实施例中，如图1所示，所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构包括：水平设置的摩擦摆下座板3；压接在所述摩擦摆下座板3上端面上的摩擦滑块2；压接在所述摩擦滑块2上的水平设置的摩擦摆上座板1，其下端面设置有筒装结构，所述筒装结构具有环形的底板12，所述摩擦摆下座板3的上部和所述摩擦滑块2伸入到所述筒装结构内，所述底板12的内径小于所述摩擦摆上座板1上部的外径。
在一个实施例中，如图1所示，所述摩擦滑块2与所述摩擦摆上座板1或所述摩擦摆下座板3的接触面设置有第一摩擦材料层4。该技术方案配合加装摩擦材料来最大程度的避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
在一个实施例中，如图1所示，所述摩擦摆上座板1与所述底板12相对应的表面设置有防撞材料层5。该技术方案配合加装防撞材料来最大程度的避免了支座的提拉破坏、过大的摇摆和倾覆作用，且有足够的摆动空间能够满足水平向的位移需求，实现良好的水平隔震/振功能。
在一个实施例中，如图1所示，所述套筒式连接结构包括：环形内套筒7，其底面固定有阻尼滑块10，所述厚肉橡胶支座机构6固定在其内部；***套缸9，所述环形内套筒7设置在其内部，所述阻尼滑块10压接在其内底面上；以及固定在所述环形内套筒7的外壁和所述***套缸9的内壁之间的若干水平复位弹簧8。
该技术方案中，阻尼滑块的设计，一是起环形套筒下部与外套套缸之间的连接作用，使得被水平复位弹簧所限制的环形套筒机构能够在***套缸内紧贴底部平稳地滑动，保证其组合式结构的整体稳定性；二是阻尼滑块的存在，在竖向设计上，能够充分利用其阻尼特性，有效帮助竖向地震动及环境振动的减隔震/振与能量耗散，使得竖向的整体式设计功能上更加完备。
该技术方案中，***套缸的存在相当于是给了整个组合式装置一个存储空间，套缸上以改进式抗拔拉摩擦摆支座作为上盖，内部完整包容了装置的竖向隔震/振机构与一些辅助机构，在保证了装置整体性的基础上，兼顾了内部各减隔震/振元件都能良好发挥功效这一指导性要素。从外部而言，套缸能够保证装置具有足够的水平向和竖向刚度，避免了在实际应用过程中可能出现的材料性破坏及结构性破坏，也难以发生装置整体的摇摆、翻转或倾覆；从内部而言，套缸内的水平向隔震/振与竖向隔震/振的组合式结构设计，在保证了内部机构水平限位的同时实现了水平向和竖向的运动解耦，使竖向隔震/振***和水平向隔震/振***相对独立工作，仅在单侧单向产生小幅的位移或变形，避免了竖向与水平向隔震/振机构在各自发挥功能时产生不利的影响。
在一个实施例中，如图1所示，所述阻尼滑块10和所述***套缸9的接触面上设置有第二摩擦材料层11。该技术方案中，通过阻尼滑块与所述***套缸相接触表面的摩擦材料，能够使内部机构在有水平方向的运动时，底部产生摩擦力，起到一定程度的水平向的摩擦耗能作用。
在一个实施例中，如图1所示，所述水平复位弹簧8的数量为三个，绕所述厚肉橡胶支座机构6的周向均匀设置。该技术方案中，呈对称布置有三组水平复位螺旋弹簧，主要起对下部竖向隔震/振机构产生水平向滑移后进行复位的作用，避免了装置在水平向发生过大的位移。在某一方向的弹簧拉伸或压缩时，其对应的弹簧会产生压缩或拉伸，通过螺旋弹簧的变形和耗能滞回来最大程度地保护环形套筒始终保持在整个组合装置中间位置。同时复位弹簧组还能够辅助隔离水平向地震动和环境振动、耗能减震/振。
本发明在厚肉橡胶支座的基础上，加设了外包围的环形套筒，对内部的支座本身起到了约束和保护的作用，且通过套筒下阻尼滑块与***套缸之间的滑动，保证了内部机构水平限位的同时实现了水平向和竖向的运动解耦，使竖向与水平向机构相对独立工作，仅在单侧单向产生小幅的位移或变形，避免了在各自发挥功能时产生不利的影响。
本发明在固定竖向隔震***的环型套筒与容纳装置整体结构的***套缸之间加设了三组水平复位弹簧，能够使得内部机构在各类震/振动影响下产生水平向滑移后进行自动复位，通过螺旋弹簧的变形和耗能滞回来有效保护机构始终保持在整个组合缸内的中间位置。同时复位弹簧组还能够辅助隔离水平向地震动和环境振动、耗能减震/振。
本发明在固定竖向隔震***的环型套筒底部、容纳装置整体结构的***套缸上部加设了阻尼滑块，使二者之间能有一个有效的过度，被水平复位弹簧所限制的环形套筒机构能够在***套缸内紧贴底部平稳地滑动。不仅通过摩擦起到一定程度的耗能作用，还能够在竖向地震动及环境振动的减隔震/振与能量耗散上发挥作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于，包括：
抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构；
固定在所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构下部的厚肉橡胶支座机构(6)；
以及用于降低所述厚肉橡胶支座机构(6)摇摆幅度并防止所述厚肉橡胶支座机构(6)倾覆的套筒式连接结构，所述厚肉橡胶支座机构(6)设置在其内部。
2.根据权利要求1所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于，所述抗拔拉摩擦摆式隔震或隔振机构包括：
水平设置的摩擦摆下座板(3)；
压接在所述摩擦摆下座板(3)上端面上的摩擦滑块(2)；
压接在所述摩擦滑块(2)上的水平设置的摩擦摆上座板(1)，其下端面设置有筒装结构，所述筒装结构具有环形的底板(12)，所述摩擦摆下座板(3)的上部和所述摩擦滑块(2)伸入到所述筒装结构内，所述底板(12)的内径小于所述摩擦摆上座板(1)上部的外径。
3.根据权利要求2所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于：所述摩擦滑块(2)与所述摩擦摆上座板(1)或所述摩擦摆下座板(3)的接触面设置有第一摩擦材料层(4)。
4.根据权利要求2所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于：所述摩擦摆上座板(1)与所述底板(12)相对应的表面设置有防撞材料层(5)。
5.根据权利要求1所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于，所述套筒式连接结构包括：
环形内套筒(7)，其底面固定有阻尼滑块(10)，所述厚肉橡胶支座机构(6)固定在其内部；
***套缸(9)，所述环形内套筒(7)设置在其内部，所述阻尼滑块(10)压接在其内底面上；
以及固定在所述环形内套筒(7)的外壁和所述***套缸(9)的内壁之间的若干水平复位弹簧(8)。
6.根据权利要求5所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于：所述阻尼滑块(10)和所述***套缸(9)的接触面上设置有第二摩擦材料层(11)。
7.根据权利要求5所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于：所述水平复位弹簧(8)的数量为三个，绕所述厚肉橡胶支座机构(6)的周向均匀设置。
8.根据权利要求1至4任一所述的抗拔拉摩擦摆与厚肉橡胶的组合式三维隔震或隔振支座，其特征在于：所述厚肉橡胶支座机构(6)的外壁和所述套筒式连接结构的内壁之间设置有间隙。
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- 2021-10-11 CN CN202111181245.5A patent/CN114045951A/zh active Pending
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