CN115288318B - 一种防撞自复位二维隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防撞自复位二维隔震支座，包括底板、X方向移动板、Y方向移动板、水平反力板、球铰连接副、液压导杆、水平橡胶隔震支座、顶板、液压伺服***、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置，小车、液压伸缩杆；液压伺服***包括液压***工作电机、液压油源、液压回路油源、电磁阀和三通；液压导杆包括球铰、导杆外壳、导杆内芯、上油缸油口、下油缸油口、上油缸活塞和下油缸活塞；本发明在非地震情况下水平橡胶隔震支座在水平向不产生隔震作用，而在地震发生后可根据需要移动隔震支座的平衡位置，极大提高结构的安全，从而保护位于结构内部的人员的生命安全及内部设施的功能完整性。

Description

一种防撞自复位二维隔震支座

技术领域

本发明涉及建筑结构和设备隔震技术领域，具体为一种防撞自复位二维隔震支座。

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。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。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。

隔震技术本质上是通过降低隔震层的刚度来延长结构的自振周期，因此隔震层的刚度一般较小，在风荷载、人群荷载以及其他荷载作用下，会发生较大变形,严重时甚至会发生严重破坏，这使得隔震技术应用也有其限制性。分析隔震技术的时间尺度的效率发现，实际上对于常见的隔震技术真正作用的仅仅是地震作用的短暂时间，更多的时间是不起作用甚至是起反作用的。因此理想的隔震技术应当是平时并不工作，仅当地震来临时工作，地震结束再停止工作。地震短临预报和地震预警技术给这种技术的应用带来了应用空间，而现阶段，地震短临预报技术发展遇到极大困难，但是地震预警技术却蓬勃发展，当地震发生后，地震预警技术利用光速快于地震波速的原理，能够为抗震设防争取宝贵但短暂的时间，而这短短的时间却使得对传统隔震技术的改造变为可能。

此外，很多情况下，由于两栋建筑或者两个设备相距较近，相邻侧边会由于震动引起两个物品的碰撞，在很多情况下，不能允许这种相邻侧发生碰撞，因此需要限制隔震支座的变形，特别是对于类似于高速列车等高速运动的物体，不能由于隔震支座的存在造成两列高速列车之间的碰撞，震动方向的限位方案将会减小隔震效率。除此之外，由于强震作用下隔震支座也会有残余的塑性变形，这影响了结构或设备的正常使用，例如列车如果有水平侧向残余变形将会很难进站，也会导致碰撞的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防撞自复位二维隔震支座，利用地震预警技术，在非地震情况下限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，而在地震发生后，移动平衡位置，并且解除隔震***水平向限位，水平橡胶隔震支座正常工作，大幅度降低结构的地震响应，由于平衡位置移动后不需要再限制震动的方向，不仅防止结构碰撞，还不会降低隔震支座的隔震效率。当地震结束后可以自己回复到初始位置，极大的增加结构的安全性，确保建筑设备内人员的安全和设备设施的正常使用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防撞自复位二维隔震支座，包括底板、X方向移动板、Y方向移动板、水平反力板、球铰连接副、液压导杆、水平橡胶隔震支座、顶板、液压伺服***、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置、小车和液压伸缩杆；所述水平橡胶隔震支座的下端与Y方向移动板连接，水平橡胶隔震支座的上端与顶板连接，所述液压导杆的一端通过球铰连接副与Y方向移动板连接，另一端通过球铰连接副与顶板连接；所述Y方向移动板通过小车压在X方向移动板上，所述X方向移动板通过小车压在底板上；所述X方向移动板与X方向的液压伸缩杆上的一端球铰支座相连，所述Y方向移动板与Y方向的液压伸缩杆上的一端球铰支座相连，所述液压伸缩杆的另外一端球铰支座与水平反力板相连；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置安装在液压伺服***上，液压伺服***与水平反力板连接。

更进一步地，所述液压伺服***包括液压***工作电机、液压油源、液压回路油源、电磁阀和三通；所述电磁阀包括电磁铁、传动杆和阀体，磁铁和传动杆安装在阀体上，且磁铁与传动杆连接；所述三通的一端与液压导杆的油口相连，另外两端均通过电磁阀分别与液压伺服***的动力出油口以及液压回路油源的油路相连接，液压回路油源通过管道与液压油源连接。

更进一步地，所述液压导杆包括球铰、导杆外壳、导杆内芯、上油缸油口、下油缸油口、上油缸活塞和下油缸活塞；所述导杆内芯被上油缸活塞和下油缸活塞接触，所述上油缸油口和下油缸油口充满液压油，电磁阀处于常闭状态，上油缸活塞和下油缸活塞限制液压导杆的轴向位移。

更进一步地，所述液压伸缩杆包括球铰支座、液压伸缩杆内杆、液压伸缩杆外壳、伸缩杆上油口和伸缩杆下油口；通过液压伺服***控制伸缩杆上油口和伸缩杆下油口进出的液压油使得液压伸缩杆伸缩，从而移动X方向移动板和Y方向移动板。

更进一步地，所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置包括外接电源、蓄电池、预警信息处理及控制模块；外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与预警信息处理及控制模块连接；预警信息处理及控制模块控制电磁阀中的电磁铁来开启和关闭阀门，预警信息处理及控制模块还通过控制液压模块来控制液压导杆中的限位活塞；

更进一步地，所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置通过互联网接收地震预警信号或者现场测得的地面运动信号,并判断地震幅值达到阈值后，启动液压伺服***,控制液压伸缩杆中的液压油使得液压伸缩杆内杆伸缩运动,液压伸缩杆内杆带动X方向移动板和Y方向移动板偏离平衡位置，在隔震支座达到新的平衡位置后,基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置向安装在液压回路管道上的电磁阀传出电流，开启阀体，导杆内芯的上侧或下侧产生运动位移。

更进一步地，所述底板设置一个，X方向移动板设置一个，Y方向移动板设置一个，水平反力板设置一个，水平橡胶隔震支座设置一个，液压导杆正交设置四个，顶板设置一个，小车设置八个，液压伸缩杆设置四个，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置设置一个，液压伺服***设置一个。

更进一步地，每根液压导杆上的上油缸油口、下油缸油口、上油缸活塞和下油缸活塞均设置一个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种防撞自复位二维隔震支座，解决了建筑或者设备在非地震情况下水平橡胶隔震支座在水平向不产生隔震作用，从而有效抵抗风荷载等水平向荷载，而且在地震发生后可根据需要移动隔震支座的平衡位置，可以避免在非开阔地带的由于地震引起的结构或设备之间的碰撞，并且隔震支座在强震后发生塑性变形可以通过液压装置迅速恢复。

2、本发明提供的一种防撞自复位二维隔震支座，利用地震预警技术，在非地震情况下限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，而在地震发生后，移动平衡位置，并且解除隔震***水平向限位，水平橡胶隔震支座正常工作，大幅度降低结构的地震响应，由于平衡位置移动后不需要再限制震动的方向，不仅防止结构碰撞，还不会降低隔震支座的隔震效率，当地震结束后可以自己回复到初始位置，极大的增加结构的安全性，确保建筑设备内人员的安全和设备设施的正常使用。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的正视图；

图5为本发明的剖面图；

图6为本发明液压伺服***的轴测图；

图7为本发明液压伺服***的平面图；

图8为本发明液压伺服***的立面图；

图9为本发明电磁阀部件的轴测图；

图10为本发明液压导杆部件的立面图；

图11为本发明液压导杆部件的剖面图；

图12为本发明液压伸缩杆部件的立面图；

图13为本发明液压伸缩杆部件的剖面图；

图14为本发明基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置电路图。

图中：1、底板；2、X方向移动板；3、Y方向移动板；4、水平反力板；5、球铰连接副；6、液压导杆；7、水平橡胶隔震支座；8、顶板；9、液压伺服***；10、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置；11、小车；12、液压伸缩杆；13、液压***工作电机；14、液压油源；15、液压回路油源；16、电磁阀；17、三通；18、电磁铁；19、传动杆；20、阀体；21、球铰；22、导杆外壳；23、导杆内芯；24、上油缸油口；25、下油缸油口；26、上油缸活塞；27、下油缸活塞；28、球铰支座；29、液压伸缩杆内杆；30、液压伸缩杆外壳；31、伸缩杆上油口；32、伸缩杆下油口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-14，本发明实施例中提供一种防撞自复位二维隔震支座，包括底板1、X方向移动板2、Y方向移动板3、水平反力板4、球铰连接副5、液压导杆6、水平橡胶隔震支座7、顶板8、液压伺服***9、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10、小车11和液压伸缩杆12；所述水平橡胶隔震支座7的下端与Y方向移动板3连接，水平橡胶隔震支座7的上端与顶板8连接，水平橡胶隔震支座7可以为普通橡胶支座或者是其它具有特殊性能的水平橡胶隔震支座；所述液压导杆6的一端通过球铰连接副5与Y方向移动板3连接，另一端通过球铰连接副5与顶板8连接；所述Y方向移动板3通过小车11压在X方向移动板2上，所述X方向移动板2通过小车11压在底板1上；所述X方向移动板2与X方向的液压伸缩杆12上的一端球铰支座28相连，所述Y方向移动板3与Y方向的液压伸缩杆12上的一端球铰支座28相连，所述液压伸缩杆12的另外一端球铰支座28与水平反力板4相连；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10安装在液压伺服***9(也可以安装在底板1或者顶板8)上，液压伺服***9与水平反力板4连接。

作为本发明实施例进一步的技术方案，液压伺服***9包括液压***工作电机13、液压油源14、液压回路油源15、电磁阀16和三通17；所述电磁阀16包括电磁铁18、传动杆19和阀体20，磁铁18和传动杆19安装在阀体20上，且磁铁18与传动杆19连接；所述三通17的一端与液压导杆6的油口相连，另外两端均通过电磁阀16分别与液压伺服***9的动力出油口以及液压回路油源15的油路相连接，液压回路油源15通过管道与液压油源14连接，在液压***开始工作时候，液压回路油源可以回到液压油源中。

具体的，液压导杆6包括球铰21、导杆外壳22、导杆内芯23、上油缸油口24、下油缸油口25、上油缸活塞26和下油缸活塞27；所述导杆内芯23被上油缸活塞26和下油缸活塞27接触，所述上油缸油口24和下油缸油口25充满液压油时，电磁阀16处于常闭状态，因此上油缸活塞26和下油缸活塞27限制了液压导杆6的轴向位移。

具体的，液压伸缩杆12包括球铰支座28、液压伸缩杆内杆29、液压伸缩杆外壳30、伸缩杆上油口31和伸缩杆下油口32；通过液压伺服***9控制伸缩杆上油口31和伸缩杆下油口32进出的液压油使得液压伸缩杆12伸缩，从而移动X方向移动板2和Y方向移动板3。

作为本发明实施例进一步的技术方案，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10包括外接电源、蓄电池、预警信息处理及控制模块；外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与预警信息处理及控制模块连接；预警信息处理及控制模块控制电磁阀16中的电磁铁18来开启和关闭阀门20，预警信息处理及控制模块还通过控制液压模块来控制液压导杆6中的限位活塞；当地震发生后，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10能够通过互联网收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号(包括地震引起的加速度、速度和位移),并判断地震幅值达到一定程度后，启动液压伺服***9,控制液压伸缩杆12中的液压油可以使得液压伸缩杆内杆29伸缩运动,X方向移动板2和Y方向移动板3能够偏离现在的平衡位置，隔震支座达到新的平衡位置后,基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10向安装在液压回路管道上的电磁阀16传出电流，电磁阀16中的电磁铁18产生磁力，带动传动杆19运动，开启阀体20，液压油可以流动。因此上油缸活塞26或下油缸活塞27可以***，因此导杆内芯23的上侧或下侧运动位移不再受限制，可以移动。地震结束后，具有稳定的动力电源后，启动液压伺服***9，液压***工作电机13启动，关闭与液压回路上的电磁阀16，进入常闭状态，开启出油油路的电磁阀13将液压油存入液压导杆6中的油缸，将导杆恢复原状重新对支座限位，此外，利用安装在隔震支座上的位移计的信号(外来信号)控制输入上下两个油口的油量，使得隔震支座回复原位，然后将出油油路的电磁阀16关闭，进入常闭状态，最后控制将液压伸缩杆12收回复位。因此隔震支座做到了自我恢复功能。基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10将隔震支座产生塑性变形的情况通过互联网上传，以便及时维修。

在上述实施例中，底板1设置一个，X方向移动板2设置一个，Y方向移动板3设置一个，水平反力板4设置一个，水平橡胶隔震支座7设置一个，液压导杆6正交设置四个，顶板8设置一个，小车11设置八个，液压伸缩杆12设置四个，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10设置一个，液压伺服***9设置一个，每根液压导杆6上的上油缸油口24、下油缸油口25、上油缸活塞26和下油缸活塞27均设置一个。

设计原理：本发明提供的一种防撞自复位二维隔震支座，解决了建筑或者设备在非地震情况下水平橡胶隔震支座7在水平向不产生隔震作用，从而有效抵抗风荷载等水平向荷载，而且在获得地震预警信号后，为避免在非开阔地带的由于地震引起的结构或设备之间的碰撞，通过液压装置将隔震支座的平衡位置移动到开阔地带，震后再将平衡位置移动回来，并且隔震支座在强震后发生塑性变形也可以通过液压装置迅速恢复。例如两栋建筑或者设备相邻，相邻边发生运动后就会发生碰撞；另外，当列车等运动物体使用本技术时，也存在由于列车交汇时需要避开并限制交汇方向的运动，将隔震支座移动到交汇边的另外一侧，可以避免发生碰撞，在地震过后很快就能自动回复到原位。这些功能都是常规隔震支座所不能做到的。

综上，当地震发生后，本发明的基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10能够通过互联网收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号(包括地震引起的加速度、速度和位移),并判断地震幅值达到一定程度后，启动液压伺服***9,控制液压伸缩杆12中的液压油可以使得液压伸缩杆内杆29伸缩运动,X方向移动板2和Y方向移动板3能够偏离现在的平衡位置，隔震支座达到新的平衡位置后,基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10向安装在液压回路管道上的电磁阀16传出电流，电磁阀16中的电磁铁18产生磁力，带动传动杆19运动，开启阀体20，液压油可以流动。因此上油缸活塞26或者下油缸活塞27可以***，因此导杆内芯23的上侧或下侧运动位移不再受限制，可以移动。地震结束后，具有稳定的动力电源后，启动液压伺服***9，液压***工作电机13启动，关闭与液压回路上的电磁阀16，进入常闭状态，开启出油油路的电磁阀16将液压油存入液压导杆6中的油缸，将导杆恢复原状重新对支座限位，此外，利用安装在隔震支座上的位移计的信号(外来信号)控制输入上下两个油口的油量，使得隔震支座回复原位，然后将出油油路的电磁阀16关闭，进入常闭状态，最后控制将液压伸缩杆12收回复位。因此隔震支座做到了自我恢复功能，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置10将隔震支座产生塑性变形的情况通过互联网上传，以便及时维修。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防撞自复位二维隔震支座，其特征在于，包括底板（1）、X方向移动板（2）、Y方向移动板（3）、水平反力板（4）、球铰连接副（5）、液压导杆（6）、水平橡胶隔震支座（7）、顶板（8）、液压伺服***（9）、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）、小车（11）和液压伸缩杆（12）；所述水平橡胶隔震支座（7）的下端与Y方向移动板（3）连接，水平橡胶隔震支座（7）的上端与顶板（8）连接，所述液压导杆（6）的一端通过球铰连接副（5）与Y方向移动板（3）连接，另一端通过球铰连接副（5）与顶板（8）连接；所述Y方向移动板（3）通过小车（11）压在X方向移动板（2）上，所述X方向移动板（2）通过小车（11）压在底板（1）上；所述X方向移动板（2）与X方向的液压伸缩杆（12）上的一端球铰支座（28）相连，所述Y方向移动板（3）与Y方向的液压伸缩杆（12）上的一端球铰支座（28）相连，所述液压伸缩杆（12）的另外一端球铰支座（28）与水平反力板（4）相连；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）安装在液压伺服***（9）上，液压伺服***（9）与水平反力板（4）连接；

所述液压伺服***（9）包括液压***工作电机（13）、液压油源（14）、液压回路油源（15）、电磁阀（16）和三通（17）；所述电磁阀（16）包括电磁铁（18）、传动杆（19）和阀体（20），磁铁（18）和传动杆（19）安装在阀体（20）上，且磁铁（18）与传动杆（19）连接；所述三通（17）的一端与液压导杆（6）的油口相连，另外两端均通过电磁阀（16）分别与液压伺服***（9）的动力出油口以及液压回路油源（15）的油路相连接，液压回路油源（15）通过管道与液压油源（14）连接；

所述液压伸缩杆（12）包括球铰支座（28）、液压伸缩杆内杆（29）、液压伸缩杆外壳（30）、伸缩杆上油口（31）和伸缩杆下油口（32）；通过液压伺服***（9）控制伸缩杆上油口（31）和伸缩杆下油口（32）进出的液压油使得液压伸缩杆（12）伸缩，从而移动X方向移动板（2）和Y方向移动板（3）；

所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）包括外接电源、蓄电池、预警信息处理及控制模块；外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与预警信息处理及控制模块连接；预警信息处理及控制模块控制电磁阀（16）中的电磁铁（18）来开启和关闭阀门（20），预警信息处理及控制模块还通过控制液压模块来控制液压导杆（6）中的限位活塞；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）通过互联网接收地震预警信号或者现场测得的地面运动信号,并判断地震幅值达到阈值后，启动液压伺服***（9）, 控制液压伸缩杆（12）中的液压油使得液压伸缩杆内杆（29）伸缩运动, 液压伸缩杆内杆（29）带动X方向移动板（2）和Y方向移动板（3）偏离平衡位置，在隔震支座达到新的平衡位置后, 基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）向安装在液压回路管道上的电磁阀（16）传出电流，开启阀体（20），导杆内芯（23）的上侧或下侧产生运动位移。

2.如权利要求1所述的一种防撞自复位二维隔震支座，其特征在于：所述液压导杆（6）包括球铰（21）、导杆外壳（22）、导杆内芯（23）、上油缸油口（24）、下油缸油口（25）、上油缸活塞（26）和下油缸活塞（27）；所述导杆内芯（23）被上油缸活塞（26）和下油缸活塞（27）接触，所述上油缸油口（24）和下油缸油口（25）充满液压油，电磁阀（16）处于常闭状态，上油缸活塞（26）和下油缸活塞（27）限制液压导杆（6）的轴向位移。

3.如权利要求1所述的一种防撞自复位二维隔震支座，其特征在于，所述底板（1）设置一个，X方向移动板（2）设置一个，Y方向移动板（3）设置一个，水平反力板（4）设置一个，水平橡胶隔震支座（7）设置一个，液压导杆（6）正交设置四个，顶板（8）设置一个，小车（11）设置八个，液压伸缩杆（12）设置四个，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置（10）设置一个，液压伺服***（9）设置一个。

4.如权利要求1所述的一种防撞自复位二维隔震支座，其特征在于，每根液压导杆（6）上的上油缸油口（24）、下油缸油口（25）、上油缸活塞（26）和下油缸活塞（27）均设置一个。