CN2435565Y - 锁位式全封闭摩擦消能隔震支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于在建筑工程、桥梁及其它土木工程的不同隔震体系中使用。其特征在于:地震作用下当摩擦隔震支座水平侧移增加到一定值时,剪切杆或拉杆参与工作,从而有效地约束支座及隔震层的水平位移,并将变位锁定在某一限值以内。此外,由于密封处理是在叠层滑板的外侧边进行的,滑移变形是均布在叠层滑板的高度方向上,所以在支座产生水平变位后,这种密封性也能保持完好而不损坏,并有较强的耐久性。

Description

锁位式全封闭摩擦消能隔震支座

本实用新型涉及一种在建筑工程、桥梁及其它土木工程中的摩擦消能隔震装置，尤其涉及一种锁位式全封闭摩擦消能隔震支座。

在工程结构中，通过设置隔震层并在隔震层设置减震消能隔震支座及其它部件，可有效减轻水平地震作用，保护结构物、人员及内部设施在强震中的安全。在隔震体系中，隔震层部件包括承受重力荷载的支座、阻尼装置、水平恢复力部件、抗风稳定性装置以及必要的锁位限位装置。研究表明，滑移摩擦支座的阻尼比极大，且其初刚度大，在隔震中既能有效地消能，又能大大减小隔震层的水平侧移，并兼作抗风装置及竖向承载装置，提高隔震层本身及工程结构整体的安全可靠性。因此滑移支座能在各种不同类型的隔震技术中发挥良好的力学性能和减震效果。

但摩擦隔震支座在实际工程应用中，由于需满足使用上的多种技术要求，特别是隔震支座水平侧移的安全性、支座摩擦界面的密封性以及摩擦性能的耐久性要求等，故设计制造难度较大。其中，支座水平位移的安全性直接影响整个工程结构的隔震可靠性，摩擦界面的密封性好坏影响支座摩擦性能的稳定性和耐久性。此外，由于往往过于强调支座的经济造价，致使难以满足上述必要的技术性能要求。

通常，为保证隔震支座在地震作用下水平侧移的可靠性，需限制滑动位移，并采用在隔震层附加限位构件的作法，限位构件与摩擦支座是分体式的，不便于设计和施工。另外，为解决摩擦界面的密封性问题，通常对摩擦界面作静态的密封处理或对隔震支座作临时的包装处理。在支座未发生滑移状态时具有一定程度的封闭性，但这类封闭措施的耐久性较差，且当发生滑移时，原来的封闭性在滑移过程中容易被破坏。

本实用新型设计所提出的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，合理地解决了滑动锁位限位及滑移界面在未发生滑移位移(正常使用)时及其在地震作用下滑移位移过程中的封闭性等问题。

本实用新型设计的目的是：地震作用下，在支座水平滑移初期，叠层滑板间产生滑移；在中央核芯体作用下，水平滑移变形均匀分布到支座高度方向上；同时滑板间产生摩擦阻尼，核芯体产生剪切变形和一定的恢复力；而锁位剪切杆或锁位拉杆不参与工作。当支座水平侧移增加至一定值时，剪切杆或拉杆开始产生剪切变形或拉伸变形并参与工作；支座各层滑板的圆孔两侧对相应剪切杆两侧产生一对方向相反的水平剪力，或是拉杆在支座上、下封板之间产生斜向拉力，同时剪切杆或拉杆约束滑板的滑移位移。此时，剪切杆或拉杆在隔震支座及隔震层增加了水平约束力，从而与隔震层部件所提供的恢复力、阻尼力一道，约束隔震层的水平位移，并将变位锁定在某一限值以内。

本实用新型是这样实现的：支座采用了多层叠置滑板的构造型式；支座的中央设置了核芯体，由圆柱形铅棒或橡胶棒等制成；支座周边部位设计了内置锁位限位剪切杆或限位拉杆；在叠层滑板***用橡胶层进行了密封处理。

本实用新型的优点是，由于支座采用了叠层滑板的构造型式，中央设置了核芯体，所以滑移位移和速度可沿支座高度方向上均匀分布，而不是集中发生在某一个滑移界面上，有利于减小各滑移界面的位移，并减小支座的平面尺寸，更重要的是便于对支座的摩擦界面及主体部件进行密封处理，提高摩擦稳定性和耐久性。因为支座周边部位设计了内置锁位限位剪切杆或拉杆，故当支座水平侧移增大时，剪切杆或拉杆随之偏转；当侧移达到设计的允许值时，锁位剪切杆或拉杆参加工作，约束支座的滑移位移，这样在隔震支座及隔震层增加了水平约束力，约束隔震层的水平位移，并可锁定位移范围。此外，在水平二维地震作用下，锁位剪切杆或拉杆能够限定支座水平位移的半径范围，从而减小了支座因水平变形过大而发生竖向承载力失效的可能。另外，由于密封处理是在叠层滑板板边进行的，而每相邻两层滑板的相对滑动位移较小，因而支座在产生水平变位以后，这种密封性也能保持完好而不损坏。

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

图1(a)是剪切杆锁位式隔震支座的结构示意图。

图1(b)是剪切杆锁位式隔震支座水平滑移时的工作示意图。

图1(c)是剪切杆锁位式隔震支座的Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图1(d)是剪切杆锁位式隔震支座的剪切杆结构示意图。

图2(a)是拉杆锁位式隔震支座的结构示意图。

图2(b)是拉杆锁位式隔震支座水平滑移时的工作示意图。

图2(c)是拉杆锁位式隔震支座的Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图2(d)是拉杆锁位式隔震支座的拉杆结构示意图。

在附图中，圆柱型的叠层滑板(1)是由多层低摩擦系数的刚性材料薄板或耐磨有机材料薄板叠置或交替叠置而成，其材料可选用不锈钢板或聚四氟乙烯板等，其总高度在30mm～600mm范围，叠层滑板(1)的***直径在100mm～1200mm范围。在叠层滑板(1)的上下两端依次装有上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)，它们是由钢板或其它刚性材料制成，且分别用粘结法并用螺栓(9)、螺栓(10)相互固定在一起，其中上下封板(5)的直径与叠层滑板(1)的直径相同。在上下封板(6)和上下封板(7)的四角处开有工程结构连接孔(11)，用于固定隔震支座。在叠层滑板(1)和上下封板(5)的外侧包覆有橡胶保护层(4)。在上下封板(5)、上下封板(6)和叠层滑板(1)的中央相同轴线处开有圆孔(16)，且上下封板(6)所开圆孔(16)的直径大于叠层滑板(1)和上下封板(5)所开圆孔(16)的直径(为1.2～2.0倍)。

在圆孔(16)内压入中央核芯体(2)，中央核芯体(2)由铅锭或橡胶加工而成，其上、下顶面与上下封板(6)的外表面相平。

在叠层滑板(1)、上下封板(5)和上下封板(6)沿中央核芯体(2)的四周处开有若干圆孔(17)，在本实用新型中可对称开设有4个圆孔(17)，在圆孔(17)内装有剪切杆(3)或拉杆(15)。

当在圆孔(17)内装有剪切杆(3)时，圆孔(17)的直径大于剪切杆(3)的直径(具体根据所允许的支座最大水平位移量确定)，剪切杆(3)是由圆柱型光面实心高强钢杆制成，其上、下两端需做成球冠形(球冠直径为剪切杆(3)直径的2.0～4.0倍)，剪切杆(3)的球冠形顶部嵌在上下封板(7)相对于圆孔(17)所开的球面形槽(8)内，球面形槽(8)的直径大于或等于剪切杆(3)端部球冠形的直径。

因此，地震作用下摩擦滑移支座工作时，若支座水平滑移量较小，中央核芯体(2)随叠层滑板(1)之间的相对滑移而产生剪切变形，并使滑移变形均匀分布到各叠层滑板(1)之间。而锁位剪切杆(3)与孔壁间由于存在一定空隙，未参与工作。当支座水平侧移量增加到一定值时(如图1(b)所示)，剪切杆(3)开始参与工作：即在支座的叠层滑板(1)中，每层滑板上圆孔(17)沿位移方向的两侧对相应剪切杆(3)的两侧均产生一对方向相反的水平力偶，从而形成了沿叠层滑板(1)的高度方向均匀分布的力偶矩，该力偶矩约束和限制了剪切杆(3)沿位移方向的偏转角，同时剪切杆(3)反过来也限制了滑板(1)之间的相对滑移位移量，从而将支座位移锁定在某一限值之内，起到安全防范作用。在支座水平滑移过程中，橡胶外包层(4)对摩擦界面起封闭保护作用，且外包层(4)本身不会被损坏。此外，在水平二维地震作用时，锁位剪切杆(3)限定了支座水平变形的半径范围，从而减小了支座因二维水平位移范围过大、有效受压面过小而发生竖向承载力失效的可能。

当在圆孔(17)内装有拉杆(15)时，叠层滑板(1)上所开的圆孔(17)的直径大于拉杆(15)的最大直径(具体根据所允许的支座最大水平位移量来确定)；而上下封板(5)所开的圆孔(17)为球面形孔(球面形孔的直径大于或等于叠层滑板(1)中的圆孔(17)的直径，球心位于上下封板(5)的外表面)，上下封板(6)所开的圆孔(17)直径等于或大于叠层滑板(1)所开圆孔(17)的直径，上下封板(7)相对应圆孔(17)的位置开有圆柱形槽(18)。拉杆(15)是由一个短钢套(12)和两个钢螺栓(13)组成，两高强螺栓(13)之间通过钢套(12)连接起来，并使钢拉杆(15)预留一定的伸缩余量，拉杆(15)两端部为半球形铰(14)，分别与两高强螺栓(13)连接；圆柱形槽(18)的直径大于或等于拉杆(15)端部球铰(14)的直径，拉杆(15)的上、下两端部球形铰(14)放置在叠层滑板(1)和上下封板(5)所开的圆孔(17)内，且其弧形部位与上下封板(5)所开的球形孔(17)相吻合。圆柱形槽(18)和上下封板(6)所开的圆孔(17)构成球形铰(14)的转动空间，其圆柱形槽(18)的深度应按不妨碍半球形铰(14)的自由转动来确定。

因此，地震作用下摩擦滑移支座工作时，若支座水平滑移量较小，核芯体(2)随叠层滑板(1)之间的相对滑移而产生剪切变形，并使滑移变形均匀分布到各叠层滑板(1)之间。锁位拉杆(15)由于具有一定的自由伸缩量，且与圆孔(17)之间存在一定空隙，故只随着侧移而偏转，未参与工作。当支座水平侧移量增加到一定值时(如图2(b)所示)，拉杆(15)开始参与工作：即拉杆(15)在支座上、下封板之间产生斜向拉力，限制了滑板(1)之间的相对滑移位移量，并将支座位移锁定在某一限值之内，起到安全防范作用。其间，橡胶外包层(4)对摩擦界面起封闭保护作用，且外包层(4)本身不被损坏。此外，在水平二维地震作用时，锁位拉杆(15)同样限定了支座水平变形的半径范围，从而减小了支座因二维水平位移范围过大而发生竖向承载力失效的可能。

Claims (9)

1、一种锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，它是由叠层滑板(1)，中央核芯体(2)，橡胶外包层(4)，支座上下封板(5)，上下封板(6)，上下封板(7)等组成，其特征在于：在叠层滑板(1)的上、下两端依次装有上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)，在上下封板(5)、上下封板(6)和叠层滑板(1)的中央同一轴线处开有圆孔(16)，在圆孔(16)内设有中央核芯体(2)，在上下封板(5)、上下封板(6)和叠层滑板(1)的四周绕中央核芯体(2)开有若干圆孔(17)，并在圆孔(17)内置有剪切杆(3)或拉杆(15)，在叠层滑板(1)和上、下封板(5)的***包覆有橡胶保护层(4)。

2、根据权利要求1所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)之间分别通过粘结法并用螺栓(9)及螺栓(10)连接固定，其中上下封板(5)的直径等于叠层滑板(1)的直径，在上下封板(6)和上下封板(7)的四角开有工程结构连接孔(11)。

3、根据权利要求1所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：在上下封板(6)的中央开设的圆孔(16)的直径大于上下封板(5)和叠层滑板(1)所开圆孔(16)的直径，而在上下封板(5)、上下封板(6)和叠层滑板(1)的四周绕中央核心体(2)可开有4个对称的圆孔(17)，中央核芯体(2)由铅锭或橡胶材料加工而成，其上、下顶面与上下封板(6)的外表面相平。

4、根据权利要求1所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：当在圆孔(17)内装有剪切杆(3)时，则上下封板(7)相对应圆孔(17)的位置开有球面形槽(8)，且圆孔(17)的直径大于剪切杆(3)的直径。

5、根据权利要求1所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：当在圆孔(17)内装有拉杆(15)时，上下封板(5)所开的圆孔(17)为球面形孔，球面形孔的直径大于或等于叠层滑板(1)上圆孔(17)的直径，球心位于上下封板(5)的外表面，上下封板(6)所开圆孔(17)的直径等于或大于叠层滑板(1)所开圆孔(17)的直径，上下封板(7)相对应圆孔(17)的位置开有圆柱形槽(18)。

6、根据权利要求4所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：剪切杆(3)是由圆柱型实心高强钢杆制成，其上、下两端的顶部为球冠形，球面形槽(8)的直径大于或等于剪切杆(3)顶部球冠形的直径，剪切杆(3)的球冠形顶部嵌在球面形槽(8)内。

7、根据权利要求5所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：拉杆(15)是由一个钢套(12)和两个螺栓(13)组成，两螺栓(13)之间通过钢套(12)连接起来，拉杆(15)两端部为半球形铰(14)，分别与螺栓(13)连接，圆柱形槽(18)的直径大于或等于拉杆(15)端部半球形铰(14)的直径，拉杆(15)的两端部球形铰(14)放置在叠层滑板(1)和上下封板(5)所开的圆孔(17)内，且其弧形部位与上下封板(5)上所开的球面形孔(17)相吻合。

8、根据权利要求7所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：圆柱形槽(18)和上下封板(6)所开的圆孔(17)构成半球形铰(14)的转动空间。

9、根据权利要求1所述的锁位式全封闭摩擦消能隔震支座，其特征在于：叠层滑板(1)是由多层低摩擦系数的刚性材料薄板或耐磨有机材料薄板叠置或交替叠置而成。