一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座的制作方法
【專利摘要】一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，屬于減隔震【技術(shù)領(lǐng)域】，結(jié)構(gòu)中包括上支座板、中間襯板、及下支座板，所述的中間襯板由上雙球面襯板、及下雙球面襯板組成，上支座板的下端面是與上雙球面襯板的上球面曲率半徑相同的曲面，下支座板的上端面是與下雙球面襯板的下球面曲率半徑相同的曲面，上雙球面襯板的下球面的曲率半徑與下雙球面襯板的上球面的曲率半徑相同，上支座板與上雙球面襯板之間、上雙球面襯板與下雙球面襯板之間、及下雙球面襯板與下支座板之間形成三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。采用兩個雙球面襯板改變支座在不同地震狀態(tài)下曲率半徑，實現(xiàn)水平剛度的變化，具有有效減小橋梁結(jié)構(gòu)抗震剛度、降低地震響應(yīng)的作用，起到“多級設(shè)防、分級耗能”的減隔震效果。
【專利說明】一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于減隔震【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種在橋梁、房建上應(yīng)用的一種摩擦擺式減隔震支座，具體地說是一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個地震多發(fā)的國家，近年來，隨著全球地震的頻發(fā)，工程結(jié)構(gòu)的抗震減災(zāi)技術(shù)受到各大工程設(shè)計單位的重視，傳統(tǒng)加大結(jié)構(gòu)尺寸的剛性抗震措施已經(jīng)逐漸被快速發(fā)展的減隔震技術(shù)所代替。目前世界各國有多種減隔震支座的方式，其中常用的有摩擦阻尼型、液壓阻尼型和摩擦擺式減隔震支座，以及鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座等。摩擦擺式減隔震支座是20世紀80年代末在美國研制而成，早期主要用于房屋建筑結(jié)構(gòu)上。摩擦擺式減隔震支座的本質(zhì)是摩擦阻尼型支座，它是依靠兩個球面的摩擦來實現(xiàn)支座的正常功能和減隔震功能。支座的上支座板或下支座板是一個較大半徑的凹球面，地震時支座中心部分的雙球面襯板沿凹球面發(fā)生擺動位移，利用簡單的鐘擺機理延長下部結(jié)構(gòu)的自振周期，以減少地震力的作用，同時在地震時，支座的標高會發(fā)生變化，使上部結(jié)構(gòu)抬升，通過勢能做功，利用摩擦消能，達到消耗地震能量的目的，支座在地震后，可以通過上部結(jié)構(gòu)的自重進行自動復(fù)位。
[0003]目前國內(nèi)外均采用的上述傳統(tǒng)意義上的摩擦擺式減隔震支座，支座的鐘擺結(jié)構(gòu)的曲率半徑只有一個，其水平位移剛度也非常固定，具有唯一性、不可變性，但由于地震具有不可預(yù)測性，特別是近幾年罕遇地震時有發(fā)生，時刻威脅著人民生命財產(chǎn)的安全，所有研制一款可以在常遇地震時可以發(fā)揮支座水平剛度小，隔震周期長的優(yōu)點；在罕遇地震時，支座的水平剛度可以自動增加，阻尼比變大，能夠很好的抵抗地震力的作用，并且具有防落梁的功能的支座是大勢所趨。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型為了解決以上問題，設(shè)計了一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，可以利用支座的剛度變化來適應(yīng)地震烈度大小變化，預(yù)防罕遇地震的發(fā)生；又能利用上下支座板的限位裝置起到防落梁的作用，起到多級減震、多級防護的減震效果。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，結(jié)構(gòu)中包括上支座板、中間襯板、及下支座板，關(guān)鍵在于:所述的中間襯板由上雙球面襯板、及下雙球面襯板組成，上支座板的下端面是與上雙球面襯板的上球面曲率半徑相同的曲面，下支座板的上端面是與下雙球面襯板的下球面曲率半徑相同的曲面，上雙球面襯板的下球面的曲率半徑與下雙球面襯板的上球面的曲率半徑相同，上支座板與上雙球面襯板之間、上雙球面襯板與下雙球面襯板之間、及下雙球面襯板與下支座板之間形成三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。
[0006]上雙球面襯板的上球面曲率半徑與其下球面曲率半徑不同,上雙球面襯板的上球面曲率半徑與下雙球面襯板的下球面曲率半徑相同。[0007]本實用新型與普通摩擦擺式減隔震支座不同點在于:普通摩擦擺式減隔震支座為一道摩擦擺結(jié)構(gòu)，而本實用新型設(shè)計兩道摩擦擺結(jié)構(gòu)。其工作原理如下:在非地震狀態(tài)下，本實用新型所述支座可作為一普通球型支座，具有普通球型支座的所有功能；當多發(fā)常遇地震時,地震水平力超過了剪力螺栓的設(shè)計值,剪力螺栓剪斷，限位擋塊失去了限位功能，此時第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，功能實現(xiàn)與傳統(tǒng)摩擦擺式支座相同；當有罕遇地震發(fā)生時，第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)的水平位移將滑移到極限，即剪力螺栓設(shè)計值，上支座板上設(shè)置的第一凸起將和上雙球面襯板發(fā)生接觸限位，第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)失效，同時上雙球面襯板和中球面滑板產(chǎn)生轉(zhuǎn)動滑移，第二道摩擦擺發(fā)揮作用，并且水平阻尼力和水平剛度變大，再次起到了阻尼減震的作用，并且第二道摩擦擺滑移到極限時均有限位結(jié)構(gòu)，避免發(fā)揮落梁的危險。
[0008]本實用新型的有益效果是:采用不同曲率半徑的兩道摩擦擺組合形式來實現(xiàn)支座在不同情況下的剛度要求，具有有效減小橋梁結(jié)構(gòu)抗震剛度、降低地震響應(yīng)的作用，在罕遇地震的發(fā)生時能起到很好的減隔震效果。
[0009]以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是圖1的俯視圖。
[0012]圖3是圖1中A的放大圖。
[0013]圖4是圖1中B的放大圖。
[0014]圖5是本實用新型第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6是圖5的俯視圖。
[0016]圖7是本實用新型第三種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖8是圖7的俯視圖。
[0018]圖9是本實用新型的滯回曲線圖。
[0019]附圖中，I是下支座板,2是上支座板,3是防塵密封圈,4是上球面滑板,5是上雙球面襯板，6是中間球面滑板，7是下雙球面襯板，8是下球面滑板，9是剪力螺栓，10是限位擋塊，11是不銹鋼條，12是滑條，13是上錨固螺栓組件，14是下錨固螺栓組件，P代表第一凸起，Q代表第二凸起。
【具體實施方式】
[0020]一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，結(jié)構(gòu)中包括上支座板2、中間襯板、及下支座板1，重要的是:所述的中間襯板由上雙球面襯板5、及下雙球面襯板7組成，上支座板2的下端面是與上雙球面襯板5的上球面曲率半徑相同的曲面，下支座板I的上端面是與下雙球面襯板7的下球面曲率半徑相同的曲面，上雙球面襯板5的下球面的曲率半徑與下雙球面襯板7的上球面的曲率半徑相同，上支座板2與上雙球面襯板5之間、上雙球面襯板5與下雙球面襯板7之間、及下雙球面襯板7與下支座板I之間形成三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。
[0021]上雙球面襯板5的上球面曲率半徑與其下球面曲率半徑不同,上雙球面襯板5的上球面曲率半徑與下雙球面襯板7的下球面曲率半徑相同。這樣，利用三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副形成了與傳統(tǒng)摩擦擺式減隔震支座不同的支座，使該支座具有兩道摩擦擺結(jié)構(gòu)。
[0022]所述的上支座板2的下端面是球面，下支座板I的上端面是球面，兩球面的球面球心在同一豎直面內(nèi)。
[0023]在上雙球面襯板5上設(shè)置與其上球面曲率半徑相同的上球面滑板4，上雙球面襯板5借助上球面滑板4與上支座板2形成第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副；在下雙球面襯板7上設(shè)置與其下球面曲率半徑相同的下球面滑板8，下雙球面襯板7借助下球面滑板8與下支座板I形成第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副；在上雙球面襯板5與下雙球面襯板7之間設(shè)置與下雙球面襯板的上球面曲率半徑相同的中間球面滑板6，中間球面滑板6與下雙球面襯板7形成第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副和第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副具有相同的曲率半徑，形成了擺式減隔震結(jié)構(gòu)，在地震作用下起到第一道的減震作用，第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副與第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副形成第二道的的減震作用。
[0024]在上支座板2與上雙球面襯板5之間、上雙球面襯板5與下雙球面襯板7之間、及下雙球面襯板7與下支座板I之間均設(shè)置有防塵密封圈3。
[0025]所述的上支座板2的四周設(shè)置有借助剪力螺栓9固定的一組限位擋塊10，限位擋塊10上設(shè)置有不銹鋼條11、下支座板2上設(shè)置有滑條12，限位擋塊10與下支座板2之間借助不銹鋼條11與滑條12的配合形成滑動副。當?shù)卣鹆Τ^剪力螺栓9的設(shè)計值時，限位擋塊10的限位作用失效，本支座的摩擦擺結(jié)構(gòu)將發(fā)揮作用。
[0026]在上支座板2的下端面上設(shè)置有限制上雙球面襯板5定量滑移的第一凸起P，在下支座板I的上端面上也設(shè)置有限制下雙球面襯板7定量滑移的第二凸起Q。當?shù)谝坏滥Σ翑[結(jié)構(gòu)的滑移量超過其設(shè)計值時，上雙球面襯板5將被上支座板2的第一凸起P卡住，限制其滑移，同時第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副和第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副將重新組合成新的摩擦擺式減隔震結(jié)構(gòu)，起到第二道的減震作用。當?shù)诙滥Σ翑[結(jié)構(gòu)的滑移量超過其設(shè)計值時，下雙球面襯板7也將被下支座板I的第二凸起Q卡住，限制其滑移，防止落梁的產(chǎn)生。
[0027]為了避免發(fā)生局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，所述的第一凸起P的限位接觸面為斜面，該斜面垂直于上支座板2的下端面球面的切線。這樣使斜面與上雙球面襯板5外圓側(cè)面在此處為面接觸。
[0028]所述的第二凸起Q的限位接觸面為斜面，該斜面垂直于下支座板I的下端面球面的切線。這樣使斜面與下雙球面襯板7外圓側(cè)面在此處為面接觸。
[0029]在具體實施時，請參見圖1、圖2，是本實用新型的第一種實施例，命名為單向活動型可變化水平位移剛度的摩擦擺式減隔震支座，該支座結(jié)構(gòu)中包括上錨固螺栓組件13、下錨固螺栓組件14、上支座板2、下支座板1、及位于上支座板2與下支座板I之間的上雙球面襯板5和下雙球面襯板7 ;所述的上雙球面襯板5和下雙球面襯板7之間設(shè)置有與其球面相匹配的中間球面滑板6，上雙球面襯板5和與上支座板2之間設(shè)置有上球面滑板4，下雙球面襯板7和與下支座板I之間設(shè)置有下球面滑板8，所述的上球面滑板4的球面和上支座板2與之匹配的球面組成第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副，下球面滑板8的球面和下支座板I與之匹配的球面組成第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副，中間球面滑板6的球面和下雙球面襯板7與之匹配的球面組成第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副；所述的上支座板2和上雙球面襯板5之間、上雙球面襯板5和下雙球面襯板7之間、下雙球面襯板7和下支座板I之間設(shè)置防塵密封圈3 ;所述的上支座板2的四周設(shè)置有借助剪力螺栓9固定的一組限位擋塊10，限位擋塊10上設(shè)置有不銹鋼條11、下支座板2上設(shè)置有滑條12，限位擋塊10與下支座板2之間借助不銹鋼條11與滑條12的配合形成滑動副；所述的第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副和第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副具有相同的曲率半徑，形成了第一道摩擦擺式減隔震結(jié)構(gòu)，所述的第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副與第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副亦可形成第二道摩擦擺式減隔震結(jié)構(gòu)；所述的上球面滑板4與下球面滑板8的球面球心在一條垂直中心線上；所述的上支座板2和下支座板I上分別設(shè)置有限制上、下雙球面襯板定量滑移的第一凸起P、第二凸起Q，其中第一凸起P、第二凸起Q的限位接觸面均為斜面，斜面與各自球面的外圓邊緣為面接觸；所述的限位擋塊10和下支座板I之間設(shè)置有減小摩阻力的滑動摩擦副，該滑動摩擦副由設(shè)置于限位擋塊10側(cè)面的不銹鋼條11和設(shè)置于下支座板I上的滑條12組成。
[0030]工作原理:當?shù)卣饋砼R時，支座承受的水平力大于剪力螺栓9的設(shè)計剪斷力時，剪力螺栓9將被剪斷，支座進入減震工作狀態(tài)；第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副和第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副形成了第一道摩擦擺的基本結(jié)構(gòu)，由于其曲率半徑大，水平摩阻力小，剪力螺栓9剪斷后其發(fā)揮第一道減隔震作用；當上雙球面襯板5的外圓邊緣與上支座板2的第一凸起P接觸時第一道減隔震功能失效，第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副會自動與第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副形成第二道新的摩擦擺結(jié)構(gòu)，發(fā)揮了第二道減隔震作用，由于其曲率半徑小，其水平阻尼力會增力口，水平剛度也隨之發(fā)生變化，產(chǎn)生了變化水平位移剛度的效果；當下雙球面襯板7的外圓邊緣與下支座板I設(shè)置的第二凸起Q接觸時，支座的水平位移將被限制住，防止上部和下部結(jié)構(gòu)的脫節(jié)，起到了防落梁的目的。
[0031]參看圖4和圖5為本實用新型第二種實施例，命名為固定型可變化水平位移剛度的摩擦擺式減隔震支座，與上述第一種實施例的區(qū)別在于將單個限位擋塊10分為兩體，兩體之間形成的凹槽與下支座板I設(shè)置的凸起形成卡榫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了支座水平方向限制位移的作用。
[0032]參看圖6和圖7為本實用新型的第三種實施例，命名為多向活動型可化水平位移剛度的摩擦擺式減隔震支座，與上述第一種實施例的區(qū)別在于將限位擋塊10去除，可實現(xiàn)支座水平各方向滑移的作用。
[0033]圖7為本實用新型支座水平運動的滯回曲線圖，圖中DO為摩擦屈服位移，PO為摩擦副屈服力，KO為滑移屈服前剛度，Dl為第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)的最大屈服位移，Pl為第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)的最大屈服力，Kl為第一道摩擦擺結(jié)構(gòu)屈服剛度，D2為第二道摩擦擺結(jié)構(gòu)的最大屈服位移，P2為第二道摩擦擺結(jié)構(gòu)的最大屈服力，K2為第二道摩擦擺結(jié)構(gòu)屈服剛度。從滯回曲線圖可以看出，支座具有明顯變剛度的減震效果，和傳統(tǒng)的摩擦擺相比，曲線的包絡(luò)面積更大，支座的阻尼效果更加明顯，起到了多級預(yù)防、多層保護的減隔震效果，在極限位移情況下具有防落梁的功能，特別適用于地震多發(fā)地區(qū)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，結(jié)構(gòu)中包括上支座板(2)、中間襯板、及下支座板(I)，其特征在于:所述的中間襯板由上雙球面襯板(5)、及下雙球面襯板(7)組成，上支座板(2)的下端面是與上雙球面襯板(5)的上球面曲率半徑相同的曲面，下支座板(1)的上端面是與下雙球面襯板(7)的下球面曲率半徑相同的曲面，上雙球面襯板(5)的下球面的曲率半徑與下雙球面襯板(7)的上球面的曲率半徑相同，上支座板(2)與上雙球面襯板(5)之間、上雙球面襯板(5)與下雙球面襯板(7)之間、及下雙球面襯板(7)與下支座板(I)之間形成三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:上雙球面襯板(5)的上球面曲率半徑與其下球面曲率半徑不同，上雙球面襯板(5)的上球面曲率半徑與下雙球面襯板(7)的下球面曲率半徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:所述的上支座板(2)的下端面是球面，下支座板(I)的上端面是球面，兩球面球心在同一豎直面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:在上雙球面襯板(5)上設(shè)置與其上球面曲率半徑相同的上球面滑板(4)，上雙球面襯板(5)借助上球面滑板(4)與上支座板(2)形成第一對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副；在下雙球面襯板(7)上設(shè)置與其下球面曲率半徑相同的下球面滑板(8)，下雙球面襯板(7)借助下球面滑板(8)與下支座板(I)形成第二對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副；在上雙球面襯板(5)與下雙球面襯板(7)之間設(shè)置與下雙球面襯板的上球面曲率半徑相同的中間球面滑板(6)，中間球面滑板(6)與下雙球面襯板(7)形成第三對曲面摩擦轉(zhuǎn)動副。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:在上支座板(2)與上雙球面襯板(5)之間、上雙球面襯板(5)與下雙球面襯板(7)之間、及下雙球面襯板(7)與下支座板(I)之間均設(shè)置有防塵密封圈(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:所述的上支座板(2)的四周設(shè)置有借助剪力螺栓(9)固定的一組限位擋塊(10)，限位擋塊(10)上設(shè)置有不銹鋼條(11)、下支座板(2)上設(shè)置有滑條(12)，限位擋塊(10)與下支座板(2)之間借助不銹鋼條(11)與滑條(12)的配合形成滑動副。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:在上支座板(2)的下端面上設(shè)置有限制上雙球面襯板(5)定量滑移的第一凸起(P)，在下支座板(I)的上端面上也設(shè)置有限制下雙球面襯板(7)定量滑移的第二凸起(Q)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:所述的第一凸起(P)的限位接觸面為斜面，該斜面垂直于上支座板(2)的下端面球面的切線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可自調(diào)水平剛度的摩擦擺式減隔震支座，其特征在于:所述的第二凸起(Q)的限位接觸面為斜面，該斜面垂直于下支座板(I)的下端面球面的切線。
【文檔編號】E01D19/04GK203569474SQ201320676062
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張洪旺, 裴薈蓉, 賈雙雙, 張顯宗, 于俊凱, 趙保鋒, 肖鐵嶺, 艾國寧 申請人:衡水橡膠股份有限公司