一種三維隔震支座的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維隔震支座，包括從下至上依次設(shè)置的下連接板（1）、水平隔震支座（3）、中連接板（2）、碟形彈簧豎向隔震裝置和上連接板（4）。豎向隔振措施由粘滯流體阻尼器、碟形彈簧組和保證豎向隔振措施正常工作的若干連接板、導(dǎo)向?qū)U、限位螺栓、環(huán)形彈簧等其他輔助措施組成。通過(guò)增設(shè)豎向隔震措施對(duì)傳統(tǒng)隔震支座進(jìn)行改進(jìn)，使其能抵抗豎向振動(dòng)及豎向小震作用，使結(jié)構(gòu)具備一定的豎向隔振（震）能力。
【專利說(shuō)明】
一種三維隔震支座

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)領(lǐng)域，具體涉及一種三維隔震支座，用于質(zhì)量較小的多層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和對(duì)質(zhì)量較小的振動(dòng)敏感的設(shè)備儀器的隔振應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]基礎(chǔ)隔震是近些年來(lái)發(fā)展的一種用于房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的隔震技術(shù)，其特點(diǎn)是有效隔斷水平地震作用由基礎(chǔ)傳遞至上部結(jié)構(gòu)，以此減小上部結(jié)構(gòu)的水平振動(dòng)。現(xiàn)有產(chǎn)品主要為普通橡膠隔震支座、鉛芯橡膠隔震支座、高阻尼橡膠支座等。各種隔震支座產(chǎn)品已廣泛應(yīng)于多、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震應(yīng)用中。多維地震的研宄雖已取得一些突破性進(jìn)展，但應(yīng)用于實(shí)踐較少；而目前比較成熟的應(yīng)用在工程實(shí)踐的結(jié)構(gòu)抗震分析的理論已達(dá)到三維水平，所以結(jié)構(gòu)在三維地震作用下的基礎(chǔ)隔震研宄尤為重要。三維地震作用下，由于建筑結(jié)構(gòu)豎向剛度要求和豎向隔震有沖突，目前用于豎向隔震的隔震裝置較少，并且現(xiàn)階段的研宄、試驗(yàn)采用的隔震裝置也多局限于水平方向的地震的隔震。本發(fā)明在傳統(tǒng)水平隔震支座的基礎(chǔ)上，構(gòu)造出一種能夠用于三維隔震的復(fù)合支座，是解決結(jié)構(gòu)豎向隔震難題的一種有效方式。
[0003]地震災(zāi)害給人類帶來(lái)不可估量的生命財(cái)產(chǎn)損失，基礎(chǔ)隔震體系是在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置某種隔震消能裝置，以減小地震能量向上部的傳輸，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。
[0004]建筑基礎(chǔ)水平隔震技術(shù)研宄已經(jīng)取得了令人矚目的成果，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中。但是，豎向地震引起的豎向振動(dòng)的隔震研宄卻相對(duì)非常較少。在實(shí)際工程中，建筑物的隔震層為上部結(jié)構(gòu)提供豎向穩(wěn)定支承，顯著降低豎向剛度是困難的。所以，建筑物豎向隔震設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何在保證為上部結(jié)構(gòu)提供有效豎向支承的同時(shí)，大幅度提高隔震后結(jié)構(gòu)的豎向周期。由于結(jié)構(gòu)的豎向剛度要求和豎向隔震功能有沖突，所以本發(fā)明主要針對(duì)小質(zhì)量的多層建筑設(shè)計(jì)。
[0005]同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研宄中，有些設(shè)備儀器對(duì)于微小振動(dòng)(如機(jī)器馬達(dá)引起的振動(dòng)、戶外車輛引起的振動(dòng)、地鐵振動(dòng)等)非常敏感，極小的振動(dòng)也會(huì)干擾這些設(shè)備儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這些微小振動(dòng)也包括水平振動(dòng)和豎向振動(dòng)，但是與地震作用不同，這些微小振動(dòng)振幅較小，頻率較大。普通的隔震支座對(duì)于減小高頻振動(dòng)表現(xiàn)不佳，也需要開發(fā)相應(yīng)的隔震技術(shù)來(lái)保障這些設(shè)備儀器的正常工作。
[0006]綜上所述，開發(fā)一種能夠同時(shí)隔離水平地震作用和豎向地震作用，調(diào)整參數(shù)后也能用于隔離水平向和豎向高頻低幅振動(dòng)的三維隔震支座具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)目前普通水平隔震支座尚無(wú)法有效解決的豎向隔震問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)具有水平和豎向隔震能力的三維隔震支座，該三維隔震支座在水平方向和豎直方向同時(shí)具有良好的耗能能力，并且具有必要的豎向抗拉性能。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述方案，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是: 本發(fā)明三維隔震支座包括從下至上依次設(shè)置的下連接板、水平隔震支座、中連接板、碟形彈簧豎向隔震裝置和上連接板。
[0009]所述碟形彈簧豎向隔震裝置包括從內(nèi)到外依次同圓心設(shè)置的粘滯流體阻尼器、碟形彈簧和若干導(dǎo)向?qū)U。
[0010]所述粘滯流體阻尼器包括粘滯流體阻尼器活塞、粘滯流體、粘滯流體阻尼器外筒、導(dǎo)向套筒和環(huán)形彈簧；所述粘滯流體阻尼器外筒的上端與上連接板的下表面連接；所述粘滯流體阻尼器活塞設(shè)置于粘滯流體阻尼器外筒內(nèi)，位于粘滯流體阻尼器中心，且所述粘滯流體阻尼器活塞的下端與所述中連接板的上表面剛性連接；在所述粘滯流體阻尼器外筒與粘滯流體阻尼器活塞之間設(shè)置有環(huán)形阻尼孔；所述導(dǎo)向套筒設(shè)置于所述中連接板上表面；在所述導(dǎo)向套筒內(nèi)設(shè)置有所述環(huán)形彈簧，所述環(huán)形彈簧一端與中連接板上表面接觸，環(huán)形彈簧的另一端與所述粘滯流體阻尼器外筒的下端接觸，所述粘滯流體阻尼器外筒能夠在所述導(dǎo)向套筒內(nèi)上下移動(dòng)；在所述粘滯流體阻尼器活塞與粘滯流體阻尼器外筒之間填充粘滯流體，為所述粘滯流體阻尼器活塞在所述粘滯流體阻尼器外筒中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供粘滯阻尼。
[0011]所述導(dǎo)向?qū)U通過(guò)固定螺栓與所述上連接板的下表面連接，且所述導(dǎo)向?qū)U貫穿所述中連接板的導(dǎo)向孔，并在所述導(dǎo)向?qū)U下端設(shè)置限位螺栓。
[0012]水平隔震支座為高阻尼橡膠隔震支座。
[0013]在所述中連接板和上連接板之間設(shè)置的碟形彈簧豎向隔震裝置為一組或多組。
[0014]在豎向地震作用下，粘滯流體阻尼器活塞與中連接板剛性連接，中連接板2能在豎直方向帶動(dòng)阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)，活塞在豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起阻尼器中粘滯流體的流動(dòng)。粘滯流體從環(huán)形阻尼孔向粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)的反方向流動(dòng)，產(chǎn)生粘滯阻尼力，阻礙粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)。粘滯流體阻尼器也可根據(jù)需求調(diào)整粘滯流體種類、阻尼孔數(shù)量和直徑等調(diào)整阻尼力出力。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明在保證隔震支座水平隔震能力的前提下，通過(guò)增設(shè)碟形彈簧組和粘滯流體阻尼器提高隔震支座的豎向隔震能力?，F(xiàn)有的豎向隔震支座通常只采用碟形彈簧組進(jìn)行豎向隔震，豎向隔震能力有限。發(fā)明利用碟形彈簧組中部的空間，加設(shè)粘滯流體阻尼器，在粘滯流體阻尼器的粘滯流體阻尼器外筒與粘滯流體阻尼器活塞之間設(shè)置環(huán)形阻尼孔，在豎向地震作用下，粘滯流體從環(huán)形阻尼孔向粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)的反方向流動(dòng)，產(chǎn)生粘滯阻尼力，阻礙粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)；因此粘滯流體阻尼器有著良好的消能能力。本發(fā)明采用碟形彈簧組和粘滯流體阻尼器兩種方式來(lái)保證豎向隔震能力，且本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明新型三維隔震支座示意圖；
圖2為本發(fā)明新型三維隔震支座俯視圖；
圖3為本發(fā)明新型三維隔震支座A-A截面示意圖；
圖4為本發(fā)明新型三維隔震支座B-B截面示意圖。
[0017]圖中:1、下連接板，2、中連接板，3、水平隔震支座，4、上連接板，5、碟形彈簧，6、粘滯流體阻尼器活塞，7、粘滯流體，8、粘滯流體阻尼器外筒，9、導(dǎo)向?qū)U，10、固定螺栓，11、限位螺栓，12、導(dǎo)向套筒，13、環(huán)形彈簧。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019]如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明三維隔震支座包括下連接板1、中連接板2、水平隔震支座3、上連接板4、碟形彈簧5、粘滯流體阻尼器活塞6、粘滯流體7、粘滯流體阻尼器外筒8、導(dǎo)向?qū)U9、固定螺栓10、限位螺栓11、導(dǎo)向套筒12、環(huán)形彈簧13。
[0020]如圖1所示，中連接板2與粘滯流體阻尼器活塞6剛性連接，中連接板2和粘滯流體阻尼器活塞6能同時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。中連接板2內(nèi)側(cè)有一環(huán)形導(dǎo)向套筒12，可以套接粘滯流體阻尼器外筒8，外筒8下墊有環(huán)形彈簧13。水平隔震支座3與碟形彈簧5通過(guò)中連接板2相連。導(dǎo)向?qū)U9上端通過(guò)固定螺栓10固定在上連接板4上，導(dǎo)向?qū)U9的下端通過(guò)限位螺栓11與中連接板2相連，限位螺栓11不限制導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)，但能約束導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)的最大位移。
[0021]如圖1和圖3所示，所述中連接板2和上連接板4之間設(shè)置有多組碟形彈簧5，碟形彈簧5中心處設(shè)置圓筒形粘滯流體阻尼器，圓筒形粘滯流體阻尼器與中間連接板2剛性連接，在上連接板4和中連接板2中設(shè)置環(huán)形分布若干根導(dǎo)向?qū)U9，導(dǎo)向?qū)U9與中連接板2采用限位螺栓11連接，與上連接板4采用固定螺栓10剛性連接。上連接板4內(nèi)側(cè)有一圓環(huán)形限位套筒。粘滯流體阻尼器外筒8套進(jìn)上連接板的導(dǎo)向套筒里，外筒下墊有一環(huán)形彈簧13，使上連接板4和粘滯流體阻尼器活塞6能順利活動(dòng)。碟形彈簧中心處設(shè)置一圓柱形粘滯流體阻尼器，阻尼器中有活塞6與中連接板2剛性連接，阻尼器內(nèi)裝有高阻尼的粘滯流體7，粘滯流體阻尼器的活塞6在粘滯流體7中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞6能隨著上連接板2 —起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)碟形彈簧之5間的摩擦阻尼和粘滯流體阻尼器的粘滯阻尼豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)消耗豎向地震作用的能量。
[0022]如圖4所示，水平隔震支座3采用高阻尼橡膠，主要用于隔離水平方向的地震作用。高阻尼橡膠具有較高的阻尼比，能有效消耗水平方向的地震能量。高阻尼橡膠支座的豎向剛度均較大，不能隔離豎向地震及地鐵作用引起的豎向振動(dòng)作用，豎向地震將傳遞給上部的碟形彈簧5。水平隔震支座3上部與中連接板2相連，下部與下連接板4相連。
[0023]本發(fā)明上僅有結(jié)構(gòu)荷載并無(wú)地震作用時(shí)，本發(fā)明的高阻尼水平隔震支座3受壓產(chǎn)生一定形變。由于本發(fā)明適用在質(zhì)量較小的多層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和對(duì)質(zhì)量較小的振動(dòng)敏感的設(shè)備儀器上，粘滯流體阻尼器外筒8和粘滯流體阻尼器外筒8下的環(huán)形彈簧13有足夠的豎向剛度承受上部房屋或儀器的重量，碟形彈簧5和粘滯流體阻尼器活塞6雖然也會(huì)發(fā)生豎向位移，但是并不會(huì)發(fā)生受壓破壞。同時(shí)，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的具體荷載來(lái)調(diào)整環(huán)形彈簧13的重量，可以保證豎向隔震系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)樯喜亢奢d壓實(shí)而喪失豎向隔震效果。
[0024]在豎向地震作用下，本發(fā)明的高阻尼水平隔震支座3由于豎向剛度較大，豎向隔震能力較差。上部的碟形彈簧受壓或者受拉發(fā)生豎向位移，粘滯流體阻尼器中的粘滯流體阻尼器活塞6也因此發(fā)生豎向位移，在粘滯流體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)粘滯流體的粘滯阻尼消耗能量。同時(shí)，碟形彈簧的碟形彈簧會(huì)在豎向受壓和受拉，碟形彈簧之間會(huì)因此產(chǎn)生摩擦，一部分豎向地震能量通過(guò)碟形彈簧的摩擦阻尼耗散。為了避免因?yàn)榈卣鹱饔眠^(guò)大使得碟形彈簧或者粘滯流體阻尼器破壞，當(dāng)中連接板2帶動(dòng)粘滯流體阻尼器活塞6產(chǎn)生豎向移動(dòng)時(shí)，限位螺栓11和環(huán)形彈簧13可以限制中連接板2的位移，保證支座不產(chǎn)生過(guò)大的豎向位移，防止其破壞。
[0025]在豎向地震作用下，粘滯流體阻尼器活塞6與中連接板2剛性連接，中連接板2能在豎直方向帶動(dòng)阻尼器活塞6運(yùn)動(dòng)，活塞6在豎向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起阻尼器中粘滯流體7的流動(dòng)。粘滯流體7可選用尚桐度尚粘度的液體(如娃油等)。粘滯流體從環(huán)形阻尼孔向粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)的反方向流動(dòng)，產(chǎn)生粘滯阻尼力，阻礙粘滯流體阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)。粘滯流體阻尼器也可根據(jù)需求調(diào)整粘滯流體種類、阻尼孔數(shù)量和直徑等調(diào)整阻尼力出力。
[0026]在水平地震作用下，地震作用先傳入高阻尼橡膠隔震支座3，高阻尼橡膠層和鋼板在水平地震作用下發(fā)生剪切變形，消耗了較多的地震能量，傳往上部豎向隔震系統(tǒng)的地震作用不會(huì)太大。由于豎向隔震系統(tǒng)中圓筒形粘滯流體阻尼器外筒8及導(dǎo)向?qū)U9具有一定的水平剛度，可以抵抗傳遞來(lái)的水平地震的剪切作用。豎向隔震系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生較大的水平相對(duì)位移。
[0027]根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)的要求，在水平和豎向地震作用下，普通隔震支座允許承受IMPa的拉應(yīng)力。然而在承受拉應(yīng)力的情況下，碟形彈簧與上連接板4發(fā)生脫開。為了防止該情況，中連接板2與限位螺栓11發(fā)生接觸，避免本發(fā)明整體失穩(wěn)。
[0028]所述導(dǎo)向?qū)U9與中連板2孔壁的接觸面應(yīng)涂抹低摩擦材料(如石墨、聚四氟乙烯等)，減小導(dǎo)向?qū)U9豎向滑動(dòng)的摩擦，所述上連接板4的導(dǎo)向套筒與圓筒形粘滯流體阻尼器外筒8的接觸面也應(yīng)涂抹低摩擦材料，減小碟形彈簧與粘滯流體阻尼器外筒8之間的摩擦力。
【權(quán)利要求】
1.一種三維隔震支座，其特征在于，包括從下至上依次設(shè)置的下連接板(I )、水平隔震支座(3)、中連接板(2)、碟形彈簧豎向隔震裝置和上連接板(4); 所述碟形彈簧豎向隔震裝置包括從內(nèi)到外依次同圓心設(shè)置的粘滯流體阻尼器、碟形彈簧(5)和若干導(dǎo)向?qū)U(9)； 所述粘滯流體阻尼器包括粘滯流體阻尼器活塞(6)、粘滯流體(7)、粘滯流體阻尼器外筒(8)、導(dǎo)向套筒(12)和環(huán)形彈簧(13);所述粘滯流體阻尼器外筒(8)的上端與上連接板(4)的下表面連接；所述粘滯流體阻尼器活塞(6)設(shè)置于粘滯流體阻尼器外筒(8)內(nèi)，位于粘滯流體阻尼器中心，且所述粘滯流體阻尼器活塞(6)的下端與所述中連接板(2)的上表面剛性連接；在所述粘滯流體阻尼器外筒(8)與粘滯流體阻尼器活塞(6)之間設(shè)置有環(huán)形阻尼孔；所述導(dǎo)向套筒(12)設(shè)置于所述中連接板(2)上表面；在所述導(dǎo)向套筒(12)內(nèi)設(shè)置有所述環(huán)形彈簧(13)，所述環(huán)形彈簧(13) —端與中連接板(2)上表面接觸，環(huán)形彈簧(13)的另一端與所述粘滯流體阻尼器外筒(8)的下端接觸，所述粘滯流體阻尼器外筒(8)能夠在所述導(dǎo)向套筒(12)內(nèi)上下移動(dòng)；在所述粘滯流體阻尼器活塞(6)與粘滯流體阻尼器外筒(8 )之間填充粘滯流體(7 ); 所述導(dǎo)向?qū)U(9)通過(guò)固定螺栓(10)與所述上連接板(4)的下表面連接，且所述導(dǎo)向?qū)U(9)貫穿所述中連接板(2)的導(dǎo)向孔，并在所述導(dǎo)向?qū)U(9)下端設(shè)置限位螺栓(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維隔震支座，其特征在于，水平隔震支座(3)為高阻尼橡膠隔震支座。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維隔震支座，其特征在于，在所述中連接板(2)和上連接板(4)之間設(shè)置的碟形彈簧豎向隔震裝置為一組和多組。
【文檔編號(hào)】F16F13/00GK104455189SQ201410595648
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】李愛群, 王驍宇, 王維, 趙帥, 李大強(qiáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)