專利名稱：一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，主要用于房屋及橋梁等建筑物的基礎隔震，也可用于儀器、設備的隔振減振，屬于結構隔震控制與振動控制技術領域。
背景技術：
在橋梁、建筑結構的設計施工中，必須考慮到地震、振動等對工程結構造成的影響。支座是工程建設中大量應用的一種結構隔震裝置，其不但要把建筑結構的上部結構的重量傳遞給下部結構，而且還要具有減隔震的作用。
隔震是結構振動控制中研究最早、應用最廣的一項減震技術。它的基本原理在于通過設置隔震裝置使得結構體系的水平剛度降低，使其自振周期延長，遠離上部結構的自振周期和場地卓越周期，從而把地面運動有效的隔離開來，達到減震的效果。基礎隔震是在上部結構和基礎之間設置隔震層，通過隔震層的隔震系統來限制和吸收傳入結構的地震能量。理論研究與工程實踐表明，基礎隔震技術是建筑物抵御地震災害的最有效方法之一。現有的安裝在建筑物上部結構與基礎之間的隔震支座很多，常見的如由薄橡膠板和薄鋼板交替疊合而成的疊層橡膠支座，由砂墊層、石磨層、不銹鋼板和聚縮醛樹脂為滑動材料構成的普通滑動支座等等，這些隔震支座的缺點或是對材料要求高、制作難度大，或是成本昂貴，不具備自動復位的性能。
目前，在工程結構隔震研究中，國內外學者對于水平隔震的研究開展了很多工作，而對豎向隔震的研究涉及較少。一般認為，水平地震對結構的破壞起控制作用，因此對隔震的研究長期以來集中在水平隔震上，并且在這方面已經取得了很多成果，尤其是疊層鋼板橡膠支座基礎隔震技術應用最多。但大量地震震害表明，豎向地震對結構物的影響有時是不能忽視的，它的作用有時會超過水平地震作用。特別對一些高烈度區和震中附近的區域，豎向地震分量非常明顯，有時達到水平地震分量的2/3以上。由于結構豎向剛度大，其豎向固有周期與豎向地震波卓越周期相近，因而結構的豎向震動特性值得關注和研究。
另外，不論是在建筑物還是橋梁采用隔震手段，共同的特點就是在強震過程中以隔震裝置集中產生大變形來換取結構產生較小的變形，甚至仍保持在彈性范圍內。同時，當地震較強時，由于低頻部分含有的能量也相應增加，結構反應將會明顯增大，特別當地震動能量集中在低頻段時，容易與隔震結構發生共振現象，結構反應會更大。因此為防止隔震裝置變形過大而導致滾翻失穩現象發生，又必須對其進行限位防護并使其遠離低頻共振區域。因此，急需開發一種既能限位又能時時遠離共振區域的水平和豎向三維減隔震耗能體系。
同樣，機械振動也嚴重影響結構的安全、人員的身體健康和人們的生產生活。目前雖然有較多的隔振減振器，但幾乎都是單方面隔振器，并且承載力較小，缺少大承載力的三維隔振耗能減振器。
實用新型內容本實用新型為了克服現有技術不能同時隔離與抑制水平和豎向地震作用、不能自動復位、不能限位保護、不能時時遠離共振區域以及承載力小的不足之處，提高隔震支座的隔震性能及適用范圍，防止支座變形失穩；基于傳統的隔震技術、控制方法及機械原理，提出一種能夠自動復位、承載力大、隔震周期能動可變并帶軟碰撞限位保護的變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座。
本實用新型提供了一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座。該支座主要包括有變曲率底座1、限位板2、下連接板3、滑塊4、高彈橡膠圈6、摩擦涂層7、中連接板9、碟形彈簧疊合件10、鋼圈12、凸軸13、中心軸桶14、上連接板15和阻尼器16。將下連接板3設置于基礎18之上，下連接板3上設置變曲率底座1和限位板2，將變曲率底座1套于限位板2內側，通過螺栓5將下連接板3和限位板2與基礎18相固定；變曲率底座1表面設有摩擦涂層7，限位板2上邊緣向內凸出，與變曲率底座1之間形成凹槽，變曲率底座1與限位板2凹槽間設置高彈橡膠圈6；將滑塊4置于變曲率底座1曲面中心，其上貼合中連接板9，滑塊4與中連接板9之間可以自由轉動；中連接板9上固接凸軸13和中心軸桶14，凸軸13上套有碟形彈簧疊合件10，與凸軸13動配合，碟形彈簧疊合件10之間設有阻尼材料11，碟形彈簧疊合件10外側包有鋼圈12；中心軸桶間14設置阻尼器16，阻尼器16分別通過定位螺栓8與中連接板9和上連接板15相連接，碟形彈簧疊合件10與鋼圈12和中心軸桶14間留有空隙；阻尼器16和碟形彈簧疊合件10與上連接板15相連接，凸軸13和中心軸桶14伸入上連接板9，并與上連接板9之間留有空隙，使凸軸13、中心軸桶14與上連接板15之間動配合；上連接板15通過螺栓5固定于上部結構17。
所述碟形彈簧疊合件10的對合個數至少為兩個，串連碟形彈簧疊合件10組數至少為兩組。
所述阻尼器16可為普通油阻尼器或電流變/磁流變阻尼器，阻尼器16高度大于等于碟形彈簧疊合件10總高度，阻尼器16活塞19應置于阻尼器16中間位置。
所述變曲率底座1曲面為兩種曲面的結合，中間曲面為大半徑圓弧曲面，兩側曲面為橢圓曲面。
所述滑塊4為半球形，其底面圓弧狀凸面密切貼合于摩擦涂層7，圓弧半徑與變曲率底座1中心圓弧曲面半徑一致。
所述中連接板9與滑塊4貼合處曲面為圓弧凹面，圓弧半徑同滑塊4上表面圓弧半徑，滑塊4上表面球面密切貼合于中連接板9圓弧凹面。
所述阻尼器16、凸軸13和中心軸桶14與上連接板15空隙應大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件10串連組數，h為每組碟形彈簧疊合件10之間的距離。
所述鋼圈12與上連接板15距離應大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件10串連組數，h為每組碟形彈簧疊合件10之間的距離。
所述高彈橡膠圈6的厚度應大于變曲率底座1與限位板2間的凹槽寬度。
本實用新型的工作原理如下所述當受風荷載作用下，由于滑塊4與摩擦涂層7之間的摩擦力使得滑塊4不能克服最大靜摩擦力而保持靜止不動，因而能有效控制上部結構17在風荷載作用下的變形和穩定性；當受小震或中震作用時，滑塊4克服最大靜摩擦力開始在摩擦涂層7上的中間圓弧曲面滑動，由于圓弧曲面半徑較大且結構水平自振周期僅與圓弧曲面曲率半徑有關，因此建筑物水平自振周期延長，有效隔離與抑制了水平地面運動，并通過摩擦力耗散了地震能量；同樣，在地震作用下，阻尼器16和碟形彈簧疊合件10也隨同豎向地面運動壓縮和拉伸，延長了建筑物豎向自振周期，有效隔離與抑制了豎向地面運動，并通過碟形彈簧疊合件10間的阻尼材料11以及中心軸桶14間的阻尼器16有效的吸收和耗散了豎向地震能量；當遭遇地震波中的低頻成分或者大震時，滑塊4滑動位移繼續增大，當滑動到橢圓曲面上時，由于橢圓曲面曲率不斷變化，致使隔震周期不斷改變，且滑塊位移越大，隔震周期越長，從而有效遠離低頻共振區，減小了滑塊4的過大位移；但如果滑塊4位移過大，超過變曲率底座1的限制范圍時，滑塊4則與高彈橡膠圈6發生軟碰撞保護，有效的防止了隔震裝置由于大震或低頻激勵下變形過大而導致的滾翻失穩現象發生，耗散了地震能量，且防止了硬碰撞對上部結構17的不利影響。
本實用新型的優點在于，該支座可用于隔離與抑制水平和豎向地震波引起的土木工程結構震動，大幅提高工程抗震能力，適用范圍廣。其具體優點如下1.該支座同時具有三向適宜剛度和阻尼性能，單個支座承載力大，且承載力、剛度和阻尼容易調整。
2.該支座可在上部結構自身重力作用下自行復位，并能有效防止上部建筑物扭轉及P-Δ效應。
3.該支座水平和豎向變形能力好，結構簡單，使用壽命長，抗磨損，性能穩定，加工制作容易。
圖1是本實用新型一種實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型圖1的A-A剖面圖；圖3是本實用新型圖1的B-B剖面圖；圖4是本實用新型圖1中變曲率底座1曲面示意圖；圖中1、變曲率底座，2、限位板，3、下連接板，4、滑塊，5、螺栓，6、高彈橡膠圈，7、摩擦涂層，8、定位螺栓，9、中連接板，10、碟形彈簧疊合件，11、阻尼材料，12、鋼圈，13、凸軸，14、中心軸桶，15、上連接板，16、阻尼器，17、上部結構，18、基礎，19、活塞。
具體實施方式
按照圖1～圖4所示本實用新型的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座的技術方案將市售和設計加工的部件組裝為一體，實現該支座。該支座中，各部件之間均采用常規螺栓、螺紋連接方式。
本實施例中，碟形彈簧疊合件10的對合個數為兩個，串連碟形彈簧疊合件10組數為兩組；阻尼器16為普通油阻尼器，阻尼器16高度大于碟形彈簧疊合件10總高度，活塞19置于阻尼器16中間位置；摩擦涂層7為耐磨聚四氟乙烯材料；阻尼器16、凸軸13和中心軸桶14與上連接板15空隙大于nh；鋼圈12與上連接板15距離大于等于nh；高彈橡膠圈6的厚度為兩倍的變曲率底座1與限位板2間的凹槽寬度；變曲率底座1圓弧曲面半徑R＝1米，兩側橢圓曲面長軸a＝0.3米，b＝0.09米，如圖4所示。
權利要求1.一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于該支座主要由變曲率底座(1)、限位板(2)、下連接板(3)、滑塊(4)、高彈橡膠圈(6)、摩擦涂層(7)、中連接板(9)、碟形彈簧疊合件(10)、鋼圈(12)、凸軸(13)、中心軸桶(14)、上連接板(15)和阻尼器(16)組成；其中，將下連接板(3)設置于基礎(18)之上，下連接板(3)上設置變曲率底座(1)和限位板(2)，變曲率底座(1)套于限位板(2)內側，通過螺栓(5)將下連接板(3)和限位板(2)與基礎(18)相固定；變曲率底座(1)表面設有摩擦涂層(7)，限位板(2)上邊緣向內凸出，與變曲率底座(1)之間形成凹槽，變曲率底座(1)與限位板(2)凹槽間設置高彈橡膠圈(6)；將滑塊(4)置于變曲率底座(1)曲面中心，其上貼合中連接板(9)，滑塊(4)與中連接板(9)之間可以自由轉動；中連接板(9)上固接凸軸(13)和中心軸桶(14)，凸軸(13)上套有碟形彈簧疊合件(10)，與凸軸(13)動配合，碟形彈簧疊合件(10)之間設有阻尼材料(11)，碟形彈簧疊合件(10)外側包有鋼圈(12)；中心軸桶間(14)設置阻尼器(16)，阻尼器(16)分別通過定位螺栓(8)與中連接板(9)和上連接板(15)相連接，碟形彈簧疊合件(10)與鋼圈(12)和中心軸桶(14)間留有空隙；阻尼器(16)和碟形彈簧疊合件(10)與上連接板(15)相連接，凸軸(13)和中心軸桶(14)伸入上連接板(9)，并與上連接板(9)之間留有空隙，使凸軸(13)、中心軸桶(14)與上連接板(15)之間動配合；上連接板(15)通過螺栓(5)固定于上部結構(17)。
2.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于碟形彈簧疊合件(10)的對合個數至少為兩個，串連碟形彈簧疊合件(10)組數至少為兩組。
3.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于阻尼器(16)可為普通油阻尼器或電流變/磁流變阻尼器，阻尼器(16)高度大于等于碟形彈簧疊合件(10)總高度，阻尼器(16)活塞(19)應置于阻尼器(16)中間位置。
4.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于變曲率底座(1)曲面為兩種曲面的結合，中間曲面為大半徑圓弧曲面，兩側曲面為橢圓曲面。
5.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于所述滑塊(4)為半球形，其底面圓弧狀凸面密切貼合于摩擦涂層(7)，圓弧半徑與變曲率底座(1)中心圓弧曲面半徑一致。
6.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于所述中連接板(9)與滑塊(4)貼合處曲面為圓弧凹面，圓弧半徑同滑塊(4)上表面圓弧半徑，滑塊(4)上表面球面密切貼合于中連接板(9)圓弧凹面。
7.根據權利要求1或2所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于阻尼器(16)、凸軸(13)和中心軸桶(14)與上連接板(15)空隙應大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件(10)串連組數，h為每組碟形彈簧疊合件(10)之間的距離。
8.根據權利要求1或2所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于鋼圈(12)與上連接板(15)距離應大于等于nh，這里n為碟形彈簧疊合件(10)串連組數，h為每組碟形彈簧疊合件(10)之間的距離。
9.根據權利要求1所述的一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，其特征在于高彈橡膠圈(6)的厚度大于變曲率底座(1)與限位板(2)間的凹槽寬度。
專利摘要一種變曲率自行復位保護三維減隔震耗能支座，屬于結構隔震控制與振動控制技術領域。該支座結構為將變曲率底座、下連接板、限位板組合，變曲率底座表面涂有摩擦涂層，在變曲率底座與限位板之間設置高彈橡膠圈，將滑塊置于變曲率底座中心，其上貼合中連接板，中連接板上裝有凸軸和中心軸桶，凸軸上套有碟形彈簧疊合件，碟形彈簧疊合件之間設有阻尼材料，外側包有鋼圈，中心軸桶間設置阻尼器，凸軸和中心軸桶深入上連接板，并與上連接板之間留有空隙。本實用新型能夠同時隔離和抑制水平地震波和豎向地震波，有效消除扭轉及P－Δ效應對上部結構的不利影響，且能限位保護，承壓力大，自動復位，耗能能力強，適合建筑物及儀器、設備隔震減震。
文檔編號E04B1/98GK2818612SQ200520114719
公開日2006年9月20日 申請日期2005年7月22日 優先權日2005年7月22日
發明者楊林, 周錫元, 閆維明, 黃浩華 申請人:北京工業大學