超薄抗震支座的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超薄抗震支座，在高度方向上的尺寸不大于15厘米，包括上、中、下三部分，上部分用于和被支撐物連接，所述上部分為彈性體，中部分具有水平面上的二維移動能力且在移動的過程中消耗水平震動、沖擊力，所述中部分包括第一滑動板、第二滑動板和固定板，其中，第一滑動板與第二滑動板之間滑動配合，第二滑動板與第三滑動板之間滑動配合；下部分(3)用于和支撐梁、柱進行連接，所述下部分為彈性體。1、產品扁平化，采用本結構的支座的在承載力和抗震性能不變的情況下，高度降低60％左右，實現產品的扁平化，在橋梁、建筑安裝過程中更加具有優勢。支座高度的降低，更有利于橋梁、建筑的穩定。
【專利說明】
超薄抗震支座
技術領域
[0001]該發明涉及工程技術領域中廣泛使用的支座，具體地說是一種具有三維緩沖功能的超薄型支座。
【背景技術】
[0002]在橋梁工程、裝配式建筑、鋼結構建筑中，支座被廣泛使用，支座主要的作用在于抗震、減緩沖擊。
[0003]在震級較大或某些原因下結構“硬抗”已經難以滿足預期的防震要求時，采用隔震技術減小結構的輸入地震能量，能夠達到很好的效果。隔震的本質作用是使結構或部件與可能引起破壞的地震地面運動或支座運動分離開來，隔斷地震能量的傳播途徑，使輸入到房屋結構上的地震力和能量減少，從而減小上部結構的地震反應，達到預期的設防要求。
[0004]這種分離或解耦是通過在工程結構的特定部位設置隔震層，設置隔震器、阻尼器或其他附屬裝置，以以延長整個結構體系的自振周期，增大結構阻尼，從而使結構在地震作用下的動力反應(加速度、速度、位移)得到合理控制，確保結構本身及結構中的人、儀器、設備、裝修等地安全和處于正常的使用環境。
[0005]按耗能減震原理的不同，隔震類型包括疊層橡膠支座隔震、鉛芯橡膠支座隔震、滾珠(或滾軸)隔震、懸掛基礎隔震、搖擺支座隔震、滑動支座隔震等。
[0006]以疊層橡膠支座為例，就是通過設置多層的橡膠層，起到緩沖沖擊力的作用，但是并不能從根本上解決上述的問題。
[0007]為此大部分的制作依然從增加彈性力量出發，研制新型的支座，例如中國專利申請CN102839751B中公開的支座，就是通過增加豎向設置的蝶形彈簧來減緩抗震的。這種結構的制作對于豎直方向上的沖擊力具有較好的分解效果，但是對于水平方向上的分解效果不明顯。
[0008]
【申請人】通過研究發現，對于地震中水平沖擊力和豎直方向沖擊力的抗震機理不同，其中，豎直方向沖擊力的抗震機理是通過建筑物、橋梁自身的自重并在豎直方向上產生微小的升降運動抵消掉的，利用的是重力勢能做功機理，水平方向上的，目前利用的主要是彈性緩沖，例如中國專利CN203891201提供的一種支座，在水平方向上就設置有緩沖彈簧，通過彈簧對其進行緩沖，但是彈簧僅僅具有一定的緩沖性能，對于能量的消耗和吸收比較少，這樣造成的結果就是建筑物或者橋梁依然會出現劇烈的、長時間的搖晃，減震效果并不理想。
[0009]也就是說，在豎直方向上使用彈簧減震效果明顯，但是在水平方向上利用彈簧減震，效果并不理想，效果較差。出現這種差異的原因在于水平方向上不存在重力勢能抵消的問題。
[0010]另外一個問題，在抗震支座中，廣泛使用的支座，大量使用了蝶形彈簧進行了減震，公知，蝶形彈簧的疊加數量越多，減震效果越好，于是為了達到較好的減震效果，無限制的增加蝶形彈簧的使用數量，造成支座的高度急劇增加，一普通的橋梁用支座為例，其支座高度高達40厘米以上，支座越高，對于支撐橋梁的穩定性越不利，所以，如何在保證抗震效果的情況下，盡量的壓縮支座的體積，尤其是高度方向上的尺寸，顯得尤為重要。
【發明內容】
[0011]為了解決現有技術的不足，本發明提供一種超薄型抗震支座，尤其是一種可以將總體高度控制在15厘米以下的超薄型抗震支座，用于橋梁、建筑中的抗震支撐，且整體的抗震性能不降低，具有更好抗擊水平沖擊并消耗沖擊力，同時解決現有支座高度方向上尺寸過大的問題。
[0012]本發明解決其技術問題所采用的技術方案為:
[0013]超薄抗震支座，在高度方向上的尺寸不大于15厘米，其特征在于:
[0014]包括上、中、下三部分，
[0015]上部分用于和被支撐物連接，所述上部分為彈性體，
[0016]中部分具有水平面上的的二維移動能力且在移動的過程中消耗水平震動、沖擊力，所述中部分包括第一滑動板、第二滑動板和固定板，其中，
[0017]所述第一滑動板整體為一個平板狀的鑄鋼件，在第一滑動板的四個轉角處設置有四個螺栓孔，螺栓孔處通過螺栓與上部分進行連接，在第一滑動板下表面的中央位置設置有梯形結構的第一導向部和第一摩擦部，其中第一導向部為與第一滑動板一體成型的梯形凸起，第一摩擦部包括金屬部和剎車材料塊，其中金屬部是與第一滑動板一體成型的，所述剎車材料塊是通過二次壓力鑄造的方式嵌入在兩個相鄰的金屬部之間的，并在剎車材料塊與第一滑動板之間設有圓銷;在第一滑動板上沿著第一導向部的方向的兩端設置有第一擋塊，在第一擋塊的內側設置彈性體結構；
[0018]所述第二滑動板整體為一個平板狀鑄鋼件，在第二滑動板的四個轉角處設置有四個銷釘孔，在第二滑動板上表面設置有梯形結構的第二導向部和第二摩擦部，所述第二導向部和第二摩擦部分別與第一導向部和第一摩擦部結構相同并咬合配合，在第二滑動板的下表面設置有與第三導向部和第三摩擦部，其中第三導向部和第三摩擦部與第二導向部和第二摩擦部彼此垂直設置；
[0019]固定板整體為一個平板狀鑄鋼件，所述固定板上的第四導向部與第四摩擦部分別與第三導向部和第三摩擦部結構相同且彼此配合，在固定板上沿著第四導向部的方向的兩端設置有第二擋塊，在第二擋塊的內側設置彈性體結構；
[0020]在第一滑動板和第二滑動板之間，以及第二滑動板與固定板之間設置安全銷，
[0021]下部分(3)用于和支撐梁、柱進行連接，所述下部分為彈性體。
[0022]進一步地，所述第一擋塊通過螺釘緊固的方式固定在第一滑動板上，在擋塊靠近第一導向部的內側設置有一個第一弧形板，所述第一弧形板通過焊接的形式固定在第一擋塊上，并在第一弧形板的外側固定一個第二弧形板，第二弧形板的外側固定一個直板，直板和兩個弧形板共同組成一個彈性體結構，且第二滑動板相對于第一滑動板的滑動范圍β在20毫米以內。
[0023]進一步地，所述第二滑動板相對于固定板的滑動范圍α在20毫米以內。
[0024]進一步地，所述下部分為鉛芯橡膠墊層。
[0025]進一步地，所述上部分包括疊加的平板和蝶形彈簧，其中平板固定在蝶形彈簧的頂端。
[0026]進一步地，所述上部分為聚四氟乙烯墊片與銅板間隔疊層設置的方式進行設置，并在墊層中鑲嵌鉛芯柱，其中鉛芯柱設置為多個，均勻布置。
[0027]本發明的有益效果是:
[0028]1、產品扁平化，采用本結構的支座的在承載力和抗震性能不變的情況下，高度降低60%左右，實現產品的扁平化，在橋梁、建筑安裝過程中更加具有優勢。支座高度的降低，更有利于橋梁、建筑的穩定。
[0029]2、抗震支座中，第一滑動板和第二滑動板之間通過剎車材料和金屬導向部的摩擦，模擬汽車剎車片的原理，通過摩擦消除水平方向的震動能量，有效的快速消耗振動能，傳統的橡膠支座不具有摩擦耗能的作用。
[0030]3、整個支座在可控的20暈米范圍內進彳丁震動，且震動是尚頻率小振幅的進彳丁，有效的對建筑、橋梁的主體進行保護。
[0031]4、第一滑動板、第二滑動板和固定板之間為剛性接觸，且配合面為彼此要和的梯形凸起和梯形凹槽，可以使得承載面積增加一倍以上，承載能力出色，且具有方向可控性，導向作用下，避免被承載物的無序滑動，使得抗震過程可控。
【附圖說明】
[0032]圖1為發明的結構圖。
[0033]圖2為中部分的立體圖。
[0034]圖3為圖2的側視圖。
[0035]圖4為圖2中縱向剖視圖。
[0036]圖5為圖2中橫向剖視圖。
[0037]圖6為第一滑動板立體圖。
[0038]圖7為圖6的主視圖。
[0039]圖8為固定板的主視圖。
[0040]圖9為第一滑動板的局部立體圖。
[0041 ]圖10為圖9中剎車材料塊部位的局部剖視圖。
[0042]圖11為相對滑動過程中滑動板的加速度示意圖。
[0043]圖12為本發明在橋梁中的應用。
[0044]圖中:I上部分，11平板，12蝶形彈簧，
[0045]2中部分，21第一滑動板，211螺栓孔，212第一導向部，213第一摩擦部，2131金屬部，2132剎車材料塊，214缺口，215圓銷，216圓孔，217擋塊，218彈性體結構，
[0046]22第二滑動板，221第二導向部，222第二摩擦部，223第三導向部，224第三摩擦部，
[0047]23固定板，3下部分，4安全銷。
[0048]A超薄支座，10橋梁立柱，101橋梁梁底。
【具體實施方式】
[0049]如圖1至圖11所示，針對現有缺陷，本發明的保護主體如下:
[0050]開發的是一種抗震支座，尤其是一種超薄型抗震支座，在同樣的抗震性能下，該支座在高度方向上的尺寸被壓縮至少一半。
[0051]基于上述的描述，本支座的具體結構如下:
[0052]包括上、中、下三部分，上部分I用于和被支撐物連接，例如橋梁，橫梁，并兼有豎直方向上的彈性的能力。中部分2具有水平方向上消耗震動、沖擊的能力。下部分3用于和支撐梁、柱進行連接。
[0053]其中，本超薄支座A—般應用在橋梁立柱和橋梁梁底之間，一般為水平設置，所以表面直接進行接觸配合即可，不需要進行特殊連接。但是考慮到安全性，可以在上部分和下部分上設置高強度螺栓，通過連接的方式與上述的橋梁立柱10和橋梁梁底101進行連接。
[0054]上部分I包括平板11、蝶形彈簧12，其中平板11固定在蝶形彈簧的頂端，平板11用于和被支撐物進行接觸，例如，橫梁可直接壓在平板上。
[0055]上部分，也可采用聚四氟乙烯墊片與銅板間隔疊層設置的方式進行設置，并在上述的墊層中鑲嵌鉛芯柱，其中鉛芯柱設置為多個，均勻布置，該上部分的總體厚度控制在5厘米以內。
[0056]中部分2包括第一滑動板21、第二滑動板22和固定板23，其中，第一滑動板21整體為一個平板狀，為矩形或者正方形，采用鑄鋼件，在第一滑動板21的四個轉角處設置有四個螺栓211，螺栓孔211處通過螺栓與上述的蝶形彈簧12進行連接，由于受力主要是壓力，所以兩者之間在水平上的剪切力平常是不存在的，僅僅在地震發生時才會發生水平剪切作用。在第一滑動板21下表面的中央位置設置有梯形結構的第一導向部212和第一摩擦部213，其中第一導向部212為與第一滑動板一體成型的梯形凸起，梯形角度控制在60度左右，第一摩擦部213包括金屬部2131和剎車材料塊2132，其中金屬部2131是與第一滑動板一體成型的，剎車材料塊是通過二次壓力加工的方式嵌入在兩個相鄰的金屬部之間的，為增加剎車材料塊2132與第一滑動板的結合力，在兩者之間設有圓銷215，在剎車材料塊和第一滑動板之間形成防脫落的結構。
[0057]下面通過對第一滑動板的機加工過程進行詳細的描述，來加深對第一滑動板的理解:
[0058]首先制作鑄鋼毛坯件，然后在毛坯件的兩個表面進行銑削，通過銑削的機加工方式形成若干彼此等間距且平行設置的梯形凸起，在兩兩梯形凸起之間為梯形凹槽，梯形凸起與梯形凹槽彼此間隔布置，形成交錯樣式，其中相鄰的兩個梯形凸起分別為第一導向部212和第一摩擦部213，上述的第一導向部和第一摩擦部是按功能進行劃分的，然后，將第一摩擦部213中的梯形凸起進行間隔性的橫向銑削，形成若干缺口 214，并在每一個缺口中鉆盲孔，盲孔用于安裝圓銷215，圓銷與盲孔之間是過緊配合，通過敲打的方式進行固定。完成后再四個轉角處分別鉆圓孔，形成螺栓孔211，用于和上述的上部分中的蝶形彈簧進行連接，進一步地，可以在靠近梯形凸起區域的第一滑動板上鉆圓孔216，用于安裝安全銷，其中，安全銷的作用在于連接第一滑動板和第二滑動板，在初期起到平衡兩個滑動板的作用。
[0059]上述工作完成后，對毛坯件進行整體的精加工，然后進行熱處理，處理后的鋼板具備剛好的耐磨性能，然后對第一導向部212和第一摩擦部213兩側的斜面和頂部的面進行精磨，最后，放在專用磨具中對第一摩擦部中的缺口使用剎車片材料進行填充，并使用壓力機進行熱壓成型，形成一個剎車材料塊2132。
[0060]第二滑動板22整體為一個平板狀，為矩形或者正方形鑄鋼件，在第二滑動板的四個轉角處設置有四個銷釘孔，用于安裝安全銷4。四個銷釘孔，其中兩個銷釘孔用于限制第一滑動板和第二滑動板在預定力度以內的相對靜止，另外兩個銷釘孔用于安裝限制第二滑動板和固定板之間的相對滑動。
[0061]在第二滑動板22上表面的中央位置設置有梯形結構的第二導向部221和第二摩擦部222，其中第二導向部221為與第二滑動板一體成型的梯形凸起，第二摩擦部222包括金屬部和剎車材料塊，其中金屬部是與第二滑動板一體成型的，剎車材料塊是通過二次壓力加工的方式嵌入在兩個相鄰的金屬部之間的。并在剎車材料塊和第二滑動板之間設置有防脫落的結構。也就是說，第二導向部和第二摩擦部在結構和尺寸上與上述的第一導向部和第一摩擦部是相同的。
[0062]同時在第二滑動板22的下表面設置有與第三導向部223和第三摩擦部224，其中第三導向部和第三摩擦部與第二導向部和第二摩擦部彼此垂直設置，且結構和尺寸也相同。
[0063]第二滑動板22上的制作過程類似于第一滑動板。
[0064]固定板23與第一滑動板結構相同，區別在于固定板上的第四導向部231與第四摩擦部232的走向與第三導向部和第三摩擦部相同且彼此配合。
[0065]在第一滑動板21上沿著第一導向部的方向的兩端設置有擋塊217，擋塊通過螺釘緊固的方式固定在第一滑動板21上，在擋塊217靠近第一導向部的內側設置有一個第一弧形板，第一弧形板通過焊接的形式固定在第一擋塊上，并在第一弧形板的外側固定一個第二弧形板，第二弧形板的外側固定一個直板，直板和兩個弧形板共同組成一個彈性體結構218，用于限制第一滑板的滑動范圍，其中上述的滑動范圍β—般控制在20毫米之內。同理，在固定板23上沿著第四導向部的方向的兩端設置有彈性體結構218’，用于限制第二滑動板的活動范圍。
[0066]上述的固定板下端面為平面，并在下表面固定鉛芯橡膠墊層，用于豎直方向的隔震，形成下部分3。
[0067]上述的第一滑板、第二滑板和固定板之間的結構，采用交錯的梯形結構，可以形成比較好的嚙合與咬合，使得板與板之間的咬合和承載力度明顯增加，同時，增加了兩者之間的結合面積，在同等投影面積下，板與板之間的結合面積至少增加一倍，配合剎車片進行摩擦，可以進一步的提高摩擦耗能，所以有利于縮小整體的高度，有利于產品的扁平化。同時，抗震性能得到有效的提高。
[0068]在地震發生時，安全銷4會在水平剪切力的作用下被剪斷，第一滑動板和第二滑動板，以及第二滑動板和固定板之間會形成一種相對滑動，在滑動初期，滑動的過程中，剎車摩擦材料與固定部或者導向部是接觸的，啟動時的摩擦力較小，可以實現快速啟動，避免卡死，同時，由于上述的剎車摩擦材料是多組交叉設置的，當兩個相對的剎車摩擦材料彼此接觸時，會造成摩擦力突然增加，形成減速，同時由于是咬合結構，剛性、穩定性和傾覆力矩都很好，可以實現穩定減速，在加速和減速的過程中，由摩擦力公式可知，此時加速較大，相對滑動仍然處于加速階段，當剎車材料塊重疊過半之后，由于剎車材料塊之間的摩擦力增大，會有一個減速動作，并大量的消耗地震能量。由于地震時，水平方向的振幅一般較大，進入下一個周期，在此過程中，保證滑動板之間使用處于反復的加速和減速過程，其中加速度a形成脈沖樣式，正負往復切換，可以將一個大的地震振幅分割為多個小的抗震支座自振振幅，并且剎車材料塊與剎車材料塊、剎車材料塊與導向部在摩擦過程中會產生大量的熱，對振動能量進行消耗，消耗地震帶來的能量，效果遠遠高于通常使用的彈簧、蝶形彈簧等。同時將地震的低幅高振幅動作，切換為建筑物的高頻低幅動作，有利于建筑物、橋梁的自我保護。
[0069]在上述的過程中，上部分和下部分之間在豎直方向上有一個緩沖過程，用來抵消重力勢能，其原理是，上部分和下部分會發生彈性形變，會造成被支撐物(橋梁或者房屋)的被抬升，進而依靠自身的重力勢能消耗掉豎直方向上的沖擊力度，上述的水平方向的沖擊力和豎直方向上的沖擊力都得到了很好的減緩和消除，抗震效果明顯。
[0070]參考圖12，上述的超薄支座可以被廣泛的應用于建筑、橋梁的環境中。
[0071]上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域相關技術人員對本發明的各種變形和改進，均應擴如本發明權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.超薄抗震支座，在高度方向上的尺寸不大于15厘米，包括上、中、下三部分，其特征在于: 所述上部分(I)用于和被支撐物連接，所述上部分(I)為彈性體， 中部分(2)具有水平面上的的二維移動能力且在移動的過程中消耗水平震動、沖擊力，所述中部分(2)包括第一滑動板(21)、第二滑動板(22)和固定板(23)，其中， 所述第一滑動板(21)整體為一個平板狀的鑄鋼件，在第一滑動板(21)的四個轉角處設置有四個螺栓孔(211)，所述螺栓孔(211)處通過螺栓與上部分進行連接，在第一滑動板(21)下表面的中央位置設置有梯形結構的第一導向部(212)和第一摩擦部(213)，其中第一導向部(212)為與第一滑動板一體成型的梯形凸起，第一摩擦部(213)包括金屬部(2131)和剎車材料塊(213 2 )，其中金屬部(2131)是與第一滑動板一體成型的，所述剎車材料塊(2132)是通過二次壓力鑄造的方式嵌入在兩個相鄰的金屬部之間的，并在剎車材料塊(2132)與第一滑動板之間設有圓銷(215);在第一滑動板(21)上沿著第一導向部的方向的兩端設置有第一擋塊(217)，在第一擋塊的內側設置彈性體結構； 所述第二滑動板(22)整體為一個平板狀鑄鋼件，在第二滑動板的四個轉角處設置有四個銷釘孔，在第二滑動板(22)上表面設置有梯形結構的第二導向部(221)和第二摩擦部(222)，所述第二導向部(221)和第二摩擦部(222)分別與第一導向部(212)和第一摩擦部(213)結構相同并咬合配合，在第二滑動板(22)的下表面設置有與第三導向部(223)和第三摩擦部(224)，其中第三導向部和第三摩擦部與第二導向部和第二摩擦部彼此垂直設置；所述固定板(23)整體為一個平板狀鑄鋼件，所述固定板上的第四導向部(231)與第四摩擦部(232)分別與第三導向部和第三摩擦部結構相同且彼此配合，在固定板上沿著第四導向部的方向的兩端設置有第二擋塊，在第二擋塊的內側設置彈性體結構； 在第一滑動板和第二滑動板之間，以及第二滑動板與固定板之間設置安全銷， 所述下部分(3)用于和支撐梁、柱進行連接，所述下部分為彈性體。2.根據權利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述第一擋塊(217)通過螺釘緊固的方式固定在第一滑動板(21)上，在第一擋塊(217)靠近第一導向部的內側設置有第一弧形板，所述第一弧形板通過焊接的形式固定在第一擋塊上，并在第一弧形板的外側固定一個第二弧形板，第二弧形板的外側固定一個直板，直板和兩個弧形板共同組成一個彈性體結構(218)，且第二滑動板相對于第一滑動板的滑動范圍β在20毫米以內。3.根據權利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述第二滑動板相對于固定板的滑動范圍α在20毫米。4.根據權利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述下部分為鉛芯橡膠墊層。5.根據權利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述上部分包括疊加的平板(II)和蝶形彈簧(12)，其中平板(11)固定在蝶形彈簧的頂端。6.根據權利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述上部分為聚四氟乙烯墊片與銅板間隔疊層設置的方式進行設置，并在墊層中鑲嵌鉛芯柱，其中鉛芯柱設置為多個，均勻布置。
【文檔編號】E01D19/04GK106087721SQ201610494696
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】杜桂菊
【申請人】杜桂菊