专利名称：变刚度变阻尼竖向隔振/震支座的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，属于结构振动控制领域。
背景技术：
随着城市轨道交通和高架线路的不断发展，由轨道交通和高架线路所诱发的环境振动也越来越严重的危害着城市居民的健康；大中型城市人口剧增，城市空间利用率不断提高，越来越多的建筑紧邻交通线路修建，使得环境振动对人们造成的影响也越显得突出，研究表明，由轨道交通和高架线路引起的环境振动以竖向振动为主，然而，环境振动的控制手段和技术尚不够成熟，国内目前还没有成型的环境振动控制技术产品可供使用。
一般认为，水平地震对结构的破坏起控制作用，但大量的地震震害表明，竖向地震对结构物的影响是不容忽视的，它的作用有时会超过水平地震作用。由于结构的竖向刚度大，其竖向固有周期与竖向地震波卓越周期相近，因而结构的竖向震动特性值得关注和研究。虽然隔震技术在国内外已经相对成熟，且日趋产业化，但是目前的隔震技术隔离的主要是水平方向的地震动，对竖向地震动几乎没有隔震效果。竖向隔震技术开发成为各大院校和研究机构研究的热点。
对结构的竖向隔震问题，国外学者提出过一些三维隔震支座，但由于竖向刚度较大，在有限的范围内又难以提供隔离竖向地震作用所需的阻尼，竖向耗能能力和隔震效果有限；国内学者也曾提出的采用碟形弹簧来隔离竖向地震动，开创了我国研究水平/竖向隔震支座的先例；但由于碟形弹簧为竖向承重元件，竖向刚度较大，对隔离环境振动几乎不起作用，且碟形弹簧不能提供抗拉能力，这为隔震结构在地震来临时埋下隐患。
发明内容
本发明的目的在于解决上述两个迫切需要解决的问题隔离竖向环境振动和竖向地震动。排除环境振动长时间对居民的日常生活的干扰，隔离竖向地震动向上部结构的传输。本发明能同时兼顾环境振动与地震动的影响，同时隔离两种振动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，包括上连接板2、下连接板1、上下连接板之间的具有较小的竖向刚度的预压弹簧3、较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧4、设置在预压弹簧3内的小油阻尼器、设置在补偿弹簧4内的大油阻尼器；其中，变刚度补偿弹簧4位于下连接板1的中心，底端与下连接板1固定，上端穿入固定在上连接板底面上的第一补偿支座11的第一预留孔17中，第一预留孔17为椭圆形，补偿弹簧4的上端穿入其中的部分能够在竖直方向上一定位移范围内自由滑动，使补偿弹簧上端处于无约束状态。预压弹簧3分布在变刚度补偿弹簧4周围；上连接板2底面上固定有多个第二补偿支座12，第二补偿支座12上设有竖向连通孔20，横向第二预留孔13。所述的大油阻尼器底端与下连接板1固定，其上端受与它对应的第二补偿支座12的约束；大油阻尼器由第一油箱15、第一拉杆5、第一孔隙7、第一油6和大栓孔18构成，第一油箱15内充满第一油6，第一拉杆5底板置于第一油箱内部，将第一油箱分为两个空间，第一油只能通过第一拉杆上的第一孔隙7在两个空间内流动，大栓孔18位于第一拉杆5的上部。第一拉杆5上端插入与其对应的第二补偿支座12的连通孔20中，用剪切螺栓14穿过第二预留孔13与拉杆上的大栓孔18，并在竖向留有一定空隙。
所述的小油阻尼器底端与下连接板1固定，其上端受与它对应的第二补偿支座12的约束。小油阻尼器由第二油箱16、第二拉杆8、第二孔隙10、第二油9和小栓孔19构成，第二油箱16内充满第二油9，第二拉杆8的底板置于第二油箱内部，将第二油箱分为两个空间，第二油只能通过第二拉杆上的第二孔隙10在两个空间内流动。小栓孔19位于第二拉杆8的上部。小油阻尼器底端与下连接板1固定，第二拉杆8上端插入与其对应的第二补偿支座12的连通孔20中，用剪切螺栓14穿过第二补偿支座12上的第二预留孔13与拉杆上的小栓孔19，并在竖向留有一定空隙。
第二补偿支座12只有在地震来临时或结构出现较大振动，支座竖向位移超过一定限值时才开始工作，所谓变阻尼。
第二预留孔13为椭圆形，剪切螺栓14在第二预留孔13的竖直方向能够在一定范围内自由滑动。根据需要插入不同的螺栓，使螺栓与第二预留孔13之间的空隙大小可调。
所述的大油阻尼器和小油阻尼器在上下连接板中间呈十字形排列，即大油阻尼器在中间，小油阻尼器分布在四个角上，协同工作，既可以提供竖向阻尼力，又可作为竖向导向构件，即它们具有较小的竖向刚度和足够的水平刚度，可约束竖向支座的水平变形。预压弹簧3支撑上部荷载，具有较小的竖向刚度，对高频微小振动很敏感，主要用来隔离高频的竖向微小振动和环境振动。变刚度补偿弹簧4具有较大的竖向刚度；只有在地震来临或结构出现较大振动，支座竖向位移超过一定位移限值时才开始工作，能够提供一定刚度的拉力和支持力，改变原隔震结构的隔震刚度，可防止结构在竖向位移过大的情况下发生倾覆破坏。
大油阻尼器与小油阻尼器布置还可以为Y形或＊形或*形。
上下连接板四周具有防止预压弹簧3失稳的折边，折边的高度可根据预压力的大小和支座的高度进行设计。
本发明可与各种水平隔震构件，如铅芯叠层橡胶支座、金属摩擦滑移隔震支座等组合，形成三向隔振/震装置。
本发明的优点在于1.本发明既可以隔离竖直方向上的微小的环境振动，也可以隔离竖向地震动。
2.本发明所采用大小油阻尼器，可根据需要排列成不同形状，协同工作，既可以提供较大的竖向阻尼力，又可以作为竖向运动的导向构件，限制竖向支座出现水平位移，灵活多变。
3.本发明由于采用了补偿支座，因此可据竖向振动幅值的不同，自动改变支座的刚度和阻尼。
4.本隔振/震支座在竖直方向上，不仅可以提供支持力，还可以提供足够的拉力。
5.本发明可与现有的水平隔震支座组合，形成三向隔振/震支座，应用范围广，可适用于地铁、高架桥沿线建筑结构的减振隔震，安装有高新精密仪器等建筑的减振隔震，古建筑的隔振/震加固，以及现有叠层橡胶支座所适用的任何场合。
图1为本发明一种实施例的结构简图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图1的B-B剖视图；图4(a)为大油阻尼器主视图；图4(b)为大油阻尼器左视图；图5(a)为小油阻尼器主视图；图5(b)为小油阻尼器左视图；图6为大油阻尼器拉杆俯视图；图7为小油阻尼器拉杆俯视图；
图8(a)为第一补偿支座主视图；图8(b)为第一补偿支座左视图；图8(c)为第一补偿支座俯视图；图9(a)为第二补偿支座主视图；图9(b)为第二补偿支座左视图；图9(c)为第二补偿支座俯视图；图10为本发明的第二种实施例的结构简图；图11为本发明的第三种实施例的结构简图；图中，1、下连接板，2、上连接板，3、预压弹簧，4、补偿弹簧5、第一拉杆，6、第一油，7、第一孔隙，8、第二拉杆，9、第二油，10、第二孔隙，11、第一补偿支座，12第二补偿支座，13、第二预留孔，14、剪切螺栓，15、第一油箱，16、第二油箱，17、第一预留孔，18、大栓孔，19、小栓孔，20、连通孔，21、水平铅芯叠层橡胶支座，22、金属摩擦滑移支座。
具体实施例方式
下面结合附图具体说明本发明的实施例。
如图1所示，变刚度变阻尼竖向隔振/震支座结构参见图1、图2、图3，包括上连接板2、下连接板1、上、下连接板之间的具有较小的竖向刚度的预压弹簧3、较大竖向刚度的变刚度补偿弹簧4、设置在预压弹簧3内的小油阻尼器、设置在补偿弹簧4内的大油阻尼器。其中，变刚度补偿弹簧4的竖向刚度大于预压弹簧3的竖向刚度，可为50至500倍，较佳的选择范围为80至150倍。变刚度补偿弹簧4上端穿入固定在上连接板底面上的补偿支座11的第一预留孔17中，使补偿弹簧上端处于无约束状态。大油阻尼器底端与下连接板1固定，大油阻尼器由第一油箱15、第一拉杆5、第一孔隙7、第一油6和大栓孔18构成，参见图4。第一拉杆5上端插入与其对应的第二补偿支座12的连通孔20中，用剪切螺栓14穿过第二预留孔13与拉杆上的大栓孔18，并在竖向留有一定空隙。第一孔隙7在拉杆底板上成辐射状排列，参见图6。
小油阻尼器由第二油箱16、第二拉杆8、第二孔隙10、第二油9和小栓孔19构成，参见图5。小油阻尼器底端与下连接板1固定，第二拉杆8上端插入上连接板2底面上固定的第二补偿支座12的连通孔20中，用剪切螺栓14穿过第二补偿支座12上的第二预留孔13与拉杆上的小栓孔19，并在竖向留有一定空隙。第二孔隙10在拉杆底板上均匀沿圆周方向排列，参见图7。
第二预留孔13为椭圆形，参见图8，剪切螺栓14能够在第二预留孔13中竖直方向一定范围内自由滑动，根据需要插入不同的螺栓，使螺栓与第二预留孔13之间的空隙大小可调。
大小油阻尼器在上下连接板中间呈十字形排列，即大油阻尼器在中间，小油阻尼器分布在四个角上，协同工作，参见图2，既可以提供竖向阻尼力，又可作为竖向导向构件，即它们具有较小的竖向刚度和足够的水平刚度，可约束竖向支座的水平变形。预压弹簧3支撑上部荷载，具有较小的竖向刚度，对高频微小振动很敏感，主要用来隔离高频的竖向微小振动和环境振动。变刚度补偿弹簧4具有较大的竖向刚度；只有在地震来临或结构出现较大振动，支座竖向位移超过一定位移限值时才开始工作，能够提供一定刚度的拉力和支持力，改变原隔震结构的隔震刚度，可防止结构在竖向位移过大的情况下发生倾覆破坏。
平时工作状态(仅环境振动作用时)时，竖向隔振/震支座处于无阻尼弹性工作状态，上部荷载完全由预压弹簧3承担，竖向支座的预压弹簧3的刚度较小，可以隔离高频微小振动；补偿弹簧4的上端穿入第一补偿支座11的第一预留孔17，处于无约束状态，不传递竖向荷载，大小油阻尼器的第一二拉杆5、8上端插入固定在上连接板2底面的第二补偿支座12中，用剪切螺栓14穿过第二补偿支座12上的第二预留孔13与拉杆上的小栓孔19，并在竖向留有一定空隙，使第一二拉杆5、8的上端在一定竖向位移范围内不承受微小振动传来的剪力。
当地震来临时，地面振动较大，振幅较高，支座的竖向位移超过预设的弹性变形范围，大小油阻尼器的拉杆在上连接板2的作用下，产生较大位移，当位移超过一定限值，带动大小油阻尼器工作，使竖向支座由无阻尼状态进入有阻尼状态，油穿梭于拉杆上的孔隙中，消耗地震能量；同时，当上连接板2的竖向位移超过一定限值时，第一补偿支座11将带动补偿弹簧4开始工作，增大了隔震支座的竖向抗拉刚度和抗压刚度，避免支座出现较大的竖向变形发生危险。当地震结束时，竖向隔振/震支座在弹簧作用下，由弹塑性工作状态恢复弹性状态，且具有很好的复位功能，免维修。因此变刚度变阻尼竖向隔振/震支座可以很好的隔离竖向地震对结构物的影响。
如图10所示，为本发明的另一实施例，由竖向支座与铅芯叠层橡胶隔震支座21串联组成，其中的竖向支座与以上实施例结构相同。
如图11所示，为本发明的另一实施例，由竖向支座与金属摩擦滑移支座22串联组成，其中的竖向支座与以上实施例结构相同。
权利要求
1.变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，包括上、下连接板(2、1)，其特征在于还包括上、下连接板(2、1)之间的具有较小的竖向刚度的预压弹簧(3)、较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧(4)、设置在预压弹簧(3)内的小油阻尼器、设置在补偿弹簧(4)内的大油阻尼器；其中，变刚度补偿弹簧(4)位于下连接板(1)的中心，底端与下连接板(1)固定，上端穿入固定在上连接板底面上的第一补偿支座(11)的第一预留孔(17)中，使补偿弹簧上端处于无约束状态；预压弹簧(3)分布在变刚度补偿弹簧(4)周围；上连接板(2)底面上固定有多个第二补偿支座(12)，第二补偿支座(12)上设有竖向连通孔(20)，横向第二预留孔(13)；大油阻尼器底端与下连接板(1)固定，其上端受与它对应的第二补偿支座(12)的约束；小油阻尼器底端与下连接板(1)固定，其上端受与它对应的第二补偿支座(12)的约束。
2.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于所述的大油阻尼器和小油阻尼器在上、下连接板(2、1)中间呈十字形排列，即大油阻尼器在中间，小油阻尼器分布在四个角上。
3.根据权利要求2所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于所述的大油阻尼器由第一油箱(15)、第一拉杆(5)、第一孔隙(7)、第一油(6)和大栓孔(18)构成，第一油箱(15)内充满第一油(6)，第一拉杆(5)底板置于第一油箱内部，将第一油箱分为两个空间，第一油只能通过第一拉杆上的第一孔隙(7)在两个空间内流动，大栓孔(18)位于第一拉杆(5)的上部；第一拉杆(5)上端插入与其对应的第二补偿支座(12)的连通孔(20)中，用剪切螺栓(14)穿过第二预留孔(13)与拉杆上的大栓孔(18)，并在竖向留有一定空隙。
4.根据权利要求2所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于所述的小油阻尼器由第二油箱(16)、第二拉杆(8)、第二孔隙(10)、第二油(9)和小栓孔(19)构成，第二油箱(16)内充满第二油(9)，第二拉杆(8)的底板置于第二油箱内部，将第二油箱分为两个空间，第二油只能通过第二拉杆上的第二孔隙(10)在两个空间内流动，小栓孔(19)位于第二拉杆(8)的上部；第二拉杆(8)上端插入与其对应的第二补偿支座(12)的连通孔(20)中，用剪切螺栓(14)穿过第二补偿支座(12)上的第二预留孔(13)与拉杆上的小栓孔(19)，并在竖向留有一定空隙。
5.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于所述的大油阻尼器与小油阻尼器布置为Y形或*形或*形。
6.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于第一预留孔(17)为椭圆形，补偿弹簧(4)的上端穿入其中的部分能够在竖直方向上一定位移范围内自由滑动。
7.根据权利要求3或4所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于第二预留孔(13)为椭圆形，剪切螺栓(14)在第二预留孔(13)的竖直方向能够在一定范围内自由滑动。
8.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，其特征在于所述的上下连接板(2、1)，四周具有防止预压弹簧(3)失稳的折边。
全文摘要
本发明涉及一种变刚度变阻尼竖向隔振/震支座，属于结构振动控制领域。包括上、下连接板(2、1)、具有较小的竖向刚度的预压弹簧(3)、较大的竖向刚度的变刚度补偿弹簧(4)、设置在预压弹簧内的小油阻尼器、设置在补偿弹簧内的大油阻尼器。变刚度补偿弹簧位于下连接板的中心，上端穿入第一补偿支座(11)的第一预留孔(17)中，使补偿弹簧上端处于无约束状态；预压弹簧分布在变刚度补偿弹簧周围；上连接板底面上固定有多个第二补偿支座(12)。大小油阻尼器底端与下连接板固定，上端受第二补偿支座的约束。本发明可以隔离竖直方向上的微小的环境振动，也可隔离竖直方向上的地震动；也可与其它水平隔振/震支座组合形成三向隔振/震支座。
文档编号E04B1/98GK101029539SQ20071006520
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月6日 优先权日2007年4月6日
发明者常乐, 闫维明, 任珉, 张向东, 周福霖 申请人:北京工业大学