一种温度调节橡胶隔震支座的制作方法

本实用新型涉及高温或低温情况下的房屋、桥梁、铁路、机械设备等相关工程隔震技术领域，特别是涉及一种温度调节橡胶隔震支座装置。

背景技术：

应用在房屋、桥梁、铁路、机械设备等设施上的叠层橡胶隔震支座是目前世界上应用最多的隔震装置(参见文献：王冬霞.叠层橡胶隔震支座安装施工工法[J].科技情报开发与经济,2008,18(17):206-208.)。而叠层橡胶隔震支座的橡胶材料在光、热、氧、臭氧和机械应力作用下分子链会发生断裂、性能降低显现出老化，且温度对叠层橡胶隔震装置的竖向刚度、水平刚度、屈服力及等效阻尼比具有不同程度的影响，低温使阻尼增大，支座耗力显著上升，高温则使其降低(参见文献：庄学真,周福霖,沈朝勇,等.600型建筑叠层橡胶隔震装置温度相关性及耐老化性能研究[J].北京工业大学学报,2011,7(7):993-999.)。

Zhiping Gan等人运用动态承载属性定义的方法，研究在严寒环境下公路高架桥设置基础隔震系统的抗震性能，结果表明，在地震过程中，低温对从隔震橡胶支座的橡胶材料和热传导的影响不容忽视(参见文献：Zhiping Gan,Toshiro HAYASHIKAWA,Takashi MATSUMOTO et al.(036)Seismic Response of Highway Viaducts with Base Isolation System Considering Low Temperature Effect[J].鋼構造年次論文報告集,2014,22(Nov.):258-264.)。Yong-Feng DU等人使用小尺度叠层橡胶隔震支座试样来进行温度传导和温度场分布试验，并通过高温下叠层橡胶隔震支座的温度场数值模拟得出高温对叠层橡胶隔震支座的性能有很大的影响，在轴向受力状态下的橡胶隔震支座在一个稍高的温度下就开始变形(参见文献：Yong-Feng DU,Jia-Liang Kou,Weiwei Kou et al.HIGH TEMPERATURE BEHAVIOR OF SERIAL ISOLATION SYSTEM AND FIRE PROTECTION[C].//Innovation&amp；sustainability of structures.vol.1.2011:580-586.)。

刘文光等人针对低硬度橡胶隔震支座的温度相关性试验研究表明，在低温-10℃自然环境完成的试验，与30℃时测得的屈服荷载结果相差30％以上(参见文献：刘文光,李峥嵘,周福霖,等.低硬度橡胶隔震支座各种相关性及老化徐变特性[J].地震工程与工程振动,2002,22(6):115-121.)。与常温时的刚度相比，外界温度降低后引起隔震器刚度增加的趋势较明显(参见文献：刘文光,庄学真,周福霖,等.中国铅芯夹层橡胶隔震支座各种相关性能及长期性能研究[J].地震工程与工程振动,2002,22(1):114-120.)。李慧等人对叠层橡胶隔震支座在-50℃的温度条件下与室温下阻尼值的相对变化关系进行了对比，指出在低温环境下叠层橡胶隔震支座的阻尼比略有降低(参见文献：李慧,杜永峰,狄生奎,等.叠层橡胶隔震支座的低温往复试验及等效阻尼比推算[J].兰州理工大学学报,2006,32(5):116-119.)。李黎等人由试验研究橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应发现：(1)低温环境对LRB隔震支座的力学性能有较大的影响，通常温度越低力学性能指标越大，其中对屈服剪力的影响最大，从0℃起都超过了20％，而竖向刚度和屈服刚度当温度低于-40％后，影响超过了20％(其中20％是目前规范对于隔震支座力学性能测试所允许的设计值与试验值之间的偏差)；(2)高温环境主要对屈服剪力有一定的影响，而对竖向刚度和屈后刚度的影响较小，所有影响均没有超过20％(参见文献：李黎,叶昆,江宜城,等.橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研究[J].土木工程与管理学报,2009,26(3):1-3.)。

由于桥梁上有大量的车辆通行以及承受其他荷载(如风荷载、地震荷载等)，不可避免的会产生振动，为了提高桥梁的安全性和寿命，需要对其进行有效的振动控制。目前使用最广泛的减振措施是在桥梁和桥墩之间安装叠层橡胶减震支座，而环境温度对叠层橡胶减震支座的受力性能影响较大，特别是在一些炎热或者寒冷的地区，叠层橡胶减震支座的工作性能大大降低。石岩基于增量动力分析方法研究表明时效及环境因素对隔震桥梁地震反应的影响较大。同时分析了双向地震输入下环境温度对斜交桥地震反应的影响，发现低温环境会放大桥墩地震受力，温度越低放大程度越明显；若不考其影响，在0℃、-10℃和-30℃条件下，相比常温(23℃)情况将分别低估10％,20％,40％的墩底剪力和弯矩。同时低温环境还会较大增加桥墩的扭矩(参见文献：石岩.减隔震桥梁性能设计方法及环境影响因素研究[D].大连海事大学,2015.)。

而隔震支座的使用期限不应低于隔震建筑的使用寿命，支座涉及的温度相关性能主要包括：①外界温度下隔震支座各种力学性能的稳定性和变化范围；②建筑物使用寿命期间的力学性能可靠性，包含期限60年的老化和徐变两方面性能；③自然火灾或地震带来火灾对隔震支座力学性能的影响(参见文献：刘文光,杨巧荣,周福霖,等.天然橡胶隔震支座温度相关性能试验研究[J].广州大学学报(自然科学版),2002,1(6):51-56.)。因此温度、耐老化性能是影响橡胶隔震支座长期使用的重要因素,是评价隔震支座性能稳定的重要手段(参见文献：庄学真,周福霖,徐丽,等.大直径建筑叠层橡胶隔震装置温度相关性及老化性能研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2009,41(6):791-798.)。

大量的理论分析以及工程实践结果都表明温度对橡胶隔震支座受力性能的影响不可忽略。因而为了保证橡胶隔震支座在不利的外界温度情况下仍能具有良好的隔震效果，研发出能够克服温度变化不利影响的橡胶隔震支座是十分必要的。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种温度调节橡胶隔震支座，以解决橡胶隔震支座在不利温度下因橡胶老化速度加快、刚度改变而导致的力学性能变差影响其隔震效果的问题，同时延长橡胶隔震支座的使用寿命、提高结构的安全系数。

本实用新型所采用的技术方案是：一种温度调节橡胶隔震支座由橡胶保护层、内部橡胶层、内部薄钢板层、带连接螺栓孔的上、下连接钢板、橡胶保护层套管、蒸发器盘管、温度传感器和总控室组成，其特征为：所述内部橡胶层与内部薄钢板层交替叠合构成叠合层，在叠合层的侧面设有外部橡胶保护层，且在上、下表面分别设置上连接钢板和下连接钢板。内部橡胶层与内部薄钢板层、外部橡胶保护层与上、下连接钢板均经过高温、高压硫化而粘结在一起构成橡胶隔震支座。此橡胶隔震支座上设置有温度调节系统，具体设置方式为：在叠合层的内部橡胶层中隔层设置回形细孔道，并在回形细孔道内贯穿插入一根蒸发器盘管。在处于叠合层上半部分及下半部分没有设置蒸发器盘管的内部橡胶层中分别设置一条细孔道，并在细孔道内嵌入温度传感器。蒸发器盘管和温度传感器的连接引线都由橡胶保护层套管集中出口伸出并连接到总控室内，通过总控室内部的温度调节系统调节支座的温度。

所述总控室内包括压缩机、冷凝器盘管、节流装置等。

所述温度传感器测得橡胶隔震支座的温度在所需温度范围之外时，在智能温度控制器作用下，自动制冷或制热将橡胶隔震支座的温度调节到所设置的温度范围之内。

所述上连接钢板和下连接钢板边缘设有连接螺栓孔，以便将橡胶隔震支座和结构相连。

所述蒸发器盘管在橡胶隔震支座叠合层设有回形细孔道的内部橡胶层中依次由下到上贯通，最后沿着橡胶保护层套管返回到橡胶保护层底部的集中出口伸出。

所述套管为橡胶材质的软套管，且具有一定的伸缩能力，防止橡胶隔震支座因发生横向位移而破坏。

所述蒸发器盘管在叠合层中需留有一定的多余长度，防止橡胶隔震支座因发生横向位移而破坏。

所述在情况允许的条件下可以将多个橡胶隔震支座通过蒸发器盘管并联，共用一个总控室，便于节约安装控件和集中管理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种温度调节橡胶隔震支座将橡胶隔震支座与温度调节系统有机结合起来，结构设计合理，调温原理明确，使橡胶隔震支座在高温或低温等不利温度情况下力学性能都能维持良好的状态，还可以减缓橡胶的老化速度，从而保证隔震结构或设备的安全，适用于高温、低温或者温度变化范围较大的结构、设备等的隔震控制。

附图说明：

图1为温度调节橡胶隔震支座的结构示意图；

图2为温度调节橡胶隔震支座温度调节系统的示意图；

图3为温度调节橡胶隔震支座有蒸发器盘管的断面示意图；

图4为温度调节橡胶隔震支座有温度传感器的断面示意图；

图5为温度调节橡胶隔震支座有导管一侧的结构示意图；

图6为温度调节橡胶隔震支座在桥梁上的横断面布置图；

图7为温度调节橡胶隔震支座在桥梁上并联的平面布置图。

附图标记说明：图中1为连接螺栓孔，2为橡胶保护层，3为内部橡胶层，4为内部薄钢板层，5为下连接钢板，6为上连接钢板，7为橡胶保护层套管，8为蒸发器盘管，9为温度传感器，10为总控室，11为套管集中出口，12为压缩机，13为冷凝器盘管，14为节流装置，15为温度调节橡胶支座，16为桥梁上部结构，17为垫石，18为桥墩。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种温度调节橡胶隔震支座，该支座包括橡胶保护层2，内部橡胶层3，内部薄钢板层4，带连接螺栓孔1的下连接钢板5、上连接钢板6，橡胶保护层套管7，蒸发器盘管8，温度传感器9和总控室10。如图2所示，总控室10内包括压缩机12、冷凝器盘管13、节流装置14等与蒸发器盘管8组成温度调节系统。

内部橡胶层3与内部薄钢板层4交替叠合构成叠合层，叠合层的外周设有外部橡胶保护层2，叠合层的上、下表面分别设有上连接钢板6和下连接钢板5。内部橡胶层3、内部薄钢板层4、外部橡胶保护层2与上连接钢板6和下连接钢板5经过高温、高压硫化而粘结在一起构成橡胶隔震支座。如图3所示，在叠合层的内部橡胶层3中隔层设置回形细孔道，并在回形细孔道内贯穿插入一根蒸发器盘管8。如图4所示，在处于叠合层上半部分及下半部分没有设置蒸发器盘管8的内部橡胶层3中分别设置一条细孔道，并在细孔道内嵌入温度传感器9。如图5所示，蒸发器盘管8和温度传感器9的连接引线都由橡胶保护层套管7底端的套管集中出口11伸出，并连接到橡胶隔震支座主体外部附带的总控室10内，通过总控室10内部的智能温度控制器调节支座的温度。

工作原理：

温度调节系统是由压缩机12、冷凝器盘管13、节流装置14以及蒸发器盘管8四个基本元件构成，四者相通，并在其中充灌着制冷剂，通过消耗电能改变制冷剂的状态，而达到调温的目的。若温度传感器9测得橡胶隔震支座内部温度高于所需控制温度时，则通过循环系统使埋在支座内部橡胶层3内蒸发器盘管8中的低温低压液态制冷剂吸收橡胶隔震支座的热量而变为低温低压的气体，此低温低压气体进入压缩机12，经过压缩机12耗电做功变为高温高压气体，高温高压气体再经过冷凝器盘管13与外界空气进行热交换变为高温高压的液体，再经过节流装置14而变为低温低压的液态制冷剂，最后流入支座内部橡胶层3内的蒸发器盘管8中吸收橡胶隔震支座的热量而气化，如此循环便可降低橡胶隔震支座内部的温度；若温度传感器9测得橡胶隔震支座内部温度低于所需控制温度时，制冷剂通过四通阀反向流动，使温度调节系统反向循环，此时埋在支座内部橡胶层3内的蒸发器盘管8充当冷凝器盘管13，流入敷设在橡胶支座内部盘管的高温高压气态制冷剂液化，并向橡胶隔震支座内部释放热量而变为高温高压的液态制冷剂，如此循环便可提高橡胶隔震支座内部的温度。

本实用新型是以某长江大桥桥梁结构为例，该桥全桥总长1670米，宽22.5米，其中：车行道18米，设4车道，车行道两边的人行道各2.25米。桥身为三联连续桥梁，每联3孔，共8墩9孔，每孔跨度为128米。为了对该桥梁进行有效的振动控制、改善橡胶隔震支座的受力性能以及延长橡胶隔震支座的使用寿命，进而提高桥梁的安全系数，需在桥梁上部结构15的底面与桥墩18之间上安装温度调节橡胶隔震支座15，并通过连接螺栓孔1用螺栓固定。桥墩18和温度调节橡胶隔震支座15之间设置垫石17以保护桥墩18，温度调节橡胶隔震支座15的总控室10安装在支座旁边的桥墩18上，并由桥梁的照明系统为其提供电能。

结合桥梁的受力特点等，先提供两种实施方式。

实施例一：

如图6所示，在每个桥墩18与桥梁上部结构16的底面之间沿中轴线设置对称的温度调节橡胶隔震支座15，其中每个温度调节橡胶隔震支座15都有单独的总控室10。对桥梁施加地震作用时，在45℃高温的情况下使用温度调节橡胶隔震支座15，桥梁的减震效果高出15％～22％；在-25℃低温的情况下使用温度调节橡胶隔震支座15，桥梁的减震效果高出18％～25％。

实施例二：

如图7所示，在每个桥墩18与桥梁上部结构16之间对称设置相互并联的两个温度调节橡胶隔震支座15，每组两个温度调节橡胶隔震支座15共用一个总控室10。对桥梁施加地震作用时，在45℃高温的情况下使用温度调节橡胶隔震支座15，桥梁的竖向减震效果高达12％～18％；在-25℃低温的情况下使用温度调节橡胶隔震支座15，桥梁的竖向减震效果高出15％～23％。

并联温度调节橡胶隔震支座15(实施例二)相比单独使用(实施例一)更节省空间且经济效益更好，但控制效果稍有下降。另外，低温情况下采用温度调节橡胶隔震支座15比高温情况下采用该种支座效果更显著。

上述具体的实施方式不作为本实用新型专利保护范围的限制，对本实用新型做任何非创造性的改进或者变换均属于本实用新型保护范围之内。

本实用新型未详述之处(如温度调节系统)，均为相关技术领域技术人员的公知技术。