一种水平隔震支座的制作方法

本发明涉及水平隔震技术领域，尤其涉及一种水平隔震支座。

背景技术：

地震灾害给人类带来不可估量的生命财产损失，减隔震技术是通过减小结构动力响应以减小地震灾害的有效措施。

减隔震技术是近年来用于房屋建筑、桥梁等结构中的技术，其特点是：通过在结构合适位置安装隔震耗能装置，有效隔断或消耗地震作用时由基础或下部结构传递至上部结构的能量，以减小结构在动力荷载作用下的响应。与传统的抗震方法相比，上述减隔震技术提高了结构安全度与整体经济性。

粘滞流体阻尼器拥有饱满的椭圆型滞洄曲线，其耗能能力强、在静荷载下无附加刚度，能在地震和大风荷载下重复使用，因此受到工程界的青睐。但其在基础隔震中使用时必须配合其他支座共同作用，其自身不具备竖向承载力，且占据空间只能单向耗能。在桥梁中使用粘滞流体阻尼器时，一般要将粘滞流体阻尼器与滑动支座配合使用，且需为粘滞流体阻尼器单独制作、安装或设置专门的锚固区。

现有减隔震技术中应用的减隔震产品主要为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座或高阻尼橡胶支座等，这些隔震支座的特点是水平方向上刚度较小，主要依靠竖向高度上的层层剪切变形产生阻尼耗能。但这些隔震支座的竖向抗拉刚度特别是抗拉拔能力不足，在罕遇地震发生时，由于隔震支座可能受到较大拉力以致失效提离，此时隔震支座上部的建筑结构稳定性降低从而有倾覆风险。

将隔震支座安装在桥梁结构中时，由于桥梁在罕遇地震作用下容易发生横桥向或纵桥向的落梁灾害，为了避免此类灾害，一般考虑设置防落梁杆或在隔震支座边缘设置限位装置。这些限位措施靠主梁与限位装置的刚性碰撞等来防止落梁，它需要考验桥墩与限位装置的极限抗冲击能力和桥墩的侧向抗剪抗弯强度。

并且，桥梁的活动墩墩顶与主梁连接处的隔震支座，其在一般使用状态下需要适应主梁的温度、活载、收缩徐变等引起的小变形，以避免主梁和墩柱产生额外应力。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种水平隔震支座，解决现有技术中存在的粘滞流体阻尼器需要与隔震支座配合使用，且需要专门的锚固区；有些隔震支座竖向承载力不大、抗拉拔防倾覆能力不足的问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种水平隔震支座，包括下支撑平台和上支撑平台；所述下支撑平台和上支撑平台内分别设置有一个水平柱状腔室，各个所述水平柱状腔室的两端均分别设置有弹性件和阻尼器，且所述弹性件和阻尼器之间连接有运动杆，使得运动杆在所述水平柱状腔室中做往复运动时，带动所述弹性件和所述阻尼器做阻尼运动；

两个所述运动杆之间通过连接杆连接，且在所述下支撑平台的上表面和上支撑平台的下表面上均开设有运动槽，使得所述运动杆在所述水平柱状腔室中运动时所述连接杆沿着所述运动槽运动；两个所述水平柱状腔室之间呈设定角度。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的水平隔震支座，由于阻尼器和弹性件均融入支撑平台内部，使该水平隔震支座同时具有水平滑板支座与阻尼器的功能，支撑平台内部空间得以充分利用。此外，由于上支撑平台和下支撑平台之间的任意错动均可被解耦成各自运动杆的分运动，因此在任意角度的水平地震作用下，该水平隔震支座均可实现耗能隔震。并且，由于该水平隔震支座的竖向支撑结构主要为上支撑平台、下支撑平台和连接杆，而这些结构均为刚性件，从而该水平隔震支座在应对水平地震与竖向地震的综合作用时，具有较大的竖向承载力和抗拉拔能力，用于高层建筑的隔震时可抗摇摆防倾覆。

优选的，所述设定角度为90度。

优选的，所述弹性件为弹簧；所述弹簧的一端和所述水平柱状腔室内壁固定连接，另一端和所述运动杆连接。

优选的，所述运动杆靠近所述弹性件的一端设置有导向腔室，所述导向腔室与所述弹性件同轴，且所述弹性件部分伸入所述导向腔室内后与所述导向腔室的内壁连接。

优选的，所述阻尼器为粘滞流体阻尼器；所述粘滞流体阻尼器包括缸体和活塞，所述缸体和所述水平柱状腔室内壁固定连接，所述活塞的活塞头位于所述缸体内，活塞杆与所述运动杆固定连接。

优选的，所述活塞头上设置有阻尼孔。

优选的，所述阻尼孔的数量为多个，所述缸体内壁上伸出有与部分所述阻尼孔相对的圆锥状凸起对。

优选的，所述下支撑平台和上支撑平台之间设置有光滑支撑板。

优选的，所述光滑支撑板为聚四氟乙烯板。

优选的，两根所述运动杆和所述连接杆一体成型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例的水平隔震支座的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视示意图；

图3是图1中B-B处的剖视示意图；

图中：1、上支撑板；2、活塞头；3、弹簧；4、聚四氟乙烯板；5、大阻尼孔；6、缸体；7、粘滞流体；8、小阻尼孔；9、下支撑板；10、运动杆；11、密封环；12、活塞杆；13、圆锥状凸起；14、连接杆；15、弹簧活动厢体；16、导向腔室。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1，本实施例的水平隔震支座，包括下支撑平台和上支撑平台；所述下支撑平台和上支撑平台内分别设置有一个水平柱状腔室，各个所述水平柱状腔室的两端均分别设置有弹性件和阻尼器，且所述弹性件和阻尼器之间连接有运动杆10，使得运动杆10在所述水平柱状腔室中做往复运动时，带动所述弹性件和所述阻尼器做阻尼运动。

其中，两个所述运动杆10之间通过连接杆14连接，且在所述下支撑平台的上表面和上支撑平台的下表面上均开设有运动槽，使得所述运动杆10在所述水平柱状腔室中运动时所述连接杆14沿着所述运动槽运动；两个所述水平柱状腔室之间呈设定角度。

为了区分上支撑平台和下支撑平台上的相关结构，将下支撑平台上的水平柱状腔室、弹性件、阻尼器、运动杆10和运动槽分别命名为第一水平柱状腔室、第一弹性件、第一阻尼器、第一运动杆和第一运动槽；并将上支撑平台上的水平柱状腔室、弹性件、阻尼器、运动杆10和运动槽分别命名为第二水平柱状腔室、第二弹性件、第二阻尼器、第二运动杆和第二运动槽。

由此得到，下支撑平台内设置有第一水平柱状腔室，所述第一水平柱状腔室的两端分别设置有第一弹性件和第一阻尼器；第一运动杆位于所述第一水平柱状腔室内，且一端连接所述第一弹性件另一端连接所述第一阻尼器，并使得所述第一运动杆在所述第一水平柱状腔室中做往复运动时，带动所述第一弹性件和所述第一阻尼器做阻尼运动。

所述上支撑平台内设置有第二水平柱状腔室，所述第二水平柱状腔室的两端分别设置有第二弹性件和第二阻尼器；第二运动杆位于所述第二水平柱状腔室内，且一端连接所述第二弹性件另一端连接所述第二阻尼器，并使得所述第二运动杆在所述第二水平柱状腔室中做往复运动时，带动所述第二弹性件和所述第二阻尼器做阻尼运动；

所述第一运动杆和所述第二运动杆之间通过连接杆14连接，且在所述下支撑平台的上表面开设有第一运动槽，所述上支撑平台的下表面上开设有第二运动槽。并使得第一运动杆在所述第一水平柱状腔室中运动时，连接杆14可以沿着第一运动槽运动；当第二运动杆在所述第二水平柱状腔室中运动时，连接杆14可以沿着第二运动槽运动。

为了保证连接杆14的设置不会干涉第一运动杆和第二运动杆的运动，对第一运动槽和第二运动槽的长度和方向均有要求。其中，下支撑平台上的第一运动槽需要与第一水平柱状腔室同轴；上支撑平台上的第二运动槽需要与第二水平柱状腔室同轴。并且，第一运动槽的长度不小于第一运动杆在第一水平柱状腔室中的运动行程；第二运动槽的长度不小于第二运动杆在第二水平柱状腔室中的运动行程。当然，第一运动槽和第二运动槽的宽度不能太小，至少要保证第一运动杆和第二运动杆分别和其内壁存在一定的间隙，以保证第一运动杆和第二运动杆的运动。

本实施例的水平隔震支座，由于阻尼器和弹性件均融入支撑平台(下文提到的支撑平台均指上支撑平台和/或下支撑平台)内部，使该水平隔震支座同时具有水平滑板支座与阻尼器的功能，从而不需要额外设置专门的锚固区以节约安装空间，并使得上支撑平台和下支撑平台自身的空间得到充分利用。此外，由于上支撑平台和下支撑平台的错动均可被解耦成各自运动杆10的分运动，因此在水平面任意方向地震作用下，该水平隔震支座均可实现耗能隔震。并且，由于该水平隔震支座的竖向支撑结构主要为上支撑平台、下支撑平台和连接杆14，而这些结构均为刚性件，从而在应对水平地震与竖向地震的综合作用时，其可以使得水平隔震支座具有较大的竖向承载力和抗拉拔能力，用于高层建筑的隔震时可抗摇摆防倾覆。

另外，该水平隔震支座在小速度位移下，其水平刚度主要取决于弹性件，弹性件在小变形条件下反作用力小，从而，该隔震支座用于桥梁上时可适应主梁因温度、活载、收缩徐变等引起的小变形。

从图1看到，上支撑平台安装在下支撑平台上方。其中，由于上支撑平台内部的结构和下支撑平台内的结构相同，因此图1中省略了上支撑平台内的详细结构，显然该省略不会对本申请公开造成影响。同理，下文仅仅结合附图1对下支撑平台内的机构运动原理进行说明，而对于上支撑平台内的结构运动原理则不再赘述。

并且，结合图2和图3可知，两个所述水平柱状腔室之间呈90度。该种情况下，当下支撑平台固定时，那么上支撑平台的运动可以被解耦成第一运动杆和第二运动杆之间互相垂直的分运动。该分运动可以分解出位移、速度、力、加速度等参数。并且通过计算发现，相对于同样参数单个单向的粘弹性阻尼器，本实施例中的水平隔震支座的刚度是上述粘弹性阻尼器的倍之间。虽然两个运动杆10的位移的代数和比单个粘弹性阻尼器大，但因为位移的垂直解耦，其位移的范围比单个粘弹性阻尼器的位移小。且本实施例的水平隔震支座，其可满足平面任意方向的耗能隔震，并不仅仅是单个阻尼器的单向耗能。

当然，为了使得本实施例的水平隔震支座可以适用水平面上任意方向的位移错动，两个所述水平柱状腔室之间的角度除了为90度之外，还可以是零之外的任意角度。

从图1中可知，弹性件为弹簧3，且设置在运动杆10的左端。该弹簧3有刚度并能在伸缩过程中暂时储存与释放能量。

其中，为了对上述弹簧3起到导向作用，在运动杆10的靠近所述弹性件的一端设置有导向腔室16。该导向腔室16与弹性件同轴，且所述弹性件部分伸入所述导向腔室16内后与所述导向腔室16的内壁连接。以使得运动杆10沿着水平柱状腔室轴向运动时，弹簧3被沿着轴向拉伸或者压缩。

当然，弹性件也可以选择弹簧3之外的具有弹性的元件。且当弹性件选择弹簧3时，优选采用型号多、易取材的环形弹簧3。导向腔室16的结构可以根据弹性件的结构而定。

此外，从图1中可知，本实施例中的阻尼器为粘滞流体阻尼器，且设置在运动杆10的右端。

其中，粘滞流体阻尼器包括缸体6和活塞，所述缸体6和所述水平柱状腔室内壁固定连接，所述活塞的活塞头2位于所述缸体6内，活塞杆12与所述运动杆10固定连接。从而，当运动杆10沿着水平柱状腔室轴向运动时，活塞头2沿着缸体6左右运动并挤压粘滞流体7。优选但是不必须：活塞杆12和运动杆10一体成型。

当然也可以将缸体6和运动杆10固定连接，此时活塞部分与水平柱状腔室内壁连接，只是由于缸体6质量较大，其跟随运动杆10一起运动实现起来相对困难。

优选在活塞头2上设置有阻尼孔，并通过挤压粘滞流体7通过阻尼孔产生阻尼耗能。

图1中，活塞头2上设置有一个大阻尼孔5和一个小阻尼孔8。并且在缸体6内壁上对应大阻尼孔5设置有圆锥状凸起13对。该“圆锥状凸起13对”包括两个圆锥状凸起13，分别刚性连接在阻尼器缸体6的左侧内壁和右侧内壁。其中，左侧内壁上的圆锥状凸起13在活塞朝左侧内壁方向运动时发挥主要作用，而右侧内壁上的圆锥状凸起13在活塞朝右侧内壁方向运动时发挥主要作用。此外，圆锥状凸起13对的中心轴线与大阻尼孔5的圆心在同一直线上，且圆锥状凸起13对底部截面圆的半径略小于大阻尼孔5的半径。

其中，上述粘滞流体阻尼器活塞中的大阻尼孔5与圆锥状凸起13对是一个速度、位移双相关的组合。在地震作用时，流过大阻尼孔5和小阻尼孔8的粘滞流体7会因为活塞的运动速度不同产生不同的阻尼力。其中，当活塞运动的速度越大，流过大阻尼和小阻尼孔8的流体产生的粘滞阻尼力越大；速度越小，粘滞阻尼力越小。

由于罕遇地震作用时，上支撑平台和下支撑平台之间的错动位移更大，从而阻尼器的活塞头2可能逼近缸体6内壁甚至碰撞。本实施例中通过阻尼孔和圆锥状凸起13对的设置，当活塞头2运动到靠近阻尼器缸体6内壁的位置时，圆锥状凸起13伸入大阻尼孔5中，使得大阻尼孔5中用于粘滞流体7通过的面积变小，从而加大了阻尼器的粘滞阻力，缓冲了活塞头2和缸体6内壁之间的刚性碰撞。

其中，圆锥状凸起13在活塞头2还未碰到缸体6内壁时伸入大阻尼孔5。并且，圆锥状凸起13越是靠近缸体6内壁，大阻尼孔5被圆锥状凸起13堵住的面积越大，从而使粘滞流体7通过的面积越小，进而加大粘滞流体阻尼器的阻尼力。但由于小阻尼孔8仍然允许通过粘滞流体7，因此可以防止阻尼力增长过快过大。

所述水平隔震支座作为桥梁支座并在罕遇地震作用时，可在所述活塞头2碰撞缸体6内壁之前加大阻尼消耗能量，进而减小活塞头2与粘滞流体阻尼器内壁碰撞时的能量，实现支座在大地震作用时的柔性防落梁功能。

当然，上述阻尼器中的阻尼孔的数量、形状和分布不受附图的限制。并且，圆锥状凸起13也可以置换成圆柱状凸起、矩形柱状凸起等，且凸起的设置也并非必须。

本实施例中，弹性件和阻尼器以及运动杆10的位置关系也不受附图的限制，只要保证弹性件和阻尼器分别位于运动杆10的两端即可。并且，由于阻尼器有阻尼耗能特性，而弹簧3具有在伸缩过程中可以暂时储存与释放能量，因此将该阻尼器和上述弹簧3组合时，可使得本实施例的水平隔震支座在具有高效耗能的同时兼备刚度性能和自恢复能力。

并且，在水平面上任意方向的地震作用下，下支撑平台和上支撑平台将发生错动位移，两根运动杆10将分别在其对应的水平柱状腔室内运动，从而将下支撑平台和上支撑平台之间的错动解耦成两个相互垂直的运动。而两根运动杆10的往复运动使各自端部连接的弹性件和阻尼器组成的粘弹性组合粘滞耗能。

其中，为了使得水平隔震支座具有更好的自恢复能力，可以采用弹性系数较大的弹簧3，进而加大弹簧3的刚度。

进一步地，为了降低下支撑平台和上支撑平台之间的摩擦，优选在下支撑平台和上支撑平台之间设置有光滑支撑板。从而，当地震作用使下支撑平台和上支撑平台发生相互错动位移时，连接杆14两端连接的运动杆10可分别在其所在的水平柱状腔室内运动。

其中，由于其它结构的竖向承载力都较强，从而整个水平隔震支座竖向承载力的薄弱环节就在于光滑支撑板。有鉴于此，光滑支撑板优选采用摩擦系数低且抗压强度高的聚四氟乙烯板4。并且，可以将该聚四氟乙烯板4固定在下支撑平台的上表面上。也可以不设置光滑支撑板，而是在下支撑平台和上支撑平台之间的接触面上涂上润滑油以减小两者之间的摩擦力，当然该种情况效果不及设置有聚四氟乙烯板4的效果好。

本实施例中，优选两根所述运动杆10和所述连接杆14一体成型，从而方便加工并且可以保证两根运动杆10之间的连接强度。对于运动杆10和连接杆14的结构并没有特殊要求，其横截面均可以为任意形状。其中，运动杆10只要可以沿着水平柱状腔室运动，并促使产生阻尼运动即可。对于连接杆14：在水平和竖向地震作用下，普通隔震支座允许竖向承受不超过1MP的拉应力，本实施例中由于连接杆14连接了下支撑平台和上支撑平台，因此水平隔震支座的抗拉强度由连接杆14决定。显然，作为刚性组件的连接杆14的抗拉能力能满足该要求。

此外，本实施例的支撑平台，其形状结构亦不受限制，只要上支撑平台和下支撑平台之间可以实现稳定的支撑即可。例如，本实施例的附图2和图3中，上支撑平台和下支撑平台的横截面的外轮廓呈圆形，但是显然其横截面外轮廓还可以呈矩形、椭圆形、甚至异形等任意形状。

进一步地，附图1中，下支撑平台由下支撑板9，固定在该下支撑板9上方的弹簧活动厢体15，以及固定在该下支撑板9上方的阻尼器的缸体6组装得到。此时，弹簧活动厢体15和缸体6之间形成上述水平柱状腔室，并且弹簧活动厢体15和缸体6本身就是支撑平台的组成部分。当然该种情况水平柱状腔室为非连续腔室。同理，上支撑平台也可以是由上支撑平台，固定在该上支撑板1下方的弹簧活动厢体15，以及固定在该上支撑板1下方的阻尼器的缸体6组装得到。

需要说明的是，本实施例的支撑平台，其还可以是一个一体式厢体结构。其中弹簧活动厢体15为该一体式厢体的部分；而阻尼器的缸体6，其既可以是一体式厢体结构以外的结构，也可以通过在一体式厢体结构设置密封环11，从而密封环11和该一体式厢体部分结构之间形成用于容纳粘滞流体7的阻尼器缸体6。当阻尼器的缸体6为一体式厢体结构以外的结构时，则缸体6的结构最好和水平柱状腔室的一端结构相匹配，从而保证缸体6稳定的设置在水平柱状腔室内。

其中，上支撑平台、下支撑平台和连接杆14优选但是不必须采用钢铸件，以使得水平隔震支座具有较好的竖向承载力和抗拉拔能力。

综上所述，本实施例的水平隔震支座，是一种集多项功能于一体的隔震支座：其可作为结构某些构件的一部分而不占据空间，例如在桥梁中可将上支撑平台埋入主梁，下支撑平台埋入桥墩中。且该水平隔震支座能在平面任意方向实现减隔震，同时在组合了滑板支座的隔震效果好、阻尼器效率高等优势的同时，避免了滑板支座位移过大、阻尼器无支撑力的缺点。并且，这种水平隔震支座能提供大的竖向承载力，同时能够抗拉拔与防倾覆。在桥梁工程中使用该水平隔震支座时，可在罕遇地震作用下有效防止设置限位装置时造成的主梁、支座、桥墩之间可能发生的刚性碰撞，进而柔性防止落梁。此外，在兼具粘滞流体阻尼器高耗能与大刚度自恢复能力同时，由于阻尼器融入支撑平台内，从而可以省去设置阻尼器必须的锚固区。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。