超薄抗震支座的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超薄抗震支座，在高度方向上的尺寸不大于15厘米，包括上、中、下三部分，上部分用于和被支撑物连接，所述上部分为弹性体，中部分具有水平面上的二维移动能力且在移动的过程中消耗水平震动、冲击力，所述中部分包括第一滑动板、第二滑动板和固定板，其中，第一滑动板与第二滑动板之间滑动配合，第二滑动板与第三滑动板之间滑动配合；下部分(3)用于和支撑梁、柱进行连接，所述下部分为弹性体。1、产品扁平化，采用本结构的支座的在承载力和抗震性能不变的情况下，高度降低60％左右，实现产品的扁平化，在桥梁、建筑安装过程中更加具有优势。支座高度的降低，更有利于桥梁、建筑的稳定。
【专利说明】
超薄抗震支座
技术领域
[0001]该发明涉及工程技术领域中广泛使用的支座，具体地说是一种具有三维缓冲功能的超薄型支座。
【背景技术】
[0002]在桥梁工程、装配式建筑、钢结构建筑中，支座被广泛使用，支座主要的作用在于抗震、减缓冲击。
[0003]在震级较大或某些原因下结构“硬抗”已经难以满足预期的防震要求时，采用隔震技术减小结构的输入地震能量，能够达到很好的效果。隔震的本质作用是使结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，隔断地震能量的传播途径，使输入到房屋结构上的地震力和能量减少，从而减小上部结构的地震反应，达到预期的设防要求。
[0004]这种分离或解耦是通过在工程结构的特定部位设置隔震层，设置隔震器、阻尼器或其他附属装置，以以延长整个结构体系的自振周期，增大结构阻尼，从而使结构在地震作用下的动力反应(加速度、速度、位移)得到合理控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装修等地安全和处于正常的使用环境。
[0005]按耗能减震原理的不同，隔震类型包括叠层橡胶支座隔震、铅芯橡胶支座隔震、滚珠(或滚轴)隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震等。
[0006]以叠层橡胶支座为例，就是通过设置多层的橡胶层，起到缓冲冲击力的作用，但是并不能从根本上解决上述的问题。
[0007]为此大部分的制作依然从增加弹性力量出发，研制新型的支座，例如中国专利申请CN102839751B中公开的支座，就是通过增加竖向设置的蝶形弹簧来减缓抗震的。这种结构的制作对于竖直方向上的冲击力具有较好的分解效果，但是对于水平方向上的分解效果不明显。
[0008]
【申请人】通过研究发现，对于地震中水平冲击力和竖直方向冲击力的抗震机理不同，其中，竖直方向冲击力的抗震机理是通过建筑物、桥梁自身的自重并在竖直方向上产生微小的升降运动抵消掉的，利用的是重力势能做功机理，水平方向上的，目前利用的主要是弹性缓冲，例如中国专利CN203891201提供的一种支座，在水平方向上就设置有缓冲弹簧，通过弹簧对其进行缓冲，但是弹簧仅仅具有一定的缓冲性能，对于能量的消耗和吸收比较少，这样造成的结果就是建筑物或者桥梁依然会出现剧烈的、长时间的摇晃，减震效果并不理想。
[0009]也就是说，在竖直方向上使用弹簧减震效果明显，但是在水平方向上利用弹簧减震，效果并不理想，效果较差。出现这种差异的原因在于水平方向上不存在重力势能抵消的问题。
[0010]另外一个问题，在抗震支座中，广泛使用的支座，大量使用了蝶形弹簧进行了减震，公知，蝶形弹簧的叠加数量越多，减震效果越好，于是为了达到较好的减震效果，无限制的增加蝶形弹簧的使用数量，造成支座的高度急剧增加，一普通的桥梁用支座为例，其支座高度高达40厘米以上，支座越高，对于支撑桥梁的稳定性越不利，所以，如何在保证抗震效果的情况下，尽量的压缩支座的体积，尤其是高度方向上的尺寸，显得尤为重要。
【发明内容】
[0011]为了解决现有技术的不足，本发明提供一种超薄型抗震支座，尤其是一种可以将总体高度控制在15厘米以下的超薄型抗震支座，用于桥梁、建筑中的抗震支撑，且整体的抗震性能不降低，具有更好抗击水平冲击并消耗冲击力，同时解决现有支座高度方向上尺寸过大的问题。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:
[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]上部分用于和被支撑物连接，所述上部分为弹性体，
[0016]中部分具有水平面上的的二维移动能力且在移动的过程中消耗水平震动、冲击力，所述中部分包括第一滑动板、第二滑动板和固定板，其中，
[0017]所述第一滑动板整体为一个平板状的铸钢件，在第一滑动板的四个转角处设置有四个螺栓孔，螺栓孔处通过螺栓与上部分进行连接，在第一滑动板下表面的中央位置设置有梯形结构的第一导向部和第一摩擦部，其中第一导向部为与第一滑动板一体成型的梯形凸起，第一摩擦部包括金属部和刹车材料块，其中金属部是与第一滑动板一体成型的，所述刹车材料块是通过二次压力铸造的方式嵌入在两个相邻的金属部之间的，并在刹车材料块与第一滑动板之间设有圆销;在第一滑动板上沿着第一导向部的方向的两端设置有第一挡块，在第一挡块的内侧设置弹性体结构；
[0018]所述第二滑动板整体为一个平板状铸钢件，在第二滑动板的四个转角处设置有四个销钉孔，在第二滑动板上表面设置有梯形结构的第二导向部和第二摩擦部，所述第二导向部和第二摩擦部分别与第一导向部和第一摩擦部结构相同并咬合配合，在第二滑动板的下表面设置有与第三导向部和第三摩擦部，其中第三导向部和第三摩擦部与第二导向部和第二摩擦部彼此垂直设置；
[0019]固定板整体为一个平板状铸钢件，所述固定板上的第四导向部与第四摩擦部分别与第三导向部和第三摩擦部结构相同且彼此配合，在固定板上沿着第四导向部的方向的两端设置有第二挡块，在第二挡块的内侧设置弹性体结构；
[0020]在第一滑动板和第二滑动板之间，以及第二滑动板与固定板之间设置安全销，
[0021]下部分(3)用于和支撑梁、柱进行连接，所述下部分为弹性体。
[0022]进一步地，所述第一挡块通过螺钉紧固的方式固定在第一滑动板上，在挡块靠近第一导向部的内侧设置有一个第一弧形板，所述第一弧形板通过焊接的形式固定在第一挡块上，并在第一弧形板的外侧固定一个第二弧形板，第二弧形板的外侧固定一个直板，直板和两个弧形板共同组成一个弹性体结构，且第二滑动板相对于第一滑动板的滑动范围β在20毫米以内。
[0023]进一步地，所述第二滑动板相对于固定板的滑动范围α在20毫米以内。
[0024]进一步地，所述下部分为铅芯橡胶垫层。
[0025]进一步地，所述上部分包括叠加的平板和蝶形弹簧，其中平板固定在蝶形弹簧的顶端。
[0026]进一步地，所述上部分为聚四氟乙烯垫片与铜板间隔叠层设置的方式进行设置，并在垫层中镶嵌铅芯柱，其中铅芯柱设置为多个，均匀布置。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]1、产品扁平化，采用本结构的支座的在承载力和抗震性能不变的情况下，高度降低60%左右，实现产品的扁平化，在桥梁、建筑安装过程中更加具有优势。支座高度的降低，更有利于桥梁、建筑的稳定。
[0029]2、抗震支座中，第一滑动板和第二滑动板之间通过刹车材料和金属导向部的摩擦，模拟汽车刹车片的原理，通过摩擦消除水平方向的震动能量，有效的快速消耗振动能，传统的橡胶支座不具有摩擦耗能的作用。
[0030]3、整个支座在可控的20晕米范围内进彳丁震动，且震动是尚频率小振幅的进彳丁，有效的对建筑、桥梁的主体进行保护。
[0031]4、第一滑动板、第二滑动板和固定板之间为刚性接触，且配合面为彼此要和的梯形凸起和梯形凹槽，可以使得承载面积增加一倍以上，承载能力出色，且具有方向可控性，导向作用下，避免被承载物的无序滑动，使得抗震过程可控。
【附图说明】
[0032]图1为发明的结构图。
[0033]图2为中部分的立体图。
[0034]图3为图2的侧视图。
[0035]图4为图2中纵向剖视图。
[0036]图5为图2中横向剖视图。
[0037]图6为第一滑动板立体图。
[0038]图7为图6的主视图。
[0039]图8为固定板的主视图。
[0040]图9为第一滑动板的局部立体图。
[0041 ]图10为图9中刹车材料块部位的局部剖视图。
[0042]图11为相对滑动过程中滑动板的加速度示意图。
[0043]图12为本发明在桥梁中的应用。
[0044]图中:I上部分，11平板，12蝶形弹簧，
[0045]2中部分，21第一滑动板，211螺栓孔，212第一导向部，213第一摩擦部，2131金属部，2132刹车材料块，214缺口，215圆销，216圆孔，217挡块，218弹性体结构，
[0046]22第二滑动板，221第二导向部，222第二摩擦部，223第三导向部，224第三摩擦部，
[0047]23固定板，3下部分，4安全销。
[0048]A超薄支座，10桥梁立柱，101桥梁梁底。
【具体实施方式】
[0049]如图1至图11所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下:
[0050]开发的是一种抗震支座，尤其是一种超薄型抗震支座，在同样的抗震性能下，该支座在高度方向上的尺寸被压缩至少一半。
[0051]基于上述的描述，本支座的具体结构如下:
[0052]包括上、中、下三部分，上部分I用于和被支撑物连接，例如桥梁，横梁，并兼有竖直方向上的弹性的能力。中部分2具有水平方向上消耗震动、冲击的能力。下部分3用于和支撑梁、柱进行连接。
[0053]其中，本超薄支座A—般应用在桥梁立柱和桥梁梁底之间，一般为水平设置，所以表面直接进行接触配合即可，不需要进行特殊连接。但是考虑到安全性，可以在上部分和下部分上设置高强度螺栓，通过连接的方式与上述的桥梁立柱10和桥梁梁底101进行连接。
[0054]上部分I包括平板11、蝶形弹簧12，其中平板11固定在蝶形弹簧的顶端，平板11用于和被支撑物进行接触，例如，横梁可直接压在平板上。
[0055]上部分，也可采用聚四氟乙烯垫片与铜板间隔叠层设置的方式进行设置，并在上述的垫层中镶嵌铅芯柱，其中铅芯柱设置为多个，均匀布置，该上部分的总体厚度控制在5厘米以内。
[0056]中部分2包括第一滑动板21、第二滑动板22和固定板23，其中，第一滑动板21整体为一个平板状，为矩形或者正方形，采用铸钢件，在第一滑动板21的四个转角处设置有四个螺栓211，螺栓孔211处通过螺栓与上述的蝶形弹簧12进行连接，由于受力主要是压力，所以两者之间在水平上的剪切力平常是不存在的，仅仅在地震发生时才会发生水平剪切作用。在第一滑动板21下表面的中央位置设置有梯形结构的第一导向部212和第一摩擦部213，其中第一导向部212为与第一滑动板一体成型的梯形凸起，梯形角度控制在60度左右，第一摩擦部213包括金属部2131和刹车材料块2132，其中金属部2131是与第一滑动板一体成型的，刹车材料块是通过二次压力加工的方式嵌入在两个相邻的金属部之间的，为增加刹车材料块2132与第一滑动板的结合力，在两者之间设有圆销215，在刹车材料块和第一滑动板之间形成防脱落的结构。
[0057]下面通过对第一滑动板的机加工过程进行详细的描述，来加深对第一滑动板的理解:
[0058]首先制作铸钢毛坯件，然后在毛坯件的两个表面进行铣削，通过铣削的机加工方式形成若干彼此等间距且平行设置的梯形凸起，在两两梯形凸起之间为梯形凹槽，梯形凸起与梯形凹槽彼此间隔布置，形成交错样式，其中相邻的两个梯形凸起分别为第一导向部212和第一摩擦部213，上述的第一导向部和第一摩擦部是按功能进行划分的，然后，将第一摩擦部213中的梯形凸起进行间隔性的横向铣削，形成若干缺口 214，并在每一个缺口中钻盲孔，盲孔用于安装圆销215，圆销与盲孔之间是过紧配合，通过敲打的方式进行固定。完成后再四个转角处分别钻圆孔，形成螺栓孔211，用于和上述的上部分中的蝶形弹簧进行连接，进一步地，可以在靠近梯形凸起区域的第一滑动板上钻圆孔216，用于安装安全销，其中，安全销的作用在于连接第一滑动板和第二滑动板，在初期起到平衡两个滑动板的作用。
[0059]上述工作完成后，对毛坯件进行整体的精加工，然后进行热处理，处理后的钢板具备刚好的耐磨性能，然后对第一导向部212和第一摩擦部213两侧的斜面和顶部的面进行精磨，最后，放在专用磨具中对第一摩擦部中的缺口使用刹车片材料进行填充，并使用压力机进行热压成型，形成一个刹车材料块2132。
[0060]第二滑动板22整体为一个平板状，为矩形或者正方形铸钢件，在第二滑动板的四个转角处设置有四个销钉孔，用于安装安全销4。四个销钉孔，其中两个销钉孔用于限制第一滑动板和第二滑动板在预定力度以内的相对静止，另外两个销钉孔用于安装限制第二滑动板和固定板之间的相对滑动。
[0061]在第二滑动板22上表面的中央位置设置有梯形结构的第二导向部221和第二摩擦部222，其中第二导向部221为与第二滑动板一体成型的梯形凸起，第二摩擦部222包括金属部和刹车材料块，其中金属部是与第二滑动板一体成型的，刹车材料块是通过二次压力加工的方式嵌入在两个相邻的金属部之间的。并在刹车材料块和第二滑动板之间设置有防脱落的结构。也就是说，第二导向部和第二摩擦部在结构和尺寸上与上述的第一导向部和第一摩擦部是相同的。
[0062]同时在第二滑动板22的下表面设置有与第三导向部223和第三摩擦部224，其中第三导向部和第三摩擦部与第二导向部和第二摩擦部彼此垂直设置，且结构和尺寸也相同。
[0063]第二滑动板22上的制作过程类似于第一滑动板。
[0064]固定板23与第一滑动板结构相同，区别在于固定板上的第四导向部231与第四摩擦部232的走向与第三导向部和第三摩擦部相同且彼此配合。
[0065]在第一滑动板21上沿着第一导向部的方向的两端设置有挡块217，挡块通过螺钉紧固的方式固定在第一滑动板21上，在挡块217靠近第一导向部的内侧设置有一个第一弧形板，第一弧形板通过焊接的形式固定在第一挡块上，并在第一弧形板的外侧固定一个第二弧形板，第二弧形板的外侧固定一个直板，直板和两个弧形板共同组成一个弹性体结构218，用于限制第一滑板的滑动范围，其中上述的滑动范围β—般控制在20毫米之内。同理，在固定板23上沿着第四导向部的方向的两端设置有弹性体结构218’，用于限制第二滑动板的活动范围。
[0066]上述的固定板下端面为平面，并在下表面固定铅芯橡胶垫层，用于竖直方向的隔震，形成下部分3。
[0067]上述的第一滑板、第二滑板和固定板之间的结构，采用交错的梯形结构，可以形成比较好的啮合与咬合，使得板与板之间的咬合和承载力度明显增加，同时，增加了两者之间的结合面积，在同等投影面积下，板与板之间的结合面积至少增加一倍，配合刹车片进行摩擦，可以进一步的提高摩擦耗能，所以有利于缩小整体的高度，有利于产品的扁平化。同时，抗震性能得到有效的提高。
[0068]在地震发生时，安全销4会在水平剪切力的作用下被剪断，第一滑动板和第二滑动板，以及第二滑动板和固定板之间会形成一种相对滑动，在滑动初期，滑动的过程中，刹车摩擦材料与固定部或者导向部是接触的，启动时的摩擦力较小，可以实现快速启动，避免卡死，同时，由于上述的刹车摩擦材料是多组交叉设置的，当两个相对的刹车摩擦材料彼此接触时，会造成摩擦力突然增加，形成减速，同时由于是咬合结构，刚性、稳定性和倾覆力矩都很好，可以实现稳定减速，在加速和减速的过程中，由摩擦力公式可知，此时加速较大，相对滑动仍然处于加速阶段，当刹车材料块重叠过半之后，由于刹车材料块之间的摩擦力增大，会有一个减速动作，并大量的消耗地震能量。由于地震时，水平方向的振幅一般较大，进入下一个周期，在此过程中，保证滑动板之间使用处于反复的加速和减速过程，其中加速度a形成脉冲样式，正负往复切换，可以将一个大的地震振幅分割为多个小的抗震支座自振振幅，并且刹车材料块与刹车材料块、刹车材料块与导向部在摩擦过程中会产生大量的热，对振动能量进行消耗，消耗地震带来的能量，效果远远高于通常使用的弹簧、蝶形弹簧等。同时将地震的低幅高振幅动作，切换为建筑物的高频低幅动作，有利于建筑物、桥梁的自我保护。
[0069]在上述的过程中，上部分和下部分之间在竖直方向上有一个缓冲过程，用来抵消重力势能，其原理是，上部分和下部分会发生弹性形变，会造成被支撑物(桥梁或者房屋)的被抬升，进而依靠自身的重力势能消耗掉竖直方向上的冲击力度，上述的水平方向的冲击力和竖直方向上的冲击力都得到了很好的减缓和消除，抗震效果明显。
[0070]参考图12，上述的超薄支座可以被广泛的应用于建筑、桥梁的环境中。
[0071]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
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)用于和被支撑物连接，所述上部分(I)为弹性体， 中部分(2)具有水平面上的的二维移动能力且在移动的过程中消耗水平震动、冲击力，所述中部分(2)包括第一滑动板(21)、第二滑动板(22)和固定板(23)，其中， 所述第一滑动板(21)整体为一个平板状的铸钢件，在第一滑动板(21)的四个转角处设置有四个螺栓孔(211)，所述螺栓孔(211)处通过螺栓与上部分进行连接，在第一滑动板(21)下表面的中央位置设置有梯形结构的第一导向部(212)和第一摩擦部(213)，其中第一导向部(212)为与第一滑动板一体成型的梯形凸起，第一摩擦部(213)包括金属部(2131)和刹车材料块(213 2 )，其中金属部(2131)是与第一滑动板一体成型的，所述刹车材料块(2132)是通过二次压力铸造的方式嵌入在两个相邻的金属部之间的，并在刹车材料块(2132)与第一滑动板之间设有圆销(215);在第一滑动板(21)上沿着第一导向部的方向的两端设置有第一挡块(217)，在第一挡块的内侧设置弹性体结构； 所述第二滑动板(22)整体为一个平板状铸钢件，在第二滑动板的四个转角处设置有四个销钉孔，在第二滑动板(22)上表面设置有梯形结构的第二导向部(221)和第二摩擦部(222)，所述第二导向部(221)和第二摩擦部(222)分别与第一导向部(212)和第一摩擦部(213)结构相同并咬合配合，在第二滑动板(22)的下表面设置有与第三导向部(223)和第三摩擦部(224)，其中第三导向部和第三摩擦部与第二导向部和第二摩擦部彼此垂直设置；所述固定板(23)整体为一个平板状铸钢件，所述固定板上的第四导向部(231)与第四摩擦部(232)分别与第三导向部和第三摩擦部结构相同且彼此配合，在固定板上沿着第四导向部的方向的两端设置有第二挡块，在第二挡块的内侧设置弹性体结构； 在第一滑动板和第二滑动板之间，以及第二滑动板与固定板之间设置安全销， 所述下部分(3)用于和支撑梁、柱进行连接，所述下部分为弹性体。2.根据权利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述第一挡块(217)通过螺钉紧固的方式固定在第一滑动板(21)上，在第一挡块(217)靠近第一导向部的内侧设置有第一弧形板，所述第一弧形板通过焊接的形式固定在第一挡块上，并在第一弧形板的外侧固定一个第二弧形板，第二弧形板的外侧固定一个直板，直板和两个弧形板共同组成一个弹性体结构(218)，且第二滑动板相对于第一滑动板的滑动范围β在20毫米以内。3.根据权利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述第二滑动板相对于固定板的滑动范围α在20毫米。4.根据权利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述下部分为铅芯橡胶垫层。5.根据权利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述上部分包括叠加的平板(II)和蝶形弹簧(12)，其中平板(11)固定在蝶形弹簧的顶端。6.根据权利要求1所述的超薄抗震支座，其特征在于，所述上部分为聚四氟乙烯垫片与铜板间隔叠层设置的方式进行设置，并在垫层中镶嵌铅芯柱，其中铅芯柱设置为多个，均匀布置。
【文档编号】E01D19/04GK106087721SQ201610494696
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】杜桂菊
【申请人】杜桂菊