一种三维隔震支座的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维隔震支座，包括从下至上依次设置的下连接板（1）、水平隔震支座（3）、中连接板（2）、碟形弹簧竖向隔震装置和上连接板（4）。竖向隔振措施由粘滞流体阻尼器、碟形弹簧组和保证竖向隔振措施正常工作的若干连接板、导向导杆、限位螺栓、环形弹簧等其他辅助措施组成。通过增设竖向隔震措施对传统隔震支座进行改进，使其能抵抗竖向振动及竖向小震作用，使结构具备一定的竖向隔振（震）能力。
【专利说明】
一种三维隔震支座
【技术领域】
[0001]本发明涉及房屋建筑结构基础领域，具体涉及一种三维隔震支座，用于质量较小的多层建筑结构的抗震设计和对质量较小的振动敏感的设备仪器的隔振应用。
【背景技术】
[0002]基础隔震是近些年来发展的一种用于房屋建筑结构基础的隔震技术，其特点是有效隔断水平地震作用由基础传递至上部结构，以此减小上部结构的水平振动。现有产品主要为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶支座等。各种隔震支座产品已广泛应于多、高层建筑结构的抗震应用中。多维地震的研宄虽已取得一些突破性进展，但应用于实践较少；而目前比较成熟的应用在工程实践的结构抗震分析的理论已达到三维水平，所以结构在三维地震作用下的基础隔震研宄尤为重要。三维地震作用下，由于建筑结构竖向刚度要求和竖向隔震有冲突，目前用于竖向隔震的隔震装置较少，并且现阶段的研宄、试验采用的隔震装置也多局限于水平方向的地震的隔震。本发明在传统水平隔震支座的基础上，构造出一种能够用于三维隔震的复合支座，是解决结构竖向隔震难题的一种有效方式。
[0003]地震灾害给人类带来不可估量的生命财产损失，基础隔震体系是在上部结构与基础之间设置某种隔震消能装置，以减小地震能量向上部的传输，达到减小结构振动的目的。
[0004]建筑基础水平隔震技术研宄已经取得了令人瞩目的成果，并已经广泛应用于工程实践中。但是，竖向地震引起的竖向振动的隔震研宄却相对非常较少。在实际工程中，建筑物的隔震层为上部结构提供竖向稳定支承，显著降低竖向刚度是困难的。所以，建筑物竖向隔震设计的难点在于如何在保证为上部结构提供有效竖向支承的同时，大幅度提高隔震后结构的竖向周期。由于结构的竖向刚度要求和竖向隔震功能有冲突，所以本发明主要针对小质量的多层建筑设计。
[0005]同时在工业生产和科学研宄中，有些设备仪器对于微小振动(如机器马达引起的振动、户外车辆引起的振动、地铁振动等)非常敏感，极小的振动也会干扰这些设备仪器的正常运转。这些微小振动也包括水平振动和竖向振动，但是与地震作用不同，这些微小振动振幅较小，频率较大。普通的隔震支座对于减小高频振动表现不佳，也需要开发相应的隔震技术来保障这些设备仪器的正常工作。
[0006]综上所述，开发一种能够同时隔离水平地震作用和竖向地震作用，调整参数后也能用于隔离水平向和竖向高频低幅振动的三维隔震支座具有重要的理论意义和现实应用价值。
【发明内容】
[0007]针对目前普通水平隔震支座尚无法有效解决的竖向隔震问题，本发明提供了一种结构紧凑，同时具有水平和竖向隔震能力的三维隔震支座，该三维隔震支座在水平方向和竖直方向同时具有良好的耗能能力，并且具有必要的竖向抗拉性能。
[0008]为了实现上述方案，本发明采用的技术方案是: 本发明三维隔震支座包括从下至上依次设置的下连接板、水平隔震支座、中连接板、碟形弹簧竖向隔震装置和上连接板。
[0009]所述碟形弹簧竖向隔震装置包括从内到外依次同圆心设置的粘滞流体阻尼器、碟形弹簧和若干导向导杆。
[0010]所述粘滞流体阻尼器包括粘滞流体阻尼器活塞、粘滞流体、粘滞流体阻尼器外筒、导向套筒和环形弹簧；所述粘滞流体阻尼器外筒的上端与上连接板的下表面连接；所述粘滞流体阻尼器活塞设置于粘滞流体阻尼器外筒内，位于粘滞流体阻尼器中心，且所述粘滞流体阻尼器活塞的下端与所述中连接板的上表面刚性连接；在所述粘滞流体阻尼器外筒与粘滞流体阻尼器活塞之间设置有环形阻尼孔；所述导向套筒设置于所述中连接板上表面；在所述导向套筒内设置有所述环形弹簧，所述环形弹簧一端与中连接板上表面接触，环形弹簧的另一端与所述粘滞流体阻尼器外筒的下端接触，所述粘滞流体阻尼器外筒能够在所述导向套筒内上下移动；在所述粘滞流体阻尼器活塞与粘滞流体阻尼器外筒之间填充粘滞流体，为所述粘滞流体阻尼器活塞在所述粘滞流体阻尼器外筒中的往复运动提供粘滞阻尼。
[0011]所述导向导杆通过固定螺栓与所述上连接板的下表面连接，且所述导向导杆贯穿所述中连接板的导向孔，并在所述导向导杆下端设置限位螺栓。
[0012]水平隔震支座为高阻尼橡胶隔震支座。
[0013]在所述中连接板和上连接板之间设置的碟形弹簧竖向隔震装置为一组或多组。
[0014]在竖向地震作用下，粘滞流体阻尼器活塞与中连接板刚性连接，中连接板2能在竖直方向带动阻尼器活塞运动，活塞在竖向往复运动时会引起阻尼器中粘滞流体的流动。粘滞流体从环形阻尼孔向粘滞流体阻尼器活塞运动的反方向流动，产生粘滞阻尼力，阻碍粘滞流体阻尼器活塞运动。粘滞流体阻尼器也可根据需求调整粘滞流体种类、阻尼孔数量和直径等调整阻尼力出力。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明在保证隔震支座水平隔震能力的前提下，通过增设碟形弹簧组和粘滞流体阻尼器提高隔震支座的竖向隔震能力。现有的竖向隔震支座通常只采用碟形弹簧组进行竖向隔震，竖向隔震能力有限。发明利用碟形弹簧组中部的空间，加设粘滞流体阻尼器，在粘滞流体阻尼器的粘滞流体阻尼器外筒与粘滞流体阻尼器活塞之间设置环形阻尼孔，在竖向地震作用下，粘滞流体从环形阻尼孔向粘滞流体阻尼器活塞运动的反方向流动，产生粘滞阻尼力，阻碍粘滞流体阻尼器活塞运动；因此粘滞流体阻尼器有着良好的消能能力。本发明采用碟形弹簧组和粘滞流体阻尼器两种方式来保证竖向隔震能力，且本发明结构紧凑。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明新型三维隔震支座示意图；
图2为本发明新型三维隔震支座俯视图；
图3为本发明新型三维隔震支座A-A截面示意图；
图4为本发明新型三维隔震支座B-B截面示意图。
[0017]图中:1、下连接板，2、中连接板，3、水平隔震支座，4、上连接板，5、碟形弹簧，6、粘滞流体阻尼器活塞，7、粘滞流体，8、粘滞流体阻尼器外筒，9、导向导杆，10、固定螺栓，11、限位螺栓，12、导向套筒，13、环形弹簧。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进一步的说明。
[0019]如图1、2、3、4所示，本发明三维隔震支座包括下连接板1、中连接板2、水平隔震支座3、上连接板4、碟形弹簧5、粘滞流体阻尼器活塞6、粘滞流体7、粘滞流体阻尼器外筒8、导向导杆9、固定螺栓10、限位螺栓11、导向套筒12、环形弹簧13。
[0020]如图1所示，中连接板2与粘滞流体阻尼器活塞6刚性连接，中连接板2和粘滞流体阻尼器活塞6能同时往复运动。中连接板2内侧有一环形导向套筒12，可以套接粘滞流体阻尼器外筒8，外筒8下垫有环形弹簧13。水平隔震支座3与碟形弹簧5通过中连接板2相连。导向导杆9上端通过固定螺栓10固定在上连接板4上，导向导杆9的下端通过限位螺栓11与中连接板2相连，限位螺栓11不限制导杆的运动，但能约束导杆运动的最大位移。
[0021]如图1和图3所示，所述中连接板2和上连接板4之间设置有多组碟形弹簧5，碟形弹簧5中心处设置圆筒形粘滞流体阻尼器，圆筒形粘滞流体阻尼器与中间连接板2刚性连接，在上连接板4和中连接板2中设置环形分布若干根导向导杆9，导向导杆9与中连接板2采用限位螺栓11连接，与上连接板4采用固定螺栓10刚性连接。上连接板4内侧有一圆环形限位套筒。粘滞流体阻尼器外筒8套进上连接板的导向套筒里，外筒下垫有一环形弹簧13，使上连接板4和粘滞流体阻尼器活塞6能顺利活动。碟形弹簧中心处设置一圆柱形粘滞流体阻尼器，阻尼器中有活塞6与中连接板2刚性连接，阻尼器内装有高阻尼的粘滞流体7，粘滞流体阻尼器的活塞6在粘滞流体7中往复运动，活塞6能随着上连接板2 —起运动，通过碟形弹簧之5间的摩擦阻尼和粘滞流体阻尼器的粘滞阻尼竖向往复运动消耗竖向地震作用的能量。
[0022]如图4所示，水平隔震支座3采用高阻尼橡胶，主要用于隔离水平方向的地震作用。高阻尼橡胶具有较高的阻尼比，能有效消耗水平方向的地震能量。高阻尼橡胶支座的竖向刚度均较大，不能隔离竖向地震及地铁作用引起的竖向振动作用，竖向地震将传递给上部的碟形弹簧5。水平隔震支座3上部与中连接板2相连，下部与下连接板4相连。
[0023]本发明上仅有结构荷载并无地震作用时，本发明的高阻尼水平隔震支座3受压产生一定形变。由于本发明适用在质量较小的多层建筑结构的抗震设计和对质量较小的振动敏感的设备仪器上，粘滞流体阻尼器外筒8和粘滞流体阻尼器外筒8下的环形弹簧13有足够的竖向刚度承受上部房屋或仪器的重量，碟形弹簧5和粘滞流体阻尼器活塞6虽然也会发生竖向位移，但是并不会发生受压破坏。同时，根据上部结构的具体荷载来调整环形弹簧13的重量，可以保证竖向隔震系统不会因为上部荷载压实而丧失竖向隔震效果。
[0024]在竖向地震作用下，本发明的高阻尼水平隔震支座3由于竖向刚度较大，竖向隔震能力较差。上部的碟形弹簧受压或者受拉发生竖向位移，粘滞流体阻尼器中的粘滞流体阻尼器活塞6也因此发生竖向位移，在粘滞流体中作往复运动，通过粘滞流体的粘滞阻尼消耗能量。同时，碟形弹簧的碟形弹簧会在竖向受压和受拉，碟形弹簧之间会因此产生摩擦，一部分竖向地震能量通过碟形弹簧的摩擦阻尼耗散。为了避免因为地震作用过大使得碟形弹簧或者粘滞流体阻尼器破坏，当中连接板2带动粘滞流体阻尼器活塞6产生竖向移动时，限位螺栓11和环形弹簧13可以限制中连接板2的位移，保证支座不产生过大的竖向位移，防止其破坏。
[0025]在竖向地震作用下，粘滞流体阻尼器活塞6与中连接板2刚性连接，中连接板2能在竖直方向带动阻尼器活塞6运动，活塞6在竖向往复运动时会引起阻尼器中粘滞流体7的流动。粘滞流体7可选用尚桐度尚粘度的液体(如娃油等)。粘滞流体从环形阻尼孔向粘滞流体阻尼器活塞运动的反方向流动，产生粘滞阻尼力，阻碍粘滞流体阻尼器活塞运动。粘滞流体阻尼器也可根据需求调整粘滞流体种类、阻尼孔数量和直径等调整阻尼力出力。
[0026]在水平地震作用下，地震作用先传入高阻尼橡胶隔震支座3，高阻尼橡胶层和钢板在水平地震作用下发生剪切变形，消耗了较多的地震能量，传往上部竖向隔震系统的地震作用不会太大。由于竖向隔震系统中圆筒形粘滞流体阻尼器外筒8及导向导杆9具有一定的水平刚度，可以抵抗传递来的水平地震的剪切作用。竖向隔震系统不会产生较大的水平相对位移。
[0027]根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)的要求，在水平和竖向地震作用下，普通隔震支座允许承受IMPa的拉应力。然而在承受拉应力的情况下，碟形弹簧与上连接板4发生脱开。为了防止该情况，中连接板2与限位螺栓11发生接触，避免本发明整体失稳。
[0028]所述导向导杆9与中连板2孔壁的接触面应涂抹低摩擦材料(如石墨、聚四氟乙烯等)，减小导向导杆9竖向滑动的摩擦，所述上连接板4的导向套筒与圆筒形粘滞流体阻尼器外筒8的接触面也应涂抹低摩擦材料，减小碟形弹簧与粘滞流体阻尼器外筒8之间的摩擦力。
【权利要求】
1.一种三维隔震支座，其特征在于，包括从下至上依次设置的下连接板(I )、水平隔震支座(3)、中连接板(2)、碟形弹簧竖向隔震装置和上连接板(4); 所述碟形弹簧竖向隔震装置包括从内到外依次同圆心设置的粘滞流体阻尼器、碟形弹簧(5)和若干导向导杆(9)； 所述粘滞流体阻尼器包括粘滞流体阻尼器活塞(6)、粘滞流体(7)、粘滞流体阻尼器外筒(8)、导向套筒(12)和环形弹簧(13);所述粘滞流体阻尼器外筒(8)的上端与上连接板(4)的下表面连接；所述粘滞流体阻尼器活塞(6)设置于粘滞流体阻尼器外筒(8)内，位于粘滞流体阻尼器中心，且所述粘滞流体阻尼器活塞(6)的下端与所述中连接板(2)的上表面刚性连接；在所述粘滞流体阻尼器外筒(8)与粘滞流体阻尼器活塞(6)之间设置有环形阻尼孔；所述导向套筒(12)设置于所述中连接板(2)上表面；在所述导向套筒(12)内设置有所述环形弹簧(13)，所述环形弹簧(13) —端与中连接板(2)上表面接触，环形弹簧(13)的另一端与所述粘滞流体阻尼器外筒(8)的下端接触，所述粘滞流体阻尼器外筒(8)能够在所述导向套筒(12)内上下移动；在所述粘滞流体阻尼器活塞(6)与粘滞流体阻尼器外筒(8 )之间填充粘滞流体(7 ); 所述导向导杆(9)通过固定螺栓(10)与所述上连接板(4)的下表面连接，且所述导向导杆(9)贯穿所述中连接板(2)的导向孔，并在所述导向导杆(9)下端设置限位螺栓(11)。
2.根据权利要求2所述的三维隔震支座，其特征在于，水平隔震支座(3)为高阻尼橡胶隔震支座。
3.根据权利要求1所述的三维隔震支座，其特征在于，在所述中连接板(2)和上连接板(4)之间设置的碟形弹簧竖向隔震装置为一组和多组。
【文档编号】F16F13/00GK104455189SQ201410595648
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李爱群, 王骁宇, 王维, 赵帅, 李大强 申请人:东南大学