专利名称：竖向抗拔型摩擦摆支座的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种竖向抗拔型摩擦摆支座，属建筑结构隔震减震控制 领域。
技术背景FPS (Friction Pendulum System)又称摩擦摆系统，是一种有效的干摩擦 滑移隔震体系，于1985年由美国的Dr. Victor Zayas首先提出。FPS隔震消能 的主要原理是将结构物本身与地面隔离，利用滑动面的设计周期来延长结构 物的振动周期，以大幅度减少结构地震作用的动力放大效应；此外，还可利 用FPS滑动面与滑块之间的摩擦来大量消耗地震能量，实现减少地震力输入的 目的。FPS摩擦摆滑动隔震的方法造价低、施工简单、具有很强的承载能力， 除具有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好的稳定性和复位功能和 抗平扭能力，隔震效果较好。FPS可作为斜拉桥立柱减振器和建筑结构底部隔 震器，也可与结构顶部TMD(Tuned Mass Damper)形成组合控制系统以对电视塔 等高鸷结构施加进一步控制。目前，FPS摩擦摆已在建筑加固及桥梁隔震方面 得到了广泛的应用，尤其在美国和日本，采用FPS摩擦摆隔震系统的建筑物己 达数百座。美国西雅图Seahawks Football Stadium的大跨桁架屋盖结构和土 耳其伊斯坦布尔机场金字塔形屋盖结构的隔震装置均釆用了摩擦摆隔震支座，都能起到良好的隔震效果。现有摩擦摆支座构造如图l所述，主要由三部分组成盖板l、中部滑块 2、和下部滑槽3。其中盖板1上的滑动面为不锈钢材料制作的下凹球形状表 面，与滑动面接触的中部滑块2的底面粘有复合摩擦材料，摩擦材料多采用 聚四氟乙烯(PTFE)，在中部滑块2的上表面有一关节，可保证滑块上部连接轴的顶面在滑块沿球状表面滑动时保持水平。摩擦摆支座通常设置在主体结 构与其支承构件间，通过支座内部滑块的滑动来隔离地震作用并利用滑块和
滑动接触面间的滑动摩擦耗能，从而实现对主体结构隔震。北京工业大学庄鹏博士在其博士论文《空间网壳结构支座隔震的理论和 实验研究》中分析了摩擦摆支座在空间网格结构的隔震性能，研究表明该支 座具有很好的隔震效果，可以应用于空间网格结构中。而现有的摩擦摆隔震 系统在竖向没有抗拔能力，当支座受拉时，盖板与滑块容易脱离，而空间网 格结构屋盖结构自重相对较轻，在风荷载或地震作用下，部分支座在竖向可 能受拉将导致摩擦摆支座的上部盖板和滑块脱离，使摩擦摆支座失效，产生 严重的后果。因此，将摩擦摆支座应用于空间结构中，支座的抗拔是急待解 决的问题。 实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有摩擦摆支座竖向不抗拔的缺点，提出 了 一种具抗拔能力的新型竖向抗拔摩擦摆支座。为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。主要包括有下连接钢板13、滑块7，在下连接钢板13的上表面设置有滑槽8,其特征在于 还包括有上部盖板4和抗拔挡板5，上部盖板4包括有上连接钢板9和下挡块 10， 二者固定连接为一体，滑块7的上表面为半球形突起，与下挡块10的下 表面的半球形凹槽相配合，滑块7在下挡块10的带动下能够沿着滑槽8的底 面滑动。在上连接钢板9和下挡块10之间设置有抗拔挡板5，抗拔挡板5包 括有圆环形的挡板12和短柱11，短柱11穿过下挡板10，其一端与挡板12 的下端面固定连接，另一端与下连接钢板13固定连接，短柱11与下挡板10 在水平方向上留有间隙。所述的下挡板10为"十"字型。所述的短柱11与下挡板10在水平方向上的间隙大于滑块7在滑槽8内 的最大滑动距离。在滑槽8的内侧面贴有缓冲胶条6。滑槽8的底面、挡板12的上、下表面、上连接钢板9的下表面、下挡块10的上表面为具有相同半径的弧面；上连接钢板9的下表面、挡板12的上表面的两个弧面的顶点在同一竖直平面内，即都在通过支座中心点的竖直平面内，并且两顶点之间的竖向距离为3 10mm。挡板12的下表面的弧面顶点E 和下挡块10的上表面的弧面顶点G在同一竖向柱面内，二者之间的竖向距离 与上连接钢板9的下弧面和挡板12的上弧面之间的竖向距离相同。抗拔型摩擦摆支座的工作过程为在任意水平向强震作用下，设置在建 筑物上部结构与下部支承构件间的摩擦摆支座的上部盖板4和滑槽8发生水 平相对运动，上部盖板带动滑块在滑槽内滑动，从而减小了结构的水平刚度 延长了结构的周期，隔离了地震能量的向上传递；此外，由于滑块和下部滑 槽间的摩擦作用，支座在滑动过程中也耗散了地震能量，从而实现减震。当 滑块移动到滑槽边缘时，由于缓冲胶条的保护，避免了滑块的损伤以利于滑 块的顺利滑动，保护了支座的安全。此外，多维地震作用下支座可能出现竖 向受拉状态，按照本技术方案添加挡板和盖板下挡块后，使得本实用新型在 实现水平多向隔震的同时亦具有较好的竖向抗拔能力，而且可以限制支座在 竖向的扭转角度，更为可靠地确保了在强地震多维地面运动综合作用下结构 的安全性。与现有技术相比，本实用新型对传统摩擦摆支座的结构进行改进，添加 了挡板和盖板下挡块，以及缓冲胶条，使支座在竖向具有很强的抗拔能力， 增强了摩擦摆支座的安全性和适用性，确保了强地震多维地震作用以及风荷 载作用下的结构安全性。本实用新型结构构造简单，便于制作和安装，实用 性强。
图1、传统摩擦摆支座模型图；图2(a)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座去掉上连接钢板俯视图； 图2(b)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座图2(a)带连接钢板剖面图；图3、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座下部滑槽俯视图； 图4、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座下部滑槽及滑块俯视图；图5(a)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座挡板构造图；图5(b)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座挡板剖面放大图；图6(a)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座去掉上连接钢板俯视图；.图6(b)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座上部盖板构造图；图6(c)、本实用新型竖向抗拔摩擦摆支座挡块俯视图；图中1、盖板，2、中部滑块，3、下部滑槽，4、上部盖板，5、抗拔挡板，6、缓冲胶条，7、滑块，8、滑槽，9、上连接钢板，10、下挡块，11、短柱，12、挡板，13、下连接钢板，14，螺栓孔。
具体实施方式
下面结合图2 图6详细说明本实施例。本实施例的技术方案见图2，主要包括有上表面设置有滑槽8的下连接钢 板13、缓冲胶条6、滑块7、上部盖板4和抗拔挡板5。上部盖板4包括有上 连接钢板9和下挡块10， 二者固定连接为一体，滑块7的上部为半球形突起， 与下挡块10的半球形凹槽相配合，滑块7在下挡块10的带动下能够沿着滑 槽8的底面滑动。在上连接钢板9和下挡块10之间设置有抗拔挡板5，抗拔 挡板5包括有圆环形的挡板12和短柱11，短柱11穿过下挡板10，其一端与 挡板12的下端面固定连接，另一端与下连接钢板13固定连接，短柱ll与下 挡板10在水平方向上留有间隙。各部件的主要构造与特征分述如下(1) 滑槽8的结构如图2、图3所示，滑槽圆面的半径为A滑槽的滑动 面为弧面，其弧面半径为/ ，弧面顶点在中心位置。滑块7的半径为n缓冲 胶条的宽度为"，则支座的允许滑动位移为//=^卜"。滑槽的平面尺寸取决于 支座允许滑动位移以及滑块半径，滑槽厚度由支座的承载能力确定。(2) 缓冲胶条如图2(b)示，在滑槽8的内侧面贴一圈橡胶或塑料胶条，以 防止在较大地震作用下滑块7与滑槽8边缘发生强烈的碰撞，保护滑块7的
完整性，使滑块7能在滑槽8内顺利滑动。(3) 滑块7的位置与构造分别见图2和图4，滑块7大小设计主要依据支 座的承载力，保证滑块7在压力的作用下具有足够的强度，并能顺利滑动， 滑块7底部粘放聚四氟乙烯材料滑片。(4) 抗拔挡板的结构如图5所示，抗拔挡板包括挡板12和短柱11两部分， 挡板12通过四个短柱11与下连接钢板13固定连接，短柱11面向滑槽8的 侧面为弧形表面，根据抗拔力的大小选择其截面面积。挡板12为与短柱11 连接的环形板，当上部盖板4和滑块7在滑槽8中共同滑动时，为了使挡板 12和上连接钢板9、下挡块10在竖直方向始终保持固定的距离，把挡板12 的上下表面都做成弧面，并且弧面半径均为i 。挡板12的上弧面是以点0为 顶点的弧线BC，绕支座的中心轴线A-A旋转360度而成的弧面；挡板12的 下弧面是以点E为顶点的弧线DE，绕制作中心轴线A-A旋转360度而成的 弧面，其构造如图5(a)。(5) 上部盖板4的结构如图6(b)所示，上部盖板4分为上连接钢板9和下 挡块10两部分。上连接钢板9与上部结构通过螺栓相连，螺栓从其下表面穿 出，螺栓头不露出下表面。上连接钢板9的下表面为弧面，弧面半径为i ，弧 面顶点在连接钢板的形心位置点M，弧面为弧线LN绕支座中心轴线A-A旋 转360度而成，由于上连接钢板9的下表面顶点M和挡板12的上表面顶点O 均在过支座中心轴线A-A的竖向平面内，两弧面顶点M、 0在竖向具有5mm 的距离，所以在滑动的过程中，上连接钢板9的下表面与挡板12的上表面始 终保持着固定的距离。上部盖板4的下挡块10的结构如图6(c)所示，是抗拔的关键部件，其上 表面的弧面顶点G与挡板12的下表面弧面顶点E在同一竖向柱面内，弧面以 点G为顶点，半径为R的弧线FH绕轴线A-A旋转360度而成。如此设计可 保证滑块7在滑槽8内向边缘滑动时，下挡块10随着滑块7在弧面上升高而 升高，由于下挡块10上弧面的顶点和挡板12的下弧面的顶点E在同一竖向
柱面内，并且二者顶点之间留有5mm的距离，因此挡块10的上弧面可以和 挡板的下弧面始终保持固定的距离。在支座滑动的过程中，上部盖板移动而 下部滑槽不动，下挡块10的截面近似"十"字型，是由圆面切除几个扇面而 成，下挡块10的边缘到短柱11边缘的距离大于H，即大于滑块7在滑槽8 内的最大滑动距离，这样下挡块10在滑动时就不会与短柱11相碰。当支座 产生竖向拉力时，上部盖板整体向上移动5mm后，上部盖板的下挡块10与 挡板12充分接触，限制了上部盖板的移动，形成了抗拔的能力。由于上部盖 板与上部结构相连，不易更换，所以在出现较大竖向拉力时，要确保挡板破 坏先于挡块的原则，挡板12损坏便于更换。基于以上技术方案，本实施例中，可通过挡板12与滑槽8及下挡块10 之间的距离确定支座最大允许竖向扭转角度，圆环形挡板12的下弧面顶点和 盖板的下挡块10的上弧面顶点之间有5mm的间隙，当支座出现竖向拉力时， 仅须克服较小的位移就可以发挥支座抗拔的作用，而且抗拔力的大小可以通 过挡板12及下挡块10的尺寸来确定，模拟分析表明该设计方法可以使支座 具有足够的抗拔能力。上部盖板的上连接钢板9和下部滑槽8的下连接钢板 13均开有圆孔，利用螺栓与建筑物相连接。本实施例中，首先将各部件加工完毕，然后进行组装，主要步骤可概括为(1) 采用现有加工和装配技术制作，先加工好下部滑槽，滑槽的圆弧面半径 为i ，弧面为不锈钢材料，保证弧面光滑，并把合适尺寸的小短柱连接在四个 角部。(2) 按尺寸加工好滑块，滑块与上部盖板的关节处要采用不锈钢材料，安 置在滑槽的中央，并把缓冲胶条粘在滑槽的边缘。(3) 按尺寸加工好上部盖板，把上部盖板放在滑块之上，最后把抗拔挡板 拼接焊在短柱之上。
权利要求1、竖向抗拔型摩擦摆支座，主要包括有下连接钢板(13)、滑块(7)，在下连接钢板(13)的上表面设置有滑槽(8)，其特征在于还包括有上部盖板(4)和抗拔挡板(5)，上部盖板(4)包括有上连接钢板(9)和下挡块(10)，二者固定连接为一体；滑块(7)的上部为半球形突起，与下挡块(10)的半球形凹槽相配合，滑块(7)在下挡块(10)的带动下能够沿着滑槽(8)的底面滑动；在上连接钢板(9)和下挡块(10)之间设置有抗拔挡板(5)，抗拔挡板(5)包括有圆环形的挡板(12)和短柱(11)，短柱(11)穿过下挡板(10)，其一端与挡板(12)的下端面固定连接，另一端与下连接钢板(13)固定连接，短柱(11)与下挡板(10)在水平方向上留有间隙。
2、 根据权利要求1所述的竖向抗拔型摩擦摆支座，其特征在于所述的下挡 板(10)为"十"字型。
3、 根据权利要求1或权利要求2所述的竖向抗拔型摩擦摆支座，其特征在于 所述的短柱(11)与下挡板(10)在水平方向上的间隙大于滑块(7)在滑槽(8)内的最大滑动距离。
4、 根据权利要求l所述的竖向抗拔型摩擦摆支座，其特征在于在滑槽(8) 的内侧面贴有缓冲胶条(6)。
5、 根据权利要求1所述的所述的竖向抗拔型摩擦摆支座，其特征在于滑槽 (8)的底面、上连接钢板(9)的下表面、挡板(12)的上、下表面和下挡块(10)的上表面为具有相同半径的弧面；上连接钢板(9)的下弧面顶点M 和挡板(12)的上弧面O在同一竖直平面内，并且两弧面顶点之间留有3mm 10mm的距离；挡板(12)的下弧面顶点E和下挡块(10)的上弧面顶点G在 同一竖向柱面内，两顶点之间的距离与上连接钢板(9)的下弧面顶点M和挡 板(12)的上弧面顶点O之间的距离相同。
专利摘要本实用新型涉及一种竖向抗拔型摩擦摆支座，属建筑结构隔震减震控制领域。主要包括有上表面设置有滑槽(8)的下连接钢板(13)、滑块(7)、上部盖板(4)和抗拔挡板(5)。上部盖板(4)包括有上连接钢板(9)和下挡块(10)，二者固定连接为一体。滑块(7)的上部的半球形突起与下挡块(10)的半球形凹槽相配合，滑块(7)在下挡块(10)的带动下能够沿着滑槽(8)的底面滑动。与现有技术相比，本实用新型在上连接钢板(9)和下挡块(10)之间添加了抗拔挡板(5)，使支座在竖向具有很强的抗拔能力，确保了强地震多维地震作用以及风荷载作用下的结构安全性。本实用新型结构构造简单，便于制作和安装，实用性强。
文档编号E04H9/02GK201033957SQ20072014922
公开日2008年3月12日 申请日期2007年5月21日 优先权日2007年5月21日
发明者李雄彦, 薛素铎, 伟 赵 申请人:北京工业大学