套箍分层连续约束的铅体围封式支座的制作方法
【专利摘要】本实用新型为一种套箍分层连续约束的铅体围封式支座，解决了现有铅芯橡胶支座在侧移大变形时存在抗侧刚度低、水平恢复力小、铅芯容易损伤破坏且力学性能不佳的问题。支座基体是由若干钢板层与橡胶粘结层上下交替叠置粘合制成的，支座基体设置有至少一个竖向的孔洞，孔洞内设置有若干约束钢套箍，约束钢套箍为封闭环形结构，且约束钢套箍的内环壁呈弧状结构，约束钢套箍的竖向厚度大于橡胶粘结层的厚度，最上层约束钢套箍的上表面位于最上层钢板层上下端面之间，约束钢套箍内部的空腔内嵌填有与其紧密贴合的围封铅体。本实用新型增强支座侧移刚度的同时，避免了铅体塑性断裂损伤的问题，而且在往复水平侧移下的受力工作稳定、力学性能优良。
【专利说明】套箍分层连续约束的铅体围封式支座
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土木工程抗震防灾领域，尤其涉及土木建筑工程中的隔震支座，具体为一种套箍分层连续约束的铅体围封式支座。
【背景技术】
[0002]隔震结构中设置橡胶隔震支座可以有效减轻工程结构在水平地震作用下的振动，减小结构的地震加速度、地震内力、位移等作用效应，改善工程结构在罕遇地震下的抗震性能，提高抗震抗倒能力。
[0003]虽然橡胶隔震支座侧移刚度小，可大大延长结构周期，有效减小了地震反应，然而，普通橡胶支座的水平抗侧性能接近弹性，阻尼比很小，无法有效提供耗能阻尼，其减震效果不能充分发挥；另一方面，普通橡胶支座的侧移刚度很小，使得隔震结构在水平地震下侧移位移大。
[0004]为克服普通橡胶支座的上述缺点，国内外多采用铅芯橡胶支座，可提供较大刚度和阻尼耗能。其基本原理为:橡胶支座内设置铅芯，橡胶支座在水平剪力作用下，铅芯随着支座侧移而发生剪切变形，从而增加恢复力和侧移刚度，且铅芯屈服后产生滞回耗能，使隔震结构在水平地震下的侧移位移减小，提高隔震结构的安全性。
[0005]通常铅芯设置在橡胶支座内，由于支座是由薄钢板层和橡胶层叠合成的，铅芯与支座间的接触界面有两种:一是铅与薄钢板层的接触面，二是铅与橡胶层的接触面。支座在水平剪力作用下发生侧移时，橡胶层产生剪切变形，铅芯也随橡胶层相应产生剪切变形，从而屈服耗能。
[0006]然而，现有的铅芯橡胶支座，由于铅的剪切屈服强度小，铅芯提供的剪切屈服力和阻尼力小，因而支座在侧移较大时等效水平刚度仍不够，使隔震结构在强震作用下的支座位移往往超出支座的允许侧移值，影响隔震结构的位移安全性。为了增大铅芯橡胶支座的水平等效刚度，一般采用加大铅芯截面方法。
[0007]目前，加大铅芯截面存在的突出问题为:铅芯在水平侧移大变形下力学性能的稳定性差。在大的水平侧移变形下，铅芯的侧移变形是一个复杂的非线性过程，既有材料非线性，又有几何大变形非线性，这与其在小变形下的情形有很大不同。铅芯在非线性侧移的弹塑性变形过程中，铅芯受约束不足，会产生大变形屈服退化和破坏。现有的支座对铅芯的约束主要是依靠其中的薄钢板层，而支座中的橡胶层对铅芯的约束很弱，这样，大截面的铅芯在随支座发生侧移变形过程中，薄钢板层对铅芯的约束作用显得相对较弱，铅芯剪切退变不易控制，且薄钢板层端面的棱角使铅芯的变形产生层状突变，铅芯容易发生损伤破坏，支座的弹塑性恢复力和抗侧刚度降低，往复作用下支座的弹塑性滞回曲线的稳定性差，制约了铅芯增大截面后的效果。
[0008]此外，加大铅芯截面导致铅的用量增大，制造成本增加；且大直径铅体中的气孔体积含量不易控制，芯孔中压力灌铅难度增加，质量不易保证。
【发明内容】
[0009]本实用新型为了解决现有铅芯橡胶支座在侧移大变形时存在抗侧刚度低、水平恢复力小、铅芯容易损伤破坏且力学性能不佳的问题，提供了一种抗侧刚度大、水平恢复力大、性能优良且方便制造的套箍分层连续约束的铅体围封式支座。
[0010]本实用新型是采用如下技术方案实现的:套箍分层连续约束的铅体围封式支座，包括支承工程结构物的支座基体，支座基体是由若干钢板层与橡胶粘结层上下交替叠置粘合制成的，支座基体设置有至少一个竖向的孔洞，孔洞内设置有若干上下紧密迭置且与孔洞紧密贴合的约束钢套箍，约束钢套箍为封闭环形结构，且约束钢套箍的内环壁呈弧状结构，约束钢套箍的竖向厚度大于橡胶粘结层的厚度，最上层约束钢套箍的上表面位于最上层钢板层上下端面之间，约束钢套箍内部的空腔内嵌填有与其紧密贴合的围封铅体。
[0011]本实用新型所述的套箍分层连续约束的铅体围封式支座，约束钢套箍设在钢板层和橡胶粘结层的孔洞腔内，并叠置而成，约束钢套箍的内环壁与围封铅体直接接触，约束钢套箍在孔腔内迭置组合形成套箍组合体，围封铅体的侧壁全部与约束钢套箍接触，避免了橡胶粘结层的端面与围封铅体接触，且约束钢套箍又是分层迭置的。支座基体及围封铅体在水平剪力作用下发生侧移剪切变形时，在约束钢套箍与围封铅体的接触面处，由于钢材的表面硬度远远大于铅的硬度，约束钢套箍对围封铅体产生挤压，使围封铅体表面产生挤压塑性变形，从而使围封铅体的表面形成波浪形的挤压变形。这样，一方面，围封铅体随支座产生剪切塑性变形过程中，围封铅体的表面还产生挤压塑性变形耗能，使支座的水平屈服承载力、抗侧刚度和阻尼耗能较现有铅芯橡胶支座显著提高，另一方面，约束钢套箍与围封铅体之间的密切接触约束挤压，十分有利于减小围封铅体在塑性剪切变形过程中的表面损伤断裂。而且，约束钢套箍的内环壁呈弧形，可使相邻约束钢套箍之间围封铅体的约束挤压变形连续均匀过渡，防止突变和围封铅体表面断裂损伤。此外，约束钢套箍的竖向厚度尺寸大于橡胶粘结层的厚度，可使橡胶粘结层上下的水平向钢板层在支座侧移变形过程中向约束钢套箍传递水平力，避免由于制造安装误差使约束钢套箍嵌于相邻水平向钢板层之间的橡胶粘结层中。克服了现有铅芯橡胶支座在侧移大变形时存在抗侧刚度低、水平恢复力小、铅芯容易损伤破坏且力学性能不佳的问题。
[0012]约束钢套箍的横截面为弓形或圆形，最下层约束钢套箍的下表面位于最下层钢板层上下端面之间。
[0013]约束钢套箍的横截面为弓形或圆形，可使约束钢套箍的内环壁呈弧形，且便于加工组装；最下层约束钢套箍的下表面位于最下层钢板层上下端面之间，相当于套箍组合体存在受压间隙，当支座竖向承压产生一定的微小竖向压缩变形时，套箍组合体不会受压或产生压缩变形。
[0014]孔洞的水平总面积小于等于支座基体水平面积的1/4，可避免围封铅体的截面尺寸相对支座基体尺寸偏大，避免支座的屈服力及塑性残余变形过大。
[0015]本实用新型具有如下有益效果:
[0016]1、本实用新型的内部结构巧妙新颖。本实用新型套箍分层连续约束的铅体围封式支座，约束钢套箍设在钢板层和橡胶粘结层的孔洞腔内，并叠置而成，约束钢套箍在孔腔内迭置组合形成套箍组合体，套箍组合体内嵌填围封铅体。由于设置了约束钢套箍，故铅不与橡胶粘结层接触，围封铅体的侧壁全部与约束钢套箍接触，约束刚度大大增强，且约束钢套箍是分层迭置的，允许支座产生水平侧移变形。
[0017]2、本实用新型的工作机理独特，受力工作稳定，力学性能优良。支座在水平剪力作用下发生侧移时，围封铅体产生侧移，围封铅体周边分层迭置的约束钢套箍也相应产生水平侧移错动，在侧移过程中，除了围封铅体产生剪切变形外，约束钢套箍还随围封铅体的剪切变形而对围封铅体侧壁产生很强的围压约束，再加上约束钢套箍的内环壁呈弧形，使得围封铅体表面受到约束钢套箍围压约束的保护而避免塑性断裂损伤，且在地震往复水平侧移下的约束作用稳定。现有铅芯支座中没有约束钢套箍，铅体变形主要是剪切变形，铅体容易产生塑性断裂损伤；
[0018]同时，由于约束钢套箍的刚度很大，且围封铅体表面抵抗钢材局部压入的强度或硬度高于其抵抗剪切的强度，从而围封铅体受到强约束后而刚度提高，极限承载力也增大；再加上高纯度铅材的表面硬度远低于钢材的硬度，围封铅体受到约束钢套箍的围压约束后仍具有良好的塑性变形及屈服耗能性能。现有铅芯支座没有约束钢套箍的强围压约束，侧移刚度小，侧移刚度及耗能随侧移变形增加而退化。
[0019]3、本实用新型套箍分层连续约束的铅体围封式支座在水平受力侧移下的力学性能不受支座竖向压力荷载的影响，工作性能可靠。由于约束钢套箍呈封闭环形，约束钢套箍的内环壁呈弧形，且嵌入支座基体孔腔内的约束钢套箍是分层叠置的，分层约束钢套箍之间的受压接触面很小；另一方面，套箍组合体的高度略低于孔腔的高度，相当于套箍组合体存在受压间隙，当支座竖向承压产生一定的微小竖向压缩变形时，套箍组合体不会受压或产生压缩变形。因而，支座竖向承压时，约束钢套箍不分担压力或承担压力极小，支座的竖向轴力作用主要通过橡胶粘结层、钢板层及围封铅体承担，避免了约束钢套箍承受竖向压力而影响水平力作用时的工作状态及力学性能。
[0020]4、本实用新型的功能部件构造简明、制造方便，且可降低高纯度铅材料的用量，节约成本。本实用新型的套箍分层连续约束的铅体围封式支座，通过在孔腔内设置约束钢套箍，且约束钢套箍分层迭置形成套箍组合体，使围封铅体的侧壁表面全部与约束钢套箍接触，阻断了橡胶粘结层端面与围封铅体的接触，从而实现对铅体的全环箍约束，功能部件的构造简明，制造方便。此外，围封铅体受到强约束后而刚度提高，极限承载力增大，塑性变形及屈服耗能性能稳定，因而在相同力学性能条件下，本实用新型套箍分层连续约束的铅体围封式支座较现有支座可降低高纯度铅体材料材的用量，节约成本。
[0021]本实用新型结构设计合理可靠，通过约束钢套箍实现对铅体的全环箍约束，避免了铅体塑性断裂损伤的问题，使支座的侧移刚度大大增强，而且在地震往复水平侧移下的约束作用稳定，力学性能优良，并具有结构简单、加工方便且节约成本的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的结构示意图；
[0023]图2为图1的A-A剖视图；
[0024]图3为图1的B-B剖视图；
[0025]图4为图1在发生水平侧移时的结构示意图。
[0026]图中:1_支座基体，2-钢板层，3-橡胶粘结层，4-约束钢套箍，5-围封铅体。
【具体实施方式】
[0027]套箍分层连续约束的铅体围封式支座，包括支承工程结构物的支座基体1，支座基体I是由若干钢板层2与橡胶粘结层3上下交替叠置粘合制成的，支座基体I设置有至少一个竖向的孔洞，孔洞内设置有若干上下紧密迭置且与孔洞紧密贴合的约束钢套箍4，约束钢套箍4为封闭环形结构，且约束钢套箍4的内环壁呈弧状结构，约束钢套箍4的竖向厚度大于橡胶粘结层3的厚度，最上层约束钢套箍4的上表面位于最上层钢板层2上下端面之间，约束钢套箍4内部的空腔内嵌填有与其紧密贴合的围封铅体5。
[0028]约束钢套箍4的横截面为弓形或圆形，最下层约束钢套箍4的下表面位于最下层钢板层2上下端面之间；孔洞的水平总面积小于等于支座基体I水平面积的1/4。
[0029]具体实施过程中，将支座基体I的钢板层2和橡胶粘结层3分层叠置组装并进行硫化处理后，再将约束钢套箍4分层叠置嵌入支座基体I的孔洞内，形成套箍组合体，最后在套箍组合体内嵌填高纯度铅材形成围封铅体5，完成支座的加工制造。
【权利要求】
1.一种套箍分层连续约束的铅体围封式支座，其特征在于:包括支承工程结构物的支座基体(I)，支座基体(I)是由若干钢板层(2 )与橡胶粘结层(3 )上下交替叠置粘合制成的，支座基体(I)设置有至少一个竖向的孔洞，孔洞内设置有若干上下紧密迭置且与孔洞紧密贴合的约束钢套箍(4)，约束钢套箍(4)为封闭环形结构，且约束钢套箍(4)的内环壁呈弧状结构，约束钢套箍(4)的竖向厚度大于橡胶粘结层(3)的厚度，最上层约束钢套箍(4)的上表面位于最上层钢板层(2)上下端面之间，约束钢套箍(4)内部的空腔内嵌填有与其紧密贴合的围封铅体(5)。
2.根据权利要求1所述的套箍分层连续约束的铅体围封式支座，其特征在于:约束钢套箍(4)的横截面为弓形或圆形，最下层约束钢套箍(4)的下表面位于最下层钢板层(2)上下端面之间。
3.根据权利要求1或2所述的套箍分层连续约束的铅体围封式支座，其特征在于:孔洞的水平总面积小于等于支座基体(I)水平面积的1/4。
【文档编号】E04B1/36GK203924397SQ201420296913
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】张文芳, 常建兰, 高秀青, 郭炜 申请人:太原理工大学