一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置的制作方法

本发明属于隔震技术领域，具体涉及一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置。

背景技术：

基础隔震是目前应用最为广泛的结构振动控制技术。对于传统的被动隔震技术要实现低频隔震，必须减小结构的自振频率，即减小结构的刚度。但基础隔震在一定程度上增加了结构的刚度，造成结构的自振频率增加，加速度响应放大。

采用隔震体系的结构在强震下会产生很大的水平位移，必须加以控制才能保证整个结构的抗震安全性，避免支座进入大变形所引起的硬化和碰撞等现象。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置，使得该装置与隔震支座并联应用于隔震结构，用于实现隔震层较低水平刚度和强震下更好的隔震控制效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置，包括球铰上连接板，球铰下连接板，球铰，拱球面，预压碟形弹簧，粘滞阻尼器，限位杆，支承底座，螺帽，内六角螺栓；所述球铰上连接板与球铰下连接板通过内六角螺栓固定连接，所述球铰嵌入球铰下连接板固定，所述球铰与拱球面承压接触；所述预压碟形弹簧上部与拱球面焊接连接，下部与支承底座焊接连接；所述粘滞阻尼器布置于预压碟形弹簧内径处，所述粘滞阻尼器上部与拱球面焊接连接，下部与支承底座焊接连接，粘滞阻尼器与预压碟形弹簧协同工作，同时产生负刚度和阻尼力；所述限位杆与拱球面和支承底座通过螺帽连接，实现碟形弹簧预压状态，所述限位杆对称布置于拱球面两侧；所述球铰上连接板和支承底座均设置有通孔，以便其固定在外部结构上。

所述球铰下连接板设置有第一曲面，所述第一曲面为球铰下连接板上凹陷的曲面，所述第一曲面与球铰的半径一致；所述球铰下方设置有第二曲面，所述第二曲面为球铰上凹陷的曲面，所述第二曲面与拱球面曲率半径一致；所述拱球面上方设置有第三曲面，所述第三曲面为拱球面凸起的曲面，所述第三曲面与拱球面曲率半径一致；所述第二曲面与第三曲面承压接触；所述第二曲面和第三曲面的配合，能使球铰在拱球面上滑动；第一曲面和球铰的配合，能使球铰在拱球面上滑动的同时也能相对球铰下连接板转动；所述球铰在拱球面上滑动时，产生垂直于第三曲面的正压力，以提供负刚度水平恢复力。

所述预压碟形弹簧按等边三角形布置于拱球面下部，使得整套装置稳定，预压碟形弹簧变形只在垂直方向发生，且预压碟形弹簧恢复原长，负刚度装置即失效。

所述第三曲面、球铰表面、第一曲面和第二曲面均采用聚四氟乙烯板。

与现有技术相比，本发明具有如下突出优点：

通过预压碟形弹簧，当球铰在拱球面上滑动时，产生垂直于拱球面的正压力，提供负刚度水平恢复力。由于碟形弹簧刚度大的特点，微小的变形即能产生较大的水平负刚度，降低隔震层刚度，有效控制隔震层的加速度响应。

通过附加粘滞阻尼器，运动过程中，碟形弹簧与阻尼器协同工作，同时产生负刚度和阻尼力，解决单一负刚度使得隔震结构位移放大的现象，有效控制隔震结构位移，解决强震下核电结构位移过大的现象。

通过等边三角形三点布置预压碟形弹簧，整套装置结构稳定；且通过限位杆的作用，防止结构摇摆，保证预压碟形弹簧只在垂直方向发生变形。

当预压碟形弹簧恢复原长，负刚度装置即失效，不会产生受拉的状态，负刚度装置性能稳定。

通过调整球铰与曲面的曲率半径，以及预压碟形弹簧和粘滞阻尼器的参数，能够改变负刚度装置的负刚度，阻尼力及承载力的大小，从而满足不同的设计需求。

附图说明

图1是本发明装置示意图。

图2是本发明装置运动示意图。

图3是图一中沿i-i剖线的俯视图。

图4是球铰上连接板示意图。

图5是球铰下连接板示意图。

图6是粘滞阻尼器示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明。

如图1至图6所示，一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置，包括球铰上连接板1，球铰下连接板2，球铰3，拱球面4，预压碟形弹簧5，粘滞阻尼器6，限位杆7，支承底座8，螺帽9，内六角螺栓10；所述球铰上连接板1与球铰下连接板2通过内六角螺栓10固定连接，所述球铰3嵌入球铰下连接板2固定，所述球铰3与拱球面4承压接触；所述预压碟形弹簧5上部与拱球面4焊接连接，下部与支承底座8焊接连接；所述粘滞阻尼器6布置于预压碟形弹簧5内径处，所述粘滞阻尼器6上部与拱球面4焊接连接，下部与支承底座8焊接连接，粘滞阻尼器6与预压碟形弹簧5协同工作，同时产生负刚度和阻尼力；所述限位杆7与拱球面4和支承底座8通过螺帽9连接，实现碟形弹簧5预压状态，所述限位杆7对称布置于拱球面4两侧；所述球铰上连接板1和支承底座8均设置有通孔，以便其固定在外部结构上。

所述球铰下连接板2设置有第一曲面b2，所述第一曲面b2为球铰下连接板2上凹陷的曲面，所述第一曲面b2与球铰3的半径一致；所述球铰3下方设置有第二曲面b3，所述第二曲面b3为球铰3上凹陷的曲面，所述第二曲面b3与拱球面4曲率半径一致；所述拱球面4上方设置有第三曲面a4，所述第三曲面a4为拱球面4凸起的曲面，所述第三曲面a4与拱球面4曲率半径一致；所述第二曲面b3与第三曲面a4承压接触；所述第二曲面b3和第三曲面a4的配合，能使球铰3在拱球面4上滑动；第一曲面b2和球铰3的配合，能使球铰3在拱球面4上滑动的同时也能相对球铰下连接板2转动；所述球铰3在拱球面4上滑动时，产生垂直于第三曲面a4的正压力，以提供负刚度水平恢复力。

所述预压碟形弹簧5按等边三角形布置于拱球面4下部，使得整套装置稳定，预压碟形弹簧5变形只在垂直方向发生，且预压碟形弹簧5恢复原长，负刚度装置即失效。

本装置安装完成后，将限位杆7上部的螺帽拧松至设定位置，负刚度装置即进入工作状态。在地震作用下，球铰上连接板1发生水平运动，球铰3在拱球面4上承压滑动，预压碟形弹簧5随之发生垂直向恢复变形，拱球面4与球铰3产生的正压力提供与运动方向一致的水平力，从而提供负刚度水平恢复力；粘滞阻尼器6与预压碟形弹簧5协同工作，产生阻尼力，增加装置的耗能能力，且能起到竖向减震功能，吸收地震能量从而降低隔震层的位移。

本负刚度装置在实际使用时，可与隔震支座并联使用于隔震结构，在建筑物底部合理布置本负刚度装置与隔震支座，可实现隔震层低水平刚度和高阻尼比，有效控制隔震层的动力响应，避免隔震体系在强震下进入大变形所引起的硬化和碰撞等现象，提高隔震体系的抗震安全性。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种附带竖向减震功能的水平向负刚度装置，包括球铰上连接板，球铰下连接板，球铰，拱球面，预压碟形弹簧，粘滞阻尼器，限位杆，支承底座，螺帽，内六角螺栓；所述球铰上连接板与球铰下连接板通过内六角螺栓固定连接，所述球铰嵌入球铰下连接板固定，所述球铰与拱球面承压接触；所述预压碟形弹簧上部与拱球面焊接连接，下部与支承底座焊接连接；所述粘滞阻尼器布置于预压碟形弹簧内径处，所述粘滞阻尼器上部与拱球面焊接连接，下部与支承底座焊接连接，粘滞阻尼器与预压碟形弹簧协同工作，同时产生负刚度和阻尼力；所述限位杆与拱球面和支承底座通过螺帽连接，实现碟形弹簧预压状态，所述限位杆对称布置于拱球面两侧。

技术研发人员：任天娇;杨巧荣;何文福;冉茂来
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2017.03.09
技术公布日：2017.07.21