一种抗地震和其他类似灾害的防护支撑结构的制作方法

文档序号：14114611阅读：273来源：国知局

本案为申请号2012800592056，申请日2012‐11‐02，

发明名称：一种抗地震和其他类似灾害的防护支撑结构

的发明专利的分案申请。

本发明公开了一种装置，其特征在于所述装置是用于大型工民建工程系统的结构件，例如建筑物、桥梁或机器及其基础，其具有下列三项功能中的至少一项：支撑所述体系的部分重量，连接体系的不同部分以保证结构的整体性，传递相连部分之间的设计外力流而不是重力，同时减缓或隔离有害震动。

所述工程系统如桥梁或建筑，基本可以分为两部分：上部结构如桥跨梁和承受设计活荷载的桥面体系；下部结构，包括桥墩、墩基和深部基础。本发明所述装置连接这类工程系统的上部结构和下部结构同时支撑上部结构和所承受活载荷的重量。

背景技术：

地震是地壳内某点的构造板块的突然错动，造成向周围环境辐射的应力波其引起在地表震动。对于大型工民建结构，例如建筑物或桥梁，地震可能造成的损害主要来自两个方面：地面加速度在结构内部引起的惯性力，和可能造成结构共振时对所致惯性力的放大。显然，加速度引起的内部惯性力是导致结构破坏的关键因素。

地面加速度可分解为垂直方向(平行于地球重力的方向)和水平方向两个分量，可分别由相应的峰值来表征，在工程设计实践中称作“地面加速度峰值”(peakgroundacceleration，缩写为pga)。根据以往经验，水平向的地面加速度峰值通常比垂直向大；美国当前的房屋建筑和桥梁设计规范都要求任一抗震结构应具有足以抵抗地面加速度峰值的能力，所述地面加速度峰值可美国地质勘查局(unitedstatesgeologicalsurvey，简称usgs)公布的地质灾害图来计算，见图1。所述地质灾害图提供了美国任何一地地方的水平向地面加速度峰值的统计预测值，在未来75年内发生的地震超过这些预测值的可能性为7.5％。图2是东亚地区的水平向地面加速度峰值的预测值。

在抗震设计中，例如，在桥梁的抗震设计中，普遍认同的一个方法是在发生地震时将桥梁上部结构与直接受地面加速运动冲击的下部结构隔离。当上部和下部结构之间的连接支撑装置，例如，支座，提供刚性连接时，在整个体系中，这一连接支撑通常是结构的“最薄弱的环节”。这是因为，作为承受所有活荷载和上部结构重量的中枢，当下部结构受到地表地震计算的冲击时，这一连接支撑也是惯性力引起的外力流(inertia‐inducedforceflow)上行的“缢口”(“neck”)。相反，当支撑为柔性连接时，当连接的某一部受到外部动态荷载冲击时，连接部分能够临时分离，相应的惯性力流将在此缢口被削弱或，理论上，截断。

在工程实践中，一般不可能百分之百地隔断惯性力流。较现实的减隔震设计实际上是为结构系统各主体部分之间的连接点提供一定的柔度或延性，以衰减惯性力流的传递和暂时转变内在共振频率，避免与地表地震波的共振。另一方面，工程实践中的某些工科也要求连接支撑提供稳固的刚性连接(robustness)，这是因为上部结构可能承受很多不同种类的活荷载，例如由飓风和海啸引起的强大的横向力。2011年3月11日日本仙台地震的一个惨痛经验是许多桥梁和建筑物在高强度的地震后幸存，但其上部结构在后到的海啸冲击下与下部结构脱离并破坏。

因此，与传统的隔离减震设计相反，“一体化设计”的概念是本发明的潜在基本内容，一体化设计在连接点和支撑点要求一定柔度以降低和减缓有害震动，同时使总体结构作为一个整体单元。

现有技术和市场产品应用的简要描述

抗震建筑和桥梁设计在土木工程行业是最活跃又具备创新性的领域之一。以一个三层建筑为例，图3简要描述了当前常用的各种技术。本发明在抗震支撑装置可以用作这一建筑左下角的抗震支座。

支座属于支撑连接件，根据其功能，支座大体可以分为三类：(i)传统机械设备中的承力连接部件，例如气缸‐活塞阻尼器，凸轮‐销‐摩擦阻尼器等等，其减震阻尼可通过形状记忆合金和电传感器等现代技术实现；(ii)普通结构支撑，例如，弹性支座，其利用剪切弹性模量来提供横向抗力；(iii)基于摩擦摆机构的集中隔震支撑。

图4描述了一种现有技术“能量吸收器”(国际公开号为wo97/25520),其中各种锯齿形的接触面包括波浪形和v形接触面，其设计用于力的传递，同时在框架包含的芯材之间没有滑动。显然，它能用于图3的阻尼剪切力的横向支撑但其不能用于重力支撑。

图5是现有技术(申请号为us4187573)，其利用弹性体5的阻尼振动，同时框架11限制两个接触部分之间的水平相对位移，显然，其不具备垂直位移限制作用。图6是另一现有技术(国际公开号为wo2008/004475)，是一种传统弹性支撑的变化，其关键部件是复合块，该复合块由弹性体2b和加强块2c的层状结构制成，复合块中心的芯3由高塑形材料制成。后者的作用是加强水平变形抗力同时改进阻尼能力。当芯的材料是铅时，这种支座也称作“铅芯橡胶支撑”(lrb)。但是，当结构经历强烈的地面运动时，弹性体和支撑板之间的摩擦阻力不够抗衡惯性力导致的滑动力。一旦芯材变形之后发生滑动，则没有内在驱动力使支撑回复原始形状。

图7是现有技术(申请号为us6021992)，称作摩擦摆滑动支撑(缩写做fps)。其属于一组包括12个美国专利和十个主要基于图片右侧所示的摆的其他国家专利申请的申请，其利用上部结构的重量作为自然力抵抗地面运动引起的水平惯性力。一旦如地面运动的加速度结束，重力使支撑恢复至其原始位置。

理论上来说，摆是一种不会耗散能量的稳定系统。因此，如果没有摩擦，实际中的摆一旦启动，将绕其静止位置一直摆动。因此，接触表面对之间的摩擦也是摩擦摆滑动支撑(fps)中的一种关键机理，其要求相当大的接触区以保证足够的摩擦力和能量带动很重的上部结构。另一方面，至少如图7中支撑的底座的一定高度的曲面，是必要的，以得到足够的横向抗力。

下部和上部结构的整体性对高层建筑和结构特性要求较高的桥十分关键。这是因为，除了如飓风和海啸这些强烈的外力会直接影响上部结构外，水平地面运动导致的震动可能引起上部结构的转动；这种运动的大小在比例上大约是结构的地上高度与长度和宽度的最大值的比值。

为了获得上部结构和下部结构的整体性，图8是另一个现有技术(申请号为us5669189)，其称作抗震连接器(ansc)。其实际上是一种层压弹性支撑3加上索缆(筋)6由旋转构件21紧固连接上部结构和下部结构的装配结构。但是该技术方案中对索缆(筋)和可旋转固定的设计对水平滑动和高结构的转动有限制作用。

技术实现要素：

根据检索文件，现有技术中没有重力承载支撑，其在强烈震动和维持大型民建结构的整体性的隔震/阻尼方面具有双重属性。申请号为us5669189的美国专利申请是针对这类问题的解决方案，至少对于像家庭住房一样的轻型上部结构是这样；但是该技术方案中的索缆(筋)和自由旋转固定系统的设计使上部结构在水平上的运动具有柔性，这一运动导致了较低的倾覆抗力，一旦发生所述运动，弹性层之间的摩擦变成支座恢复至原始状态的阻力。另一方面，筋固定系统的布置要求设备具有相对大的空间。

因此，为了提供实用和有效的可用于建筑和交通运输结构的抗震结构，本申请基于下述标准和理念公开了一类新发明的抗震支撑装置：

(a)强度：能够提供结构部件之间稳定可靠的连接，例如在常规工况下(非地震工况)桥的上部和下部结构应具有的连接。

(b)保险性：当连接部件之一受到可能由地震、飓风、船舶碰撞或爆炸引起的瞬时加速运动冲击时，可以让连接的部件暂时分离，以便将其他部件和系统受到的损害最小化。

(c)整体性：即使出现内部隔震所需的短暂水平分离，也总保持所连接部件仍为一整体结构体系。

(d)自恢复性：在执行上述“保险性”功能之后能够恢复原始状态。

(e)环保性：不会产生噪音或额外的材料危害，也不会在使用中消耗需要额外提供的能量。

(f)长期使用的可靠性和管理便捷性。

(g)不会导致制作和现场安装施工困难。

(h)满足广泛需求的定量设计，例如，降低和隔离由图1和2中预测的不同地面加速度反应谱引起的惯性力。

为了降低和最终阻止自然灾害破坏建筑物和桥梁的危害，本文中公开一系列装置，它们可各自独立的实施或组合在一起。

第一关键实施例是v形接触面，其包括一对相接触的v形表面，其作为本文公开的一类支撑装置的核心，见图9：其中，所述支撑是连接结构体系的不同部分的装置，同时这一支撑装置沿着垂直方向传递设计的荷载至连接的部件之间的所述一对面上，例如，重量。所述v形接触面包括至少两个平面和相邻平面交点处的微小的衔接面。所述垂直是指垂直于所述两个连接面之间交叉线的直线方向，且具有与两个表面上各自延长至所述两个平面的延长线相等的倾斜角。运行荷载在一个平面上产生有倾斜角度的横向分力。因此，当所述接触表面的两个v形表面完全附着时，运行荷载引起彼此潜在的所有接触面的横向力相互抵消。沿着一个或多个所述接触表面在所述v形接触面内滑动意味着与所述接触面内其余的表面对脱离接触。由此产生的不平衡横向力使所述v形接触面产生返回至全接触位置的推力。因此所述v形接触面的横向力保证所述支撑装置在常规工况下提供稳固的连接。如图10所示，当结构体系受到外力影响产生的加速度时，所述横向力是横向滑动的阻力。如所公开的v形接触面那样设计的支撑能满足所有上述除了标准(c)以外的其他标准。

图9所示的支撑的顶板和底板之间可以有多个、单个或无啮合片。啮合片的功能是润滑滑动表面并减缓沿垂直方向的震动。但是，当这种震动的振幅较大时，本文公开所发明的另一个要点成为必要：一个创新的滑动销设计。这一实施例如图11所示，其使得所述支撑装置满足标准(c)的要求。

本文公开的第三个实施例要求在一所述v形接触面中包含多个啮合片，这一实施例可以沿地球引力方向嵌入垂直销；其分为两个子类：(i)增加v形啮合片能量耗散功能的垂直销，由屈服强度低于啮合片材料，具有较大塑形变形能力的材料制成。这一类部件也称作垂直设置耗散销(vdp)，其主要功能是耗散震动能量；(ii)垂直加强销杆，由屈服强度比啮合片材料更高的材料制成，同时该销杆的两端分别紧固在所述装置的顶部和底部部件以形成不可旋转的固定连接。前者称作垂直设置耗散销(vdp)，其主要功能是耗散震动能量。后者，即高强度销，对耗散没有作用但是能提供额外的横向抗力以抵抗水平震动和增加震后还原的驱动力，其称作垂直加强销(vrp)。图12(a)是结合图11所示具有垂直加强销(vrp)的实施例的原型。图12(b)是在一个接触面内具有多个v形和额外的垂直加强销(vrps)的v形塑性支撑的原型。

垂直加强销(vrp)的实施例的一个优点是这一支撑装置在承重和抵抗水平位移的同时将连接的系统子结构连接到一起，例如，连接桥梁的上部和下部结构；在对垂直方向的震动起到阻尼作用的同时保证结构系统的一体性。显然，具有垂直加强销(vrp)的装置都满足前述所列的各项标准。

附图说明

图1：由美国地质调查局(usgs)提供的地质灾害分布图，地图上的等值轮廓线表示地面加速度峰值(peak‐ground‐acceleration，也缩写做pga)，在未来75年超过这些预测值的可能性为7.5％。本图被用作美国桥梁和建筑的设计标准。

图2：在东亚地区(不包括环太平洋地震区，如日本)的大陆，地面加速度峰值(peak‐ground‐acceleration，也缩写做pga)预测值，未来50年超过该预测水平值的可能性为10％。来源：全球地震危险性评估归划(见www.usgs.gov)。

图3：以图示三层建筑为例展示当前用于抗震设计的一些技术；本文中公开的新的一类支撑装置可用于左下角所示减隔震支座。

图4：现有技术：施加垂直方向的压力后，能量吸收器通过由吸收材料如铅制成的芯28的变形来抑制横向振动力。以保证芯的材料和如顶垫10或底垫12或中间支撑20的稳定性，几何接触面11的各种设计如右侧的附图所示。

图5：现有技术(us4187573)：使用橡胶垫片支撑上部结构的重量和吸收水平和垂直震动。

图6：现有技术，wo2008/004475，可视作图5中所示的本领域技术的进一步发展，其中的关键部件是由橡胶垫片2b构成的层状结构和加强板2c组成的复合块。该复合块包含采用高塑性材料如铅制成的中心部分3，以加强横向变形阻力，同时提高阻尼能力。

图7：现有技术(us6021992)，摩擦摆滑动支撑(frictionpendulumslidingbearing，缩写做fps)属于一组包括十二个美国专利和十个基于摆的其他国家申请的申请，在图的右侧，利用上部结构的重量作为自然力抵抗地面运动引起的水平惯性力。一旦地面运动的波动结束，在重力作用下支撑恢复至原始位置。

图8：现有技术(us5669189)，被称作抗震连接器(anti‐seismicconnector缩写为ansc)。它实际上是由一种叠层橡胶支座3加上拉杠(或绳索)6装配而成，拉杠(或绳索)6通过可选择的张紧器21连接在上部结构和下部结构之间并拉紧。

图9：基于减隔震支撑的相对平衡v形接触面的实施例。

图10：v形接触面处重力如何抵抗由地面水平加速度引起的震动；简单地说，假定图中不存在摩擦系数。

图11：基于滑动销控制的支撑装置v形接触面(v‐shapecontactsurface‐pair)的一实施例。

图12：(a)具有图11所示滑动销控制的v形橡胶支撑的原型，包括垂直设置的耗能销；(b)图10所示v形弹性支撑的原型,其在接触面具备多种v形和额外的垂直加强杆(verticalreinforcementpin缩写为vrp)。

图13：(a)具备双向正交v形接触面的veb的原型，以便适应任一水平方向的震动。(b)u形接触面覆盖在v形接触面上方的veb的原型，以便适应上部结构的旋转。

图14：顶部：uveb(uv型支撑装置)的设计示例，其中啮合片2和4具备特殊设计的接触区域面积，以便控制摩擦系数。图中显示较低部位的两个滑动位置处的纵向限位装置如何工作。

图15：mveb(多v接触面型支撑装置)的原型，发明装置的分类之一，其中一v形接触表面包括至少三个平面。在顶板或底板的接触面之间具有弹性啮合块，该弹性啮合块包括至少一种金属或高强度复合板。

图16：360°veb(可水平面内沿360度方向滑动的v接触面型支撑装置)设计示例：(a)3个折面；(b)4个折面；(c)4个折面的uv形和具有设计控制接触面区域面积的啮合片。

图17：“单向vebsp”的设计示例，其能够通过在v形几何平面内滑动分离来隔减这一平面内水平方向的震动，同时可沿与这一平面垂直方向在顶板上固定的盖板限制下的滑动。

图18：360°vebsp(可水平面内在滑动銷控制下沿360度方向滑动的v接触面型支撑装置)设计实例，其能适应震动导致的任何水平方向的相对分离，同时将上部结构和下部结构连接为整体。

图19：vebsp的滑动销和滑动限位装置的设计示例。

图20：具有阻尼减震装置的vebsp的两种原型。

图21：从顶部展示图20(a)中的原型给出的阻尼减震装置的工作描述；以及装置的设计

图22：具备垂直加强销杆的“垂直加强橡胶支撑”(verticalreinforcedelastomericbearing，缩写为vreb)的实施例，以图表示出解决方案。

图23：基于vreb的v形支座的两个设计示例：(a)不可用于垂直预应力；(b)可施加垂直预应力。

图24：接触面为平面的vreb的两个设计示例：(a)不可用于垂直预应力；(b)可施加垂直预应力。

图25：具有减震阻尼芯的vreb的两个设计示例：(a)v形接触面设计；(b)接触面为平面的设计。

具体实施方式

第一个实施例基于图9中“v型滑动接触”的机理，该机理包括至少一对v型滑动接触面来建立大型民用土木工程体系的上部结构和下部结构之间的联系，当下部或上部结构受到一种或多种外力作用时，上下部结构之间允许临时地相对滑动，从而减弱惯性力和保护整个系统。因为当接触的一对表面之间有滑动的趋势或已滑动，上部结构的重量会导致沿滑动方向反向的水平力。这一水平力与摩擦力结合，保证在常规工况下和惯性力引起的水平力低于静摩擦和上部结构重量引起的水平阻力时所述支撑装置构成固定连接。重量导致的水平阻力由图1或2中的v形斜坡的角度确定，这也是临时滑动分离后能够使所述支撑装置恢复原始连接方式的驱动力。本实施例所述装置构成所公开技术的子分类，其称作veb，veb代表“v形弹性支撑”(v‐shapeelasticbearing)。图11所示，设计一个新型滑动销与veb连接，满足前述标准(c)的装置定义为第二子类，其称作“vebsp”，vebsp代表“滑动销控制的v形弹性支撑”(v‐shapeelasticbearingwithsliding‐pin)。

显然，v形弹性支撑装置的倾斜角α是关键设计参数，其决定了引起滑动分离的水平力的阈值。这一水平力用q表示，该水平力在上部结构和下部结构都会产生相应的应力分布，应力比的峰值是，将该应力的比值限制在允许的范围内不会引起损坏，例如：

其中：σy表示在水平力q和设计荷载及静荷载作用下应力为σpeak(q)的材料的屈服强度；nq是安全系数，且nq＞1。公式(1)实际上保证整个结构不会屈服，所以v形接触面的α角根据允许受力的阈值qth来设计，qth是所有可应用水平力q的上限值，其满足公式(1)，既：

q≤qth且

现在看一个例子：一个具有四个支撑的桥，其设计活荷载和上部结构的总质量由4m表示。qr表示水平滑动抗力，大小是(见图17)：

qr＝m·g[tan(α)+fr](3)

其中，fr是v形接触面和啮合片之间的摩擦系数，根据公式(2)：

q≤qth(4)

将式(3)带入(4)并且取等号，则满足式(2)的α角的最大允许值是：

对于本发明的系列v形支撑装置，第二个关键设计参数是允许滑动距离l的最大值，其根据牛顿第二定律确定。当这些支撑主要用于建筑物或桥梁减隔震时，如图1和图2提供这一结构所在地的水平地面加速度峰值(peakgroundacceleration缩写做pga)的预测值。实际地震大多包括各种频率κi,i＝1,2,...n,的地面运动谱，但是振幅受到水平地面加速度峰值(pga)的约束。因此，定义一个“特征频率”，例如，平均值：代表如下正弦波形式的地面运动谱：

所以，相应的惯性力引起的横向力传递到桥的每个支撑的时间t是：

假定当qpred(t)＞qth时，上部结构在时间t0开始滑动，当t＞to时，滑动速度是v(t)，滑行距离是s(t)，所以根据牛顿第二定律：

且

因此，具备滑动销的v形弹性支撑(vebsp)的上部结构在时间ts-t0内，沿v形接触面下方的滑动距离在最大允许滑动距离lversp的范围内，并被等效质量为mside的滑动限位装置阻挡，且滑动限位装置的刚度kside受上部结构的影响。应用动量守恒定律，对限位装置的影响力fside近似估计值为：

根据支撑的许用应力计算出fside，当fside已知时，时间ts由式(9)的第一个方程计算出来；然后用第二个方程推出lversp；反之亦然。

同样，作为v形弹性支撑装置(v‐shapeelasticbearing)，滑动距离lveb的要求是保证上部结构在时间te时在v形接触面内停止滑动，屈服条件是：

v(te)＝0，s(te)≤lveb(10)

将式(10)的第一个方程带入式(8)得出te，然后，将te带入式(8)的第二个方程算出lveb，lveb最终决定v形弹性支撑(v‐shapeelasticbearing)设计中的基本参数。‐

其他实施方案设计实例

图13展示了v形弹性支撑装置(veb)的两种设计原型：左边的一种具有正交重叠的双v形接触面，其能够减缓在水平面内沿任意方向的振动，其称作v-v形弹性支撑装置(v-veb)。右边的一种使用u形接触面覆盖在v形接触面上从而适应上部结构的旋转，其称作u-v形弹性支撑装置(u-veb)。图14是一个u-v形弹性支撑装置的设计实例，其中包括另一个通过调整啮合片和支撑垫之间的接触区来调节二者之间的摩擦系数的实施例。

为了利用弹性体或类弹性体材料减缓震动的优点和达到环保的目的，例如减少噪音，在实践中要降低这类材料张力不稳定的风险。这属于本发明另一项子分类的v形弹性支撑装置(veb)，其称作多v形弹性支撑装置(multi‐velastomericbearing缩写为m‐veb)。图20给出了多v面形弹性支撑装置的设计。在一对v形接触表面中，相对面之间发生相对滑动的同时其他相对面之间也产生分离，这种分离延伸至弹性层而且可能引起张力不稳定。因此，在图15的设计中，波浪形、多面型、v形几何接触面的在单个接触空间重新分布，非滑动面的单个接触空间和多个v形相对面之间会产生分离，其中v形弹性支撑装置(veb)的关键实施例和相关的优点得以保留。这一优点与橡胶材料的优良性能相结合可使得这类支撑装置成为在中等强度地震危险区域内抗震结构设计的候选。

与图13(a)中描述的v-v形弹性支撑(v-veb)相比，图16介绍了基于v形弹性支撑(veb)概念的使用单棱柱形接触表面来减缓水平面内各方向的震动的实施例的设计实例，其中棱柱接触面包括n个相对面，这里的n是大于2的整数；其中的相对面与水平面之间具有相同或不同的倾斜角。当震动引起滑动分离时，在具有倾斜角αf的相对接触面内或者沿边缘运动的相对面会产生滑动。对后者来说，边缘具有相对于水平面的倾斜角αe，其由下面的方程确定：

αe通常比相邻的相对接触面的角度(anglesofadjacentfacets)小。子分类v形弹性支撑(veb)也称作“可水平面内沿360度方向滑动的v接触面型支撑装置(360°veb)”。图16中的设计实例分别是3个折面、4个折面和4个uv型折面的360°vveb。

图17是具有滑动销的v形弹性支撑装置(veb)的设计实例，其能够适应v形几何面内由震动导致的水平相对分离，并在滑动销引导下保持上部结构和下部结构作为整体安装在顶板和底板。沿垂直于v形弹性支撑的方向的滑动受到固装在顶板上的盖板的限制。v形滑动支撑座的子类称作“具备滑动销的单向v形弹性支撑装置”(one‐wayvebsp)。相反，图18是“具备滑动销的360°v形弹性支撑装置”(360°vebsp)，其能适应震动导致的沿水平方向的相对分离，同时保证上部结构和下部结构的连接完整性。在图17和18的设计实例中，滑动销能在顶板的凹槽内自由滑动，但其受到用螺栓固定在底板的侧向限位块的缝隙的导向作用。侧向限位块安装在顶板与滑动销的槽从底板切出没有本质的区别。

图19展示了具备滑动销的v形弹性支撑装置(vebsp)的滑动销和侧向限位块的各种设计实例。圆柱形销具有较低的接触摩擦力，但是其对材料强度和耐磨性有严格的要求。具有直槽的侧向限位块对顶板和底板的相对运动在垂直方向给予约束，但是需要细致地维护使销和侧向限位块的槽的接触面间避免摩擦引起的锁定；销槽和v形接触面间也要求保持特定的距离。

例如，对于图11中所示的v形弹性支撑或具备滑动销的v形弹性支撑装置(veb或vebsp)，滑动在一对接触面和另一分离的相对面间传递，滑动方向会改变。为了减少滑球(sliding-kick)的影响，除了图12(a)中所示的垂直耗散销(vdp)外，设计图20所示的各种减缓结构。(b)图中的设备采用含阻尼芯的变形环。该变形环固装在两个相向的滑动销的端部，滑动时该变形环被拉伸或压缩，从而引起阻尼芯的塑性变形。该阻尼芯由惰性变形材料构成，例如铅。图21中给出了这种设备的设计实例。图20(b)中所示的设备与(a)中的设备类似，只是图(b)中的设备包括两个变形环和阻尼芯。

对v形弹性支撑装置(veb)和具备滑动销的v形弹性支撑装置(vebsp)，要选择合适的材料制造相应的设备，以满足条件(i)强度；(ii)耐疲劳性；(iii)摩擦性能，其中包括具体的摩擦系数和耐磨性；(iv)刚性，(v)吸收和减缓能量的能力，(vi)耐腐蚀性。

用作桥梁和建筑结构的传统弹性体材料也能用作v形接触面间的啮合片的制作材料，例如图15所示的模型那样。因为摩擦系数高，当采用弹性啮合片时，v形弹性支撑装置(veb)或具备滑动销的v形弹性支撑装置(vebsp)的其他啮合材料不会产生分离。总的来说，弹性材料通常附着在支撑的金属表面使用；金属表面和弹性材料之间的滑动会引起导致弹性材料失效的局部张力不稳定。显然，弹性体的剪切模量所提供的横向抗力是有限的。因此，当受到强烈的地面运动冲击时这类支撑缺少自我修复的有效驱动力。此外，当环境温度降至零点以下时，弹性材料因较低的摩擦阻抗而变脆。

为了避免这类材料的上述缺点，同时利用它的优点，本发明的另一关键实施例是“垂直加强”的概念，如图22展示的那样，其称作“垂直加强弹性支撑装置”，简称，vreb。该垂直加强弹性支撑的关键特征是将一系列由高强度弹性材料制成的销杆垂直嵌入弹性块中，其被称作垂直加强销杆(缩写做vrp)；每个销杆的两端分别由顶板和底板紧固而不能自由转动，同时将顶板和底板连接在一起。因为顶板固定在上部结构，底板固定在下部结构上，因此垂直销实际上将系统的上下部子结构连接成一个整体结构。当销杆的两端分别与顶板和底板紧固时，销杆不能绕其端部自由转动，这将导致抵抗顶板与底板之间的水平错位运动额外的抗力，同时，其固有的弹性力驱动错位后结构体系回到原位。在几何学上的简化意味着提高效益和制造的便利性。与混凝土结构类似，垂直嵌入销杆和水平金属片使弹性体像复合橡胶一样具有期望的刚度值和阻尼能力。该垂直嵌入销杆还具有额外的结构性功能例如实施垂直预应力。

如图22所示，垂直加强弹性支撑装置(vreb)的实施例是受到人类头发优越性能的启发。人类头发的强度实际上比普通钢材的强度高。头发超强的灵活性和柔性归是因为小直径。这一特征启发了采用高强度、小直径的加强销杆嵌入一个需要双重属性(隔离与加固)的弹性块的想法。图23‐25示出了垂直加强弹性支撑装置(vreb)的6种设计实例。

工业实用性

公开技术的实用性已经在图3中和相关的文本中进行了说明。

参考文献列表