变刚度抗拉滑移装置的制作方法

本发明涉及工程结构隔震技术领域，尤其涉及一种变刚度抗拉滑移装置。

背景技术：

近年来随着我国城市化与社会现代化进程快速推进，人口密度快速攀升、社会财富急剧增长，社会各界对包括建筑、桥梁、道路、管道等在内的工程结构抗震性能的关注显著增加。如何在已有基础上进一步提升结构整体抗震防灾能力，适应人类对安全性、舒适性、经济性的更高要求是当前工程结构抗震领域的热点问题。

结构减震的基本原理是通过设置隔震装置，减小结构水平刚度、延长结构自振周期、增大结构阻尼，从而有效降低结构地震响应。工程上已付诸实用的隔震装置主要包括叠层橡胶支座、摩擦滑移支座、摩擦摆支座等。随着隔震装置的进一步工程推广应用，其存在的一些缺陷与问题也逐渐暴露。以摩擦摆支座为代表的具有双线性滞回特性的隔震装置，其支座屈服后刚度为定值，隔震周期固定，可能与近断层长周期地震动发生共振，减震效果明显降低。此外，支座竖向抗拉能力差也是目前尚未较好解决问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有隔震结构支座屈服后刚度为定值，隔震周期固定，可能与近断层长周期地震动发生共振，减震效果差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变刚度抗拉滑移装置，包括自上而下水平设置的两组滑动组件，且两组所述滑动组件相互垂直，每组所述滑动组件包括滑块和滑轨，所述滑轨包括第一翼板，所述滑块可滑动地连接在所述第一翼板上，所述第一翼板沿所述滑块的滑动方向呈弧形，且上下两个所述第一翼板的弧形相对凸起，上方的所述滑块与下方的所述滑块通过柔性连接件连接。

其中，所述弧形为抛物线形或圆弧形。

其中，当所述弧形为圆弧形时，

r为所述第一翼板的圆弧半径；l为所述滑块由初始位置到受力滑动后所在的移动位置之间的水平距离；δh为所述滑块由初始位置到受力滑动后所在的移动位置之间的垂直距离；f为水平向摩擦阻力；μ为摩擦系数；l为所述柔性连接件的竖向长度；e为所述柔性连接件的弹性模型；a为所述柔性连接件的截面面积；f0是初始滑动力。

其中，所述滑轨的横截面为“工”字型，包括竖直的腹板和分别位于所述腹板两侧且与所述腹板垂直连接的所述第一翼板和第二翼板，所述滑块上具有凹槽，所述凹槽的内壁横截面为与所述滑轨相配合的“凸”字型，所述第一翼板嵌入所述凹槽内。

其中，所述第二翼板上设有螺栓孔。

其中，所述滑轨的两端设有挡板。

其中，所述柔性连接件为钢丝绳，所述钢丝绳的两端与所述滑块上的金属扣连接。

其中，所述滑轨内涂覆润滑剂，所述滑块在与所述滑轨的接触面上贴覆聚四氟乙烯层。

其中，所述滑块与所述聚四氟乙烯层通过环氧树脂粘接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明变刚度抗拉滑动装置，上方的滑轨连接上部结构，下方的滑轨连接下部结构，通过上下两组相互正交的滑动组件的滑动适应结构上下部在水平各向上的相对位移需求；由于滑轨上与滑块连接的第一翼板为弧线型，弧线为中间低、两边高，在滑块发生的位移越大时，第一翼板高度的变化会导致柔性连接件的伸长量也越大，柔性连接件的拉力也就越大，因此滑块与滑轨之间的摩擦力也逐渐增大，从而滑块在其上滑动时可实现水平向的变刚度特性，实现隔震周期不固定，减少与近断层长周期地震动发生共振的概率，减震效果明显提高；同时该装置通过柔性连接件可提供上、下部结构之间的竖向抗拉能力，作为隔震结构使用时可弥补隔震结构抗拉能力的不足的弱点，设置正交滑动组件是为了不影响隔震结构隔震层水平向的力学性能，构造简单，装配快捷，在具有显著耗能、抗拉、限位需求的隔震工程中具有良好的应用前景。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例变刚度抗拉滑移装置的结构示意图；

图2是图1的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例变刚度抗拉滑移装置的滑块由初始位置滑移至移动位置后的结构示意图；

图4是本发明实施例变刚度抗拉滑移装置的第一翼板的圆弧形示意图。

图中：1：滑动组件；2：柔性连接件；3：聚四氟乙烯层；4：螺栓孔；5：金属扣；11：滑轨；12：滑块；13：挡板；111：第一翼板；112：第二翼板；113：腹板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的变刚度抗拉滑移装置，包括自上而下水平设置的两组滑动组件1，且两组滑动组件1相互垂直，每组滑动组件1包括滑块12和滑轨11，滑轨11包括第一翼板111，滑块12可滑动的连接在第一翼板111上，第一翼板111沿滑块12的滑动方向呈弧形，且上下两个第一翼板111的弧形相对凸起，上方的滑块12与下方的滑块12通过柔性连接件2连接。

本发明变刚度抗拉滑动装置，上方的滑轨连接上部结构，下方的滑轨连接下部结构，通过上下两组相互正交的滑动组件的滑动适应结构上下部在水平各向上的相对位移需求；由于滑轨上与滑块连接的第一翼板为弧线型，弧线为中间低、两边高，在滑块发生的位移越大时，第一翼板高度的变化会导致柔性连接件的伸长量也越大，柔性连接件的拉力也就越大，因此滑块与滑轨之间的摩擦力也逐渐增大，从而滑块在其上滑动时可实现水平向的变刚度特性，实现隔震周期不固定，减少与近断层长周期地震动发生共振的概率，减震效果明显提高；同时该装置通过柔性连接件可提供上、下部结构之间的竖向抗拉能力，作为隔震结构使用时可弥补隔震结构抗拉能力的不足的弱点，设置正交滑动组件是为了不影响隔震结构隔震层水平向的力学性能，构造简单，装配快捷，在具有显著耗能、抗拉、限位需求的隔震工程中具有良好的应用前景。

其中，弧形为抛物线形或圆弧形。若第一翼板的线型为直线，则柔性连接件的伸长量与滑动位移成正比，可以推导摩擦力与位移理论上也成正比，其抗侧刚度仍为恒定，因此直线线型无法实现变刚度特性，只有选用抛物线、圆弧线等非线性线型才能实现变刚度特性。

其中，当弧形为圆弧形时，

r为所述第一翼板的圆弧半径；l为所述滑块由初始位置到受力滑动后所在的移动位置之间的水平距离；δh为所述滑块由初始位置到受力滑动后所在的移动位置之间的垂直距离；f为水平向摩擦阻力；μ为摩擦系数；l为所述柔性连接件的竖向长度；e为所述柔性连接件的弹性模型；a为所述柔性连接件的截面面积；f0是初始滑动力。

本实施例以第一翼板的弧形为圆弧形为例，滑块发生滑动前后的位置对比示意图如图3所示。其中位置a是滑块未发生滑动前的初始位置，该位置位于滑轨中心，位置b是滑块发生一定位移后的移动位置。

以图4圆弧翼板为例，滑块在位置a与位置b两种状态下发生的竖向变形可通过图4分析。图4中，r为第一翼板的圆弧半径、l是位置a与位置b之间的距离，δh为滑块发生滑动前后的竖向高度差。图4中r，l长度仅作示范，实际应用中应保证r>>l，此时由几何关系可知：

由式(2)可知，对于圆弧线滑轨，δh对l的导数与l成正比，也即滑块偏移越大，δh增大的速度越大。根据柔性连接件拉力n与δh的关系以及滑块摩擦力f与n的关系，最终可得滑块摩擦力与l的关系如下所示，

式中，μ为摩擦系数，l为柔性连接件竖向长度，e为柔性连接件弹性模型，a为柔性连接件的截面面积。由此可知，假定滑块为圆弧线，上述装置的理论水平向刚度与滑块滑动距离的关系如式(4)所示，对该式积分可得，水平向摩擦阻力f与l的最终关系如下：

式中，f0是该装置初始滑动力，该值大于零，可由试验确定。式(5)可作为滑轨线型为圆弧线时该装置设计用的参考公式。

其中，滑轨11的横截面为“工”字型，包括竖直的腹板113和分别位于腹板113两侧且与腹板113垂直连接的第一翼板111和第二翼板112，滑块12上具有凹槽，凹槽的内壁横截面为与滑轨11相配合的“凸”字型，第一翼板111嵌入凹槽内。工字型滑轨的上下两个平行面为滑轨的第一翼板和第二翼板，两个翼板通过中间的垂直腹板进行连接，其中第一翼板嵌入“凸”字型凹槽滑块中，在保证滑块在滑轨上能够顺利滑动的同时，也保证滑块与滑轨的稳定连接，避免滑块掉落和滑轨脱出。加工时，直接将滑块由滑轨两侧滑入滑轨上，然后在滑轨的两端焊接或栓接挡板。

其中，第二翼板112上设有螺栓孔4。滑轨未嵌入滑块的第二翼板上预留有螺栓孔，以便与其他主体结构锚固。受损后可调可换，十分便利。

其中，滑轨11的两端设有挡板13。当滑块与挡板接触后，挡板可有效限制其水平方向最大位移。

进一步的，柔性连接件2为钢丝绳，钢丝绳的两端与滑块12上的金属扣5连接。钢丝绳的两端连接滑块上的金属扣，金属扣与滑块制成一体，实现有效紧固连接。上下滑块之间通过钢丝绳连接，钢具有超弹性、高耗能与可恢复性，其可恢复的应变范围一般可达6％-8％，具有较强抗拉耗能能力，通过钢丝绳的拉伸-卸载循环实现该装置的抗拉耗能功能。钢丝绳可有效提高装置的抗拉能力，弥补橡胶隔震支座抗拉能力的不足。

具体的，滑轨11内涂覆润滑剂，滑块12在与滑轨11的接触面上贴覆聚四氟乙烯层3。其中，滑块12与聚四氟乙烯层3通过环氧树脂粘接。滑块在与滑轨接触的表面贴有聚四氟乙烯薄层，滑轨的表面涂有润滑剂，以减小两者间的滑动摩阻力。

使用时，滑轨、滑块尺寸应根据该装置所受拉力确定，滑轨长度应根据工程结构上下部之间最大相对位移需求确定。钢丝绳的截面尺寸应根据工程结构实际抗拉需求确定。

综上所述，本发明变刚度抗拉滑动装置，本发明变刚度抗拉滑动装置，上方的滑轨连接上部结构，下方的滑轨连接下部结构，通过上下两组相互正交的滑动组件的滑动适应结构上下部在水平各向上的相对位移需求；由于滑轨上与滑块连接的第一翼板为弧线型，弧线为中间低、两边高，在滑块发生的位移越大时，第一翼板高度的变化会导致柔性连接件的伸长量也越大，柔性连接件的拉力也就越大，因此滑块与滑轨之间的摩擦力也逐渐增大，从而滑块在其上滑动时可实现水平向的变刚度特性，实现隔震周期不固定，减少与近断层长周期地震动发生共振的概率，减震效果明显提高；同时该装置通过柔性连接件可提供上、下部结构之间的竖向抗拉能力，作为隔震结构使用时可弥补隔震结构抗拉能力的不足的弱点，设置正交滑动组件是为了不影响隔震结构隔震层水平向的力学性能，构造简单，装配快捷，在具有显著耗能、抗拉、限位需求的隔震工程中具有良好的应用前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。