一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置的制作方法

本实用新型涉及一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置。

背景技术：

地震最为一种主要的自然灾害，长期以来对人类的生命安全和建筑物的安全服的构成了巨大的威胁，强烈的地震作用会对建筑物造成严重的破坏，甚至倒塌。隔减振技术作为一种优越的震动控制技术被有效的运用于地震作用的控制。

目前，对地震作用比较有效的一种控制隔震结构是在结构的底部与基础之间设置隔震装置，用以延长结构的自震周期，吸收地震能量，从而降低上部结构的地震反应。目前，隔震技术主要用于隔离水平地震作用。然而，地震震害现象表明，在高烈度地震区，地震动竖向加速度分量对建筑破坏状态和破坏程度的影响明显，并且不规则建筑结构的一些部位受扭破坏明显。所以在建筑结构的地震作用隔减振控制中，应充分考虑地震动竖向分量和扭矩分量的震动作用，并对其进行有效的隔离和耗散。

为解决上述问题，多维隔减振装置可以在水平方向和竖直方向的地震作用同时起到隔离作用，是一种较为有效的多维地震作用控制装置。但是，传统多维隔减振装置在承受压力的过程可以较好的发挥作用，但是在承受拉力和扭转作用时效果不佳，有的隔减振装置甚至不能承受过大的拉拔力和扭矩，其竖向抗拉拔和扭矩性能较差，且不能实时观测装置性能的变化，严重影响了多维隔减振对竖向地震作用及扭转作用的减弱效果。因此，为解决传统多维隔减振装置在承受竖向拉力作用时抗拉拔性以及抗扭转性能差的问题，设计一种具有多方向抗拉拔、多方向预紧力且能实时监测其预紧力大小功能的多维隔减振装置是一项亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置，该装置能够同时对水平方向和竖直方向的地震作用进行隔离，从而为建筑物提供更加有效的地震作用控制效果。此外，该装置具有较好的多方向抗拉拔和抗扭转性能，可以满足多维隔减振装置在承受多方向较大拉拔力和扭矩作用时亦能表现出较为优越的隔减振作用，不会发生装置损坏失效现象。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术手段为：

一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置，包括：

上承压钢板和下承压钢板，所述上承压钢板和下承压钢板之间相互水平平行设置；

核心减振垫，设置于上承压钢板和下承压钢板之间且位于上承压钢板和下承压钢板的中心处，用于隔离和耗散水平方向的震动能量，包括若干钢板，若干钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合；

预压式筒形阻尼器，包括多个，多个预压式筒形阻尼器设置在上承压钢板和下承压钢板之间且均匀围绕在所述核心减振垫周围，用于耗散竖直方向的震动能量、抵抗竖直方向的拉拔力以及提供一个可恢复刚度，每个预压式筒形阻尼器包括外围钢筒、上预压弹簧、下预压弹簧、上预紧力螺帽件、下预紧力螺帽件、上活塞钢板、下活塞钢板、上传力杆、下传力杆、上传力钢板和下传力钢板，其中，外围钢筒内对称设有上活塞钢板和下活塞钢板，上传力钢板、上活塞钢板、下活塞钢板、下传力钢板将外围钢筒内腔分隔成从高往下依次设置的第一空腔、第二空腔、第三空腔、第四空腔以及第五空腔，其中，第二空腔和第四空腔内设置预压弹簧，第一空腔、第三空腔和第五空腔内填充可压缩耗能材料；

上活塞钢板的上表面依次通过上传力杆、上预紧力螺帽件与上钢铰绳下端连接，上钢铰绳上端与上承压钢板连接；

下活塞钢板的下表面依次通过下传力杆、下预紧力螺帽件与下钢铰绳上端连接，下钢铰绳底端与下承压钢板连接；

上传力杆和下传力杆上均设有经过校核的预紧力读数刻度。

构成所述核心减振垫中粘弹性材料采用高耗散粘弹性材料；

核心减振垫最上端的钢板与上承压钢板之间通过螺栓连接，最下端的钢板与下承压钢板之间通过螺栓连接。

所述上承压钢板的上表面设置上螺帽限位凹槽，上螺帽限位凹槽中心开设供上钢铰绳穿过的圆形孔洞；

所述下承压钢板在下表面设置下螺帽限位凹槽，下螺帽限位凹槽中心开设供下钢铰绳穿过的圆形孔洞。

所述外围钢筒的上端设置有上封闭钢板，外围钢筒的下端设置有下封闭钢板；所述上封闭钢板的中心处设有供上传力杆穿过的杆孔，下封闭钢板的中心处设有供下传力杆穿过的杆孔；

所述上活塞钢板和下活塞钢板对称设置在所述外围钢筒内部，其中，上活塞钢板的上端与上传力杆一端焊接连接，上传力杆另一端穿过上传力钢板和可压缩耗能材料层与上钢铰绳之间采用上预紧力螺帽件螺纹预紧连接；下活塞钢板的下端与下传力杆一端焊接连接，下传力杆另一端穿过下传力钢板和可压缩耗能材料层与下钢铰绳之间采用下预紧力螺帽件螺纹预紧连接。

所述上钢铰绳端部螺帽放置在上螺帽限位凹槽内，下钢铰绳端部螺帽放置在下螺帽限位凹槽内，螺帽限位凹槽的半径比螺帽半径大0~1mm，凹槽的高度和螺帽的厚度相等；所述第一空腔和第五空腔的高度相同，均为外围钢筒高度的1/10~1/5，并在空腔内设置可压缩耗能材料；所述第三空腔的高度为外围钢筒高度1/20~1/10，并在空腔内自由放置可压缩耗能材料。

所述可压缩耗能材料为粘弹性材料或泡沫铝。

所述预压弹簧自由放置在外围钢筒的第二空腔和第四空腔内，预压弹簧在预压后的长度为外围钢筒长度的1/6~1/4，弹簧直径小于外围钢筒的内径。

所述上螺帽限位凹槽的数量和下螺帽限位凹槽的数量均为多个，多个所述上螺帽限位凹槽和下螺帽限位凹槽沿核心减振垫周围均匀布置。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

一、外围预压式筒形阻尼器的使用，使得多维隔减振装置在受到竖向拉拔力时，预压式筒形阻尼器主要承担拉拔力，防止核心减振垫发生拉拔破坏，从而保障了多维隔减振装置能够在受到拉拔力时依旧可以正常工作，对竖直方向的震动作用起到减弱效果。

二、预压式筒形阻尼器内部设置有粘弹性材料和预压弹簧，构造合理，传力耗能机制明确。在受到竖直方向的地震作用时，阻尼材料会产生挤压变形而进行耗能，同时预压弹簧提供一个弹性恢复刚度，增强装置的整体变形能力。

三、承压钢板与预压式筒形阻尼器采用柔性钢铰绳连接，保证装置在地震作用下实现在水平方向上任何角度的平移和扭转，保证了核心减振垫在水平方向的任何角度的错动位移和扭转，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器可在水平方向同主体结构相比会形成一个刚度薄弱层，这就会起到竖向隔震作用使得水平方向各个角度的地震作用都能有效地耗散和隔离。

四、本装置在上、下承压板之间的中心位置设置了高耗散核心减振垫。核心减振垫是由粘弹性材料和钢板通过高温高压间隔叠层而成，粘弹性材料和钢板构成了“三明治”结构。当隔减振装置发生水平方向的震动时，核心减振垫内的粘弹性材料会产生剪切变形，从而耗散了水平方向的震动能量，达到了减振消能的作用。

五、本预紧力调节机构可据根据所需预紧力大小方便快捷的调节预紧力，根据装置布置在建筑结构不同位置所需抗拉拔力和抗扭拒力的不同调节钢绞线与承压板合适的角度，使多维隔减振装置发挥最佳减隔震效果。

六、本装置的预紧力大小可根据传力杆上的刻度读数实时读取，以便于灵活准确的进行安装调节，也可保证后期随时间推移更好的进行观察预紧力的变化，判断预紧力是否失效或者需要进行调节，并且可以保证各预紧力之间达到最优的平衡。

附图说明

图1是本实用新型具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置的主视图；

其中，1-1、上承压钢板；1-2、下承压钢板；2、核心减振垫钢板层；3、核心减振垫粘弹性材料层；4-1、上钢铰绳端部螺帽；4-2、下钢铰绳端部螺帽；5、预压式筒形阻尼器；6-1、上钢铰绳；6-2、下钢铰绳；7-1、上预紧力螺帽件；7-2、下预紧力螺帽件；8-1、上预紧力读数刻度线；8-2、下预紧力读数刻度线；9-1、第一空腔粘弹性材料层；9-2、第五空腔粘弹性材料层；10-1、上预压弹簧；10-2、下预压弹簧；11、第三空腔粘弹性材料层；12-1、上封闭钢板；12-2、下封闭钢板； 13-1、上传力杆；13-2、下传力杆；14-1、上活塞钢板；14-2、下活塞钢板；15-1、上传力钢板；15-2、下传力钢板；16、螺栓；

图2是本实用新型预压式筒形阻尼器及钢铰绳的主视图；

图3是本实用新型预压式筒形阻尼器的A-A断面如；

其中，17、外围钢筒；

图4是本实用新型上承压钢板上表面俯视图。

其中，18、螺帽限位凹槽。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

如图1至图2所示，本实用新型所述的是一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置。所述抗拉拔多维隔减振装置由上承压钢板1-1、下承压钢板1-2、核心减振垫钢板层2、核心减振垫粘弹性材料层3、预压式筒形阻尼器5、钢铰绳6，五大部分组成。所述上承压钢板1和下承压钢板1-2分别位于抗拉拔多维隔减振装置的上、下部位，上承压钢板1-1用与建筑结构固定连接以支撑建筑物，下承压钢板1-2固定在基础上。

实施例1

预压式筒形阻尼器5位于上、下承压钢板之间，共使用四个预压式筒形阻尼器，对称均匀安装在核心减振垫的周围。

由核心减振垫钢板层2与核心减振垫粘弹性材料层3依次间隔叠层，在高温高压下硫化而成核心减振垫（即粘弹性材料和钢板的布置规则是隔层布置，类似于“三明治”结构。）同样位于上、下承压钢板之间，并安装在上、下承压钢板的中心位置。其中，预压式筒形阻尼器5主要用来减弱竖直方向的震动作用，并且通过预压弹簧10提供预紧力，从而可以承受较大的拉拔力与提供一个可恢复刚度。核心减振垫主要用来隔离和减弱水平方向的震动作用。

预压式筒形阻尼器5由外围钢筒17、上预压弹簧10-1、下预压弹簧10-2、上预紧力螺帽件7-1、下预紧力螺帽件7-2、上活塞钢板14-1、下活塞钢板14-2、上传力杆13-1、下传力杆13-2、上传力钢板15-1、下传力钢板15-2组成。

上传力杆13-1另一端与上活塞钢板14-1焊接，并且焊接在活塞钢板的中心位置。上活塞钢板14-1、第一空腔粘弹性材料9-1、第三空腔粘弹性材料11、第五空腔粘弹性材料9-2、预压弹簧10、上传力钢板15-1、下传力钢板15-2都位于外围钢筒17内，从上到下依次分布为第一空腔粘弹性材料9-1、上预压弹簧10-1、第三空腔粘弹性材料11、下预压弹簧10-2、第五空腔粘弹性材料9-2。外围钢筒17上、下部采用焊接封闭钢板12的形式进行封闭设计，在封闭钢板12中心开设直径稍大于传力杆的圆孔，并且传力杆表面涂有润滑油。

上活塞钢板14-1通过上传力杆13-1与上钢铰绳6-1连接，上钢铰绳6-1通过上钢铰绳螺帽4-1与上承压钢板1-1连接，下活塞钢板14-2通过下传力杆13-2与下钢铰绳6-2连接，下钢铰绳6-2通过下钢铰绳螺帽4-2与下承压钢板1-2连接，其中，上承压钢板1-1在上表面与上钢铰绳端部螺帽4-1接触的位置设置上螺帽限位凹槽18-1，上螺帽限位凹槽18-1中心开设穿过上承压钢板1-1的圆形孔洞，下承压钢板1-2在下表面与下钢铰绳端4-2部螺帽接触的位置设置下螺帽限位凹槽18-2，下螺帽限位凹槽中心开设穿过下承压钢板1-2的圆形孔洞。

本实施例中，上活塞钢板14-1和下活塞钢板14-2对称设置在所述外围钢筒17内部。上活塞钢板的上端与上传力杆13-1一端焊接连接，上传力杆13-1另一端穿过上传力钢板15-1和第一腔粘弹性材料层9-1中心开设的孔洞，与上钢铰绳6-1采用上预紧力螺帽件7-1螺纹预紧连接，上钢铰绳6-1与上承压钢板1-1通过上螺帽限位凹槽18-1与钢铰绳端部螺帽4-1预压接触连接；下活塞钢板14-2的下端与传力杆一端焊接连接，下传力杆13-2另一端穿过下传力钢板15-2和第五腔粘弹性材料层9-2中心开设的孔洞，与下钢铰绳6-2采用下预紧力螺帽件8-2螺纹预紧连接，下钢铰绳6-2与下承压钢板1-2通过下螺帽限位凹槽18-2与钢铰绳端部螺帽4-2预压接触连接。

圆形凹槽18的半径比螺帽半径4大0~1mm，凹槽的高度和螺帽的厚度相等。

第一空腔粘弹性材料9-1和第五空腔粘弹性材料9-2的高度相同，均为外围钢筒17高度的1/10~1/5，与传力钢板15高温高压硫化连接。

第三空腔粘弹性材料11的高度为外围钢筒17高度1/20~1/10，并在空腔内自由放置。

预压弹簧10采用预压性能较好的弹簧，预压弹簧10自由放置在第二空腔和第四空腔内。优选的，预压弹簧的在预压后的长度为外围钢筒17长度的1/6~1/4，直径略小于外围钢筒17的内径。

外围钢筒17与钢铰绳6的长度为核心减振垫高度的1/5~1/2。

上、下承压板为圆形，钢铰绳6均匀对称设置，与上、下承压板夹角角度范围可为0°~45°。

上预紧力螺帽件7-1和下预紧力螺帽件7-2预紧调节位移通过螺纹调节，其位移调节范围均为核心减振垫高度的0~1/20，并且上传力杆13-1和下传力杆13-2上均有经过校核的预紧力读数刻度8。

核心减振垫采用高耗散核心减振垫设计，其直径为上、下承压钢板1直径的2/3，并将上下段分别与上、下承压钢板1通过螺栓16固定连接。

本实用新型实施例1一种具有多方向抗拉拔、预紧力功能的多维隔减振装置的工作方法是：

上承压钢板用以支撑建筑物，并且和建筑物固定连接，下承压钢板固定在基础上。

根据上部建筑物结构的性能以及多维隔减振装置布置在建筑结构的不同位置调节合适的预紧力和布置钢绞线与承压板合适的角度，并且预紧力可根据刻度读数实时读取，以便于灵活准确的进行调节，也可保证后期更好的进行观察；

当所述多维隔减振装置受到地震水平方向作用时，首先，核心减振垫作为软弱层，发生水平方向的错动位移，而建筑物的水平震动响应较小，有效的对水平方向的地震进行隔离；

核心减振垫中粘弹性材料具有较大的阻尼和良好的耗能能力，在地震水平作用下发生剪切变形而消耗地震输入的能量，减小地震对上部结构的影响，从而起到水平方向的隔震和减振双重作用；

承压钢板与预压式筒形阻尼器采用柔性钢铰绳连接，保证装置在地震作用下实现在水平方向上任何角度的平移和扭转，保证了核心减振垫在水平方向的任何角度的错动位移和扭转，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器在水平方向同主体结构相比会形成一个刚度薄弱层，这就会起到竖向隔震作用使得水平方向各个角度的地震作用都能有效地耗散和隔离；

在地震竖向作用下，核心减振垫和预压式筒形阻尼器中的可压缩耗能材料会发生压缩变形而耗散震动能量，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器在竖向同主体结构相比会形成一个相对刚度薄弱层，这就会起到竖向隔震作用，因而多维隔减振装置可以起到竖向的隔震和减振作用；

当较大地震引起装置竖直方向发生较大拉力时，由于通过预压筒形阻尼器提前已经施加预紧力，预压式筒形阻尼器将承受绝大部分拉力，从而保护了中心的核心减振垫避免被拉坏，因而多维隔减振装置具有很强的抗拉拔能力；

当不规则建筑结构在较大地震作用下引起装置竖直方向发生较大拉力和水平面扭矩时，由于通过预压筒形阻尼器提前已经施加预紧力以及钢铰绳与水平面有一定夹角，预压式筒形阻尼器将承受大部分拉力和扭矩，从而保护了中心的核心减振垫避免被拉坏和扭坏，保证多维隔减振装置具有很强的抗拉拔和抗扭转能力；

此外，预压式筒形阻尼器中的受压弹簧时可提供较大的弹性恢复刚度，这增加了整个装置的抵抗变形的能力。

实施例2

本实施例中，所述预压式筒形阻尼器5中的粘弹性材料替换为泡沫铝。

实施例3

本实施例中，所述核心减振垫粘弹性材料层3替换为橡胶。