一种三维隔震支座

1.本实用新型涉及建筑工程隔震技术领域，尤其涉及一种三维隔震支座。


背景技术：

2.隔震支座是目前世界上运用最广泛的一种隔震技术，将建筑分为上部结构和下部结构，并分别与隔震支座相连接，形成隔震层，以避免地震能力直接作用于建筑的上部结构而破坏建筑的使用性能。
3.目前，在进行建筑结构隔震设计时一般只考虑隔离水平地震作用，不考虑竖向隔震。广泛应用于实际工程的叠层橡胶支座、滑动隔震支座及滚动隔震支座等在减小水平地震作用方面表现良好，但是不具备竖向隔震的效果，甚至具有一定的地震放大效应。鉴于此，近几十年来国内外学者对竖向隔震支座做了大量的理论分析及试验研究，取得一定的成果，为隔震支座的发展及其在实际工程中的应用提供了重要参考价值，并且进一步将竖向隔震支座与水平隔震支座串联或并联即可实现三维隔震。
4.摩擦消能是利用两个接触物体发生相对位移时在接触面上产生与滑移方向相反的滑动摩擦力，将地震输入能量转化成内能耗散。目前主要运用于水平隔震，如摩擦摆支座，所以将其运用于竖向耗能减震是一个新的可行方向。
5.在高烈度地震区，尤其在近断层地震区，地震动的竖向作用分量往往较为强烈，甚至可能超过水平地震作用分量，成为导致结构倒塌破坏的主导因素。
6.三维隔震装置，用来同时隔离水平和竖向地震，竖向隔震最大难度是上部结构的较大承载能力需求和隔震层较小刚度的矛盾,难点在于保证上部结构竖向刚度的同时选择合适的隔震支座刚度,从而增加结构在竖直方向的自振周期。


技术实现要素：

7.针对上述技术问题，设计一种同时具有水平和竖向隔震效果；且可根据实际需要调节竖向刚度及具有自恢复能力的三维隔震支座。
8.一种三维隔震支座，包括水平摩擦摆隔震装置和竖向隔震装置，所述水平摩擦摆隔震装置连接于竖向隔震装置的上方；水平摩擦摆隔震装置包括第一连接板和第二连接板；所述第二连接板的顶部设置有球面滑道，所述球面滑道内设置有沿球面滑道滑动的滑块；所述第一连接板的底部固定连接有底托，所述底托的底部与滑块连接；所述第一连接板与第二连接板之间设置有限位装置，所述第一连接板和第二连接板在限位范围内沿水平方向相对滑动；
9.竖向隔震装置包括第三连接板、第四连接板、摩擦隔震组件和弹簧隔震组件；
10.所述摩擦隔震组件包括内套筒和套设在内套筒外的外套筒；所述内套筒和外套筒均连接于第四连接板的顶部；所述第三连接板的底部固定连接有滑动主钢板，所述滑动主钢板位于内套筒和外套筒之间，紧贴着内套筒的外壁和外套筒的内壁竖向滑动；
11.所述弹簧隔震组件位于摩擦隔震组件的内套筒内；所述弹簧隔震组件包括碟形弹
簧和sma螺旋弹簧；所述sma螺旋弹簧设置在碟形弹簧中间，所述碟形弹簧的两端分别与第三连接板底部和第四连接板顶部固定连接，所述sma螺旋弹簧的两端分别与第三连接板底部和第四连接板顶部固定连接；所述第二连接板通过连接板螺栓固定在第三连接板上方。
12.进一步的，所述限位装置包括上限位块和下限位块；所述上限位块包括连接于第一连接板底部边缘的第一连接件，第一连接件的下端固定连接有水平的第二连接件；所述下限位块包括连接于第二连接板顶部边缘的第三连接件，第三连接件的上端固定连接有水平的第四连接件；所述第二连接件下端与第四连接件上端沿水平方向相对滑动；所述第一连接板与第二连接板之间设置有多组限位装置。
13.进一步的，所述弹簧隔震组件还包括导向筒，所述导向筒竖向连接于第四连接板顶部；所述第三连接板的底部连接有圆形导向槽；所述导向筒套设在圆形导向槽内，与圆形导向槽滑动连接；所述导向筒与圆形导向槽形成导向通道，所述sma螺旋弹簧位于导向通道内。
14.进一步的，所述滑动主钢板与内套筒的外壁和外套筒的内壁之间都设置有摩擦板。
15.进一步的，所述摩擦隔震组件还包括预紧螺栓，所述内套筒、外套筒、摩擦板和滑动主钢板通过预紧螺栓依次连接；所述滑动主钢板设置有限位竖孔，滑动主钢板通过限位竖孔沿预紧螺栓滑动。
16.进一步的，所述滑动竖孔的宽度略大于预紧螺栓的直径。
17.进一步的，所述球面滑道与所述滑块滑动接触面的球面半径相同。
18.有益效果：本实用新型提供了一种兼顾水平和竖向隔振性能的复合三维隔震支座，在水平摩擦摆隔震装置的基础上增加竖向隔震装置，包括摩擦隔震组件组件和弹簧隔震组件。
19.在水平地震作用下，水平摩擦摆隔震装置的摩擦摆支座通过滑移耗能起到隔离水平地震的作用，减少结构在水平地震作用下的振动，起到保护结构的目的。同时滑块在球面滑道内可以旋转，消耗不均匀地震力产生的扭转力。
20.在竖向地震作用下，竖向隔震装置的摩擦隔震组件通过竖向滑动承担主要竖向地震作用，增大了竖向地震作用下隔震支座的阻尼，消耗了地震传递给结构的竖向地震能量，并减小了上层结构在竖向地震作用下的摇摆，具有良好的抗倾覆能力。同时碟形弹簧和sma螺旋弹簧通过变形也起到一定的隔离竖向地震的能力。同时在地震作用结束后碟形弹簧和sma合金螺旋弹簧都具有恢复原来形状趋势，使得摩擦隔震组件能够恢复原有位置。
21.本实用新型通过水平摩擦摆装置摩擦消能能够有效减轻水平和竖向地震作用，具有良好的三维隔震能力，具有自恢复能力，具有可转动性，抗拔性能好，且构造简单等优点，可广泛应用于建筑结构的三维隔震。
附图说明
22.图1为本实用新型所提出的一种三维隔震支座的结构示意图；
23.图2为图1中a-a面剖面图；
24.图3为本实用新型所提出的一种三维隔震支座的套筒、滑动主钢板、摩擦板示意图；
25.图4为本实用新型所提出的一种三维隔震支座的水平摩擦摆隔震装置位于竖向隔震装置下方的结构示意图。
26.图中：1-滑块、2-球面滑道、3-底托、4-上限位块、5-下限位块、6-外套筒、7-内套筒、8-滑动主钢板、9-摩擦板、10-预紧螺栓、11-碟形弹簧、12-导向筒、13-sma螺旋弹簧、14-第一连接板、15-第二连接板、16-第四连接板、17-连接板螺栓、18-第三连接板、19-圆形导向槽、20-导向通道、21-限位竖孔。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本实用新型的三维隔震支座进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.如图1、图3所示，一种三维隔震支座，包括水平摩擦摆隔震装置和竖向隔震装置，所述水平摩擦摆隔震装置位于竖向隔震装置的上方；水平摩擦摆隔震装置包括第一连接板14和第二连接板15，所述第二连接板15的顶部设置有球面滑道2，所述球面滑道2内设置有沿球面滑道2滑动的滑块1，所述第一连接板14的底部固定连接有底托3，所述底托3的底部与滑块1连接，所述第一连接板14与第二连接板15之间设置有限位装置，所述第一连接板14和第二连接板15在限位范围内沿水平方向相对滑动。由于地震主要分为横波和纵波，因此需要兼顾地震的竖向作用和横向作用。在本实施例中，水平摩擦摆隔震装置和竖向隔震装置分别用于减缓地震对上层建筑的横向作用和竖向作用。所述水平摩擦摆隔震装置的底托3位于第一连接板14的底部中心，下端与滑块1的顶部固定连接，所述滑块1与球面滑道2的接触面设置摩擦材料涂层，用来增加球面滑道2与滑块之间的摩擦力，将地震输入的横向能量通过转化为内能消耗掉。所述球面滑道2的滑道面为一个中间低四周高的弧面，滑块1位于中部，因此滑块1在弧面内可以旋转，从而消耗不均匀地震力产生的扭矩力。所述球面滑道2与所述滑块1滑动接触面的球面半径相同。所述底托3与滑块1可以固定连接，也可以球铰连接。参照图4，所述水平摩擦摆隔震装置也可以安装在竖向隔震装置的下方。
29.竖向隔震装置包括第三连接板18、第四连接板16、摩擦隔震组件和弹簧隔震组件；所述摩擦隔震组件包括内套筒7、外套筒6、滑动主钢板8，所述内套筒7套设在外套筒6内，所述内套筒7和外套筒6均连接于第四连接板16的顶部，所述第三连接板18的底部固定连接有滑动主钢板8，所述滑动主钢板8位于内套筒7和外套筒6之间，紧贴着内套筒7的外壁和外套筒6的内壁竖向滑动；所述弹簧隔震组件位于摩擦隔震组件的内套筒7内；所述弹簧隔震组件包括碟形弹簧11和sma螺旋弹簧13，所述碟形弹簧11的两端分别与第三连接板18底部和第四连接板16顶部固定连接，所述sma螺旋弹簧13的两端分别与第三连接板18底部和第四连接板16顶部固定连接，所述第二连接板15通过连接板螺栓17固定在第三连接板18上方。为了增大摩擦力，所述滑动主钢板8与内套筒7的外壁和外套筒6的内壁之间都设置有摩擦板9。所述内套筒7和外套筒6侧壁上的摩擦板9和滑动主钢板都是弧形板，间隔设置在内套筒7和外套筒6两侧。所述摩擦隔震组件的初始竖向刚度和竖向耗能能力可以通过调节内套筒7和外套筒6的距离从而增大或减少摩擦力来实现。碟形弹簧11的数量，叠放形式、位置等也可通过实际情况调整。所述摩擦板9可选用不同材料以提供不同的摩擦耗能性能，例如pvc摩擦板、铝摩擦板、钢摩擦板。多组所述碟形弹簧11设置在sma螺旋弹簧13的周围。所述
摩擦隔震组件为环形结构或者矩形结构。所述竖向隔震装置和水平摩擦摆隔震装置之间可以通过连接板螺栓17连接。
30.在竖向地震的作用下，竖向隔震装置的摩擦隔震组件消耗了地震传递给结构的竖向地震能量，并减小了上层结构在竖向地震作用下的摇摆，具有良好的抗倾覆能力。所述碟形弹簧13利用刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，适合于轴向空间要求小的场合的特点，对竖向地震作用有着较好的减震效果，同时sma螺旋弹簧13通过变形也起到一定的隔离竖向地震的能力。同时在地震作用结束后碟形弹簧11和sma螺旋弹簧13都具有恢复原来形状的趋势，使得摩擦隔震组件能够恢复原位。
31.所述限位装置包括上限位块4和下限位块5；所述上限位块4包括连接于第一连接板14底部边缘的第一连接件，第一连接件的下端固定连接有水平的第二连接件；所述下限位块5包括连接于第二连接板15顶部边缘的第三连接件，第三连接件的上端固定连接有水平的第四连接件；所述第二连接件下端与第四连接件上端沿水平方向相对滑动，所述第一连接板14与第二连接板15之间设置有多组限位装置。在本实施例中，所述上限位块4和下限位块5都是截面形状为l型的限位套，相互配合安装的上、下限位块在受到竖直向上的拉力时对水平摩擦摆隔震装置起到抗拔限位的效果。保证摩擦摆隔震装置的第一连接板14只在水平的地震的作用下进行水平平移。限位装置可以沿第一、二连接板的四周间隔设置，可以为4组、8组等。
32.所述碟形弹簧组件可以安装在摩擦隔震组件旁或者中间，在本实施例中，由于内套筒7和外套筒6是圆形，因此将所述弹簧隔震组件安装在摩擦隔震组件的内套筒7内。这种安装方式相较于安装在摩擦隔震组件旁不仅有利于节省空间，并且可以保护弹簧隔震组件不受外界环境破坏。
33.参照图3，由于sma螺旋弹簧13的长度相较于碟形弹簧11较长，因此在伸缩过程中可能导致变形，因此在sma螺旋弹簧13的外侧设置有导向筒12，所述导向筒12竖向设置在第四连接板16顶部，所述第三连接板18的底部设置有圆形导向槽19，所述导向筒12伸入圆形导向槽19内且与圆形导向槽19滑动连接，所述导向筒12与圆形导向槽19形成导向通道20，所述sma螺旋弹簧13位于导向通道20内。所述导向筒12的直径略小于圆形导向槽19的直径，且接触面之间还涂有低摩擦材料，所述sma螺旋弹簧13的长度比导向通道20长。
34.摩擦隔震组件还包括预紧螺栓10，所述内套筒7、外套筒6、摩擦板9和滑动主钢板8通过预紧螺栓10依次连接，所述滑动主钢板8设置有限位竖孔21，滑动主钢板8通过限位竖孔21沿预紧螺栓10滑动。所述摩擦隔震组件通过调节预螺栓10对内、外套筒和钢板施加预紧力，使各板接触面产生正压力，预紧力的大小通过调节预紧螺栓10的松紧程度调节，因此可以调节滑动时摩擦力的大小与摩擦隔震组件的耗能能力。在预紧螺栓10的螺母下加设小型碟形弹簧，还可以避免主板滑动过程中螺栓松动预紧力减小。所述滑动竖孔21的宽度略大于螺栓的直径。所述摩擦隔震组件可以通过调节高度并用预紧螺栓10紧固来调节弹簧隔震组件的初始压缩程度，可以调节所述三维隔震装置的初始刚度。
35.本实用新型中，通过水平摩擦摆隔震装置和竖向隔震装置减少地震的水平作用和竖向作用，具有良好的三维隔震能力，可广泛应用于建筑结构的三维隔震。