多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及工程隔震技术领域，尤其是设及一种多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系 统。
【背景技术】
[0002] 为了减轻地震灾害，减少经济损失和人员伤亡，在工程建设时需要考虑工程建设 场地可能遭遇到的地震危险程度，对建筑物增加必要的隔震设计。
[0003] 美国加州大学伯克利分校的Zayas提出了摩擦滑移摆隔震技术（Friction 化ndulum System,简称FPS)，如图1 (a)所示，FPS包括上部装置、中屯、滑块和下部滑动球形 凹面Ξ部分。地震发生时，中屯、滑块可在球形凹面内滑动，从而隔离地震能量。
[0004] 在FPS的基础上，Constantinou提出了Ξ重摩擦摆隔震系统（Triple Friction 化ndulum System,简称TFPS)。如图1 (b)所示，TFPS包括中屯、滑块和两对滑动面，对小震、中 震和大震下均有不同的调谐适应能力。
[0005] 但是上述两种结构都存在一些缺点：
[0006] (1)传统隔震支座存在固定周期，可能与近场地震发生共振反应；
[0007] (2)对于FPS和TFPS支座，在较大竖向地震动作用下，摩擦子可能从凹槽中脱出，支 座失效，如图2(a)和图2(b)所示；
[000引（3)地震过后，FPS存在残余位移，影响使用；
[0009] (4)初始刚度较小，在环境荷载(风雨、交通、地铁振动等）下可能运动，影响上部结 构人员舒适性；
[0010] (5)竖向抗拉强度不高，在近场地震下容易提离破坏；
[0011] (6)结构不均匀沉降和混凝±徐变收缩对隔震支座有不利影响。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统，W解决现有隔震 技术存在的技术问题。
[0013] 本发明提供的多棱锥面摩擦隔震支座，包括:上部卡座、中部结构及下部结构；
[0014] 所述下部结构的上表面设置呈倒置多棱锥形状的凹槽，所述凹槽的内壁构成多棱 锥滑动凹面；
[0015] 所述中部结构包括一搭放在所述下部结构的凹槽边缘的平板;所述平板的下表面 设置凸柱，所述凸柱的下端为与所述多棱锥滑动凹面形状吻合的多棱锥滑动凸面，使所述 凸柱能够在所述凹槽中滑动;所述平板的上表面设置圆形的卡环；
[0016] 所述上部卡座的底部设置与所述卡环配合的卡槽，使所述上部卡座能够相对于所 述中部结构旋转。
[0017] 隔震支座的滑动凹面为多棱锥凹面，没有固定周期，其刚度随着水平位移的增大 而减小。运种变刚度特性可使多棱锥面摩擦隔震系统规避与近场地震能量集中的低频带共 振的风险，隔震效果良好；
[0018] 取消了滑块，使滑动面与中部结构整合在一起，能够保证支座运动到任何位置，凸 柱的多棱锥滑动凸面至少有一面与多棱锥滑动凹面吻合接触，提供足够的竖向荷载；
[0019] 由于构造的特殊性，其支座初始滑动的屈服强度较大。大的屈服强度意味着在比 较小的环境荷载(如风荷载、小震、周围车辆地铁通行引发的微小振动等)下，多棱锥面摩擦 隔震支座不会产生滑动，从而不会影响到上部建筑内人员的舒适度。在外部荷载(如地震荷 载)较大时，支座才会滑动、产生隔震效果从而保护上部结构的安全。
[0020] 进一步的，所述的多棱锥面摩擦隔震支座，还包括橡胶垫层;所述橡胶垫层设置在 所述上部卡座的上表面。
[0021] 橡胶垫层可W使支座具备一定竖向隔震作用，并使其能适应基础的不均匀沉降和 由于混凝±蠕变造成的水平位移。再者，在其他支座发生竖向提离时，支座的橡胶垫层能够 使支座中部水平，从而保证摩擦面的全面接触。
[0022] 进一步的，所述凹槽的多棱锥滑动凹面的倾斜角度为1°~4°。
[0023] 进一步的，所述中部结构的平板、凸柱及卡环为一体结构。
[0024] 进一步的，所述下部结构采用高强度混凝±诱筑，并在所述凹槽的表面铺设不诱 钢板、高强陶瓷板或碳纤维板，或者所述下部结构整体采用不诱钢、高强陶瓷或碳纤维材 料;所述中部结构及所述上部卡座均采用不诱钢、高强陶瓷或碳纤维材料。
[0025] 进一步的，所述多棱锥滑动凹面包括Ξ棱锥滑动凹面、四棱锥滑动凹面、五棱锥滑 动凹面W及六棱锥滑动凹面，所述凸柱下表面为与所述多棱锥滑动凹面相匹配的多棱锥形 状。
[0026] 为了保证接触面积及竖向支撑效果，同时为了保证滑动能力，优选采用Ξ棱锥滑 动凹面或四棱锥滑动凹面。数值模拟表明，在近场脉冲型地震下，四棱锥面摩擦隔震系统结 构动力响应比传统隔震结构最大可减少50-90%，隔震效果良好。
[0027] 进一步的，所述凸柱下端的多棱锥滑动凸面的表面采用与所述多棱锥滑动凹面之 间的摩擦系数在0.001~0.3之间的弹性材料。
[0028] 进一步的，所述弹性材料为聚四氣乙締。
[0029] 由于聚四氣乙締(特氣龙Teflon媛）较柔软，可W使凸柱滑动面与多棱锥凹面的 接触面积增大。更大的接触面积意味着更大的竖向承载力。运样在竖向地震动很大、隔震支 座出现提离时，可降低传统FI^滑块脱离上部凹槽、整个隔震支座破坏的危险。
[0030] 进一步的，所述凸柱的各侧面均设置橡胶垫或橡胶挡块，W缓冲所述凸柱与所述 凹槽内壁之间的碰撞。
[0031] 在大震下，若中屯、的凸柱与凹槽内壁碰撞，橡胶边界可吸收碰撞能量，减小支座破 坏风险。隔震支座内部密闭性好，橡胶不易老化；多棱锥面摩擦隔震支座大部分采用不诱 钢、高强陶瓷、碳纤维板或者其他高强材料制成，耐冲击和高压，能够适应更多极端环境和 气候，鲁棒性好。
[0032] 本发明提供的隔震系统，包括设置在建筑物与建筑物基础之间的所述的多棱锥面 摩擦隔震支座，还包括设置在上部建筑底板与基础顶板之间的十字架竖向防提离限位装 置；
[0033] 所述十字架竖向防提离限位装置由正反相扣的两组"U"形钢梁组成，两组"U"形钢 梁分别固定在所述上部建筑底板和所述基础顶板上。
[0034] 进一步的，所述多棱锥面摩擦隔震支座设置在所述建筑物各个承重结构或各处承 重位置的底部，所述十字架竖向防提离限位装置设置在所述建筑物底部的各条边线的中部 位置或相邻两个多棱锥面摩擦隔震支座的中间位置。
[0035] 十字架竖向防提离限位装置能够防止建筑倾覆。由于多棱锥凹面的倾斜角度可小 至1°~4°，所W当水平位移很大时，支座提离位移仍然很小。W水平单向位移容许值为0.5m 的四棱锥面摩擦隔震系统进行计算，其支座最大提离位移为0.5mX化n3° =0.0262m - 3cm， 距离很小。运样防提离装置横梁长度大于Im、两条横梁之间净距等于3cm，即可满足四棱锥 面摩擦隔震系统支座自由移动和防结构倾覆的双重需要。运样十字架竖向防提离限位装置 不仅可W预防结构的提离失效，也可W限制结构提离的高度在一个很小的限值内（小于等 于3cm) 〇
[0036] 本发明的有益效果为：
[0037] (1)本发明提供的多棱锥面摩擦隔震支座没有固定周期，规避了与近场地震能量 集中的低频带共振的风险；
[0038] 滑动面与中部结构整合在一起，不会出现滑块脱落的情况；
[0039] 采