基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座的制作方法

本实用新型属于桥梁工程、建筑工程领域，具体涉及桥梁工程、建筑工程的具有抗拉拔要求的减隔震支座。

背景技术：

近年来由于我国处于欧亚地震带和环太平洋地震带，我国有41％的国土、一半以上的城市位于地震基本烈度7度或7度以上地区，6度及6度以上地区占国土面积的79％。对于强震地区的桥梁工程和建筑工程，结构抗震能力和震后恢复能力成为检验结构功能的重要指标。

减隔震支座是结构抗震的重要构件，能够延长结构振动周期，主动避开地震波主要能量频率带，最大程度减少地震对于上部结构的损伤破坏，保护上部结构功能，保障人类生命财产安全。

现有的滑动摩擦支座中，主要是针对滑动自由度、滑块类型和数量、滑动面摩擦系数等方面进行的改进和研究。对于抗拉拔能力涉及的较少，仅有的抗拉拔支座基本都是双向滑动，且由于滑动轨道和滑块的构造特点，在上部自重和地震动作用下，很难良好的协同作用；自复位能力也基本只依靠自重的水平分量，其滑面的摩擦系数对自复位影响较大；支座耗能基本都依靠滑面的摩擦耗能，但摩擦力过大又将制约自复位能力。

技术实现要素：

为解决抗拉拔隔震支座的缺陷，本实用新型能够有效解决摩擦隔震支座抗拉拔、耗能和自复位的问题，耐久性和稳定性更好，可以适用于强震地区的桥梁和建筑结构。

本实用新型的技术方案如下：

基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座，其特征在于，包括上滑板(1)、滑块(2)、下滑板(3)、外挡板(4)、减速环(5)、弹簧(6)、TMD(调频质量阻尼装置)(7)及连接柱(8)；

滑块(2)包括上下依次滚动在一起的滑块上端头(2-1)、滑块主体(2-2)、滑块下端头(2-3)，滑块上端头(2-1)为蘑菇型端头，滑块主体(2-2)为圆柱型结构，滑块下端头(2-3)为十字交叉板型限位端头；

外挡板(4)包括桶状竖向板(4-1)和环状底端面(4-2)，桶状竖向板(4-1)与环状底端面(4-2)外侧固定在一起；在桶状竖向板(4-1)内侧均匀分布固定有多个弹簧(6)，弹簧(6)的另一端固定在减速环(5)的外周，弹簧(6)处于自由状态；减速环(5)同轴套在滑块主体(2-2)外，减速环(5)与滑块主体(2-2)之间具有空隙；桶状竖向板(4-1)内侧均匀分布固定有多个TMD(调频质量阻尼装置)(7)，多个弹簧(6)多个TMD(调频质量阻尼装置)(7)分布在同一个径面内，且TMD沿径向的长度小于弹簧沿径向的自由长度；环状底端面(4-2)通过连接柱(8)与下滑板(3)上端面固定连接在一起；环状底端面(4-2)与下滑板(3)上端面之间具有空隙，滑块下端头(2-3)十字交叉板型限位端头穿插在环状底端面(4-2)与下滑板(3)上端面之间的空隙内；

上滑板(1)下表面设置有与滑块上端头(2-1)匹配的企口凹槽。

所述的滑块(2)与上滑板(1)、下滑板(3)之间所有的接触面采用曲率一致的球面。

滑块下端头(2-3)的十字交叉板型限位端头整体为球面板型；下滑板(3)的上表面为凹形球面；环状底端面(4-2)的下表面为凸型球面；滑块下端头(2-3)的十字交叉板型限位端头、下滑板(3)的上表面、环状底端面(4-2)的下表面曲率相同。

所述的上滑板(1)下表面设置企口凹槽，滑块(2)上端设置的扩大蘑菇型端头，保证滑块(2)能在上滑板(1)企口内小幅度转动但不得脱离上滑板(1)。滑块(2)下方设置4个限位端头，整体形状为十字交叉板型，端头长度要大于滑块最大允许位移。

所述的外挡板(4)与减速环(5)之间依靠弹簧(6)连接，在所述的径面内弹簧均匀对称布置，弹簧数目为4的倍数。

所述的TMD(7)固定在外挡板(4)内侧，在所述的径面内均匀对称布置，TMD(7)数目为4的倍数，TMD(7)沿外挡板(4)径向的长度大于外挡板(4)下端水平板宽度，且小于滑块(2)在中心位置时弹簧(6)的初始长度。

所述的上滑板(1)、滑块(2)、下滑板(3)、外挡板(4)、减速环(5)、弹簧(6)、连接柱(8)采用不锈钢材料，各滑动表面采用聚四氟乙烯材料。

滑块(2)与上下滑板(1、3)之间具有机械锁定结构，使其具备抗拉拔功能；外挡板与滑块之间设置弹簧、减速环和TMD，减速环用于保证多组弹簧协同作用，TMD固定在外挡板内侧，此种组合使支座具备强大的耗能功能；而滑块与上下滑板之间的滑动面均为球面，滑块可以在水平面内自由滑动，依靠重力和弹簧反力能消除滑块残余位移并自复位。抗拉拔系统可以抵抗因地震或偶然荷载导致的上部结构竖向位移。

本实用新型具有以下优点：相比于普通摩擦隔震支座，本实用新型具有更好的耗能和自复位功能，且能够大幅度降低竖向地震波对于上部结构的损伤破坏；与现有的抗拉拔支座相比，本实用新型能够满足上部结构在水平面能自由滑动，利用弹簧系统保证自复位能力，极大降低支座震后的残余位移；与现有支座相比，本实用新型将TMD引入到支座内部，大幅度增强支座减隔震和耗能能力。本实用新型适用于强震地区的桥梁、和建筑结构，对于曲线桥梁、高层建筑的减隔震效果更好。

附图说明

图1基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座立体示意图

图2基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座内部示意图

图3基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座A-A剖面图

图4基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座滑块立体图

图5基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座外挡板1/2剖面图

图6基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座最大位移竖向剖面图

图7基于TMD的多向抗拉拔自复位摩擦支座最大位移水平剖面图；

图中：1—上滑板；2—滑块；2-1—滑块上端头；2-2—滑块主体；2-3—滑块下端头；3—下滑板；4—外挡板；4-1—桶状竖向板；4-2—环状底端面；5—减速环；6—弹簧；7—TMD；8—连接柱。

具体实施方式

以下结合附图1-附图7，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。

在地震作用时，上滑板(1)随着上部结构移动，下滑板(3)随着地面移动，中间滑块(2)滑动。当滑块(2)位移达到一定范围时，滑块(2)接触减速环(5)，并带着减速环(5)继续滑动，周围的弹簧(6)由于减速环(5)的移动，有的伸长有的压缩，都储存了弹簧势能，并且随着减速环(5)位移的增大，弹簧势能和弹簧反力都随着增大；当位移进一步扩大时，减速环(5)碰撞接触到TMD(7)，TMD(7)结构发挥耗能和阻尼功效，降低地震能量对结构的损坏；当滑块(2)位移不断增大时，最终会使得滑块(2)碰撞到外挡板环状底端面(4-2)，滑块(2)不能继续移动。

此时由于受到上部结构自重的影响，滑块(2)会受到一个水平回复力，方向指向下滑板(3)中心，传统的支座由于静摩擦力较大，无法自复位。该支座由于弹簧势能较大，弹簧反力加上上部结构自重的水平分力大于静摩擦力，确保滑块(2)往复滑动，最终滑块(2)恢复到中心位置。

在支座制作时应注意以下要求：

1.滑块(2)与其接触的滑板面的曲率一致，均采用球面或其他合理曲面；

2.上滑板(1)应设置企口，保证滑块(2)能在画面小幅度转动但不得脱离滑板，上滑板(1)要能保证基本水平，以满足上部建筑或者桥梁结构在不失稳情况下整体移动。

3.滑块(2)下方设置4个限位端头即滑块下端头(2-3)，其线性满足滑块上诉第1点的要求，且刚度足够，端头自由长度要大于滑块最大位移。

4.TMD(7)耗能装置要满足耗能要求，根据支座尺寸和上部结构自重选择适合的TMD装置。

5.弹簧(6)要根据上部结构自重布置，弹簧强度和刚度要通过计算选取，每组可采用多根弹簧协同作用。

6.抗拉拔整体传力途径为：上部结构(建筑、桥梁)-上滑板(1)-滑块上端头(2-1)-滑块主体(2-2)-滑块下端头(2-3)-外挡板(4)-连接柱(8)-下滑板(3)-地面。