一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统

1.本发明涉及重大生命线工程的隔震装置，属于生命线工程技术领域，具体涉及一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统。


背景技术：

2.叠层橡胶隔震技术主要是通过延长结构周期和增加阻尼来显著减轻隔震结构的地震作用。随着隔震技术的推广普及，叠层橡胶隔震作为一种比较成熟的隔震技术被大量运用到建筑、桥梁及设备工程领域。高举架储罐结构作为一种特殊的生命线工程项目，顶部为储液罐，下部为支撑结构，该类结构在地震时因头重脚轻，容易发生破坏，储罐中因存储有可燃液体时，当结构发生倒塌时，容易引起次生灾害——火灾，产生的后果将不可估量。为减轻其地震灾害，目前叠层橡胶隔震技术已运用到高举架储罐结构，但一般采用单一隔震层较多，且仅用于水平隔震，在设计地震作用下，可以在一定程度上减轻水平地震作用，但当发生超过设计地震时，单层隔震结构中的叠层橡胶隔震支座会因发生过大变形而失去竖向承载和水平减震的功能，而使结构发生倒塌破坏，同时在发生竖向地震时，普通叠层橡胶隔震支座不具备竖向减震功能。针对上述问题，需要一种特殊的隔震系统，即在设计地震下，普通隔震装置可以很好发挥作用减轻其地震作用，当发生超过设计地震时，另外一层特殊的隔震系统启动发挥作用，继续承担减震的功能，防止高举架储罐装置避免发生倒塌，同时在竖向还需具备竖向减震功能。


技术实现要素：

3.本专利的目的在于，提供一种不仅在设计地震下具有正常的水平隔震功能，同时在发生超大地震情况下，仍能继续发挥水平减震功能且竖向仍保持减震功能的一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统。
4.本发明通过以下技术方案实现该目的：
5.一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，包括储罐、上部隔震系统、高举架、下部隔震系统和底部结构基础，所述上部隔震系统包括多个方形的竖向滑动机构、多个双向水平滑动机构及锁定系统，所述竖向滑动机构内设置有方形橡胶减震支座，所述竖向滑动机构的顶部与储罐连接，所述双向水平滑动机构的底部与高举架连接，所述竖向滑动机构与双向水平滑动机构串联形成第一外围隔震支座，所述锁定系统与双向水平滑动机构连接；所述下部隔震系统包括销键支座和多个第二外围隔震支座，所述第二外围隔震支座设置于销键支座四周，所述第二外围隔震支座包括顶板、橡胶隔震支座和底板，所述橡胶隔震支座设置于顶板和底板之间，所述顶板和销键支座的顶部与高举架连接，所述底板与销键支架的底部与底部结构基础连接。
6.进一步的，所述上部隔震系统还包括中部隔震支座，所述中部隔震支座包括下部钢板、中筒、圆形厚层橡胶支座和顶盖，所述中筒可相对下部钢板水平滑动，所述圆形厚层橡胶支座设置于中筒内，所述顶盖可相对中筒竖向滑动，所述顶盖的下部与圆形厚层橡胶
支座接触，所述顶盖的顶部与储罐连接，所述下部钢板的底部与高举架连接，所述锁定系统的一端与中筒连接。
7.进一步的，所述上部隔震系统还包括水平弹簧系统，所述锁定系统设置于水平弹簧系统内，所述锁定系统通过水平弹簧系统分别与中筒和双向水平滑动机构连接。
8.作为优选的，所述下部钢板上设置有不锈钢镜面板，所述中筒的底部嵌设有水平聚四氟乙烯板，所述中筒的上部内侧壁上设置有竖向环形聚四氟乙烯板，所述顶盖沿竖向环形聚四氟乙烯板上下滑动。
9.作为优选的，所述锁定系统包括外筒、内筒及用于锁紧内筒和外筒的销钉机构，所述内筒上设置有凸块，所述外筒的内侧壁设置有与凸块相适配的滑槽，所述内筒可在外筒内滑动。
10.作为优选的，所述内筒上设置有第一槽孔和第二槽孔，所述销钉机构包括顶面为斜面设置的弹簧销钉一和弹簧销钉二，所述弹簧销钉一设置于第一槽孔内，所述弹簧销钉二设置于第二槽孔内，所述外筒上设置一弹簧销钉一或弹簧销钉二穿过的通孔，非工作状态下，弹簧销钉一处于自由状态，弹簧销钉二处于压紧状态。
11.进一步的，所述第二外围隔震支座还包括开口向上的顶部u型臂和开口向下的底部u型臂，所述顶部u型臂和底部u型臂串联，所述顶部u型臂的顶部与顶板连接，所述底部u型臂的底部与底板连接。
12.进一步的，所述双向水平滑动机构包括滑动方向相互垂直的两个滑轨结构，所述滑轨结构包括上平台、下平台、滑块及滑轨，所述滑块与上平台连接，所述滑轨与下平台连接，所述滑块在滑轨上滑动。
13.进一步的，所述下部隔震系统还包括中部支托支座，所述中部支托支座包括筒体及可在筒体内滑动的顶部缓冲橡胶块，所述中部支托支座的底部与底部结构基础连接，所述中部支托支座的顶部与高举架的底部有间隙。
14.进一步的，所述销键支座包括支座顶板、支座底板及设置在支座顶板和支座底板之间的多个凹型板，所述凹型板绕中心轴均匀分布。
15.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
16.1、本发明的适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，在高举架储罐结构发生设防地震之内的地震时，上部隔震系统和下部隔震系统分别承担储罐和高举架传来的竖向荷载，上部隔震系统同时在水平方向发生剪切变形，消耗地震能量，保证上部储罐结构的安全，而此时下部隔震系统水平不发生变形，当高举架储罐结构发生超过设防地震之外的超大地震时，上部隔震系统在达到最大水平变形能力时不再发生水平变形，下部隔震系统将启动，继续起到水平减震的功能，防止整体高举架储罐结构的倒塌。
17.2、本发明的适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，无论是发生在设防地震之内还是设防地震之外的地震，上部隔震系统中的竖向隔震系统滑动机构将发挥竖向减震的功能，减轻整体结构竖向地震作用。
18.3、本发明的适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，上部隔震系统中的竖向滑动机构为方形设计，在地震时具有抗扭转的功能，本发明的隔震系统其上层隔震系统和下层隔震系统中各隔震机构功能清晰明了，全程免维护。
附图说明
19.图1为本发明的隔震装置的结构示意图。
20.图2为图1中的上部隔震系统的结构示意图。
21.图3为图1中的下部隔震系统的结构示意图。
22.图4为图2中竖向滑动机构的结构示意图。
23.图5为图4的剖视图。
24.图6为图2中双向滑轨机构的结构示意图。
25.图7为图2中中部隔震支座的结构示意图。
26.图8为图7的剖视图。
27.图9为图2中水平弹簧系统的结构示意图。
28.图10为图2中锁定系统的结构示意图。
29.图11为图10中外筒的结构示意图。
30.图12为图10中内筒的结构示意图。
31.图13为图10中销钉机构的结构示意图。
32.图14为图3中第二外围隔震支座的结构示意图。
33.图15为图3中中部支托支座的结构示意图。
34.图16为图3中销键支座的结构示意图。
具体实施方式
35.以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
36.实施例1。
37.如图1-3所示，一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，包括储罐1、上部隔震系统3、高举架5、下部隔震系统7和底部结构基础8，所述上部隔震系统3包括多个方形的竖向滑动机构31、多个双向水平滑动机构32及锁定系统35，所述竖向滑动机构31内设置有方形橡胶减震支座315，所述竖向滑动机构31的顶部与储罐1连接，所述双向水平滑动机构32的底部与高举架5连接，所述竖向滑动机构31与双向水平滑动机构32串联形成第一外围隔震支座，所述锁定系统35与双向水平滑动机构32连接，用于限制双向水平滑动机构32的进一步滑动，所述下部隔震系统7包括设置在高举架5和底部结构基础8之间的销键支座73和多个第二外围隔震支座71，如图14所示，所述第二外围隔震支座71包括顶板711、橡胶隔震支座715、底板713，所述橡胶隔震支座715设置于顶板711和底板713之间，所述顶板711和销键支座73的顶部与高举架5连接，所述底板713与销键支架73的底部与底部结构基础8连接，所述第二外围隔震支座71设置于销键支座73四周。
38.本发明的适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统，包括上部隔震系统3和下部隔震系统7，当发生设防地震之内的地震时，上部隔震系统3和下部隔震系统7同时承担竖向荷载，同时双向水平滑动机构32发生水平双向滑动，水平方向发生剪切变形，消耗地震能量，保证上部储罐1结构的安全，而此时下部隔震系统7水平不发生变形；在竖向地震发生时，竖向滑动机构31将发生竖向变形，起到竖向减震的功能；当发生超过设计烈度的地震时，锁定系统35启动，限制上部隔震系统3中的双向水平滑动机构32的进一步滑动，上部隔震系统3在水平方向不再继续工作；此时整体结构的地震剪力将被传递给下部隔震系统7，
销健支座73将首先被剪断，位于周围的外围隔震支座71中橡胶隔震支座715将发生水平变形，继续起到水平减震的功能。此时上部隔震系统3中的竖向滑动机构31仍然继续发挥竖向减震功能，另外上部隔震系统3中的竖向滑动机构31为方形设计，在地震时具有抗扭转的功能，本发明的隔震系统其上层隔震系统和下层隔震系统中各隔震机构功能清晰明了，全程免维护。
39.其中，如图2和图7-9，所述上部隔震系统3还包括中部隔震支座33和水平弹簧系统34，所述中部隔震支座33包括下部钢板336、中筒333、圆形厚层橡胶支座337和顶盖331，所述中筒333可相对下部钢板336水平滑动，所述圆形厚层橡胶支座337设置于中筒333内，所述顶盖331可相对中筒333竖向滑动，所述顶盖331的下部与圆形厚层橡胶支座337接触，所述顶盖331的顶部与储罐1连接，所述下部钢板336的底部与高举架5连接，所述水平弹簧系统34的两端分别与中筒333和双向水平滑动机构的侧边连接，在发生设计烈度之内的地震时，除了双向水平滑动机构的水平滑动，下部钢板与中筒之间的滑动摩擦也会产生水平耗能，进一步起到消耗地震能量的作用，在竖向地震发生时，无论是设计内还是设计外的地震，中部隔震支座33中的圆形厚层橡胶支座337也会发生竖向变形，与竖向滑动机构一起共同起到竖向减震的功能。
40.所述锁定系统35设置于水平弹簧系统34内部，水平弹簧系统包括有左连接板341、弹簧342和右连接板343，锁定系统35在弹簧342内部，两端分别与左连接板341和右连接板343连接，通过左连接板341和右连接板343再分别连接中筒333和双向水平滑动机构32。当在发生设计烈度之内的地震时，水平弹簧系统34会为双向水平滑动机构32提供回复力。在发生超过设计烈度的地震时，水平弹簧系统34因发生过大拉伸变形(或过大压缩变形)，此时弹簧342内的锁定系统35在拉伸或压缩的过程中会锁定，限制双向水平滑动机构32和中筒333的进一步滑动，上部隔震系统3在水平方向的减震功能消失，整体结构的地震剪力将被传递给下部隔震系统7。
41.其中，所述下部钢板336上设置有不锈钢镜面板335，所述中筒333的底部嵌设有水平聚四氟乙烯板334，所述中筒333的上部内侧壁上设置有竖向环形聚四氟乙烯板332，所述顶盖331沿竖向环形聚四氟乙烯板332上下滑动，水平聚四氟乙烯板334和竖向环形聚四氟乙烯板332的设计可以减少摩擦力，在与其他部件相互之间发生滑动摩擦时会产生耗能。
42.其中，如图10-13所示，所述锁定系统35包括外筒351、内筒352及用于锁紧内筒352和外筒351的销钉机构，所述内筒352上设置有凸块3521，所述外筒351的内侧壁设置有与凸块2521相适配的滑槽，所述内筒352可在外筒351内滑动，当内筒352相对于外筒351滑动到销钉机构处，销钉机构会被启动，限制内筒352和外筒351的进一步滑动，进而限制了双向水平滑动机构32和中筒333的进一步滑动，造成上部隔震系统3在水平方向的减震功能消失。
43.在本实施例中，所述内筒352上设置有第一槽孔3522和第二槽孔3523，所述销钉机构包括顶面为斜面设置的弹簧销钉一353和弹簧销钉二354，所述弹簧销钉一353设置于第一槽孔3522内，所述弹簧销钉二354设置于第二槽孔3523内，所述外筒351上设置一弹簧销钉一353或弹簧销钉二354穿过的通孔3511，弹簧销钉一353在第一槽孔3522内，其斜面相对于外筒351设置，非工作状态下，弹簧销钉一353处于自由状态，弹簧销钉二354被外筒351压入内筒352内部，处于压紧状态，当锁定系统35被逐步压缩时，外筒351将弹簧销钉一353压入第一槽孔3522内，弹簧销钉一353处于压紧状态，通孔3511与第一槽孔3522重合时，弹簧
销钉一353被弹出，进而锁紧外筒351和内筒352，限制其进一步滑动，当锁定系统35被逐步拉伸时，通孔3511与第二槽孔3523重合，弹簧销钉二354被弹出，进而锁紧外筒351和内筒352。
44.在本实施例中，如图4-5所示，所述竖向滑动机构31包括可相互滑动的上筒311和下筒312，所述下筒311和下筒312均为方形结构，所述方形橡胶减震支座315设置在下筒312内，下筒311与双向水平滑动机构32连接，所述上筒的顶部与储罐1连接，竖向滑动机构31为方形结构，结合水平弹簧系统34和锁定系统35，可起到防扭转的功能。
45.其中，如图6所示，所述双向水平滑动机构32包括滑动方向相互垂直的两个滑轨结构，所述滑轨结构包括上平台321(324)、下平台323(326)、滑块327(328)及滑轨322(325)，所述滑块327(328)与上平台321(324)连接，所述滑轨322(325)与下平台323(326)连接，所述滑块327(328)在滑轨322(325)上滑动，上部隔震系统3可发生水平方向的任意滑动。
46.在本实施例中，如图14所示，所述第二外围隔震支座71还包括开口向上的顶部u型臂712和开口向下的底部u型臂714，所述顶部u型臂712和底部u型臂714串联，所述顶部u型臂712的顶部与顶板711连接，所述底部u型臂714的底部与底板713连接，当发生超过设计烈度的地震，整体结构将可能被提离，由于顶部u型臂712和底部u型臂714串联，二者将发挥抗拉功能。
47.其中，如图15所示，所述下部隔震系统7还包括中部支托支座72，所述中部支托支座72包括筒体722及可在筒体722内滑动的顶部缓冲橡胶块721，所述中部支托支座72的底部与底部结构基础8连接，所述中部支托支座72的顶部与高举架5的底部有间隙，同时由于水平变形较大，下部隔震系统7的上部结构可能由于隔震橡胶支座715发生较大水平变形后出现部分下坠，此时中部支托支座72将发挥承担竖向荷载的功能，防止隔震结构发生整体塌陷。
48.其中，如图16所示，所述销键支座73包括支座顶板731、支座底板733及设置在支座顶板731和支座底板733之间的多个凹型板732，所述凹型板732绕中心轴均匀分布，由于销键支座73的设计，当发生在设计范围内的地震时，下部隔震系统7未提供耗能作用，当发生超过设计烈度的地震时，上部隔震系统3的水平耗能功能消失，下部隔震系统7将承担减震功能，由于凹型板732的结构设计，其首先会断裂，第二外围隔震支座71起到隔震作用。
49.本发明的适合高举架储罐结构的双层三维隔震系统的安装方式为：
50.1、先在底部结构基础8上组装下部隔震系统7。将销健支座73的支座顶板731、中间凹型板732、支座底板733通过焊接组装成整体，并将支座底板733采用螺栓与底部结构基础8连接。将中部支托支座72的顶部缓冲橡胶块721放入外筒722顶部的凹孔中，并将外筒722的底部与底部结构基础8连接采用螺栓连接，形成中部支托支座72整体。将外围隔震支座71中的底板713与橡胶隔震支座715和底部u型臂714的底部连接，底板713的下部与底部结构基础8连接，将顶部u型臂712与底部u型臂714串联，将顶部u型臂714与橡胶隔震支座715的顶部与顶板711螺栓连接在一起。最后，将顶板711、支座顶板731与高举架5的底部，而中部支托支座72的顶部缓冲橡胶块721与高举架5的底部在竖向留有一定的缝隙。
51.在高举架5的顶面安装上部隔震系统3。将中部隔震支座33的下部钢板336采用螺栓连接在高举架5的顶部的中间位置；在下部钢板336顶部放置不锈钢镜面板335，并在两者周围接触部分焊接。在不锈钢镜面板335的中间部位放置水平聚四氟乙烯板334，并将水平
聚四氟乙烯板334嵌入到中筒333的下部凹孔中，将圆形厚层橡胶支座337放入中筒333的内筒中，并在中筒333的顶部内侧壁贴上竖向环形聚四氟乙烯板332，最后放入顶盖331，顶盖331的侧壁与竖向环形聚四氟乙烯板332接触，顶盖331的下部与圆形厚层橡胶支座337接触并连接。将双向水平滑动机构32安装完毕，放置在高举架5的顶面的周边部位，将竖向滑动机构31的下筒312的底部与双向水平滑动机构32的顶部通过螺栓连接，将方形橡胶减震支座315放入下筒312中，并在下筒312的内筒顶部侧壁粘贴环状方型聚四氟乙烯板，最后放入上筒311。将外筒351、内筒352、弹簧销钉一353、弹簧销钉二354组装而成的弹簧342内锁定系统3-5嵌入水平弹簧系统34中，水平弹簧系统34的两端分别与双向水平滑动机构32的下部平台326、中部隔震支座33的中筒336采用螺栓连接在一起。
52.最后将中部隔震支座33的顶盖331、竖向隔震支座31的上筒311的顶部与储罐1的底部连接，形成完整的一种适合高举架储罐结构的双层三维隔震。
53.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。