專利名稱：摩擦-彈簧三維復合隔震支座的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有水平、豎向三維復合隔震功能的支座，屬建筑 結構隔震減震控制領域。
背景技術：
支座隔震系被動控制技術，是通過在上部結構與下部支承體系間設置隔 震裝置來減少上部結構的地震響應，其主要機理是使設計結構的基本周期或 前幾階周期與地震作用的卓越周期錯開，從而避開結構與地震作用卓越周期 相接近部分的結構振動，同時減小地震動對結構的能量輸入，從而降低結構 的地震響應。隨著我國社會經濟的快速發展，空間網格結構已廣泛應用于體育館、展 覽館、會展中心、航站樓及工業廠房等建筑中。空間網格結構的跨度一般較 大，結構的地震作用呈多向隨機性，有些結構如網架屋蓋維修機庫等，水平 地震作用與豎向地震作用下的響應均較強烈，適用于此類建筑的隔震支座應 具有三維復合隔震功能。具有三維復合隔震功能的支座應具備以下特點(1)滿足水平隔震要求， 耗能能力好和合理的初始剛度；(2)水平自復位能力強；(3)具有一定的豎向隔震作用，由于大跨結構的空間整體性好，從現有的震害情況看，在強震 作用下，空間網格屋蓋結構的大多數桿件仍處于彈性工作狀態，因此只要合理控制支座的豎向剛度，適當減小結構的豎向地震輸入即可避免震害；(4) 支座豎向剛度要適中， 一方面要求具有合理的初始剛度，以滿足支座豎向承 載要求，同時保證結構風振和小震時不產生振動；(5)有足夠的豎向抗拔和 轉動能力；(6)支座的高度不宜過大。從大跨網格結構的隔震支座的研究與使用情況看，以疊層橡膠材料隔震 居多。疊層橡膠支座雖然可通過延長結構的自振周期，但由于其自身的物理 特性，導致存在以下缺陷只能隔離水平地震作用，無法實現多維隔震；自 身阻尼較小，致使結構在地震作用下會出現較大的水平位移；豎向抗拔能力 較差；震后的自復位能力不足。上述問題的存在，使隔震技術在大跨結構中 的應用受到了一定的約束。隨著形狀記憶合金(SMA)在土木工程中應用研究的深入，針對上述不 足，國內外學者利用形狀記憶合金的形狀記憶效應、超彈性和高阻尼特性，
開發出了一批具有自復位功能的被動控制和半主動控制的復合支座，并對其 性能進行了理論分析和試驗研究。大跨空間結構的隔震研究在水平隔震方面 取得了大量的成果，有些隔震系統已應用于實際工程，并取得了良好的效果， 但能滿足三維復合隔震要求的裝置相對匱乏。目前三維復合隔震的研究多是針對多層結構，所采取的技術措施為水平 隔震利用疊層橡膠，豎向則采用與阻尼器并聯或利用液壓系統隔震。上述系 統在多層結構中具有可行性，但要將其應用于大跨網格屋蓋結構存在以下問 題(1)水平隔震支座與豎向隔震裝置串連，使支座的高度大大增加，在支 座偏心附加彎矩的作用下，支座的穩定性難以得到足夠的保證；(2)水平隔 震采用橡膠支座，由于水平阻尼較小，在地震作用下結構的水平位移較大；(3) 缺乏豎向抗拔能力，支座轉動能力不足。實用新型內容本實用新型為空間網格結構的復合隔震提供一種三維隔震支座。本實用新型的技術方案見附圖1，其特征在于，包括水平隔震裝置、豎向 隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀；水平隔震裝置位于支座的上部，包括水平承托構件、復位彈簧、滑移層、 水平抗拔構件和限位構件；水平承托構件由從上到下依次由上連接板l、圓形 短柱2和底封板3構成，且它們的形心相互重合；水平承托構件位于外護筒5 的內部，外護筒5為圓管，外護筒5軸線與水平承托構件的豎向軸線重合； 水平復位彈簧4位于圓形短柱2與外護筒5間，沿圓形短柱2的徑向輻射布 置；水平復位彈簧4的一端與外護筒5的內壁連接，另一端與圓形短柱2的 外壁固定；滑移層設在底封板3的下部，自上而下依次包括滑移面6、圓形碟片7和 銜接水平與豎向隔震裝置的豎向彈簧承壓板8;滑移片6復合在封底板3的下 表面；圓形碟片7固定在豎向彈簧承壓板8的上表面；水平抗拔構件由限位 板9和限位擋板10構成，限位板9為一環形板，限位板9的內環固定于圓形 短柱2的外壁；限位擋板10均勻對稱布置在外護筒5的頂端，與外護筒5筒 壁固定；水平限位構件11為一環形鋼圈，固定于豎向彈簧承壓板8的上表面， 并在水平限位構件11內壁敷設緩沖墊12;豎向隔震裝置位于支座的下部，包括導向筒、隔震彈簧及彈簧預壓限位 器；導向筒由共心的滑筒13插接在導筒14共同構成，滑筒13的筒壁豎剖面
呈T形，其上端固定在豎向彈簧承壓板8的下表面，導筒14的筒壁豎剖面呈U形，下端固定在底部連接板15的上表面，并在導筒14底部設置豎向承壓 墊16;隔震彈簧17均勻對稱地安裝在導向筒內，隔震彈簧17上部與豎向彈簧承壓板8的下表面連接，下端與底部連接板15的上表面固定；彈簧預壓限位器18位于豎向彈簧承壓板8的上部，插接于外護筒5筒壁的預留孔內，預留孔在外護筒5筒壁上均勻開設；豎向彈簧承壓板8與護筒5內壁間預留間隙。本實用新型的支座水平向采用平板滑移隔震裝置，其豎向高度得以降低， 從而使支座的總體高度減小，因此支座的穩定性得到了有效保證。為了克服 現有支座水平滑動位移較大和震后復位的問題，本實用新型的支座在水平隔 震裝置中增設了水平復位彈簧4，并設計了水平限位構件11，以保證支座在 水平地震作用下的復位能力和工作安全性。此外，本實用新型的支座的限位 板9和限位擋板10的共同作用使支座的水平隔震裝置具有抗拔能力，彈簧預 壓限位器18使豎向隔震裝置也具有抗拔能力，因而支座整體具有抗拔性。為使支座能提供局部轉動能力，直徑為^的豎向彈簧承壓板8與護筒5 內壁間預留間隙A，從構造上滿足支座的轉動要求。豎向隔震彈簧根據支座所受的荷載大小選用不同類別的彈簧，當支座壓 力不大時，可選用柱狀螺旋壓縮彈簧，當支座壓力較大時，則可采用環形彈 簧。
圖1 (a)、水平復位裝置平面；； 圖1 (b)、抗拔限位板布置平面； 圖1 (C)、豎向隔震裝置平面； 圖1 (d)、支座豎向A-A剖面； 圖1 (e)、支座豎向B-B剖面； 圖2、支座豎向剖面幾何尺寸圖；圖中D為護筒外徑，H為護筒高度，H,為支座高度。1、上連接板；2、圓形短柱；3、底封板；4、水平復位彈簧；5、外護筒;6、滑移片；7、圓形碟片；8、豎向彈簧承壓板；9、限位板；10、限位擋板;11、水平限位構件；12、緩沖ll; 13、滑筒；14、導筒；15、底部連接板；16、豎向承壓墊；17、隔震彈簧；18、彈簧預壓限位器。
具體實施方式
本實用新型的實施依據為圖1，依據支座構造和組裝程序可按六類主要部件進行加工。部件I由固定在底部連接板15上的外護筒5和導筒14共同構 成，部件II為隔震彈簧17，部件III包括豎向彈簧承壓板8和滑筒13，滑筒13 固定在豎向彈簧承壓板8的下表面，部件IV為豎向彈簧限位器，部件V為水 平承托構件、水平復位彈簧4和限位板9，部件VI為限位擋板IO。首先將各 主要部件加工完畢，然后進行組裝，組裝次序由下而上，主要步驟可概括為(1) 在部件I中安裝豎向隔震彈簧；(2) 安裝部件II;(3) 安裝部件III;(4) 在部件m上施加豎向壓力預壓隔震彈簧i7，然后安裝部件iv;(5) 安裝部件V;(6) 安裝部件VI。隔震彈簧17按支座所受的荷載大小選用不同類別的彈簧，當支座壓力不 大時，可選用柱狀螺旋壓縮彈簧，當支座壓力較大時，則應采用環形彈簧。本實用新型的支座有兩種工作狀態，即靜力作用工作狀態和動力作用工 作狀態。支座的隔震功能主要體現在動力工作狀態，支座的具體實施方式
也 是針對動力作用展開的。由于本實用新型的支座具有水平與豎向復合隔震功 能，可同時在水平向與豎向對結構隔震，因此實施方式闡述與支座的構造和 工作原理密切相關。水平采用滑移隔震，當支座受水平地震激勵作用時，水平承托構件的底 封板3的下表面與圓形碟片7間產生滑動，出現水平相對位移，實現水平隔 震。同時，水平復位彈簧4被拉伸或壓縮，為水平承托構件提供震后復位所 需的回復力。為保證支座具有足夠的滑移性能和抗拔能力，水平滑移裝置的尺寸相關性應滿足如下關系式中["，]為最大單向允許水平滑移量，4、 4分別為圓形碟片7和水平限位 構件11的直徑，^為最大水平滑移時限位板10與限位擋板11的最小疊合尺 寸。豎向采用彈簧隔震，豎向隔震裝置位于支座的下部。在豎向激勵作用下， 隔震彈簧17在導向筒內上下運動。由于隔震彈簧17可使支座的特征頻率避 開輸入激勵的共振頻域，從而實現豎向隔震。由于導向筒的極值行程小于隔 震彈簧17的彈性極限壓縮量，且導筒底部設置了豎向承壓墊16，從而可確保 隔震彈簧17始終處于彈性狀態。彈簧在壓縮或拉伸后均產生彈性回復力，因而支座的豎向震后復位可由隔震彈簧17保證。此外，由于支座所受動力荷載 的瞬態往復特征，都有利于支座的復位。彈簧預壓限位器18位于豎向彈簧承 壓板8的上部，插接于外護筒5筒壁的預留孔內，故預壓彈簧限位18使支座 在豎向具有抗拔功能。支座在水平與豎向地震作用下，為使支座具有可靠的工作性能，在構造 上要求支座在水平與豎向實現"剛度解耦"。"剛度解耦"反映的是支座水平 剛度與豎向剛度的非相關性，實現剛度解耦的關鍵是使支座的水平和豎向位 移為一對正交量，位移的正交由支座的構造實現。在水平向，由于彈簧預壓 限位器18的存在使豎向彈簧處于預壓狀態，從而確保支座的滑移面6與圓形 碟片7總處于緊密接觸狀態，確保水平位移，同時水平隔震裝置的軸向剛度 比隔震彈簧17的剛度大，故豎向剛度取決于豎向隔震裝置的剛度；在豎向， 由于導向筒的水平剛度比滑移面的水平剛度大得多，因此滑移剛度為支座的 控制剛度。直徑d2的豎向彈簧承壓板8與外護筒5內壁間隙《,的存在，使支座具備 局部轉動能力，從而滿足支座的轉動要求。
權利要求1、摩擦-彈簧三維復合隔震支座，其特征在于，包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀；水平隔震裝置位于支座的上部，包括水平承托構件、復位彈簧、滑移層、水平抗拔構件和限位構件；水平承托構件由從上到下依次由上連接板(1)、圓形短柱(2)和底封板(3)構成，且它們的形心相互重合；水平承托構件位于外護筒(5)的內部，外護筒(5)為圓管，外護筒(5)軸線與水平承托構件的豎向軸線重合；水平復位彈簧(4)位于圓形短柱(2)與外護筒(5)間，沿圓形短柱(2)的徑向輻射布置；水平復位彈簧(4)的一端與外護筒(5)的內壁連接，另一端與圓形短柱(2)的外壁固定；滑移層設在底封板(3)的下部，自上而下依次包括滑移面(6)、圓形碟片(7)和銜接水平與豎向隔震裝置的豎向彈簧承壓板(8)；滑移片(6)復合在封底板(3)的下表面；圓形碟片(7)固定在豎向彈簧承壓板(8)的上表面；水平抗拔構件由限位板(9)和限位擋板(10)構成，限位板(9)為一環形板，限位板(9)的內環固定于圓形短柱(2)的外壁；限位擋板(10)均勻對稱布置在外護筒(5)的頂端，與外護筒(5)筒壁固定；水平限位構件(11)為一環形鋼圈，固定于豎向彈簧承壓板(8)的上表面，并在水平限位構件(11)內壁敷設緩沖墊(12)；豎向隔震裝置位于支座的下部，包括導向筒、隔震彈簧及彈簧預壓限位器；導向筒由共心的滑筒(13)插接在導筒(14)共同構成，滑筒(13)的筒壁豎剖面呈T形，其上端固定在豎向彈簧承壓板(8)的下表面，導筒(14)的筒壁豎剖面呈U形，下端固定在底部連接板(15)的上表面，并在導筒(14)底部設置豎向承壓墊(16)；隔震彈簧(17)均勻對稱地安裝在導向筒內，隔震彈簧(17)上部與豎向彈簧承壓板(8)的下表面連接，下端與底部連接板(15)的上表面固定；彈簧預壓限位器(18)位于豎向彈簧承壓板(8)的上部，插接于外護筒(5)筒壁的預留孔內，預留孔在外護筒(5)筒壁上均勻開設；豎向彈簧承壓板(8)與護筒(5)內壁間預留間隙。
專利摘要摩擦-彈簧三維復合隔震支座屬隔震減震控制領域。現有的三維復合隔震支座要將其應用于大跨網格屋蓋結構存在以下問題(1)水平隔震支座與豎向隔震裝置串連，支座的高度大，缺乏穩定性；(2)在地震作用下結構的水平位移較大；(3)缺乏豎向抗拔能力，支座轉動能力不足。本實用新型的復合隔震支座主要包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀。支座水平向采用平板滑移隔震裝置，使支座高度得以降低，穩定性得到了有效保證，同時水平向還設置了復位和限位裝置，使支座具有自復位和限位功能。豎向采用彈簧隔震，通過構造設計具有合理的轉動能力。此外，本實用新型的支座整體具有抗拔性。
文檔編號E04H9/02GK201050209SQ20072014936
公開日2008年4月23日 申請日期2007年5月30日 優先權日2007年5月30日
發明者李雄彥, 薛素鐸 申請人:北京工業大學