變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置的製作方法

2023-06-19 15:14:46

專利名稱：變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，屬於結構振動控制 領域。
技術背景隨著城市軌道交通和高架線路的不斷發展，由軌道交通和高架線路所誘發的環境振動也越來越嚴重的危害著城市居民的健康；大中型城市人口劇增， 城市空間利用率不斷提高，越來越多的建築緊鄰交通線路修建，使得環境振 動對人們造成的影響也越顯得突出，研究表明，由軌道交通和高架線路引起 的環境振動以豎向振動為主，然而，環境振動的控制手段和技術尚不夠成熟， 國內目前還沒有成型的環境振動控制技術產品可供使用。一般認為，水平地震對結構的破壞起控制作用，但大量的地震震害表明， 豎向地震對結構物的影響是不容忽視的，它的作用有時會超過水平地震作用。 由於結構的豎向剛度大，其豎向固有周期與豎向地震波卓越周期相近，因而 結構的豎向震動特性值得關注和研究。雖然隔震技術在國內外已經相對成熟， 且日趨產業化，但是目前的隔震技術隔離的主要是水平方向的地震動，對豎 向地震動幾乎沒有隔震效果。豎向隔震技術開發成為各大院校和研究機構研 究的熱點。對結構的豎向隔震問題，國外學者提出過一些三維隔震支座，但由於豎向 剛度較大，在有限的範圍內又難以提供隔離豎向地震作用所需的阻尼，豎向 耗能能力和隔震效果有限；國內學者也曾提出的採用碟形彈簧來隔離豎向地 震動，開創了我國研究水平/豎向隔震支座的先例；但由於碟形彈簧為豎向承 重元件，豎向剛度較大，對隔離環境振動幾乎不起作用，且碟形彈簧不能提供抗拉能力，這為隔震結構在地震來臨時埋下隱患。 實用新型內容本實用新型的目的在於解決上述兩個迫切需要解決的問題隔離豎向環 境振動和豎向地震動。排除環境振動長時間對居民的日常生活的幹擾，隔離 豎向地震動向上部結構的傳輸。本實用新型能同時兼顧環境振動與地震動的 影響，同時隔離兩種振動。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是變剛度變阻尼豎向隔 振/震裝置，包括上連接板2、下連接板l、上下連接板之間的具有較小的豎向 剛度的預壓彈簧3、較大的豎向剛度的變剛度補償彈簧4、設置在預壓彈簧3 內的小油阻尼器、設置在補償彈簧4內的大油阻尼器；其中，變剛度補償彈 簧4位於下連接板1的中心，底端與下連接板1固定，上端穿入固定在上連 接板底面上的第一補償支座11的第一預留孔17中，第一預留孔17為橢圓形， 補償彈簧4的上端穿入其中的部分能夠在豎直方向上一定位移範圍內自由滑 動，使補償彈簧上端處於無約束狀態。預壓彈簧3分布在變剛度補償彈簧4 周圍；上連接板2底面上固定有多個第二補償支座12，第二補償支座12上設 有豎向連通孔20，橫向第二預留孔13。所述的大油阻尼器底端與下連接板1 固定，其上端受與它對應的第二補償支座12的約束；大油阻尼器由第一油箱 15、第一拉杆5、第一孔隙7、第一油6和大栓孔18構成，第一油箱15內充 滿第一油6，第一拉杆5底板置於第一油箱內部，將第一油箱分為兩個空間， 第一油只能通過第一拉杆上的第一孔隙7在兩個空間內流動，大栓孔18位於 第一拉杆5的上部。第一拉杆5上端插入與其對應的第二補償支座12的連通 孔20中，用剪切螺栓14穿過第二預留孔13與拉杆上的大栓孔18，並在豎向留有一定空隙。所述的小油阻尼器底端與下連接板1固定，其上端受與它對應的第二補償支座12的約束。小油阻尼器由第二油箱16、第二拉杆8、第二孔隙IO、第 二油9和小栓孔19構成，第二油箱16內充滿第二油9，第二拉杆8的底板置 於第二油箱內部，將第二油箱分為兩個空間，第二油只能通過第二拉杆上的 第二孔隙10在兩個空間內流動。小栓孔19位於第二拉杆8的上部。小油阻 尼器底端與下連接板1固定，第二拉杆8上端插入與其對應的第二補償支座 12的連通孔20中，用剪切螺栓14穿過第二補償支座12上的第二預留孔13 與拉杆上的小栓孔19，並在豎向留有一定空隙。第二補償支座12隻有在地震來臨時或結構出現較大振動，支座豎向位移 超過一定限值時才開始工作，所謂變阻尼。第二預留孔13為橢圓形，剪切螺栓14在第二預留孔13的豎直方向能夠 在一定範圍內自由滑動。根據需要插入不同的螺栓，使螺栓與第二預留孔13 之間的空隙大小可調。所述的大油阻尼器和小油阻尼器在上下連接板中間呈十字形排列，即大 油阻尼器在中間，小油阻尼器分布在四個角上，協同工作，既可以提供豎向 阻尼力，又可作為豎嚮導向構件，即它們具有較小的豎向剛度和足夠的水平 剛度，可約束豎向支座的水平變形。預壓彈簧3支撐上部荷載，具有較小的 豎向剛度，對高頻微小振動很敏感，主要用來隔離高頻的豎向微小振動和環 境振動。變剛度補償彈簧4具有較大的豎向剛度；只有在地震來臨或結構出 現較大振動，支座豎向位移超過一定位移限值時才開始工作，能夠提供一定 剛度的拉力和支持力，改變原隔震結構的隔震剛度，可防止結構在豎向位移 過大的情況下發生傾覆破壞。上下連接板四周具有防止預壓彈簧3失穩的折邊，折邊的高度可根據預 壓力的大小和支座的高度進行設計。本實用新型可與各種水平隔震構件，如鉛芯疊層橡膠支座、金屬摩擦滑移隔震支座等組合，形成三向隔振/震裝置。 本實用新型的優點在於1. 本實用新型既可以隔離豎直方向上的微小的環境振動，也可以隔離豎向地震動。2. 本實用新型所採用大小油阻尼器，可根據需要排列成不同形狀，協同工作， 既可以提供較大的豎向阻尼力，又可以作為豎向運動的導向構件，限制豎向 支座出現水平位移，靈活多變。3. 本實用新型由於採用了補償支座，因此可據豎向振動幅值的不同，自動改 變支座的剛度和阻尼。4. 本隔振/震支座在豎直方向上，不僅可以提供支持力，還可以提供足夠的拉 力。5. 本實用新型可與現有的水平隔震支座組合，形成三向隔振/震支座，應用範 圍廣，可適用於地鐵、高架橋沿線建築結構的減振隔震，安裝有高新精密儀 器等建築的減振隔震，古建築的隔振/震加固，以及現有疊層橡膠支座所適用 的任何場合。


圖1為本實用新型一種實施例的結構簡圖；圖2為圖1的A—A剖視圖；圖3為圖1的B—-B剖視圖；圖4(a)為大油阻尼器主視圖；圖4(b)為大油阻尼器左視圖-,圖5(a)為小油阻尼器主視圖；圖5(b)為小油阻尼器左視圖；圖6為大油阻尼器拉杆俯視圖；圖7為小油阻尼器拉杆俯視圖；圖8(a)為第一補償支座主視圖；圖8(b)為第一補償支座左視圖；圖8(C)為第一補償支座俯視圖；圖9(a)為第二補償支座主視圖；圖9(b)為第二補償支座左視圖；圖9(c)為第二補償支座俯視圖；圖IO為本實用新型的第二種實施例的結構簡圖；圖11為本實用新型的第三種實施例的結構簡圖；圖中，1、下連接板，2、上連接板，3、預壓彈簧，4、補償彈簧5、第一 拉杆，6、第一油，7、第一孔隙，8、第二拉杆，9、第二油，10、第二孔隙， 11、第一補償支座，12第二補償支座，13、第二預留孔，14、剪切螺栓，15、 第一油箱，16、第二油箱，17、第一預留孔，18、大栓孔，19、小栓孔，20、 連通孔，21、水平鉛芯疊層橡膠支座，22、金屬摩擦滑移支座。
具體實施方式
以下結合附圖具體說明本實用新型的實施例。如圖1所示，變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置結構參見圖1、圖2、圖3， 包括上連接板2、下連接板l、上、下連接板之間的具有較小的豎向剛度的 預壓彈簧3、較大豎向剛度的變剛度補償彈簧4、設置在預壓彈簧3內的小油 阻尼器、設置在補償彈簧4內的大油阻尼器。其中，變剛度補償彈簧4的豎 向剛度大於預壓彈簧3的豎向剛度，可為50至500倍，較佳的選擇範圍為80 至150倍。變剛度補償彈簧4上端穿入固定在上連接板底面上的補償支座11 的第一預留孔17中，使補償彈簧上端處於無約束狀態。大油阻尼器底端與下 連接板1固定，大油阻尼器由第一油箱15、第一拉杆5、第一孔隙7、第一油6和大栓孔18構成，參見圖4。第一拉杆5上端插入與其對應的第二補償支 座12的連通孔20中，用剪切螺栓14穿過第二預留孔13與拉杆上的大栓孔 18，並在豎向留有一定空隙。第一孔隙7在拉杆底板上成輻射狀排列，參見 圖6。小油阻尼器由第二油箱16、第二拉杆8、第二孔隙IO、第二油9和小栓 孔19構成，參見圖5。小油阻尼器底端與下連接板1固定，第二拉杆8上端 插入上連接板2底面上固定的第二補償支座12的連通孔20中，用剪切螺栓 14穿過第二補償支座12上的第二預留孔13與拉杆上的小栓孔19，並在豎向 留有一定空隙。第二孔隙10在拉杆底板上均勻沿圓周方向排列，參見圖7。第二預留孔13為橢圓形，參見圖8，剪切螺栓14能夠在第二預留孔13 中豎直方向一定範圍內自由滑動，根據需要插入不同的螺栓，使螺栓與第二 預留孔13之間的空隙大小可調。大小油阻尼器在上下連接板中間呈十字形排列，即大油阻尼器在中間， 小油阻尼器分布在四個角上，協同工作，參見圖2，既可以提供豎向阻尼力， 又可作為豎嚮導向構件，即它們具有較小的豎向剛度和足夠的水平剛度，可 約束豎向支座的水平變形。預壓彈簧3支撐上部荷載，具有較小的豎向剛度， 對高頻微小振動很敏感，主要用來隔離高頻的豎向微小振動和環境振動。變 剛度補償彈簧4具有較大的豎向剛度；只有在地震來臨或結構出現較大振動, 支座豎向位移超過一定位移限值時才開始工作，能夠提供一定剛度的拉力和 支持力，改變原隔震結構的隔震剛度，可防止結構在豎向位移過大的情況下 發生傾覆破壞。平時工作狀態(僅環境振動作用時)時，豎向隔振/震支座處於無阻尼彈 性工作狀態，上部荷載完全由預壓彈簧3承擔，豎向支座的預壓彈簧3的剛 度較小，可以隔離高頻微小振動；補償彈簧4的上端穿入第一補償支座11的第一預留孔17，處於無約束狀態，不傳遞豎向荷載，大小油阻尼器的第一二拉杆5、 8上端插入固定在上連接板2底面的第二補償支座12中，用剪切螺 栓14穿過第二補償支座12上的第二預留孔13與拉杆上的小栓孔19,並在豎 向留有一定空隙，使第一二拉杆5、 8的上端在一定豎向位移範圍內不承受微 小振動傳來的剪力。當地震來臨時，地面振動較大，振幅較高，支座的豎向位移超過預設的 彈性變形範圍，大小油阻尼器的拉杆在上連接板2的作用下，產生較大位移, 當位移超過一定限值，帶動大小油阻尼器工作，使豎向支座由無阻尼狀態進 入有阻尼狀態，油穿梭於拉杆上的孔隙中，消耗地震能量；同時，當上連接 板2的豎向位移超過一定限值時，第一補償支座11將帶動補償彈簧4開始工 作，增大了隔震支座的豎向抗拉剛度和抗壓剛度，避免支座出現較大的豎向 變形發生危險。當地震結束時，豎向隔振/震支座在彈簧作用下，由彈塑性工 作狀態恢復彈性狀態，且具有很好的復位功能，免維修。因此變剛度變阻尼 豎向隔振/震裝置可以很好的隔離豎向地震對結構物的影響。如圖10所示，為本實用新型的另一實施例，由豎向支座與鉛芯疊層橡膠 隔震支座21串聯組成，其中的豎向支座與以上實施例結構相同。如圖11所示，為本實用新型的另一實施例，由豎向支座與金屬摩擦滑移 支座22串聯組成，其中的豎向支座與以上實施例結構相同。
權利要求1. 變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，包括上、下連接板(2、1)，其特徵在於還包括上、下連接板(2、1)之間的具有較小的豎向剛度的預壓彈簧(3)、較大的豎向剛度的變剛度補償彈簧(4)、設置在預壓彈簧(3)內的小油阻尼器、設置在補償彈簧(4)內的大油阻尼器；其中，變剛度補償彈簧(4)位於下連接板(1)的中心，底端與下連接板(1)固定，上端穿入固定在上連接板底面上的第一補償支座(11)的第一預留孔(17)中，使補償彈簧上端處於無約束狀態；預壓彈簧(3)分布在變剛度補償彈簧(4)周圍；上連接板(2)底面上固定有多個第二補償支座(12)，第二補償支座(12)上設有豎向連通孔(20)，橫向第二預留孔(13)；大油阻尼器底端與下連接板(1)固定，其上端受與它對應的第二補償支座(12)的約束；小油阻尼器底端與下連接板(1)固定，其上端受與它對應的第二補償支座(12)的約束。
2. 根據權利要求1所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於所述的大油阻尼器和小油阻尼器在上、下連接板(2、 1)中間呈十字形排列，即 大油阻尼器在中間，小油阻尼器分布在四個角上。
3. 根據權利要求2所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於所述 的大油阻尼器由第一油箱(15)、第一拉杆(5)、第一孔隙(7)、第一油(6) 和大栓孔(18)構成，第一油箱(15)內充滿第一油(6)，第一拉杆(5)底 板置於第一油箱內部，將第一油箱分為兩個空間，第一油只能通過第一拉杆 上的第一孔隙(7)在兩個空間內流動，大栓孔(18)位於第一拉杆(5)的 上部；第一拉杆(5)上端插入與其對應的第二補償支座(12)的連通孔(20)中，用剪切螺栓(14)穿過第二預留孔(13)與拉杆上的大栓孔(18)，並在豎向留有一定空隙。
4. 根據權利要求2所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於所述的小油阻尼器由第二油箱(16)、第二拉杆(8)、第二孔隙(10)、第二油(9) 和小栓孔(19)構成，第二油箱(16)內充滿第二油(9)，第二拉杆(8)的 底板置於第二油箱內部，將第二油箱分為兩個空間，第二油只能通過第二拉 杆上的第二孔隙(10)在兩個空間內流動，小栓孔(19)位於第二拉杆(8) 的上部；第二拉杆(8)上端插入與其對應的第二補償支座(12)的連通孔(20) 中，用剪切螺栓(14)穿過第二補償支座(12)上的第二預留孔(13)與拉 杆上的小栓孔(19)，並在豎向留有一定空隙。
5. 根據權利要求1所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於第一 預留孔(17)為橢圓形，補償彈簧(4)的上端穿入其中的部分能夠在豎直方 向上一定位移範圍內自由滑動。
6. 根據權利要求3或4所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於 第二預留孔(13)為橢圓形，剪切螺栓(14)在第二預留孔(13)的豎直方 向能夠在一定範圍內自由滑動。
7. 根據權利要求l所述的變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，其特徵在於所述 的上下連接板(2、 1)，四周具有防止預壓彈簧(3)失穩的折邊。
專利摘要本實用新型涉及一種變剛度變阻尼豎向隔振/震裝置，屬於結構振動控制領域。包括上、下連接板(2、1)、具有較小的豎向剛度的預壓彈簧(3)、較大的豎向剛度的變剛度補償彈簧(4)、設置在預壓彈簧內的小油阻尼器、設置在補償彈簧內的大油阻尼器。變剛度補償彈簧位於下連接板的中心，上端穿入第一補償支座(11)的第一預留孔(17)中，使補償彈簧上端處於無約束狀態；預壓彈簧分布在變剛度補償彈簧周圍；上連接板底面上固定有多個第二補償支座(12)。大小油阻尼器底端與下連接板固定，上端受第二補償支座的約束。本實用新型可以隔離豎直方向上的微小的環境振動，也可隔離豎直方向上的地震動；也可與其它水平隔振/震支座組合形成三向隔振/震支座。
文檔編號E04H9/02GK201087578SQ20072010415
公開日2008年7月16日 申請日期2007年4月6日 優先權日2007年4月6日
發明者珉 任, 周福霖, 樂 常, 張向東, 閆維明 申請人:北京工業大學