一種複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置的製作方法
2023-06-13 13:04:01 1
專利名稱：一種複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型複合疊層橡膠一環狀鋼棒隔震裝置，特別適用於處在地震多發區的建築工程結構中採用，以有效降低建築結構在遭受地震作用時所發生的破壞。
背景技術：
地震是一種嚴重威脅人類生存和發展的自然災害，它的突發性和毀滅性可以使一個地區在瞬間淪為一片廢墟。全世界每年要發生成千上萬次的地震，這其中有破壞性的強地震也有幾十次。近年來，全球發生了許多次大地震，包括中國汶川大地震、印尼大地震、中國青海玉樹地震、海地大地震、智利大地震以及年日本大地震等，給人類造成了非常慘重的生命財產損失。地震的發生具有突然性，其持續時間往往也較短，一般都在十幾到幾十秒以內，但地震所造成的破壞力是其他自然災害所無法相比的。因為地震的突發性，且至今也沒有尋找到有效的地震預報手段，每次大地震所造成的人員傷亡及財產損失都是驚人的。 隨著社會的進步，城市化正在快速發展，一旦發生破壞性的大地震，必將造成非常嚴重的後果。人類在與地震作鬥爭的過程中，逐漸發展出一條合理有效的抗震途徑一工程結構減震控制。結構減震控制可以這樣理解通過在結構中設置減震耗能裝置，以達到調整結構的自振頻率或自振周期或增大結構的阻尼的效果，從而有效控制結構的地震響應，使結構在外界作用下的各項反應值被控制在允許範圍內。減震的原理可以認為減震裝置比結構率先進入塑性階段，利用自身消耗大量的能量，從而減小結構自身的耗能與塑性耗能，減輕結構的損傷破壞。目前，減隔震技術是建築結構抗震的研究熱點之一。為此國內外技術人員已研製並開發了許多類型的減隔震裝置，用於建築工程結構抗震領域的主要有疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座、滑動摩擦型減隔震支座、彈塑性減震耗能鋼阻尼器、粘滯流體阻尼器、粘彈性阻尼器以及磁流變阻尼器等。將現有的兩種或多種減隔震方法組合應用，揚長避短以充分發揮不同減隔震裝置的功能，是結構減隔震裝置的發展趨勢。疊層橡膠支座由薄橡膠板與薄鋼板交替疊合而成。由於薄鋼板對橡膠板橫向變形的約束作用，使疊層橡膠支座具有較大的豎向剛度。同時，疊層橡膠支座中的夾層橡膠提供了較大的水平向變形能力，從而使支座具有較好的隔震能力。但同時，該支座只具有彈性性質，本身並沒有顯著的阻尼性能，故而其耗散地震能量的能力較小，需與其他阻尼裝置協同使用。現在常用的增加普通疊層橡膠支座耗能能力的方式為在支座中插入鉛芯，形成鉛芯橡膠支座。這種構造方式充分利用了鉛芯良好的力學特性，包括較低的屈服剪力和較高的初始剪切剛度，使鉛芯橡膠支座具有良好的滯回特性，實際工程結構隔震設計中已大量採用此種支座。但在鉛芯橡膠支座生產加工、使用的過程中，也發現鉛芯的加工、成形的質量受到加工原材料、生產企業的加工水平的影響，且其鉛芯材料的有害性也對生產人員的健康產生著莫大的危害，以及人們對鉛芯使用安全性的擔憂，促使人們尋找好的解決方法。近年來抗震工程師積極尋找替代材料，譬如鋼鉛組合芯、軟鋼芯等，可以在一定程度上解決以上問題。但替代材料屈服點較鉛材料要高，不容易與疊層橡膠支座協同變形，以及替代材料性能的不穩定等因素也給其的推廣使用帶來很多困難。彈塑性鋼阻尼器是一種利用鋼材在受地震作用時發生彈塑性變形而吸收能量的特性，配合以相應的構造加工而成的耗能減震裝置。此類阻尼器減震機理明確，效果顯著， 構造相對簡單，經濟耐用，且通常只是作為結構的附屬構件使用，在地震作用來臨時，可有效保護主體結構免受破壞。彈塑性鋼阻尼器的使用不受建築結構高度和平面形式的限制， 取材簡單安全，新舊建築物均可使用，近年來得到推廣應用。在很多時候，建築結構設計人員希望建築物在多個受力方向均有隔震減震措施， 且所採用的隔震減震措施應該可靠有效。鉛芯橡膠隔震支座可以在水平向多個方向實現隔離地震做作用的效果，但其不能實現豎向隔震作用，且不能承受豎向拉力。並且其內部鉛芯的使用也不符合環保安全可靠的要求。這時，採用已有的阻尼器和隔震裝置聯合使用，在滿足結構隔震減震的前提下，可以發揮各自的長處，避免各自的短處。我國當前正處於大型土木、交通工程建設的蓬勃發展階段，又地處地震多發國家，結合建築結構抗震的工程實際需求，研製新型隔震裝置，工程意義和社會意義重大。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置，該隔震裝置能提供任意水平方向的隔震耗能作用，且能提供一定的豎向減震耗能作用，以滿足地震區建築工程結構隔震減震的需求。技術方案本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該裝置包括上連接板、 薄鋼板、橡膠、環狀鋼棒、下連接板、連接螺栓、沉頭螺栓、疊層橡膠墊、上端頭、下端頭；其中，薄鋼板和橡膠通過一層橡膠、一層鋼板疊層組合的方式形成疊層橡膠墊；疊層橡膠墊與上連接板、下連接板之間採用沉頭螺栓連接，連接螺栓的數量應保證水平向剪切力的可靠傳遞；疊層橡膠墊放置在隔震裝置的中心位置，環狀鋼棒分布在疊層橡膠墊的四周，其兩端與上連接板、下連接板採用連接螺栓連接；環狀鋼棒的變形部分採用圓形橫截面，以有利於構件的加工鍛造；環狀鋼棒的上端頭和下端頭採用方形截面，以利於連接螺栓與上連接板、 下連接板連接，每端均採用兩個連接螺栓，以防止環狀鋼棒端部在受扭轉力矩作用時發生轉動而失效。該裝置由疊層橡膠墊和環狀鋼棒這兩個部分並聯組成。疊層橡膠墊放置在隔震裝置的中心位置，環狀鋼棒圍繞著疊層橡膠墊布置，這兩部分相配合使用，可提供較大的豎向承載能力和較好的水平向隔震耗能能力，且在某些極端情況下可以提供一定的豎向受拉剛度，可在一定程度上消耗豎向地震能量，起到保護隔震裝置、減小結構損傷的作用。該隔震裝置的主要部件均在工廠裡預製完成，並經檢驗合格才能在實際工程中使用。環狀鋼棒4的形狀應該使用專業加工裝置製作，並保證其環半徑的誤差在可以接受的範圍內。疊層橡膠墊與環狀鋼棒之間根據預期的地震響應位移而留有合適的距離，以兩者在極限剪切位移下不發生接觸為標準，以防止隔震裝置在發生水平向位移時，上述兩者之間發生碰撞。疊層橡膠墊裡面的橡膠因為受夾層薄鋼板的約束，其豎向承載力較高，可以滿足結構豎向軸力傳遞的需要，但其水平向初始剛度較小，導致其水平向變形較容易。環狀鋼棒的加入，一方面可以提供一定的初始剛度，以保證支座在風等常規荷載作用下的水平向位移符合要求；另一方面，當結構受地震等非常規荷載的作用時，環狀鋼棒和內部疊層橡膠墊一起發揮隔震作用，即環狀鋼棒提供較好的滯回耗能能力、疊層橡膠墊提供較大的水平向位移，以此來增大結構的振動周期、耗散地震能量，進而保護主體結構免受或少受地震破壞；再者，在某些極端情況下，隔震裝置可能受拉力作用，而普通的疊層橡膠墊受拉較容易破壞，此時環狀鋼棒可以提供一定的豎向受拉剛度，並在一定程度上消耗豎向地震能量，起到保護隔震裝置、減小結構損傷的作用。有益效果通過對現有疊層橡膠墊和耗能鋼棒的組合和改進，使得該新型複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置可以很好的滿足建築工程結構在豎直方向有較大承載能力、在水平方向有較好的隔震耗能能力的功能需求，不僅解決了疊層橡膠支座耗能能力小、鉛芯材料安全性的問題，也解決了環狀鋼棒豎直向承載能力低的問題。隨著全世界內對採用隔減震技術的建築結構的重視，該新型隔震裝置以其可靠的性能給抗震設計人員帶來了更多的選擇，為建築工程抗震設計提供了諸多便利，因此具有廣泛的工程應用前景，社會經濟效益重大。
圖1是本發明隔震裝置的整體正視圖； 圖2是圖1中A-A剖面圖。圖中有上連接板1、薄鋼板2、橡膠3、環狀鋼棒4、下連接板5、連接螺栓6、沉頭螺栓7、疊層橡膠墊8、上端頭9、下端頭10。
具體實施例方式本發明的新型複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置包括上連接板1、薄鋼板2、橡膠 3、環狀鋼棒4、下連接板5、連接螺栓6、沉頭螺栓7、疊層橡膠墊8、環狀鋼棒與上連接板連接的上頭9、環狀鋼棒與下連接板連接的下頭10。其中，薄鋼板2和橡膠3通過一層橡膠、一層鋼板疊層組合的方式形成疊層橡膠墊；疊層橡膠墊與上連接板1、下連接板5之間採用高強度沉頭螺栓7連接，連接螺栓6的數量應保證水平向剪切力的可靠傳遞；環狀鋼棒4分布在疊層橡膠墊的四周，其兩端與上連接板1、下連接板5採用高強度螺栓6連接，具體見圖2 所示。環狀鋼棒4的變形部分採用圓形橫截面，以有利於構件的加工鍛造。鋼棒4的上端頭9和下端頭10採用方形截面，以利於螺栓6與上連接板1、下連接板5的連接，每端均採用兩個連接螺栓6，以防止鋼棒4端部在受扭轉力矩作用時發生轉動而失效；環狀鋼棒4的截面直徑、環半徑均可依實際需要而做出調整；環狀鋼棒4的外表面塗刷防腐材料，以提高其耐久性。本發明的隔震裝置的整體正視圖見圖1所示。疊層橡膠墊8裡面的橡膠3因為受夾層薄鋼板2的約束，其豎向承載力較高，可以滿足結構豎向軸力傳遞的需要，但其水平向初始剛度較小，導致其水平向變形較容易。環狀鋼棒4的加入，一方面可以提供一定的初始剛度，以保證支座在風等常規荷載作用下的水平向位移符合要求；另一方面，當結構受地震等非常規荷載的作用時，環狀鋼棒4和內部疊層橡膠墊8 —起發揮隔震作用，即環狀鋼棒4提供較好的滯回耗能能力、疊層橡膠墊8提供較大的水平向位移，以此來增大結構的振動周期、耗散地震能量，進而保護主體結構免受或少受地震破壞；再者，在某些極端情況下，隔震裝置可能受拉力作用，而普通的疊層橡膠墊 8受拉較容易破壞，此時環狀鋼棒4可以提供一定的豎向受拉剛度，並在一定程度上消耗豎向地震能量，起到保護隔震裝置、減小結構損傷的作用。 本發明所述的隔震裝置，其主要部件均在工廠裡預製完成，並經檢驗合格才能在實際工程中使用。環狀鋼棒4的形狀應該使用專業加工裝置製作，並保證其環半徑的誤差在可以接受的範圍內。疊層橡膠墊8與環狀鋼棒4之間應當根據預期的地震響應位移而留有合適的距離，以防止隔震裝置在發生水平向位移時，上述兩者之間發生碰撞。
權利要求
1.一種複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置，其特徵是該裝置包括上連接板(1)、薄鋼板(2)、橡膠(3)、環狀鋼棒(4)、下連接板(5)、連接螺栓(6)、沉頭螺栓(7)、疊層橡膠墊 (8)、上端頭(9)、下端頭(10);其中，薄鋼板(2)和橡膠(3)通過交替疊層組合的方式形成疊層橡膠墊(8);疊層橡膠墊(8)與上連接板(1)、下連接板(5)之間採用沉頭螺栓(7)連接，連接螺栓(6)的數量應保證水平向剪切力的可靠傳遞；環狀鋼棒(4)的變形部分採用圓形橫截面，以有利於構件的加工鍛造；環狀鋼棒(4)的上端頭(9)和下端頭(10)採用方形截面， 以利於連接螺栓(6)與上連接板(1)和下連接板(5)連接，每端均採用兩個連接螺栓(6)，以防止環狀鋼棒(4)端部在受扭轉力矩作用時發生轉動而失效。
2.根據權利要求1所述的複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置，其特徵是該裝置由疊層橡膠墊(8)和環狀鋼棒(4)這兩個部分並聯組成，疊層橡膠墊(8)放置在隔震裝置的中心位置，環狀鋼棒(4)圍繞著疊層橡膠墊(8)布置，其兩端與上連接板(1)、下連接板(5)採用連接螺栓(6)連接。
3.根據權利要求1所述的複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置，其特徵是疊層橡膠墊 (8)與環狀鋼棒(4)之間應當根據預期的地震響應位移而留有合適的距離，以兩者在極限剪切位移下不發生接觸為標準。
全文摘要
一種複合疊層橡膠-環狀鋼棒隔震裝置，該隔震裝置由疊層橡膠墊和環狀鋼棒這兩部分並聯組成。疊層橡膠墊放置在隔震裝置的中心位置，環狀鋼棒圍繞著疊層橡膠墊布置，這兩部分相配合使用，可提供較大的豎向承載能力和較好的水平向隔震耗能能力，且在某些極端情況下，隔震裝置可能受拉力作用，而普通的疊層橡膠墊受拉較容易破壞，此時環狀鋼棒可以提供一定的豎向受拉剛度，並在一定程度上消耗豎向地震能量，起到保護隔震裝置、減小結構損傷的作用。隨著世界範圍內對工程結構抗震設防的重視以及經濟水平的不斷發展，本發明為建築工程抗震設計提供了諸多便利，因此具有廣泛的工程應用前景。
文檔編號E04B1/98GK102535670SQ20121001730
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者吳繼榮, 王浩, 邢晨曦 申請人:東南大學