一種拉杆導向式複合彈簧三維隔震支座的製作方法

2023-07-13 17:31:21 1

本發明涉及一種建築防振動(或震動)裝置，具體涉及三維隔震裝置。

背景技術：

三維隔震裝置是一種設在建築物與基礎之間的防震隔離裝置，能從多維度有效吸收、耗散外部輸入的能量，從而達到保護建築物安全的目的。三維隔震裝置通常由豎向隔震支座和水平隔震支座組合而成，兩者分別吸收豎向和水平地震波。

眾所周知，三維隔震裝置的發展依賴於阻尼器的技術進步。目前，真正入實際應用的主流的阻尼器主要有三大類，即疊層橡膠阻尼器、金屬彈簧阻尼器(主要是複合彈簧和螺旋彈簧)和粘彈性阻尼器(不能承擔較大的靜載)。因此，現有三維隔震支座絕大部分都是上述阻尼器的組合，而且基本上都是疊層橡膠阻尼器與金屬彈簧阻尼器上下串聯。為了克服疊層橡膠抗拉能力弱、碟形彈簧不能拉以及螺旋彈簧初始剛度低和拉伸與壓縮特性不同的缺點，有一些三維隔震支座在疊層橡膠阻尼器的增設了抗拉結構(如在四周增設鋼絲繩)，也有一些三維隔震支座將金屬彈簧阻尼器與粘彈性阻尼器(或其它可拉伸材料，如菱形鋼板等)複合，利用金屬彈簧阻尼器承擔靜載和壓縮減震，利用粘彈性阻尼器拉伸、壓縮耗能。但是，多種彈性元件複合的阻尼器，不僅結構複雜，而且設計時需要考慮水平和豎向關聯程度，計算十分複雜。

公開號為CN1560395A的專利申請所公開了一種三維隔震系統，該系統是在普通的鉛芯疊層橡膠隔震器上串聯組合碟形彈簧和設在碟形彈簧導向軸中心孔內的粘彈性阻尼器實現的。但是，由於粘彈性材料與碟形彈簧的阻尼特性差別較大，而且兩者的關聯程度有多大，這些都是要通過實驗來確定的；尤其是，當所述三維隔震系統由受壓向受拉過渡時，雖然碟形彈簧不起作用，但是碟形彈簧所儲存的能量會疊加到粘彈性阻尼器上，使粘彈性阻尼器獲得較大的初始加速度，而粘彈性阻尼器則是一種速度敏感型阻尼器，顯然碟形彈簧所儲存的能量對粘彈性阻尼器的影響不容忽視，而該影響要如何計算呢，則是一件困難的事。再如公開號為CN101761147A的專利申請所公開的一種三維隔震裝置，該裝置受壓向受拉過渡時，其中六隻碟形彈簧儲存的能量也會通過螺杆傳遞到菱形鋼板阻尼器上，同樣也存在設計計算困難的問題。此外，CN101761147A專利申請的方案中的滑塊、滑動導軌和高強拉索所構成的水平限位和抗拉機構，不僅使設計計算困難，而且還增加了整個隔震系統的複雜程度。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種拉杆導向式複合彈簧三維隔震支座，該三維隔震支座僅採用一種阻尼器，不僅結構簡單，而且可抗傾覆。

本發明解決上述技術問題的技術方案是：

一種拉杆導向式複合彈簧三維隔震支座，該支座包括相互平行的上連接板、下連接板和設在上連接板與下連接板之間設有四隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器，每一拉杆導向式複合彈簧阻尼器兩頭的連接杆與上連接板和下連接板之間分別由萬向球頭連接在一起，形成一相對兩個側面分別對稱的四稜台結構；

所述的拉杆導向式複合彈簧阻尼器包括複合彈簧(全稱為橡膠金屬螺旋複合彈簧)，該複合彈簧的兩頭自複合彈簧的端面向外依次設有浮動壓板和動壓板，每一動壓板與浮動壓板相背的一面沿所述複合彈簧軸線向外延伸一連接杆，該連接杆的末端設有球頭；

所述兩浮動壓板之間設有兩組分別與複合彈簧的軸線平行的預壓拉杆，每一組預壓拉杆少為三根，其中一組繞複合彈簧的軸線對稱分布在複合彈簧的中心孔內，另一組繞複合彈簧的軸線對稱分布在複合彈簧的四周；每一組預壓拉杆的一頭分別固定在位於複合彈簧一頭的浮動壓板上，另一頭分別穿過位於複合彈簧另一頭的的浮動壓板和與該浮動壓板相鄰的動壓板固定在一限位元件上；

所述的限位元件分別作用在位於複合彈簧兩頭的動壓板上，通過兩組預壓拉杆將兩塊浮動壓板之間的距離限制為複合彈簧壓縮至預設剛度時的長度。

為便於調節兩塊浮動壓板之間的距離，使其等於將複合彈簧壓縮至預設剛度的長度，上述方案中所述的限位元件為六角法蘭螺母，所述的預壓拉杆為光杆螺栓，二者螺紋連接固定在起。

為了避免限位元件與動壓板和第二端板之間產生剛性撞擊，上述方案中，所述的動壓板與限位元件接觸的表面上嵌設有彈性高分子材料，如橡膠片。

上述方案中，所述的拉杆導向式複合彈簧阻尼器與下連接板之間的夾角可根據整個支座所承擔的靜載荷以及預設的地震烈度進行選擇。

本發明所述的阻尼器具有如下有益效果：

(1)由於每一拉杆導向式複合彈簧阻尼器所承受的軸向外力無論是正向還是反向，複合彈簧均能產生彈性壓縮變形而耗能，因此本發明所述的三維隔震支座可隔離地震波的水平方向分量、豎向分量和扭轉分量，進而實現真正意義上的三維隔震。

(2)整個支座主要由兩塊連接板和四隻同樣的拉杆導向式複合彈簧阻尼器組成，不但結構簡捷，而且力的傳遞路線清晰、明確，大大降低了設計計算難度。

(3)改變預壓拉杆的長度即可改變每一拉杆導向式複合彈簧阻尼器的初始剛度，因此可根據每一支座所要承擔的靜載來計算每一阻尼器的初始剛度，進而保證在撤離支撐後建築物的豎向位移小，甚至不產生豎向位移。可見本發明所述的三維隔震支座既適合新建的建築物隔震，也適合已有建築物的隔震改造。

(4)不僅可實現真正意義上的三維隔震，而且還具有抗傾覆的作用。

附圖說明

圖1～4為本發明所述支座的一個具體實施例(採用近似畫法)的結構示意圖，其中，圖1為主視圖，圖2為左視圖，圖3俯視圖，圖4為圖1中局部Ⅰ的放大圖。

圖5～9為圖1～4所示實施例中拉杆導向式複合彈簧阻尼器的結構示意圖，其中，圖5為主視圖(剖視)，圖6為圖5的A—A剖視圖，圖7為圖5的B—B剖視圖，圖8為圖5中局部Ⅱ的放大圖，圖9為圖5中局部Ⅲ的放大圖。

具體實施方式

參見圖1～4，本例中的三維隔震支座包括相互平行的上連接板1、下連接板2和設在上連接板1與下連接板2之間設有四隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3；每一拉杆導向式複合彈簧阻尼器3兩頭的連接杆3-1與上連接板1和下連接板2之間分別由萬向球頭連接在一起，形成一左右兩個側面對稱、前後兩個側面對稱的四稜台結構。本例中所述的拉杆導向式複合彈簧阻尼器3與下連接板2之間的夾角為70°。

上述拉杆導向式複合彈簧阻尼器3兩頭的連接杆3-1與上連接板1和下連接板2之間的萬向球頭連接結構相同，以下以連接杆3-1與下連接板2之間的萬向球頭連接結構為例進行描述。參見圖1和圖4，上述拉杆導向式複合彈簧阻尼器3下頭的連接杆3-1與下連接板2之間的萬向球頭連接結構包括下連接板2上的球窩、拉杆導向式複合彈簧阻尼器3下頭的球頭3-2和蓋板4，其中，所述的蓋板4的中部設有球面孔，拉杆導向式複合彈簧阻尼器3下頭的球頭3-2由該球面孔扣於連接板2上的球窩內，覆蓋4由四隻螺栓5固定在下連接板2上。所述的球面孔的內壁上設有環形槽，槽內設有密封圈6，以避免萬向球頭連接結構內的潤滑劑漏出。

參見圖5～9，所述的拉杆導向式複合彈簧阻尼器3包括複合彈簧3-3(由橡膠金屬螺旋彈簧複合而成)，該複合彈簧3-3的兩頭自複合彈簧3-3的端面向外依次設有浮動壓板3-4和動壓板3-5，每一動壓板3-5與浮動壓板3-4相背的一面沿所述複合彈簧3-3軸線向外延伸一連接杆3-1，該連接杆的末端設有球頭3-2。為了便於裝配，所述的球頭3-2與連接杆3-1之間採用螺紋固定連接在一起。

參見圖5～9，所述兩浮動壓板3-4之間設有兩組均與複合彈簧3-3的軸線平行的作為預壓拉杆的光杆螺栓3-6，其中一組光杆螺栓3-6為四根並繞複合彈簧3-3的軸線對稱分布在複合彈簧3-3的中心孔內，另一組光杆螺栓3-6為六根並繞複合彈簧3-3的軸線對稱分布在複合彈簧3-3的四周。

參見圖5～9，設在複合彈簧3-3的中心孔內的四根光杆螺栓3-6上頭的釘帽3-7分別焊接固定在位於複合彈簧3-3上頭的的浮動壓板3-5上，頭部具有外螺紋的釘杆穿過位於複合彈簧3-3下頭的浮動壓板3-4和與該浮動壓板3-4相鄰的動壓板3-5，分別螺紋連接固定在一作為限位元件的六角法蘭螺母3-8上；設在複合彈簧3-3四周的六根光杆螺栓3-6下頭的釘帽3-7分別焊接固定在位於複合彈簧3-3下頭的的浮動壓板3-4上，頭部具有外螺紋的釘杆穿過位於複合彈簧3-3上頭的浮動壓板3-4和與該浮動壓板3-4相鄰的動壓板3-5，分別螺紋連接固定在另一作為限位元件的六角法蘭螺母3-8上。

參見圖5～9，裝配或現場安裝時，擰動六角法蘭螺母3-8使其分別作用在位於複合彈簧3-3兩頭的動壓板3-5上，通過兩組作為預壓拉杆的光杆螺栓3-6將兩塊浮動壓板3-4之間的距離限制為複合彈簧3-3壓縮至預設剛度時的長度。為了防止六角法蘭螺母3-8在地震產生的振動過程中鬆動，調試好後可將六角法蘭螺母3-8與光杆螺栓3-6點焊在一起。

參見圖8並結合圖5，為了避免六角法蘭螺母3-8與動壓板3-5之間產生剛性撞擊，所述的動壓板3-5與六角法蘭螺母3-8接觸的表面上分別嵌設有橡膠片3-9。

參見圖5～9，裝配或現場安裝時，擰動六角法蘭螺母3-8，使兩塊浮動壓板3-4之間的距離等於將複合彈簧3-3壓縮至預設剛度的長度。

參見圖5，當拉杆導向式複合彈簧阻尼器3受到軸向的外部載荷時，無論外部載荷是壓力還是拉力，只要其的小於上述預壓力，複合彈簧3-3是不會繼續變形的。當外部載荷大於所述預壓力時，若外部載荷為壓力，所述兩動壓板3-5推動與其相鄰的浮動壓板3-4壓縮複合彈簧3-3產生彈性變形耗能；若外部載荷為拉力，所述兩組預壓拉杆的光杆螺栓3-6相對牽拉兩塊浮動壓板3-4壓縮複合彈簧3-3產生彈性變形耗能。

參見圖1和圖3，假設將上連接板1固定在建築物上，下連接板2固定在基礎上，那麼，如果地震波產生一從左向右的水平推力，下連接板2便向右移動，四隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3則分別繞上部的球頭3-2逆時針轉動，三維隔震支座左側的兩隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3被壓縮，左側的兩隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3則被拉伸；如果地震波產生一向下的拉力，四隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3同時被拉伸；如果地震波產生一轉動力矩(無論是順時針還是逆時針)，四隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3也被同時拉伸；同理，如果建築物往一側傾覆時，則有兩隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3被拉伸，另兩隻拉杆導向式複合彈簧阻尼器3被壓縮。本發明所述三維隔震支座的其它受力狀態的工作原理公眾可自行分析。

由上述分析可見，本發明所述三維隔震支座不僅可實現真正意義上的三維隔震，而且還具有抗傾覆的作用。