軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座的製作方法

2023-08-04 14:37:36 1

專利名稱：軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型組合減隔震支座，特別適用於在地震多發區的大型土木 工程結構中採用，以有效控制結構的地震響應，減小地震災害。
背景技術：
地震是危及人民生命財產的突髮式自然災害，在世界範圍內造成了非常慘重的生 命財產損失，而我國是世界上的多地震國家之一。如1976年7月28日的河北唐山大地震， 震級7. 8級，死亡達24萬餘人，強震區內的房屋、工業廠房與設備、城市建設、交通運輸、水 電設施等都受到極其嚴重的破壞。今年5月12號的四川汶川8.0級大地震，更是新中國成 立以來破壞性最強、波及範圍最廣的一次地震，比唐山地震有過之而無不及。這些震害給國 家和人民的生命財產造成了巨大損失。在國外，如1994年美國Northridge地震，震級僅 6. 7級，卻導致經濟損失200億美元；1995年的日本阪神大地震，震級7. 2級，死亡5466人， 城市經濟總損失達到1000億美元。巨大的生命財產損失使得全世界抗震工作者紛紛研究 和思考新的有效抗震措施。實踐證明，為了減輕地震災害，必須大力進行抗震設防工作，而 結構減隔震設計是減小工程結構地震災害的有效途徑之一。工程結構減隔震的基本原理是減震是利用特製減震構件或裝置，使之在強震時 率先進入塑性區，產生大阻尼，大量消耗進入結構體系的能量；而隔震則是利用隔震體系， 設法阻止地震能量進入主體結構。在實際中，有時把這兩種體系合二為一。通過選擇適當 的減、隔震裝置與設置位置，可以達到控制結構內力分布與大小的目的。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，其中鉛芯橡膠支座(墊)就是其中最為常見的隔 減震支座之一。鉛芯橡膠支座(墊)通過在普通疊層橡膠支座中灌入鉛芯而形成，最早是紐西蘭學 者在1975年發展的，該支座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。鉛芯的灌入可以提高支座的早期剛度，利於對結構振動進行控制。試驗 表明，鉛芯橡膠支座的初始剪切剛度約為普通疊層橡膠支座剛度的10倍。增大鉛芯的面積 可以提高耗能效果。由於結合了疊層橡膠支座和鉛阻尼器的特點，因而在工程結構中得到 廣泛採用。由於鉛是一種有毒物質，鉛芯橡膠支座設計中的一個關鍵問題就是對鉛進行密 封，以防止鉛的洩漏。因此，從環保的角度來考慮，採用性能類似的材料對鉛芯進行替換是 一種必然的發展趨勢。本文所選用的軟鋼芯是利用鋼材的塑性變形來耗能，其優點是製造 較簡單，造價相對較低，易於根據實際需要製成不同的形狀且堅實耐用，耗能能力強。而且 軟鋼是一種無毒物質，相對於鉛而言，這一優勢明顯。此外，隨著材料科學的發展，近年來不 斷研製出各類新型的高性能軟鋼，為軟鋼芯橡膠墊的產生奠定了基礎。對於工程結構抗震而言，其支座的耗能能力是最為重要的一項指標。因此，為了 提高現有鉛芯橡膠支座的耗能能力，可以考慮在其外部套箍一軟鋼板。然而套箍了較後軟 鋼板之後的支座在豎向隔震性能方面收到影響。為了改善其豎向抗震性能，可考慮將軟鋼板換成鋼彈簧，以充分利用鋼彈簧相對易於產生的壓縮、剪切性能。很顯然，相對於普通軟 鋼芯橡膠墊而言，套箍過鋼彈簧之後的軟鋼芯橡膠墊一鋼彈簧組合支座具有更大的承載能 力。此外，回復力是衡量隔減震支座性能的又一重要指標。外箍鋼彈簧強大的回覆力可以 減小組合支座在地震作用下的變形，極大地提高其水平及豎向復位性能。
隨著鋼鐵材料科學研究和生產工作的不斷發展，軟鋼阻尼器的品種越來越豐富， 各種高性能新型軟鋼不斷湧現，鋼彈簧以及彈簧支座的生產及支座技術也得到了長足的進 步，為研製新型環保型的軟鋼芯橡膠墊一鋼彈簧組合支座提供了強有力的技術支撐。上述 這些新型材料的價格也逐漸降低，進一步增強了其大範圍推廣應用的可能性。隨著隔減震 技術研究和實踐工作的不斷深入，具有不同特點的組合型隔減震支座將應運而生，以降低 結構地震響應，保障人民生命財產安全。
發明內容技術問題本實用新型的目的是提供一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧新型組合減隔震支 座，該支座不僅避免了常規鉛芯橡膠墊中有毒物質鉛的採用，還通過外包鋼彈簧來提高其 承載能力和復位性能，可廣泛應用於需要進行隔減震設計的各類大型工程結構當中。技術方案本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是該支座包括上連接 板、夾層鋼板、橡膠、軟鋼棒、鋼彈簧、下連接板；其中，夾層鋼板、橡膠相間隔順序排列，軟鋼 棒穿過夾層鋼板、橡膠組成軟鋼芯橡膠墊，上連接板位於該軟鋼芯橡膠墊的上部，下連接板 位於該軟鋼芯橡膠墊的下部，上連接板和下連接板分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面牢固粘 結，鋼彈簧位於該軟鋼芯橡膠墊的外周；該鋼彈簧的相鄰鋼絲緊密相連，中間無間隙。所述的鋼彈簧在使用過程中一直處於繃緊的狀態，以充分發揮其套箍作用，提高 軟鋼芯橡膠墊承載能力和復位特性。所述的上連接板為聚四氟乙烯板滑動支座。本實用新型的新型組合減隔震支座主要包括兩個系統豎向傳力系統及水平向耗 能系統。豎向傳力系統指橋梁結構受自重及車輛荷載等外力作用而產生的豎向效應，通過 本支座安全地傳給橋墩結構，上連接板、夾層鋼板、橡膠、鋼彈簧與下連接板組成了該系統。 這其中，鋼彈簧不直接參與豎向力的傳遞，但其對軟鋼芯橡膠墊有套箍的作用，故對軟鋼芯 橡膠墊的豎向承載力有較大的提高作用。水平向耗能系統指橋梁結構受地震及風荷載等外 力作用下，通過本支座消耗掉一大部分能量，從而顯著減少輸入到橋梁結構中的能量，進而 達到保護橋梁結構的作用，上連接板、軟鋼棒、鋼彈簧與下連接板組成了該系統。當有地震 力作用時，該系統的軟鋼棒與鋼彈簧發生剪切變形，從而耗散能量。此外，強地震作用下橡 膠墊會發生較大的剪切變形，鋼彈簧的採用提過了支座的水平復位性能。本實用新型的新型組合減隔震支座因為橋梁結構受外力作用而發生轉動時，會形 成部分受拉或全部受拉的受力狀態，此時，與上下連接板焊接在一起的鋼彈簧可以發揮豎 向控制作用，減少軟鋼芯橡膠墊的豎向受拉，並增強支座的豎向復位性能。有益效果本實用新型中所採用的軟鋼棒具有屈服點低、強度穩定、低周抗疲勞性 能好、彈塑性減震耗能能力強的優點，且無毒無害，將其與鋼彈簧聯合使用，可顯著提高支 座的耗能能力，且能達到控制結構位移、減小橋梁震害的作用。通過對現有鉛芯橡膠墊進行改進，形成軟鋼芯橡膠墊，並在外圍採用鋼彈簧對其 進行緊密套箍，使得該新型組合減隔震支座不僅更加環保，而且具有超強的承載能力和復位性能，可以很好的滿足各類大型工程結構的減隔震需求。同時該支座設計簡單、造價低、 安裝方便、物美價廉，隨著全世界範圍內各類工程結構對抗震性能的重視，該新型減隔震支 座必將得到廣泛的工程應用，社會和經濟效應不可限量。

圖1是本實用新型的支座結構整體縱向剖面構造示意圖；圖2是圖1中A-A處的剖面圖；圖3是上下連接板的正視圖；圖4是鋼彈簧與上下連接板之間的焊縫示意圖。圖中有上連接板1 ；夾層鋼板2 ；橡膠3 ；軟鋼棒4 ；鋼彈簧5 ；下連接板6 ；焊縫7 ； 高強螺栓8。
具體實施方式
本實用新型的軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座該支座包括上連接板1、夾 層鋼板2、橡膠3、軟鋼棒4、鋼彈簧5、下連接板6 ；其中，夾層鋼板2、橡膠3、軟鋼棒4這三個 部分組成軟鋼芯橡膠墊；在軟鋼芯橡膠墊的外圍套箍一鋼彈簧5，該鋼彈簧5加工成相鄰鋼 絲緊密相連的外部形狀，相鄰鋼絲之間無間隙，且該鋼彈簧5的上下端與支座的上連接板1 及下連接板6可靠焊接。上下連接板分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面通過粘結相連。夾層 鋼板2與橡膠3分層粘結形成圓形橡膠墊後，在該橡膠墊的圓心位置處加工出一圓柱體孔 洞，然後將圓柱形軟鋼棒4放入其中，從而形成軟鋼芯橡膠墊。該支座的上連接板1和下連 接板6均為方形，以便於與梁底及橋墩頂面處的預埋件用高強螺栓8可靠相連。支座結構 整體縱向剖面構造示意圖見圖1。本支座的上下連接板為方形，軟鋼芯橡膠墊為圓形，鋼彈簧5緊密纏繞在軟鋼芯 橡膠墊的四周，形成圍筒形。先按照橋墩及橋梁結構的尺寸設計好上下連接板的尺寸，並按 耗能減震橋梁的設計要求確定軟鋼芯橡膠墊的尺寸，進而確定鋼彈簧5的尺寸。製作本支 座時，首先將夾層鋼板2與橡膠3分層粘接起來，夾層鋼板2與橡膠3的每層厚度應符合國 家的相關標準。然後在粘接好的橡膠墊上製作一個事先設計好的圓柱狀孔洞，再將軟鋼棒 4放入其中。在製作好的軟鋼芯橡膠墊的外圍套上事先加工好的鋼彈簧5，最後將上下連接 板與軟鋼芯橡膠墊的上下表面牢固粘接起來，並用焊縫7將鋼彈簧5與上連接板1及下連 接板6分別連接起來，鋼彈簧5與軟鋼芯橡膠墊的相對位置見圖2。鋼彈簧與上下連接板之 間焊縫的示意圖見圖4。現場安裝過程中，上連接板1、下連接板6分別用高強螺栓8與梁底的預埋板及橋 墩上的預埋板相連，上下連接板的螺栓孔位置示意圖見圖3。在支座安裝完成後，應在支座 四周安裝好防塵罩，並在需要的地方塗刷上防腐漆，做好防腐及防塵工作。
權利要求1. 一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座，其特徵在於該支座包括上連接板(1)、 夾層鋼板(2)、橡膠(3)、軟鋼棒(4)、鋼彈簧(5)、下連接板(6);其中，夾層鋼板(2)、橡膠 (3)相間隔順序排列，軟鋼棒(4)穿過夾層鋼板(2)、橡膠(3)組成軟鋼芯橡膠墊，上連接板 (1)位於該軟鋼芯橡膠墊的上部，下連接板(6)位於該軟鋼芯橡膠墊的下部，上連接板(1) 和下連接板(6)分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面粘結，鋼彈簧(5)位於該軟鋼芯橡膠墊的 外周；該鋼彈簧(5)的相鄰鋼絲緊密相連，中間無間隙。
專利摘要一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座，該支座由內外兩部分組成。其中裡面部分為軟鋼芯橡膠墊，該部分採用高性能軟鋼芯代替常用鉛芯，不僅具有常規鉛芯橡膠墊的減震耗能作用，而且避開了有毒物質鉛的採用。外面部分為高強度、高承載力鋼彈簧，該鋼彈簧與軟鋼芯橡膠墊共同承受水平及豎向荷載，同時能夠通過其套箍作用來提高軟鋼芯橡膠墊承載能力和復位特性。鋼彈簧在使用過程中一直處於繃緊的狀態，以充分發揮其套箍作用。考慮到該新型組合減隔震支座造價低、性能優越，隨著世界範圍內對工程結構隔減震設計的不斷重視以及基礎設施建設的不斷發展，該支座必將在各類工程結構中得到廣泛應用。
文檔編號E04H9/02GK201874092SQ20102060089
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者吳繼榮, 李愛群, 王浩 申請人:東南大學