一種水平隔震支座的製作方法

2023-12-04 09:36:21 4

本發明涉及水平隔震技術領域，尤其涉及一種水平隔震支座。

背景技術：

地震災害給人類帶來不可估量的生命財產損失，減隔震技術是通過減小結構動力響應以減小地震災害的有效措施。

減隔震技術是近年來用於房屋建築、橋梁等結構中的技術，其特點是：通過在結構合適位置安裝隔震耗能裝置，有效隔斷或消耗地震作用時由基礎或下部結構傳遞至上部結構的能量，以減小結構在動力荷載作用下的響應。與傳統的抗震方法相比，上述減隔震技術提高了結構安全度與整體經濟性。

粘滯流體阻尼器擁有飽滿的橢圓型滯洄曲線，其耗能能力強、在靜荷載下無附加剛度，能在地震和大風荷載下重複使用，因此受到工程界的青睞。但其在基礎隔震中使用時必須配合其他支座共同作用，其自身不具備豎向承載力，且佔據空間只能單向耗能。在橋梁中使用粘滯流體阻尼器時，一般要將粘滯流體阻尼器與滑動支座配合使用，且需為粘滯流體阻尼器單獨製作、安裝或設置專門的錨固區。

現有減隔震技術中應用的減隔震產品主要為普通橡膠隔震支座、鉛芯橡膠隔震支座或高阻尼橡膠支座等，這些隔震支座的特點是水平方向上剛度較小，主要依靠豎向高度上的層層剪切變形產生阻尼耗能。但這些隔震支座的豎向抗拉剛度特別是抗拉拔能力不足，在罕遇地震發生時，由於隔震支座可能受到較大拉力以致失效提離，此時隔震支座上部的建築結構穩定性降低從而有傾覆風險。

將隔震支座安裝在橋梁結構中時，由於橋梁在罕遇地震作用下容易發生橫橋向或縱橋向的落梁災害，為了避免此類災害，一般考慮設置防落梁杆或在隔震支座邊緣設置限位裝置。這些限位措施靠主梁與限位裝置的剛性碰撞等來防止落梁，它需要考驗橋墩與限位裝置的極限抗衝擊能力和橋墩的側向抗剪抗彎強度。

並且，橋梁的活動墩墩頂與主梁連接處的隔震支座，其在一般使用狀態下需要適應主梁的溫度、活載、收縮徐變等引起的小變形，以避免主梁和墩柱產生額外應力。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

本發明的其中一個目的是：提供一種水平隔震支座，解決現有技術中存在的粘滯流體阻尼器需要與隔震支座配合使用，且需要專門的錨固區；有些隔震支座豎向承載力不大、抗拉拔防傾覆能力不足的問題。

為了實現該目的，本發明提供了一種水平隔震支座，包括下支撐平臺和上支撐平臺；所述下支撐平臺和上支撐平臺內分別設置有一個水平柱狀腔室，各個所述水平柱狀腔室的兩端均分別設置有彈性件和阻尼器，且所述彈性件和阻尼器之間連接有運動杆，使得運動杆在所述水平柱狀腔室中做往復運動時，帶動所述彈性件和所述阻尼器做阻尼運動；

兩個所述運動杆之間通過連接杆連接，且在所述下支撐平臺的上表面和上支撐平臺的下表面上均開設有運動槽，使得所述運動杆在所述水平柱狀腔室中運動時所述連接杆沿著所述運動槽運動；兩個所述水平柱狀腔室之間呈設定角度。

本發明的技術方案具有以下優點：本發明的水平隔震支座，由於阻尼器和彈性件均融入支撐平臺內部，使該水平隔震支座同時具有水平滑板支座與阻尼器的功能，支撐平臺內部空間得以充分利用。此外，由於上支撐平臺和下支撐平臺之間的任意錯動均可被解耦成各自運動杆的分運動，因此在任意角度的水平地震作用下，該水平隔震支座均可實現耗能隔震。並且，由於該水平隔震支座的豎向支撐結構主要為上支撐平臺、下支撐平臺和連接杆，而這些結構均為剛性件，從而該水平隔震支座在應對水平地震與豎向地震的綜合作用時，具有較大的豎向承載力和抗拉拔能力，用於高層建築的隔震時可抗搖擺防傾覆。

優選的，所述設定角度為90度。

優選的，所述彈性件為彈簧；所述彈簧的一端和所述水平柱狀腔室內壁固定連接，另一端和所述運動杆連接。

優選的，所述運動杆靠近所述彈性件的一端設置有導向腔室，所述導向腔室與所述彈性件同軸，且所述彈性件部分伸入所述導向腔室內後與所述導向腔室的內壁連接。

優選的，所述阻尼器為粘滯流體阻尼器；所述粘滯流體阻尼器包括缸體和活塞，所述缸體和所述水平柱狀腔室內壁固定連接，所述活塞的活塞頭位於所述缸體內，活塞杆與所述運動杆固定連接。

優選的，所述活塞頭上設置有阻尼孔。

優選的，所述阻尼孔的數量為多個，所述缸體內壁上伸出有與部分所述阻尼孔相對的圓錐狀凸起對。

優選的，所述下支撐平臺和上支撐平臺之間設置有光滑支撐板。

優選的，所述光滑支撐板為聚四氟乙烯板。

優選的，兩根所述運動杆和所述連接杆一體成型。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實施例的水平隔震支座的結構示意圖；

圖2是圖1中A-A處的剖視示意圖；

圖3是圖1中B-B處的剖視示意圖；

圖中：1、上支撐板；2、活塞頭；3、彈簧；4、聚四氟乙烯板；5、大阻尼孔；6、缸體；7、粘滯流體；8、小阻尼孔；9、下支撐板；10、運動杆；11、密封環；12、活塞杆；13、圓錐狀凸起；14、連接杆；15、彈簧活動廂體；16、導向腔室。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

請參見圖1，本實施例的水平隔震支座，包括下支撐平臺和上支撐平臺；所述下支撐平臺和上支撐平臺內分別設置有一個水平柱狀腔室，各個所述水平柱狀腔室的兩端均分別設置有彈性件和阻尼器，且所述彈性件和阻尼器之間連接有運動杆10，使得運動杆10在所述水平柱狀腔室中做往復運動時，帶動所述彈性件和所述阻尼器做阻尼運動。

其中，兩個所述運動杆10之間通過連接杆14連接，且在所述下支撐平臺的上表面和上支撐平臺的下表面上均開設有運動槽，使得所述運動杆10在所述水平柱狀腔室中運動時所述連接杆14沿著所述運動槽運動；兩個所述水平柱狀腔室之間呈設定角度。

為了區分上支撐平臺和下支撐平臺上的相關結構，將下支撐平臺上的水平柱狀腔室、彈性件、阻尼器、運動杆10和運動槽分別命名為第一水平柱狀腔室、第一彈性件、第一阻尼器、第一運動杆和第一運動槽；並將上支撐平臺上的水平柱狀腔室、彈性件、阻尼器、運動杆10和運動槽分別命名為第二水平柱狀腔室、第二彈性件、第二阻尼器、第二運動杆和第二運動槽。

由此得到，下支撐平臺內設置有第一水平柱狀腔室，所述第一水平柱狀腔室的兩端分別設置有第一彈性件和第一阻尼器；第一運動杆位於所述第一水平柱狀腔室內，且一端連接所述第一彈性件另一端連接所述第一阻尼器，並使得所述第一運動杆在所述第一水平柱狀腔室中做往復運動時，帶動所述第一彈性件和所述第一阻尼器做阻尼運動。

所述上支撐平臺內設置有第二水平柱狀腔室，所述第二水平柱狀腔室的兩端分別設置有第二彈性件和第二阻尼器；第二運動杆位於所述第二水平柱狀腔室內，且一端連接所述第二彈性件另一端連接所述第二阻尼器，並使得所述第二運動杆在所述第二水平柱狀腔室中做往復運動時，帶動所述第二彈性件和所述第二阻尼器做阻尼運動；

所述第一運動杆和所述第二運動杆之間通過連接杆14連接，且在所述下支撐平臺的上表面開設有第一運動槽，所述上支撐平臺的下表面上開設有第二運動槽。並使得第一運動杆在所述第一水平柱狀腔室中運動時，連接杆14可以沿著第一運動槽運動；當第二運動杆在所述第二水平柱狀腔室中運動時，連接杆14可以沿著第二運動槽運動。

為了保證連接杆14的設置不會幹涉第一運動杆和第二運動杆的運動，對第一運動槽和第二運動槽的長度和方向均有要求。其中，下支撐平臺上的第一運動槽需要與第一水平柱狀腔室同軸；上支撐平臺上的第二運動槽需要與第二水平柱狀腔室同軸。並且，第一運動槽的長度不小於第一運動杆在第一水平柱狀腔室中的運動行程；第二運動槽的長度不小於第二運動杆在第二水平柱狀腔室中的運動行程。當然，第一運動槽和第二運動槽的寬度不能太小，至少要保證第一運動杆和第二運動杆分別和其內壁存在一定的間隙，以保證第一運動杆和第二運動杆的運動。

本實施例的水平隔震支座，由於阻尼器和彈性件均融入支撐平臺(下文提到的支撐平臺均指上支撐平臺和/或下支撐平臺)內部，使該水平隔震支座同時具有水平滑板支座與阻尼器的功能，從而不需要額外設置專門的錨固區以節約安裝空間，並使得上支撐平臺和下支撐平臺自身的空間得到充分利用。此外，由於上支撐平臺和下支撐平臺的錯動均可被解耦成各自運動杆10的分運動，因此在水平面任意方向地震作用下，該水平隔震支座均可實現耗能隔震。並且，由於該水平隔震支座的豎向支撐結構主要為上支撐平臺、下支撐平臺和連接杆14，而這些結構均為剛性件，從而在應對水平地震與豎向地震的綜合作用時，其可以使得水平隔震支座具有較大的豎向承載力和抗拉拔能力，用於高層建築的隔震時可抗搖擺防傾覆。

另外，該水平隔震支座在小速度位移下，其水平剛度主要取決於彈性件，彈性件在小變形條件下反作用力小，從而，該隔震支座用於橋梁上時可適應主梁因溫度、活載、收縮徐變等引起的小變形。

從圖1看到，上支撐平臺安裝在下支撐平臺上方。其中，由於上支撐平臺內部的結構和下支撐平臺內的結構相同，因此圖1中省略了上支撐平臺內的詳細結構，顯然該省略不會對本申請公開造成影響。同理，下文僅僅結合附圖1對下支撐平臺內的機構運動原理進行說明，而對於上支撐平臺內的結構運動原理則不再贅述。

並且，結合圖2和圖3可知，兩個所述水平柱狀腔室之間呈90度。該種情況下，當下支撐平臺固定時，那麼上支撐平臺的運動可以被解耦成第一運動杆和第二運動杆之間互相垂直的分運動。該分運動可以分解出位移、速度、力、加速度等參數。並且通過計算發現，相對於同樣參數單個單向的粘彈性阻尼器，本實施例中的水平隔震支座的剛度是上述粘彈性阻尼器的倍之間。雖然兩個運動杆10的位移的代數和比單個粘彈性阻尼器大，但因為位移的垂直解耦，其位移的範圍比單個粘彈性阻尼器的位移小。且本實施例的水平隔震支座，其可滿足平面任意方向的耗能隔震，並不僅僅是單個阻尼器的單向耗能。

當然，為了使得本實施例的水平隔震支座可以適用水平面上任意方向的位移錯動，兩個所述水平柱狀腔室之間的角度除了為90度之外，還可以是零之外的任意角度。

從圖1中可知，彈性件為彈簧3，且設置在運動杆10的左端。該彈簧3有剛度並能在伸縮過程中暫時儲存與釋放能量。

其中，為了對上述彈簧3起到導向作用，在運動杆10的靠近所述彈性件的一端設置有導向腔室16。該導向腔室16與彈性件同軸，且所述彈性件部分伸入所述導向腔室16內後與所述導向腔室16的內壁連接。以使得運動杆10沿著水平柱狀腔室軸向運動時，彈簧3被沿著軸向拉伸或者壓縮。

當然，彈性件也可以選擇彈簧3之外的具有彈性的元件。且當彈性件選擇彈簧3時，優選採用型號多、易取材的環形彈簧3。導向腔室16的結構可以根據彈性件的結構而定。

此外，從圖1中可知，本實施例中的阻尼器為粘滯流體阻尼器，且設置在運動杆10的右端。

其中，粘滯流體阻尼器包括缸體6和活塞，所述缸體6和所述水平柱狀腔室內壁固定連接，所述活塞的活塞頭2位於所述缸體6內，活塞杆12與所述運動杆10固定連接。從而，當運動杆10沿著水平柱狀腔室軸向運動時，活塞頭2沿著缸體6左右運動並擠壓粘滯流體7。優選但是不必須：活塞杆12和運動杆10一體成型。

當然也可以將缸體6和運動杆10固定連接，此時活塞部分與水平柱狀腔室內壁連接，只是由於缸體6質量較大，其跟隨運動杆10一起運動實現起來相對困難。

優選在活塞頭2上設置有阻尼孔，並通過擠壓粘滯流體7通過阻尼孔產生阻尼耗能。

圖1中，活塞頭2上設置有一個大阻尼孔5和一個小阻尼孔8。並且在缸體6內壁上對應大阻尼孔5設置有圓錐狀凸起13對。該「圓錐狀凸起13對」包括兩個圓錐狀凸起13，分別剛性連接在阻尼器缸體6的左側內壁和右側內壁。其中，左側內壁上的圓錐狀凸起13在活塞朝左側內壁方向運動時發揮主要作用，而右側內壁上的圓錐狀凸起13在活塞朝右側內壁方向運動時發揮主要作用。此外，圓錐狀凸起13對的中心軸線與大阻尼孔5的圓心在同一直線上，且圓錐狀凸起13對底部截面圓的半徑略小於大阻尼孔5的半徑。

其中，上述粘滯流體阻尼器活塞中的大阻尼孔5與圓錐狀凸起13對是一個速度、位移雙相關的組合。在地震作用時，流過大阻尼孔5和小阻尼孔8的粘滯流體7會因為活塞的運動速度不同產生不同的阻尼力。其中，當活塞運動的速度越大，流過大阻尼和小阻尼孔8的流體產生的粘滯阻尼力越大；速度越小，粘滯阻尼力越小。

由於罕遇地震作用時，上支撐平臺和下支撐平臺之間的錯動位移更大，從而阻尼器的活塞頭2可能逼近缸體6內壁甚至碰撞。本實施例中通過阻尼孔和圓錐狀凸起13對的設置，當活塞頭2運動到靠近阻尼器缸體6內壁的位置時，圓錐狀凸起13伸入大阻尼孔5中，使得大阻尼孔5中用於粘滯流體7通過的面積變小，從而加大了阻尼器的粘滯阻力，緩衝了活塞頭2和缸體6內壁之間的剛性碰撞。

其中，圓錐狀凸起13在活塞頭2還未碰到缸體6內壁時伸入大阻尼孔5。並且，圓錐狀凸起13越是靠近缸體6內壁，大阻尼孔5被圓錐狀凸起13堵住的面積越大，從而使粘滯流體7通過的面積越小，進而加大粘滯流體阻尼器的阻尼力。但由於小阻尼孔8仍然允許通過粘滯流體7，因此可以防止阻尼力增長過快過大。

所述水平隔震支座作為橋梁支座並在罕遇地震作用時，可在所述活塞頭2碰撞缸體6內壁之前加大阻尼消耗能量，進而減小活塞頭2與粘滯流體阻尼器內壁碰撞時的能量，實現支座在大地震作用時的柔性防落梁功能。

當然，上述阻尼器中的阻尼孔的數量、形狀和分布不受附圖的限制。並且，圓錐狀凸起13也可以置換成圓柱狀凸起、矩形柱狀凸起等，且凸起的設置也並非必須。

本實施例中，彈性件和阻尼器以及運動杆10的位置關係也不受附圖的限制，只要保證彈性件和阻尼器分別位於運動杆10的兩端即可。並且，由於阻尼器有阻尼耗能特性，而彈簧3具有在伸縮過程中可以暫時儲存與釋放能量，因此將該阻尼器和上述彈簧3組合時，可使得本實施例的水平隔震支座在具有高效耗能的同時兼備剛度性能和自恢復能力。

並且，在水平面上任意方向的地震作用下，下支撐平臺和上支撐平臺將發生錯動位移，兩根運動杆10將分別在其對應的水平柱狀腔室內運動，從而將下支撐平臺和上支撐平臺之間的錯動解耦成兩個相互垂直的運動。而兩根運動杆10的往復運動使各自端部連接的彈性件和阻尼器組成的粘彈性組合粘滯耗能。

其中，為了使得水平隔震支座具有更好的自恢復能力，可以採用彈性係數較大的彈簧3，進而加大彈簧3的剛度。

進一步地，為了降低下支撐平臺和上支撐平臺之間的摩擦，優選在下支撐平臺和上支撐平臺之間設置有光滑支撐板。從而，當地震作用使下支撐平臺和上支撐平臺發生相互錯動位移時，連接杆14兩端連接的運動杆10可分別在其所在的水平柱狀腔室內運動。

其中，由於其它結構的豎向承載力都較強，從而整個水平隔震支座豎向承載力的薄弱環節就在於光滑支撐板。有鑑於此，光滑支撐板優選採用摩擦係數低且抗壓強度高的聚四氟乙烯板4。並且，可以將該聚四氟乙烯板4固定在下支撐平臺的上表面上。也可以不設置光滑支撐板，而是在下支撐平臺和上支撐平臺之間的接觸面上塗上潤滑油以減小兩者之間的摩擦力，當然該種情況效果不及設置有聚四氟乙烯板4的效果好。

本實施例中，優選兩根所述運動杆10和所述連接杆14一體成型，從而方便加工並且可以保證兩根運動杆10之間的連接強度。對於運動杆10和連接杆14的結構並沒有特殊要求，其橫截面均可以為任意形狀。其中，運動杆10隻要可以沿著水平柱狀腔室運動，並促使產生阻尼運動即可。對於連接杆14：在水平和豎向地震作用下，普通隔震支座允許豎向承受不超過1MP的拉應力，本實施例中由於連接杆14連接了下支撐平臺和上支撐平臺，因此水平隔震支座的抗拉強度由連接杆14決定。顯然，作為剛性組件的連接杆14的抗拉能力能滿足該要求。

此外，本實施例的支撐平臺，其形狀結構亦不受限制，只要上支撐平臺和下支撐平臺之間可以實現穩定的支撐即可。例如，本實施例的附圖2和圖3中，上支撐平臺和下支撐平臺的橫截面的外輪廓呈圓形，但是顯然其橫截面外輪廓還可以呈矩形、橢圓形、甚至異形等任意形狀。

進一步地，附圖1中，下支撐平臺由下支撐板9，固定在該下支撐板9上方的彈簧活動廂體15，以及固定在該下支撐板9上方的阻尼器的缸體6組裝得到。此時，彈簧活動廂體15和缸體6之間形成上述水平柱狀腔室，並且彈簧活動廂體15和缸體6本身就是支撐平臺的組成部分。當然該種情況水平柱狀腔室為非連續腔室。同理，上支撐平臺也可以是由上支撐平臺，固定在該上支撐板1下方的彈簧活動廂體15，以及固定在該上支撐板1下方的阻尼器的缸體6組裝得到。

需要說明的是，本實施例的支撐平臺，其還可以是一個一體式廂體結構。其中彈簧活動廂體15為該一體式廂體的部分；而阻尼器的缸體6，其既可以是一體式廂體結構以外的結構，也可以通過在一體式廂體結構設置密封環11，從而密封環11和該一體式廂體部分結構之間形成用於容納粘滯流體7的阻尼器缸體6。當阻尼器的缸體6為一體式廂體結構以外的結構時，則缸體6的結構最好和水平柱狀腔室的一端結構相匹配，從而保證缸體6穩定的設置在水平柱狀腔室內。

其中，上支撐平臺、下支撐平臺和連接杆14優選但是不必須採用鋼鑄件，以使得水平隔震支座具有較好的豎向承載力和抗拉拔能力。

綜上所述，本實施例的水平隔震支座，是一種集多項功能於一體的隔震支座：其可作為結構某些構件的一部分而不佔據空間，例如在橋梁中可將上支撐平臺埋入主梁，下支撐平臺埋入橋墩中。且該水平隔震支座能在平面任意方向實現減隔震，同時在組合了滑板支座的隔震效果好、阻尼器效率高等優勢的同時，避免了滑板支座位移過大、阻尼器無支撐力的缺點。並且，這種水平隔震支座能提供大的豎向承載力，同時能夠抗拉拔與防傾覆。在橋梁工程中使用該水平隔震支座時，可在罕遇地震作用下有效防止設置限位裝置時造成的主梁、支座、橋墩之間可能發生的剛性碰撞，進而柔性防止落梁。此外，在兼具粘滯流體阻尼器高耗能與大剛度自恢復能力同時，由於阻尼器融入支撐平臺內，從而可以省去設置阻尼器必須的錨固區。

以上實施方式僅用於說明本發明，而非對本發明的限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。