專(zhuān)利名稱(chēng)：豎向抗拔型摩擦擺支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種豎向抗拔型摩擦擺支座，屬建筑結(jié)構(gòu)隔震減震控制 領(lǐng)域。
技術(shù)背景FPS (Friction Pendulum System)又稱(chēng)摩擦擺系統(tǒng)，是一種有效的干摩擦 滑移隔震體系，于1985年由美國(guó)的Dr. Victor Zayas首先提出。FPS隔震消能 的主要原理是將結(jié)構(gòu)物本身與地面隔離，利用滑動(dòng)面的設(shè)計(jì)周期來(lái)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu) 物的振動(dòng)周期，以大幅度減少結(jié)構(gòu)地震作用的動(dòng)力放大效應(yīng)；此外，還可利 用FPS滑動(dòng)面與滑塊之間的摩擦來(lái)大量消耗地震能量，實(shí)現(xiàn)減少地震力輸入的 目的。FPS摩擦擺滑動(dòng)隔震的方法造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單、具有很強(qiáng)的承載能力， 除具有一般平面滑動(dòng)隔震系統(tǒng)的特點(diǎn)外，還具有良好的穩(wěn)定性和復(fù)位功能和 抗平扭能力，隔震效果較好。FPS可作為斜拉橋立柱減振器和建筑結(jié)構(gòu)底部隔 震器，也可與結(jié)構(gòu)頂部TMD(Tuned Mass Damper)形成組合控制系統(tǒng)以對(duì)電視塔 等高鷙結(jié)構(gòu)施加進(jìn)一步控制。目前，F(xiàn)PS摩擦擺已在建筑加固及橋梁隔震方面 得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在美國(guó)和日本，采用FPS摩擦擺隔震系統(tǒng)的建筑物己 達(dá)數(shù)百座。美國(guó)西雅圖Seahawks Football Stadium的大跨桁架屋蓋結(jié)構(gòu)和土 耳其伊斯坦布爾機(jī)場(chǎng)金字塔形屋蓋結(jié)構(gòu)的隔震裝置均釆用了摩擦擺隔震支座，都能起到良好的隔震效果?，F(xiàn)有摩擦擺支座構(gòu)造如圖l所述，主要由三部分組成蓋板l、中部滑塊 2、和下部滑槽3。其中蓋板1上的滑動(dòng)面為不銹鋼材料制作的下凹球形狀表 面，與滑動(dòng)面接觸的中部滑塊2的底面粘有復(fù)合摩擦材料，摩擦材料多采用 聚四氟乙烯(PTFE)，在中部滑塊2的上表面有一關(guān)節(jié)，可保證滑塊上部連接軸的頂面在滑塊沿球狀表面滑動(dòng)時(shí)保持水平。摩擦擺支座通常設(shè)置在主體結(jié) 構(gòu)與其支承構(gòu)件間，通過(guò)支座內(nèi)部滑塊的滑動(dòng)來(lái)隔離地震作用并利用滑塊和
滑動(dòng)接觸面間的滑動(dòng)摩擦耗能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主體結(jié)構(gòu)隔震。北京工業(yè)大學(xué)莊鵬博士在其博士論文《空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座隔震的理論和 實(shí)驗(yàn)研究》中分析了摩擦擺支座在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的隔震性能，研究表明該支 座具有很好的隔震效果，可以應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中。而現(xiàn)有的摩擦擺隔震 系統(tǒng)在豎向沒(méi)有抗拔能力，當(dāng)支座受拉時(shí)，蓋板與滑塊容易脫離，而空間網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)自重相對(duì)較輕，在風(fēng)荷載或地震作用下，部分支座在豎向可 能受拉將導(dǎo)致摩擦擺支座的上部蓋板和滑塊脫離，使摩擦擺支座失效，產(chǎn)生 嚴(yán)重的后果。因此，將摩擦擺支座應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)中，支座的抗拔是急待解 決的問(wèn)題。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有摩擦擺支座豎向不抗拔的缺點(diǎn)，提出 了 一種具抗拔能力的新型豎向抗拔摩擦擺支座。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。主要包括有下連接鋼板13、滑塊7，在下連接鋼板13的上表面設(shè)置有滑槽8,其特征在于 還包括有上部蓋板4和抗拔擋板5，上部蓋板4包括有上連接鋼板9和下?lián)鯄K 10， 二者固定連接為一體，滑塊7的上表面為半球形突起，與下?lián)鯄K10的下 表面的半球形凹槽相配合，滑塊7在下?lián)鯄K10的帶動(dòng)下能夠沿著滑槽8的底 面滑動(dòng)。在上連接鋼板9和下?lián)鯄K10之間設(shè)置有抗拔擋板5，抗拔擋板5包 括有圓環(huán)形的擋板12和短柱11，短柱11穿過(guò)下?lián)醢?0，其一端與擋板12 的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板13固定連接，短柱11與下?lián)醢?0 在水平方向上留有間隙。所述的下?lián)醢?0為"十"字型。所述的短柱11與下?lián)醢?0在水平方向上的間隙大于滑塊7在滑槽8內(nèi) 的最大滑動(dòng)距離。在滑槽8的內(nèi)側(cè)面貼有緩沖膠條6?；?的底面、擋板12的上、下表面、上連接鋼板9的下表面、下?lián)鯄K10的上表面為具有相同半徑的弧面；上連接鋼板9的下表面、擋板12的上表面的兩個(gè)弧面的頂點(diǎn)在同一豎直平面內(nèi)，即都在通過(guò)支座中心點(diǎn)的豎直平面內(nèi)，并且兩頂點(diǎn)之間的豎向距離為3 10mm。擋板12的下表面的弧面頂點(diǎn)E 和下?lián)鯄K10的上表面的弧面頂點(diǎn)G在同一豎向柱面內(nèi)，二者之間的豎向距離 與上連接鋼板9的下弧面和擋板12的上弧面之間的豎向距離相同?？拱涡湍Σ翑[支座的工作過(guò)程為在任意水平向強(qiáng)震作用下，設(shè)置在建 筑物上部結(jié)構(gòu)與下部支承構(gòu)件間的摩擦擺支座的上部蓋板4和滑槽8發(fā)生水 平相對(duì)運(yùn)動(dòng)，上部蓋板帶動(dòng)滑塊在滑槽內(nèi)滑動(dòng)，從而減小了結(jié)構(gòu)的水平剛度 延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的周期，隔離了地震能量的向上傳遞；此外，由于滑塊和下部滑 槽間的摩擦作用，支座在滑動(dòng)過(guò)程中也耗散了地震能量，從而實(shí)現(xiàn)減震。當(dāng) 滑塊移動(dòng)到滑槽邊緣時(shí)，由于緩沖膠條的保護(hù)，避免了滑塊的損傷以利于滑 塊的順利滑動(dòng)，保護(hù)了支座的安全。此外，多維地震作用下支座可能出現(xiàn)豎 向受拉狀態(tài)，按照本技術(shù)方案添加擋板和蓋板下?lián)鯄K后，使得本實(shí)用新型在 實(shí)現(xiàn)水平多向隔震的同時(shí)亦具有較好的豎向抗拔能力，而且可以限制支座在 豎向的扭轉(zhuǎn)角度，更為可靠地確保了在強(qiáng)地震多維地面運(yùn)動(dòng)綜合作用下結(jié)構(gòu) 的安全性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型對(duì)傳統(tǒng)摩擦擺支座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，添加 了擋板和蓋板下?lián)鯄K，以及緩沖膠條，使支座在豎向具有很強(qiáng)的抗拔能力， 增強(qiáng)了摩擦擺支座的安全性和適用性，確保了強(qiáng)地震多維地震作用以及風(fēng)荷 載作用下的結(jié)構(gòu)安全性。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制作和安裝，實(shí)用 性強(qiáng)。


圖1、傳統(tǒng)摩擦擺支座模型圖；圖2(a)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座去掉上連接鋼板俯視圖； 圖2(b)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座圖2(a)帶連接鋼板剖面圖；圖3、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座下部滑槽俯視圖； 圖4、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座下部滑槽及滑塊俯視圖；圖5(a)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座擋板構(gòu)造圖；圖5(b)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座擋板剖面放大圖；圖6(a)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座去掉上連接鋼板俯視圖；.圖6(b)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座上部蓋板構(gòu)造圖；圖6(c)、本實(shí)用新型豎向抗拔摩擦擺支座擋塊俯視圖；圖中1、蓋板，2、中部滑塊，3、下部滑槽，4、上部蓋板，5、抗拔擋板，6、緩沖膠條，7、滑塊，8、滑槽，9、上連接鋼板，10、下?lián)鯄K，11、短柱，12、擋板，13、下連接鋼板，14，螺栓孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖2 圖6詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。本實(shí)施例的技術(shù)方案見(jiàn)圖2，主要包括有上表面設(shè)置有滑槽8的下連接鋼 板13、緩沖膠條6、滑塊7、上部蓋板4和抗拔擋板5。上部蓋板4包括有上 連接鋼板9和下?lián)鯄K10， 二者固定連接為一體，滑塊7的上部為半球形突起， 與下?lián)鯄K10的半球形凹槽相配合，滑塊7在下?lián)鯄K10的帶動(dòng)下能夠沿著滑 槽8的底面滑動(dòng)。在上連接鋼板9和下?lián)鯄K10之間設(shè)置有抗拔擋板5，抗拔 擋板5包括有圓環(huán)形的擋板12和短柱11，短柱11穿過(guò)下?lián)醢?0，其一端與 擋板12的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板13固定連接，短柱ll與下 擋板10在水平方向上留有間隙。各部件的主要構(gòu)造與特征分述如下(1) 滑槽8的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，滑槽圓面的半徑為A滑槽的滑動(dòng) 面為弧面，其弧面半徑為/ ，弧面頂點(diǎn)在中心位置?；瑝K7的半徑為n緩沖 膠條的寬度為"，則支座的允許滑動(dòng)位移為//=^卜"?；鄣钠矫娉叽缛Q于 支座允許滑動(dòng)位移以及滑塊半徑，滑槽厚度由支座的承載能力確定。(2) 緩沖膠條如圖2(b)示，在滑槽8的內(nèi)側(cè)面貼一圈橡膠或塑料膠條，以 防止在較大地震作用下滑塊7與滑槽8邊緣發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞，保護(hù)滑塊7的
完整性，使滑塊7能在滑槽8內(nèi)順利滑動(dòng)。(3) 滑塊7的位置與構(gòu)造分別見(jiàn)圖2和圖4，滑塊7大小設(shè)計(jì)主要依據(jù)支 座的承載力，保證滑塊7在壓力的作用下具有足夠的強(qiáng)度，并能順利滑動(dòng)， 滑塊7底部粘放聚四氟乙烯材料滑片。(4) 抗拔擋板的結(jié)構(gòu)如圖5所示，抗拔擋板包括擋板12和短柱11兩部分， 擋板12通過(guò)四個(gè)短柱11與下連接鋼板13固定連接，短柱11面向滑槽8的 側(cè)面為弧形表面，根據(jù)抗拔力的大小選擇其截面面積。擋板12為與短柱11 連接的環(huán)形板，當(dāng)上部蓋板4和滑塊7在滑槽8中共同滑動(dòng)時(shí)，為了使擋板 12和上連接鋼板9、下?lián)鯄K10在豎直方向始終保持固定的距離，把擋板12 的上下表面都做成弧面，并且弧面半徑均為i 。擋板12的上弧面是以點(diǎn)0為 頂點(diǎn)的弧線(xiàn)BC，繞支座的中心軸線(xiàn)A-A旋轉(zhuǎn)360度而成的弧面；擋板12的 下弧面是以點(diǎn)E為頂點(diǎn)的弧線(xiàn)DE，繞制作中心軸線(xiàn)A-A旋轉(zhuǎn)360度而成的 弧面，其構(gòu)造如圖5(a)。(5) 上部蓋板4的結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示，上部蓋板4分為上連接鋼板9和下 擋塊10兩部分。上連接鋼板9與上部結(jié)構(gòu)通過(guò)螺栓相連，螺栓從其下表面穿 出，螺栓頭不露出下表面。上連接鋼板9的下表面為弧面，弧面半徑為i ，弧 面頂點(diǎn)在連接鋼板的形心位置點(diǎn)M，弧面為弧線(xiàn)LN繞支座中心軸線(xiàn)A-A旋 轉(zhuǎn)360度而成，由于上連接鋼板9的下表面頂點(diǎn)M和擋板12的上表面頂點(diǎn)O 均在過(guò)支座中心軸線(xiàn)A-A的豎向平面內(nèi)，兩弧面頂點(diǎn)M、 0在豎向具有5mm 的距離，所以在滑動(dòng)的過(guò)程中，上連接鋼板9的下表面與擋板12的上表面始 終保持著固定的距離。上部蓋板4的下?lián)鯄K10的結(jié)構(gòu)如圖6(c)所示，是抗拔的關(guān)鍵部件，其上 表面的弧面頂點(diǎn)G與擋板12的下表面弧面頂點(diǎn)E在同一豎向柱面內(nèi)，弧面以 點(diǎn)G為頂點(diǎn)，半徑為R的弧線(xiàn)FH繞軸線(xiàn)A-A旋轉(zhuǎn)360度而成。如此設(shè)計(jì)可 保證滑塊7在滑槽8內(nèi)向邊緣滑動(dòng)時(shí)，下?lián)鯄K10隨著滑塊7在弧面上升高而 升高，由于下?lián)鯄K10上弧面的頂點(diǎn)和擋板12的下弧面的頂點(diǎn)E在同一豎向
柱面內(nèi)，并且二者頂點(diǎn)之間留有5mm的距離，因此擋塊10的上弧面可以和 擋板的下弧面始終保持固定的距離。在支座滑動(dòng)的過(guò)程中，上部蓋板移動(dòng)而 下部滑槽不動(dòng)，下?lián)鯄K10的截面近似"十"字型，是由圓面切除幾個(gè)扇面而 成，下?lián)鯄K10的邊緣到短柱11邊緣的距離大于H，即大于滑塊7在滑槽8 內(nèi)的最大滑動(dòng)距離，這樣下?lián)鯄K10在滑動(dòng)時(shí)就不會(huì)與短柱11相碰。當(dāng)支座 產(chǎn)生豎向拉力時(shí)，上部蓋板整體向上移動(dòng)5mm后，上部蓋板的下?lián)鯄K10與 擋板12充分接觸，限制了上部蓋板的移動(dòng)，形成了抗拔的能力。由于上部蓋 板與上部結(jié)構(gòu)相連，不易更換，所以在出現(xiàn)較大豎向拉力時(shí)，要確保擋板破 壞先于擋塊的原則，擋板12損壞便于更換?；谝陨霞夹g(shù)方案，本實(shí)施例中，可通過(guò)擋板12與滑槽8及下?lián)鯄K10 之間的距離確定支座最大允許豎向扭轉(zhuǎn)角度，圓環(huán)形擋板12的下弧面頂點(diǎn)和 蓋板的下?lián)鯄K10的上弧面頂點(diǎn)之間有5mm的間隙，當(dāng)支座出現(xiàn)豎向拉力時(shí)， 僅須克服較小的位移就可以發(fā)揮支座抗拔的作用，而且抗拔力的大小可以通 過(guò)擋板12及下?lián)鯄K10的尺寸來(lái)確定，模擬分析表明該設(shè)計(jì)方法可以使支座 具有足夠的抗拔能力。上部蓋板的上連接鋼板9和下部滑槽8的下連接鋼板 13均開(kāi)有圓孔，利用螺栓與建筑物相連接。本實(shí)施例中，首先將各部件加工完畢，然后進(jìn)行組裝，主要步驟可概括為(1) 采用現(xiàn)有加工和裝配技術(shù)制作，先加工好下部滑槽，滑槽的圓弧面半徑 為i ，弧面為不銹鋼材料，保證弧面光滑，并把合適尺寸的小短柱連接在四個(gè) 角部。(2) 按尺寸加工好滑塊，滑塊與上部蓋板的關(guān)節(jié)處要采用不銹鋼材料，安 置在滑槽的中央，并把緩沖膠條粘在滑槽的邊緣。(3) 按尺寸加工好上部蓋板，把上部蓋板放在滑塊之上，最后把抗拔擋板 拼接焊在短柱之上。
權(quán)利要求1、豎向抗拔型摩擦擺支座，主要包括有下連接鋼板(13)、滑塊(7)，在下連接鋼板(13)的上表面設(shè)置有滑槽(8)，其特征在于還包括有上部蓋板(4)和抗拔擋板(5)，上部蓋板(4)包括有上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)，二者固定連接為一體；滑塊(7)的上部為半球形突起，與下?lián)鯄K(10)的半球形凹槽相配合，滑塊(7)在下?lián)鯄K(10)的帶動(dòng)下能夠沿著滑槽(8)的底面滑動(dòng)；在上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)之間設(shè)置有抗拔擋板(5)，抗拔擋板(5)包括有圓環(huán)形的擋板(12)和短柱(11)，短柱(11)穿過(guò)下?lián)醢?10)，其一端與擋板(12)的下端面固定連接，另一端與下連接鋼板(13)固定連接，短柱(11)與下?lián)醢?10)在水平方向上留有間隙。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于所述的下?lián)?板(10)為"十"字型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于 所述的短柱(11)與下?lián)醢?10)在水平方向上的間隙大于滑塊(7)在滑槽(8)內(nèi)的最大滑動(dòng)距離。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于在滑槽(8) 的內(nèi)側(cè)面貼有緩沖膠條(6)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的豎向抗拔型摩擦擺支座，其特征在于滑槽 (8)的底面、上連接鋼板(9)的下表面、擋板(12)的上、下表面和下?lián)鯄K(10)的上表面為具有相同半徑的弧面；上連接鋼板(9)的下弧面頂點(diǎn)M 和擋板(12)的上弧面O在同一豎直平面內(nèi)，并且兩弧面頂點(diǎn)之間留有3mm 10mm的距離；擋板(12)的下弧面頂點(diǎn)E和下?lián)鯄K(10)的上弧面頂點(diǎn)G在 同一豎向柱面內(nèi)，兩頂點(diǎn)之間的距離與上連接鋼板(9)的下弧面頂點(diǎn)M和擋 板(12)的上弧面頂點(diǎn)O之間的距離相同。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種豎向抗拔型摩擦擺支座，屬建筑結(jié)構(gòu)隔震減震控制領(lǐng)域。主要包括有上表面設(shè)置有滑槽(8)的下連接鋼板(13)、滑塊(7)、上部蓋板(4)和抗拔擋板(5)。上部蓋板(4)包括有上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)，二者固定連接為一體。滑塊(7)的上部的半球形突起與下?lián)鯄K(10)的半球形凹槽相配合，滑塊(7)在下?lián)鯄K(10)的帶動(dòng)下能夠沿著滑槽(8)的底面滑動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型在上連接鋼板(9)和下?lián)鯄K(10)之間添加了抗拔擋板(5)，使支座在豎向具有很強(qiáng)的抗拔能力，確保了強(qiáng)地震多維地震作用以及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制作和安裝，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E04H9/02GK201033957SQ20072014922
公開(kāi)日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者李雄彥, 薛素鐸, 偉 趙 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)