專利名稱：一種三維隔震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域和隔震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有足夠豎向
承載力而且具有三維適宜剛度和阻尼的新型三維隔震裝置，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)或設(shè) 備的三維隔震，適用于工業(yè)與民用建筑、橋梁、地鐵工程以及重要設(shè)備等工程的隔震。
背景技術(shù)：
隔震技術(shù)是目前世界上研究最成熟和應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)控制方案之一，各國(guó)的建 筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也納入了隔震技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。但目前的絕大部分隔震技術(shù)都只能實(shí)現(xiàn)水平 隔震效果，而對(duì)豎向地震作用基本沒(méi)有效果。但地震動(dòng)本身不僅僅具有水平方向分量，同時(shí) 存在豎向分量甚至扭轉(zhuǎn)分量，即具有三維特性，特別是在高烈度區(qū)域或近地震斷層區(qū)域，地 震動(dòng)的三維特性更為顯著。因此，三維隔震技術(shù)是非常有必要的和重要的，也是未來(lái)隔震技 術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。 國(guó)內(nèi)外部分研究者開(kāi)始關(guān)注和研究三維隔震技術(shù)，但是目前為止仍沒(méi)有太大的實(shí) 質(zhì)性進(jìn)展。2005年1月5日國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開(kāi)了一種三維隔震系統(tǒng)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開(kāi) 號(hào)CN1560395A，該專利申請(qǐng)所公開(kāi)的技術(shù)方案是在普通的鉛芯疊層橡膠隔震器上串聯(lián)組 合碟形彈簧和組合碟形彈簧導(dǎo)向軸中心孔內(nèi)的粘彈性阻尼器材料完成三維隔震目的。該技 術(shù)方案雖然考慮了同時(shí)隔離包括豎向在內(nèi)的三維地震動(dòng)，但是如果在突發(fā)的較大三維地震 動(dòng)作用下，上部聯(lián)結(jié)板可能跳出組合碟形彈簧導(dǎo)向軸而直接導(dǎo)致三維隔震系統(tǒng)的失效，而 且沒(méi)有考慮到突發(fā)的較大豎向地震動(dòng)以及高層建筑物的傾覆等情況下可能造成下部鉛芯 疊層橡膠隔震器的拉伸破壞。2005年11月30日國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開(kāi)了一種變曲率自行復(fù) 位保護(hù)三維減隔震耗能支座的發(fā)明專利，公開(kāi)號(hào)CN1702248A，該專利申請(qǐng)所公開(kāi)的技術(shù)方 案是采用變曲率摩擦滑移隔震進(jìn)行水平隔震，組合碟形彈簧及其疊合件之間的阻尼材料和 中心軸桶阻尼器進(jìn)行豎向隔震，此技術(shù)方案同樣存在著突發(fā)較大豎向跳動(dòng)將導(dǎo)致整個(gè)支座 失效的可能，而且豎向阻尼耗能能力可能不足。2007年5月30日國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)公告 了一種水平豎向復(fù)合隔震裝置實(shí)用新型專利，公告號(hào)CN2905932Y，該專利所披露的技術(shù)方 案是由普通的鉛芯橡膠支座隔震器和主碟形彈簧組以及輔助碟形彈簧組組成的豎向隔震 器組成，采用導(dǎo)向套筒傳遞組合碟簧所受的水平剪力。但該技術(shù)方案沒(méi)有考慮到普通鉛芯 橡膠隔震器不具有自限位和和很強(qiáng)的抗拉能力，而且組合碟形彈簧片之間的摩擦能夠提供 的豎向耗能能力非常有限，同樣，在較大突發(fā)豎向地震動(dòng)作用是，壓套可能會(huì)脫離組合碟形 彈簧的導(dǎo)向筒而導(dǎo)致支座失效。 根據(jù)已有的技術(shù)研究背景，普通的鉛芯疊層橡膠隔震器具有適宜的水平剛度和耗 能能力，但不具備自身限位功能，而且豎向抗拉能力較差。碟形彈簧具有很小的結(jié)構(gòu)構(gòu)造空 間，但能承受很大的軸向壓力，合理的組合多片碟形彈簧能夠獲得適宜的軸向剛度，但組合 碟形彈簧不具備抗拉能力，而且提供的阻尼非常有限。菱形鋼板阻尼器是近年來(lái)提出的鋼 板彎曲耗能的一種新形式，已有的研究表明菱形鋼板阻尼器可以具有較大的初始彈性剛度 和適宜的耗能能力，在結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)中有很大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種三維隔震裝置，該裝置具有足夠的豎向承載能力，同時(shí)具有適 宜的三維隔震剛度和阻尼耗能，具有合理的連接構(gòu)造措施防止三維隔震裝置發(fā)生較大的水 平向和豎向位移，同時(shí)具有抗拉措施，保證三維隔震裝置的整體穩(wěn)定性和工作安全性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 該三維隔震裝置包括抗拉螺栓、防拉擋板、上聯(lián)結(jié)板、復(fù)合組合碟形彈簧、菱形鋼 板阻尼器、螺桿和螺帽、鋼板支承架、碟形彈簧導(dǎo)向軸及其固定板、中聯(lián)結(jié)板、鉛芯疊層橡膠 隔震器、高強(qiáng)拉索、滑動(dòng)導(dǎo)軌和滑塊和下聯(lián)結(jié)板等部分。 6組復(fù)合組合碟形彈簧能夠提供足夠的豎向承載能力和適宜的豎向剛度，分別套 在6個(gè)碟形彈簧導(dǎo)向軸上，頂部和低部放置墊板，保證碟形彈簧徑向自由變形，碟簧導(dǎo)向軸 頂端設(shè)置防拉擋板和抗拉螺栓，防止突發(fā)較大豎向位移時(shí)裝置上聯(lián)結(jié)板跳出碟簧導(dǎo)向軸造 成裝置的失效。 菱形鋼板阻尼器在其中心位置通過(guò)螺桿和螺帽固定于裝置上聯(lián)結(jié)板，兩端通過(guò)支 承圓柱支承于鋼板支承架，鋼板支承架焊接在下部碟簧導(dǎo)向軸固定鋼板上。菱形鋼板阻尼 器布置于周邊6組復(fù)合組合碟簧的中間，上聯(lián)結(jié)板和碟形彈簧導(dǎo)向軸固定板之間周邊或兩 側(cè)都可以布置6組組合碟形彈簧。 在裝置中聯(lián)結(jié)板和下聯(lián)結(jié)板之間放置鉛芯疊層橡膠隔震器，提供適宜的水平剛度 和耗能能力。分別在裝置中聯(lián)結(jié)板下表面和下聯(lián)結(jié)板上表面設(shè)置滑動(dòng)導(dǎo)軌和滑塊，采用4 對(duì)高強(qiáng)拉索分別交叉連接上下各4個(gè)滑塊，滑動(dòng)導(dǎo)軌兩端的固定鋼板起到水平限位的作 用，可以防止裝置發(fā)生過(guò)大的水平剪切變形，同時(shí)可以防止鉛芯疊層橡膠隔震器發(fā)生拉伸 破壞。
本發(fā)明三維隔震裝置具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、水平隔震措施采用已有研究和應(yīng)用都較為成熟的鉛芯疊層橡膠隔震墊來(lái)滿足 水平隔震目的。適宜的水平剛度和鉛芯阻尼性能可以有效地隔離和消耗水平地震作用，避 免強(qiáng)烈水平地震作用下結(jié)構(gòu)及設(shè)備等發(fā)生嚴(yán)重破壞。 2、采用組合碟形彈簧可以在滿足足夠承載能力的前提下，獲得適宜的豎向隔震剛 度，同時(shí)滿足承載和隔震目的，是較為理想的豎向隔震元件。多組碟形彈簧承載可以采用較 小直徑的碟形彈簧，降低裝置造價(jià)。 3、菱形鋼板可以提供較大的初始剛度和適宜的阻尼，與組合碟形彈簧同時(shí)使用可 以有效地隔離和消耗豎向地震動(dòng)，提高結(jié)構(gòu)和重要設(shè)備的抗震安全性和振動(dòng)舒適性。
4、組合碟形彈簧導(dǎo)向軸即可以滿足碟形彈簧變形導(dǎo)向的作用，6根導(dǎo)向軸可以有 效地傳遞裝置上部水平剪力至下部鉛芯疊層橡膠隔震器，頂部的防拉板和抗拉螺栓又可以 保證過(guò)大的豎向地震動(dòng)時(shí)裝置不至于失效。 5、水平滑動(dòng)導(dǎo)軌、滑塊以及8根高強(qiáng)拉索，可以避免鉛芯疊層橡膠隔震器發(fā)生過(guò) 大的水平剪切變形和拉伸破壞，提高了裝置的整體工作安全性。 6、該三維隔震裝置構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，制作加工方便，具有同時(shí)完成三維隔震效果，并 且具有良好的整體穩(wěn)定性和工作安全性。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的上部水平隔震部件平面布置示意圖。
圖3(a)為本發(fā)明的下聯(lián)結(jié)板上表面A-A剖面圖。
圖3(b)為本發(fā)明的中聯(lián)結(jié)板下表面B-B剖面圖。
圖4(a)為本發(fā)明的鋼板支承架結(jié)構(gòu)布置示意圖。
圖4(b)為本發(fā)面的鋼板支承架C-C剖面圖。
圖5為本發(fā)明的導(dǎo)向軸示意圖。 圖6為本發(fā)明的菱形鋼板阻尼器和支承圓柱示意圖。 圖中l(wèi)抗拉螺栓；2防拉擋板；3上聯(lián)結(jié)板；4碟形彈簧墊板；5螺桿；6復(fù)合組合碟 形彈簧；7鋼板支承架；8螺帽；9菱形鋼板阻尼器；10菱形鋼板端部支承圓柱；11碟形彈簧 導(dǎo)向軸；12導(dǎo)向軸固定板；13中間聯(lián)結(jié)板；14鉛芯疊層橡膠隔震器；15滑動(dòng)導(dǎo)軌兩端固定 鋼板；16高強(qiáng)拉索；17滑動(dòng)導(dǎo)軌；18滑塊；19下聯(lián)結(jié)板。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。 本發(fā)明一種三維隔震裝置由抗拉螺栓1、防拉擋板2、裝置上聯(lián)結(jié)板3、碟形彈簧墊 板4、螺桿5和螺帽8、組合碟形彈簧6、鋼板支承架7、菱形鋼板阻尼器9及其兩端支承圓柱 10、碟形彈簧導(dǎo)向軸11及其固定板12、中間聯(lián)結(jié)板13、鉛芯疊層橡膠隔震器14、8根高強(qiáng)拉 索16、滑動(dòng)導(dǎo)軌17及其兩端固定鋼板15、滑塊18和下聯(lián)結(jié)板19組成。
所述的碟形彈簧導(dǎo)向軸11頂端安裝抗拉螺栓1，抗拉螺栓下安裝防拉擋板2，可以 防止在突發(fā)較大豎向位移時(shí)裝置上聯(lián)結(jié)板3跳出碟形彈簧導(dǎo)向軸ll，保證裝置的工作安全 性。碟形彈簧導(dǎo)向軸ll表面需要進(jìn)行特殊處理以滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)表面硬度和粗糙度的要 求，其下端嵌固在導(dǎo)向軸固定板12內(nèi)，導(dǎo)向軸固定板12用螺栓與裝置中間聯(lián)結(jié)板13緊固 連接。碟形彈簧導(dǎo)向軸11與裝置上聯(lián)結(jié)板3之間動(dòng)配合。 所述的上聯(lián)結(jié)板3和碟形彈簧導(dǎo)向軸固定板12之間周邊或兩側(cè)布置6組組合碟 形彈簧6，其頂部和底部分別放置蝶形彈簧墊板4，碟形彈簧墊板4需要進(jìn)行特殊處理以滿 足相關(guān)規(guī)范對(duì)硬度和粗糙度的要求。每組復(fù)合組合碟形彈簧6居中套在其導(dǎo)向軸11上。
所述的菱形鋼板阻尼器9位于導(dǎo)向軸固定板12中心區(qū)域上方。菱形鋼板阻尼器 9中間位置通過(guò)螺桿5和螺帽8連接到上聯(lián)結(jié)板3上，其兩端支承圓柱10支承到鋼板支承 架7上，鋼板支承架連接于碟形彈簧導(dǎo)向軸固定板12上。 所述的鉛芯疊層橡膠隔震器14位于裝置中聯(lián)結(jié)板13和裝置下聯(lián)結(jié)板19之間，中 聯(lián)結(jié)板13下表面和下聯(lián)結(jié)板19上表面分別通過(guò)固定鋼板15設(shè)置滑動(dòng)導(dǎo)軌17和滑塊18， 滑塊18套在滑動(dòng)導(dǎo)軌17上，并且可以沿水平方向自由滑動(dòng)。中聯(lián)結(jié)板13下表面的4個(gè)滑 塊分別和下聯(lián)結(jié)板19上表面相垂直的兩邊上的滑塊通過(guò)4對(duì)交叉的高強(qiáng)拉索16連接，滑 動(dòng)導(dǎo)軌17的長(zhǎng)度可以根據(jù)鉛芯橡膠隔震器14允許的設(shè)計(jì)最大水平剪切位移來(lái)確定，高強(qiáng) 拉索16可以用于鉛芯橡膠隔震器14水平限位和防止其拉伸破壞?；瑝K18以及高強(qiáng)拉索 16的強(qiáng)度根據(jù)三維隔震支座的最大水平剪力和豎向拉力設(shè)計(jì)。 該三維隔震裝置傳遞荷載的工作原理為作用在上聯(lián)結(jié)板3的水平作用力通過(guò)6
5跟碟形彈簧導(dǎo)向軸11傳遞給下部的導(dǎo)向軸固定板12，進(jìn)而通過(guò)中聯(lián)結(jié)板13傳遞給下部的 鉛芯疊層橡膠隔震器14，最后通過(guò)裝置下聯(lián)結(jié)板19傳遞給下部基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)。作用在上聯(lián)結(jié) 板3上的部分豎向荷載通過(guò)6組復(fù)合組合碟形彈簧6傳遞到導(dǎo)向軸固定板12和中聯(lián)結(jié)板 13上，另一部分豎向荷載通過(guò)螺桿5傳遞給菱形鋼板阻尼器9及其兩端支承圓柱10，然后 再通過(guò)鋼板支承架7傳遞到導(dǎo)向軸固定板12和中聯(lián)結(jié)板13上，最后通過(guò)鉛芯疊層橡膠隔 震器14傳遞到裝置下聯(lián)結(jié)板19上。
所述的三維隔震裝置的組裝順序自下而上為 (1)將4對(duì)高強(qiáng)拉索的一端固定在4個(gè)滑塊上，然后將其安裝到固定于裝置下聯(lián)結(jié) 板的4個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)軌上；安裝鉛芯疊層橡膠隔震器和裝置中聯(lián)結(jié)板，然后再將4對(duì)高強(qiáng)拉索的 另一端交叉固定在裝置中聯(lián)結(jié)板上的4個(gè)滑塊上。 (2)放置碟簧導(dǎo)向軸及其固定鋼板，采用螺栓緊固碟簧導(dǎo)向軸固定鋼板和裝置中 聯(lián)結(jié)板。 (3)焊接鋼板支承架到碟簧導(dǎo)向軸固定板上，然后將菱形鋼板阻尼器水平放置于 鋼板支承架兩端的開(kāi)槽內(nèi)，在菱形鋼板中心孔中安裝螺桿和螺栓。 (4)在每個(gè)碟簧導(dǎo)向軸上放置碟簧墊板，然后放置各組復(fù)合組合碟形彈簧，在頂部 放置碟簧墊板。 (5)對(duì)應(yīng)安裝裝置上聯(lián)結(jié)板，然后放置每個(gè)碟簧導(dǎo)向軸頂端的防拉擋板，最后安裝 每個(gè)碟簧導(dǎo)向軸頂端的抗拉螺栓，完成整個(gè)裝置的安裝。
權(quán)利要求
一種三維隔震裝置，該裝置主要由上部的豎向隔震系統(tǒng)、下部的水平隔震系統(tǒng)及上下隔震系統(tǒng)的連接部件組成，該裝置包括抗拉螺栓(1)、防拉擋板(2)、上聯(lián)結(jié)板(3)、碟形彈簧墊板(4)、復(fù)合組合碟形彈簧(6)、組合碟形彈簧導(dǎo)向軸(11)及其固定板(12)、菱形鋼板阻尼器(9)、鋼板支承架(7)和阻尼器端部支承圓柱(10)、連接螺桿(5)和螺帽(8)、中聯(lián)結(jié)板(13)、鉛芯疊層橡膠隔震器(15)、滑動(dòng)導(dǎo)軌(17)、滑塊(18)和高強(qiáng)拉索(16)、下聯(lián)結(jié)板(19)等；上聯(lián)結(jié)板(3)和導(dǎo)向軸固定板(12)之間設(shè)置6組復(fù)合組合碟形彈簧(6)；菱形鋼板阻尼器(9)位于6組組合碟形彈簧(6)的中間；導(dǎo)向軸(11)頂端設(shè)置有防拉擋板(2)和抗拉螺栓(1)，底部?jī)?nèi)嵌于導(dǎo)向軸固定鋼板(12)，導(dǎo)向軸固定鋼板(12)通過(guò)螺栓固定于中間聯(lián)結(jié)板(13)上，導(dǎo)向軸(11)上部與裝置上聯(lián)結(jié)板(3)之間動(dòng)配合；中間聯(lián)結(jié)板(13)和裝置下聯(lián)結(jié)板(19)之間設(shè)置鉛芯疊層橡膠隔震器(14)，中間聯(lián)結(jié)板(13)下表面和裝置下聯(lián)結(jié)板(19)上表面四周分別設(shè)置固定鋼板(15)、兩固定鋼板(15)之間固定滑動(dòng)導(dǎo)軌(17)，其上套滑塊(18)，上下滑塊之間分別交叉固定連接8根高強(qiáng)拉索(16)；滑塊(18)與滑動(dòng)導(dǎo)軌(17)之間動(dòng)配合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三維隔震裝置，其特征在于6組組合碟形彈簧(6)布置 于導(dǎo)向軸固定板(12)的周邊或兩側(cè)，而導(dǎo)向軸固定板(12)中心區(qū)域上方布置菱形鋼板阻 尼器(9)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維隔震裝置，其特征在于菱形鋼板阻尼器(9)兩端 通過(guò)端部支承圓柱(10)支承于鋼板支承架(7)上，中心開(kāi)孔通過(guò)螺桿(5)和螺帽(8)固定 于裝置上聯(lián)結(jié)板(3)，鋼板支承架(7)連接于導(dǎo)向軸固定板(12)。
全文摘要
一種三維隔震裝置，屬于土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域。其特征是主要由鉛芯疊層橡膠隔震器、組合碟形彈簧及其導(dǎo)向軸、菱形鋼板阻尼器等組成，鉛芯疊層橡膠隔震器位于裝置的下部，裝置的下聯(lián)結(jié)板和中間聯(lián)結(jié)板上分別固定滑動(dòng)導(dǎo)軌、滑塊和交叉高強(qiáng)拉索。碟形彈簧導(dǎo)向軸下端的固定鋼板通過(guò)螺栓固定在中間聯(lián)結(jié)板上，復(fù)合組合碟形彈簧套在導(dǎo)向軸上，導(dǎo)向軸的頂端設(shè)置防拉擋板和抗拉螺栓。菱形鋼板阻尼器水平放置，兩端支承在鋼板支承架上，鋼板支承架固定在碟簧導(dǎo)向軸固定鋼板上，菱形鋼板中間通過(guò)螺桿和螺帽固定于三維隔震裝置的上聯(lián)結(jié)板。本發(fā)明具有足夠的豎向承載力，提供適宜的豎向和水平向剛度和阻尼；關(guān)鍵部件具有可靠連接，具有水平限位和豎向抗拉措施。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101761147SQ201010300849
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 賈俊峰 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)