本實用新型涉及工程隔震技術領域，尤其是涉及一種多棱錐面摩擦隔震支座及隔震系統(tǒng)。

背景技術：

為了減輕地震災害，減少經(jīng)濟損失和人員傷亡，在工程建設時需要考慮工程建設場地可能遭遇到的地震危險程度，對建筑物增加必要的隔震設計。

美國加州大學伯克利分校的Zayas提出了摩擦滑移擺隔震技術(Friction Pendulum System,簡稱FPS)，如圖1(a)所示，F(xiàn)PS包括上部裝置、中心滑塊和下部滑動球形凹面三部分。地震發(fā)生時，中心滑塊可在球形凹面內滑動，從而隔離地震能量。

在FPS的基礎上，Constantinou提出了三重摩擦擺隔震系統(tǒng)(Triple Friction Pendulum System,簡稱TFPS)。如圖1(b)所示，TFPS包括中心滑塊和兩對滑動面，對小震、中震和大震下均有不同的調諧適應能力。

但是上述兩種結構都存在一些缺點：

(1)傳統(tǒng)隔震支座存在固定周期，可能與近場地震發(fā)生共振反應；

(2)對于FPS和TFPS支座，在較大豎向地震動作用下，摩擦子可能從凹槽中脫出，支座失效，如圖2(a)和圖2(b)所示；

(3)地震過后，F(xiàn)PS存在殘余位移，影響使用；

(4)初始剛度較小，在環(huán)境荷載(風雨、交通、地鐵振動等)下可能運動，影響上部結構人員舒適性；

(5)豎向抗拉強度不高，在近場地震下容易提離破壞；

(6)結構不均勻沉降和混凝土徐變收縮對隔震支座有不利影響。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種多棱錐面摩擦隔震支座及隔震系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有隔震技術存在的技術問題。

本實用新型提供的多棱錐面摩擦隔震支座，包括：上部卡座、中部結構及下部結構；

所述下部結構的上表面設置呈倒置多棱錐形狀的凹槽，所述凹槽的內壁構成多棱錐滑動凹面；

所述中部結構包括一搭放在所述下部結構的凹槽邊緣的平板；所述平板的下表面設置凸柱，所述凸柱的下端為與所述多棱錐滑動凹面形狀吻合的多棱錐滑動凸面，使所述凸柱能夠在所述凹槽中滑動；所述平板的上表面設置圓形的卡環(huán)；

所述上部卡座的底部設置與所述卡環(huán)配合的卡槽，使所述上部卡座能夠相對于所述中部結構旋轉。

隔震支座的滑動凹面為多棱錐凹面，沒有固定周期，其剛度隨著水平位移的增大而減小。這種變剛度特性可使多棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)規(guī)避與近場地震能量集中的低頻帶共振的風險，隔震效果良好；

取消了滑塊，使滑動面與中部結構整合在一起，能夠保證支座運動到任何位置，凸柱的多棱錐滑動凸面至少有一面與多棱錐滑動凹面吻合接觸，提供足夠的豎向荷載；

由于構造的特殊性，其支座初始滑動的屈服強度較大。大的屈服強度意味著在比較小的環(huán)境荷載(如風荷載、小震、周圍車輛地鐵通行引發(fā)的微小振動等)下，多棱錐面摩擦隔震支座不會產生滑動，從而不會影響到上部建筑內人員的舒適度。在外部荷載(如地震荷載)較大時，支座才會滑動、產生隔震效果從而保護上部結構的安全。

進一步的，所述的多棱錐面摩擦隔震支座，還包括橡膠墊層；所述橡膠墊層設置在所述上部卡座的上表面。

橡膠墊層可以使支座具備一定豎向隔震作用，并使其能適應基礎的不均勻沉降和由于混凝土蠕變造成的水平位移。再者，在其他支座發(fā)生豎向提離時，支座的橡膠墊層能夠使支座中部水平，從而保證摩擦面的全面接觸。

進一步的，所述凹槽的多棱錐滑動凹面的傾斜角度為1°～4°。

進一步的，所述中部結構的平板、凸柱及卡環(huán)為一體結構。

進一步的，所述下部結構采用高強度混凝土澆筑，并在所述凹槽的表面鋪設不銹鋼板、高強陶瓷板或碳纖維板，或者所述下部結構整體采用不銹鋼、高強陶瓷或碳纖維材料；所述中部結構及所述上部卡座均采用不銹鋼、高強陶瓷或碳纖維材料。

進一步的，所述多棱錐滑動凹面包括三棱錐滑動凹面、四棱錐滑動凹面、五棱錐滑動凹面以及六棱錐滑動凹面，所述凸柱下表面為與所述多棱錐滑動凹面相匹配的多棱錐形狀。

為了保證接觸面積及豎向支撐效果，同時為了保證滑動能力，優(yōu)選采用三棱錐滑動凹面或四棱錐滑動凹面。數(shù)值模擬表明，在近場脈沖型地震下，四棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)結構動力響應比傳統(tǒng)隔震結構最大可減少50-90％，隔震效果良好。

進一步的，所述凸柱下端的多棱錐滑動凸面的表面采用與所述多棱錐滑動凹面之間的摩擦系數(shù)在0.001～0.3之間的彈性材料。

進一步的，所述彈性材料為聚四氟乙烯。

由于聚四氟乙烯(特氟龍)較柔軟，可以使凸柱滑動面與多棱錐凹面的接觸面積增大。更大的接觸面積意味著更大的豎向承載力。這樣在豎向地震動很大、隔震支座出現(xiàn)提離時，可降低傳統(tǒng)FPS滑塊脫離上部凹槽、整個隔震支座破壞的危險。

進一步的，所述凸柱的各側面均設置橡膠墊或橡膠擋塊，以緩沖所述凸柱與所述凹槽內壁之間的碰撞。

在大震下，若中心的凸柱與凹槽內壁碰撞，橡膠邊界可吸收碰撞能量，減小支座破壞風險。隔震支座內部密閉性好，橡膠不易老化；多棱錐面摩擦隔震支座大部分采用不銹鋼、高強陶瓷、碳纖維板或者其他高強材料制成，耐沖擊和高壓，能夠適應更多極端環(huán)境和氣候，魯棒性好。

本實用新型提供的隔震系統(tǒng)，包括設置在建筑物與建筑物基礎之間的所述的多棱錐面摩擦隔震支座，還包括設置在上部建筑底板與基礎頂板之間的十字架豎向防提離限位裝置；

所述十字架豎向防提離限位裝置由正反相扣的兩組“U”形鋼梁組成，兩組“U”形鋼梁分別固定在所述上部建筑底板和所述基礎頂板上。

進一步的，所述多棱錐面摩擦隔震支座設置在所述建筑物各個承重結構或各處承重位置的底部，所述十字架豎向防提離限位裝置設置在所述建筑物底部的各條邊線的中部位置或相鄰兩個多棱錐面摩擦隔震支座的中間位置。

十字架豎向防提離限位裝置能夠防止建筑傾覆。由于多棱錐凹面的傾斜角度可小至1°～4°，所以當水平位移很大時，支座提離位移仍然很小。以水平單向位移容許值為0.5m的四棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)進行計算，其支座最大提離位移為0.5m×tan3°＝0.0262m≈3cm，距離很小。這樣防提離裝置橫梁長度大于1m、兩條橫梁之間凈距等于3cm，即可滿足四棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)支座自由移動和防結構傾覆的雙重需要。這樣十字架豎向防提離限位裝置不僅可以預防結構的提離失效，也可以限制結構提離的高度在一個很小的限值內(小于等于3cm)。

本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型提供的多棱錐面摩擦隔震支座沒有固定周期，規(guī)避了與近場地震能量集中的低頻帶共振的風險；

滑動面與中部結構整合在一起，不會出現(xiàn)滑塊脫落的情況；

采用多棱錐凹面，保證了無論支座運動到任何位置，凸柱至少有一面與多棱錐凹面吻合接觸，能夠提供足夠的豎向荷載；

屈服強度較大，在比較小的環(huán)境荷載下，隔震支座不會產生滑動，從而不會影響到上部建筑內人員的舒適度。

(2)本實用新型提供的隔震系統(tǒng)，還包括十字架豎向防提離限位裝置，可以限制建筑物提離的高度在一個很小的限值內，能夠防止建筑物傾覆。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)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，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1(a)為現(xiàn)有技術中的FPS支座的結構示意圖；

圖1(b)為現(xiàn)有技術中的TFPS支座的結構示意圖；

圖2(a)為現(xiàn)有技術中的FPS支座失效時的示意圖；

圖2(b)為現(xiàn)有技術中的TFPS支座的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例1提供的四棱錐面摩擦隔震支座的軸側視圖；

圖4為本實用新型實施例1提供的四棱錐面摩擦隔震支座的下部結構的軸側視圖；

圖5為本實用新型實施例1提供的四棱錐面摩擦隔震支座的中心橫截面示意圖；

圖6為本實用新型實施例2提供的十字架豎向防提離限位裝置的結構示意圖；

圖7為本實用新型實施例2提供的隔震系統(tǒng)的整體安裝示意圖。

附圖標記：

1-下部結構； 101-四棱錐滑動凹面；

2-中部結構； 201-平板；

202-凸柱； 203-卡環(huán)；

3-上部卡座； 301-卡槽；

4-橡膠墊層； 5-十字架豎向防提離限位裝置；

501-第一鋼梁； 502-第二鋼梁；

6-多棱錐面摩擦隔震支座。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，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實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“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，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

本實用新型提供的多棱錐面摩擦隔震支座，主要包括：上部卡座、中部結構及下部結構。下部結構的底部與建筑物基礎結合在一起，上部卡座的頂部與建筑物結合在一起，從而起到隔震的作用。具體的結構為：

下部結構的上表面設置呈倒置多棱錐形狀的凹槽，凹槽的內壁構成多棱錐滑動凹面；

中部結構包括一搭放在下部結構的凹槽邊緣的平板；平板的下表面設置凸柱，凸柱的下端為與多棱錐滑動凹面形狀吻合的多棱錐滑動凸面，使凸柱能夠在凹槽中滑動；平板的上表面設置圓形的卡環(huán)；

上部卡座的底部設置與卡環(huán)配合的卡槽，使上部卡座能夠相對于中部結構旋轉。

隔震支座的滑動凹面為多棱錐凹面，沒有固定周期，其剛度隨著水平位移的增大而減小。這種變剛度特性可使多棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)規(guī)避傳統(tǒng)隔震支座與近場地震能量集中的低頻帶共振的風險，隔震效果良好；

取消了滑塊，使滑動面與中部結構整合在一起，能夠保證支座運動到任何位置，凸柱的多棱錐滑動凸面至少有一面與多棱錐滑動凹面吻合接觸，提供足夠的豎向荷載；

由于構造的特殊性，其支座初始滑動的屈服強度較大。大的屈服強度意味著在比較小的環(huán)境荷載(如風荷載、小震、周圍車輛地鐵通行引發(fā)的微小振動等)下，多棱錐面摩擦隔震支座不會產生滑動，從而不會影響到上部建筑內人員的舒適度。在外部荷載(如地震荷載)較大時，支座才會滑動、產生隔震效果從而保護上部結構的安全。

下面通過具體的實施例對本實用新型做詳細的說明。

實施例1：

圖3為本實施例提供的四棱錐面摩擦隔震支座的軸側視圖；圖4為本實施例提供的四棱錐面摩擦隔震支座的下部結構的軸側視圖；圖5為本實施例提供的四棱錐面摩擦隔震支座的中心橫截面示意圖。

本實施例中，采用四棱錐面摩擦隔震支座，主要包括：上部卡座3、中部結構2及下部結構1。

下部結構1的上表面設置呈倒置四棱錐形狀的凹槽，凹槽的內壁構成四棱錐滑動凹面101；

中部結構2為一體式成型結構，包括一搭放在下部結構1的凹槽邊緣的平板201；平板201的下表面設置凸柱202，凸柱202的下端為與四棱錐滑動凹面101形狀吻合的四棱錐滑動凸面，使凸柱202能夠在凹槽中滑動；平板201的上表面設置圓形的卡環(huán)203；

上部卡座3的底部設置與卡環(huán)203配合的卡槽301，使上部卡座3能夠相對于中部結構2旋轉。

在上部卡座3的上表面還設置橡膠墊層4，使支座具備一定豎向隔震作用，并使其能適應基礎的不均勻沉降和由于混凝土蠕變造成的水平位移。再者，在其他支座發(fā)生豎向提離時，支座的橡膠墊層4的彈性能夠使支座中部保持水平，從而保證摩擦面的全面接觸。

在本實施例中，四棱錐滑動凹面101的傾斜角度選取為3°。

在本實施例中，下部結構1采用高強度混凝土澆筑，也可采用其他高強材料，如高強陶瓷板或碳纖維板制作。并在所述凹槽的表面鋪設不銹鋼板，從而形成四棱錐滑動凹面101，成本較低，且凹面曲率不變，可保持恒定回復力，使得隔震支座殘余位移為零，結構始終能夠回復到初始位置。不銹鋼板也可以用高強陶瓷板或碳纖維板等高強度板替換。中部結構2及上部卡座3均采用包括不銹鋼、高強陶瓷和碳纖維在內的高強材料。

在其他的實施例中，下部結構1、中部結構2及上部卡座3均整體采用不銹鋼、高強陶瓷或碳纖維材料制備。

為保證滑動的順暢，凸柱202下端的四棱錐滑動凸面的表面采用與所述四棱錐滑動凹面101之間的摩擦系數(shù)在0.001～0.3之間的彈性材料。

在本實施例中，凸柱202下端的四棱錐滑動凸面采用聚四氟乙烯材料。由于聚四氟乙烯(特氟龍)較柔軟，可以使凸柱滑動面與四棱錐凹面的接觸面積增大。更大的接觸面積意味著更大的豎向承載力。這樣在豎向地震動很大、隔震支座出現(xiàn)提離時，可降低傳統(tǒng)FPS滑塊脫離上部凹槽、整個隔震支座破壞的危險。

在本實施例的優(yōu)選方案中，凸柱202下端的四棱錐中柱各側面均設置橡膠墊或橡膠擋塊，以緩沖凸柱202與凹槽內壁之間的碰撞。在大震下，若中心的凸柱與凹槽內壁碰撞，橡膠邊界可吸收碰撞能量，減小支座破壞風險。隔震支座內部密閉性好，橡膠不易老化；多棱錐面摩擦隔震支座大部分采用不銹鋼或者其他高強材料制成，耐沖擊和高壓，能夠適應更多極端環(huán)境和氣候，魯棒性好。

在本實施例的其他方案中，下部結構1的凹槽也可以設置成三棱錐滑動凹面、五棱錐滑動凹面、六棱錐滑動凹面，甚至是更多棱數(shù)的滑動凹面。

但是，為了保證接觸面積及豎向支撐效果，同時為了保證滑動能力，三棱錐滑動凹面和四棱錐滑動凹面的效果較好，滑動凹面的棱數(shù)太多將會導致在滑動的時候，豎向支撐面積及豎向支撐力不足，因此，六棱以上的結構實用性較差。例如本實施例中的四棱錐滑動凹面結構，在任何位置，均能保證凸柱的一個面與凹面吻合接觸，至少保證1/4面積的承重面。如果是三棱錐滑動凹面，則可以至少保證1/3面積的承重面，其他棱數(shù)的結構以此類推。

數(shù)值模擬表明，在近場脈沖型地震下，四棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)結構動力響應比傳統(tǒng)隔震結構可減少30-50％，隔震效果良好。

實施例二：

圖6為本實用新型實施例2提供的十字架豎向防提離限位裝置的結構示意圖；圖7為本實用新型實施例2提供的隔震系統(tǒng)的安裝示意圖。

本實施例提供了一種隔震系統(tǒng)，包括設置在建筑物與建筑物基礎之間的多棱錐面摩擦隔震支座6，還包括設置在建筑物與建筑物基礎之間的十字架豎向防提離限位裝置5。

十字架豎向防提離限位裝置5包括第一鋼梁501和第二鋼梁502：第一鋼梁501為“U”形鋼梁，包括一根水平的橫梁以及橫梁兩端與所述橫梁垂直的豎桿，第一鋼梁501的開口朝上，兩根豎桿的末端分別設置連接部，與上部建筑底板實現(xiàn)固接；第二鋼梁502的結構與第一鋼梁相同，采用倒置的方式，使其呈現(xiàn)倒“U”形結構，并通過兩根豎桿末端的連接部固定在建筑基礎的頂板上。且第一鋼梁501和第二鋼梁502扣合連接，形成十字架的形狀。

具體的，多棱錐面摩擦隔震支座6設置在建筑物各個承重結構或各處承重位置的底部，十字架豎向防提離限位裝置5設置在建筑物底部的各條邊線的中部位置或相鄰兩個多棱錐面摩擦隔震支座的中間位置。

十字架豎向防提離限位裝置5能夠防止建筑傾覆。由于多棱錐凹面的傾斜角度可小至1°～4°，所以當水平位移很大時，支座提離位移仍然很小。以水平單向位移容許值為0.5m的四棱錐面摩擦隔震系統(tǒng)進行計算，其支座最大提離位移為0.5m×tan3°＝0.0262m≈3cm，距離很小。這樣防提離裝置橫梁長度大于1m、兩條橫梁之間凈距等于3cm，即可滿足多棱錐面摩擦隔震支座自由移動和防結構傾覆的雙重需要。這樣十字架豎向防提離限位裝置不僅可以預防結構的提離失效，也可以限制結構提離的高度在一個很小的限值內(小于等于3cm)。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。