專利名稱：能量吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量吸收器，特別涉及可隔絕種種大小不同外力和吸收這些外力的能量的隔震支承。
現(xiàn)有技術(shù)公知的鉛橡膠支承和橡膠支承見WO 94/13974；US 4,117,637；US 4,499,694；US 4,593,502和US 4,713,917。這類支承主要用于建筑物的隔震。地震隔離可使建筑物的自然周期增加而超過激發(fā)運(yùn)動的周期。為此通過退耦減小傳入建筑物的力。一防震系統(tǒng)通常加強(qiáng)吸震機(jī)構(gòu)而消散能量,從而控制位移并減小傳入建筑物的加速度。
當(dāng)今用于建筑物隔震的支承只能吸收其大小范圍很窄的外力。希望有一種支承，它能吸收范圍很寬的種種大小的力，從而不但能隔絕小位移，而且能很好地緩沖大位移。
本發(fā)明的一個(gè)目的是向?qū)崿F(xiàn)這一要求而作出貢獻(xiàn)，或至少為公眾提供一種有用的選擇。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明廣義地說涉及一種吸能支承，包括一對端板，由交替插入在所述兩端板之間的彈性材料層和加固件層構(gòu)成的一層壓制件，每一所述端板在或靠近從一端板穿過所述層壓制件到另一端板的一中心軸線處與所述層壓制件連接，在其他部位不連接，當(dāng)所述支承受外力作用時(shí)，所述層壓制件的該不連接表面部可相對所述兩端板運(yùn)動。
在一實(shí)施例中，一由可塑性變形材料制成的嵌入物沿所述中心軸線從所述一端板伸展到所述另一端板。
在另一實(shí)施例中，不使用嵌入物，因此所述層壓制件從一邊到另一邊并從一端到另一端連續(xù)。
在另一實(shí)施例中，一空芯沿所述中心軸線從所述一端板伸展到所述另一端板。
在另一實(shí)施例中，所述層壓制件中有多個(gè)嵌入物。
所述支承的橫截面最好呈規(guī)則形。
在一實(shí)施例中，所述端板和層壓制件的橫截面呈正方形。
在另一實(shí)施例中，所述端板和層壓制件的橫截面呈圓形。
所述嵌入物的橫截面最好呈圓形。
所述嵌入物的橫截面也可呈正方形。
所述加固件最好為剛性板。
所述剛性板最好用可塑性變形材料制成。
所述剛性板最好用稍有彈性的可塑性變形材料制成。
最好是，當(dāng)使用嵌入物時(shí)，它受一靜壓的壓縮，該靜壓至少接近所述可塑性變形材料的剪切屈服應(yīng)力。
所述嵌入物最好用鉛制成。
所述嵌入物的材料也可為高純度鋁、錫、鋅、銦或鐵；或鉛、鋁、錫、鋅、銦或鐵的合金；或任何超塑性合金；或工作硬化率低的其他材料。
在另一實(shí)施例中，所述嵌入物材料為US 4,713,917所述之類緊壓在一起的顆粒材料。
在一實(shí)施例中，所述顆粒材料為鋼、玻璃珠、鋁、碳化硅或其他相似的硬顆粒材料。
所述顆粒材料也可為顆粒狀鐵、鉛、鋁或其他相似的不怎么硬的材料。
所述嵌入物的橫截面也可呈正方形。
所述嵌入物的橫截面也可呈其他各種幾何形狀。
所述嵌入物的側(cè)視圖最好呈沙漏形。
所述嵌入物的橫截面最好呈規(guī)則的幾何形狀。
所述彈性材料最好為橡膠。
所述端板最好由鋼制成。
所述端板也可由鋁或鋁合金制成。
所述端板也可由陶瓷材料、玻璃纖維或其他合適材料制成。
所述端板最好在所述中心軸線方向上具有一定柔性。
最好是，所述層壓制件中的加固件為鋼板，所述層壓制件兩端的剛性板用固定裝置固定在與之鄰接的端板上。最好是，所述支承中有一所述嵌入物，所述固定裝置抵靠所述嵌入物一端。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種使一建筑物與作用在該建筑物上的地震力隔絕的方法，包括提供一隔震支承，該支承包括一對端板和由所述兩端板之間的交替彈性體層和剛性材料層構(gòu)成的一層壓制件，這兩端板在鄰近于穿過所述兩端板和所述層壓制件的一中心軸線處緊固在所述層壓制件的頂面和底面上，將所述建筑物放置在所述一端板上，所述另一端板放置在地面或另一建筑物上，以及必要時(shí)，把所述建筑物緊固在所述端板上，把另一端板緊固在地面或另一建筑物上。
所述隔震支承最好如上所述。
在第二實(shí)施例中，本發(fā)明廣義地說包括用于一隔震支承中在一對端板之間的一層壓制件，其包括一層壓制件外區(qū)，該外區(qū)由交替彈性體層和加固件層構(gòu)成，使用時(shí)，所述各層平面基本互相平行并與所述兩端板平行，一穿過所述層壓制件的孔，該孔的中心軸線與所述各層的平面正交，所述孔中的一層壓制件的內(nèi)區(qū)，該內(nèi)區(qū)也由交替彈性體層和加固件層構(gòu)成，使用時(shí)，所述各層平面基本互相平行并與所述兩端板平行，所述層壓制件內(nèi)區(qū)本身中央有一由可塑性變形材料制成的芯。
所述層壓制件的橫截面最好呈規(guī)則幾何形狀。
在一實(shí)施例中，所述層壓制件基本呈圓形。
在另一實(shí)施例中，所述內(nèi)區(qū)為圓形，所述外區(qū)為正方形。
所述加固件最好為剛性板。
所述彈性體最好為橡膠。
在一實(shí)施例中，所述加固件從所述可塑性變形材料芯向外伸展到所述內(nèi)部區(qū)與所述外部區(qū)交界處。
在另一實(shí)施例中，所述內(nèi)區(qū)的所述加固件向外伸展地足夠遠(yuǎn)從而與所述外區(qū)的加固件的內(nèi)緣相重疊。
所述層壓制件最好在所述內(nèi)區(qū)中或在所述內(nèi)區(qū)旁有把所述兩端板裝在所述層壓制件上的裝置。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，本發(fā)明廣義地說包括一對端板與上述層壓制件的組合。
在所述組合中，所述兩端板最好在所述端板和所述層壓制件內(nèi)區(qū)的中央附近裝在所述層壓制件上。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明廣義地說包括一在兩部件之間形成一次性連接的接頭，包括一陽連接件，包括一具有一平端面的圓柱形端部、所述端部中靠近所述端面的一環(huán)形凹槽以及一在其徑向面和軸端上開口的槽道，該槽道的徑向深度與所述凹槽的徑向深度基本相同，其徑向面上的寬度至少等于所述環(huán)形凹槽的軸向?qū)挾?，該槽道從所述端面呈螺旋形伸入所述凹槽中，以及一陰連接件，包括其厚度與所述環(huán)形凹槽相配的一板狀部、一穿過所述板狀部的圓孔，其直徑稍大于所述陽連接件中所述軸向凹槽底部的直徑，所述陰連接件中的一引導(dǎo)件，包括所述圓孔外周沿徑向向外切開的一部分，該部分以與所述陽連接件中所述槽道的螺旋形路徑相同的角度沿軸向彎離所述孔的橫截面，從而當(dāng)所述陽連接件的所述圓柱形部的所述平端面緊壓所述陰連接件的所述孔的周邊而把所述引導(dǎo)件導(dǎo)入所述陽連接件的所述槽道中，并在緊壓所述陰連接件的同時(shí)轉(zhuǎn)動所述陽連接件時(shí)，所述引導(dǎo)件在所述槽道中向上升入所述軸向凹槽中而被壓直，從而所述孔的周邊的其他部分進(jìn)入凹槽中，從而當(dāng)所述陽連接件轉(zhuǎn)完一圈時(shí)，所述孔的周邊位于所述環(huán)形凹槽中，所述兩連接件永久連接在一起。
最好是，所述陽連接件為一可穿過本文所述一吸能支承中一端板中央的一穿孔的無螺紋螺栓，所述陰連接件為所述支承的層壓制件中最靠近一端板的一加固件。
在另一實(shí)施例中，所述陽連接件有兩個(gè)伸入所述凹槽中的所述槽道，這兩個(gè)槽道在其徑向面和軸端上開口，所述陰連接件有兩個(gè)所述引導(dǎo)件，當(dāng)所述陽連接件位于所述陰連接件上時(shí)，所述槽道的軸端與所述引導(dǎo)件互相對齊。
在另一實(shí)施例中，所述陽連接件中有三個(gè)或三個(gè)以上的槽道，所述陰連接件中有相應(yīng)數(shù)量的引導(dǎo)件。
最好是，當(dāng)所述引導(dǎo)件中有一個(gè)以上所述槽道時(shí)，各槽道圍繞其陽連接件和陰連接件對稱分布。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明廣義地說包括一吸能支承，包括頂部和底部端部，由交替插入在所述兩端板之間的彈性材料層和加固件層構(gòu)成的基本一體的一層壓制件，所述底部端板只在或靠近從一端板穿過所述層壓制件到另一端板的一中心軸線處與所述層壓制件連接，在其他部位不連接，所述頂部端板不緊固在所述層壓制件上，但在可相對所述層壓制件作垂直往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)受引導(dǎo)件的限制而無法相對所述層壓制件作水平運(yùn)動，
當(dāng)所述支承受外力作用時(shí)，所述層壓制件的該不連接表面部可相對所述兩端板作有限運(yùn)動。
在一實(shí)施例中，所述引導(dǎo)件包括一緊固在所述層壓制件中、向上伸過所述頂部端板的厚度的直立銷和所述頂部端板中的一穿孔，該銷與所述孔松配合，從而所述頂部端板可相對所述層壓制件作垂直往復(fù)運(yùn)動。
在另一實(shí)施例中，所述銷緊固在所述頂部端板上而向下伸出，該松配合孔位于所述層壓制件中。
本發(fā)明廣義地說還包括本申請說明書所述或所示分別或集體而言的各部件、各元件和各特征；兩個(gè)或多個(gè)所述部件、元件或特征的任何或所有組合，此外，如本文中提到的具體實(shí)施例中具有本領(lǐng)域與本發(fā)明有關(guān)的公知等同物，這類公知等同物應(yīng)看成分別包括在此。
本發(fā)明涉及上述內(nèi)容并包括以下例示性結(jié)構(gòu)。
附圖的簡要說明端板在中心處緊固在層壓制件上的本發(fā)明支承下文稱為＂中心受驅(qū)支承＂，該連接稱為＂中心驅(qū)動＂。
下面結(jié)合


本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1為本發(fā)明中心受驅(qū)支承的局部分解圖。
圖2a-2g為端板和/或剛性板結(jié)合裝置的俯視圖，使得它們在其中心軸線方向上具有往復(fù)柔性。
圖3為本發(fā)明端板另一實(shí)施例的俯視圖。
圖4為沿圖3中IV-IV線剖取的剖面圖。
圖5為圖4中箭頭⑤所示部位放大圖。
圖6為一把一端板與一層壓制件中的一剛性板緊固在一起的一次性接頭的局部分解剖面圖。圖6底部為沿圖7中VI-VI線剖取的剖面圖。
圖7為一層壓制件中一供一連接螺栓插入的最外部剛性板的俯視圖。
圖7a為圖7所示板的另一實(shí)施例的俯視圖。
圖8為圖6和7所示把一端板與一層壓制件中的一剛性板緊固在一起的接頭的示意剖面圖。
圖9為其中有一可塑性變形嵌入物的一現(xiàn)有支承的正視示意圖，層壓制件與兩端板相互緊固直至它們的外周，一端板相對另一端板發(fā)生橫向位移。
圖10為其中有一可塑性變形嵌入物的一中心受驅(qū)支承的示意剖面圖，一端板相對另一端板發(fā)生橫向位移。
圖11為其中沒有一可塑性變形嵌入物的一現(xiàn)有隔震支承的正視示意圖，兩端板一直連接到層壓制件的外周上，一端板相對另一端板發(fā)生橫向位移。
圖12為本發(fā)明另一中心受驅(qū)支承的示意剖面圖，一端板相對另一端板發(fā)生橫向位移。
圖13為用于一隔震支承中的本發(fā)明層壓制件另一實(shí)施例的剖面圖。
圖14為可取代圖13所示層壓制件的另一層壓制件的剖面圖。
圖15為處于靜止?fàn)顟B(tài)的圖13所示層壓制件的示意剖面圖。
圖16為圖15所示實(shí)施例水平位移的距離為層壓制件高度的20％。
圖17為圖15所示實(shí)施例水平位移的距離為層壓制件高度的100％。
圖18為圖13所示中心受驅(qū)型層壓制件。圖18所示實(shí)施例水平位移的距離為該支承高度的20％。
圖19同圖18，但水平位移為層壓制件高度的100％。
圖20為一中心受驅(qū)支承一實(shí)施例的局部示意剖面圖，其中，頂部端板不緊固在層壓制件上。
本發(fā)明實(shí)施方式第一實(shí)施例圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例。該支承10有一對端板12和14。端板14通常固定在一建筑物的基礎(chǔ)部上，建筑物底下的上端板12比方說用于隔震。端板12與14之間有一層壓制件，該層壓制件包括埋置在彈性體16中的一疊鋼板18、19和20，該彈性體最好為橡膠。在所示實(shí)施例中，該層壓制件的頂部和底部的鋼板18和20比中間鋼板19稍厚。
板18、19和20的厚度可相同，也可不同；材料的等級可相同，也可不同。這些板最好用鋼制成。鋼可是低碳鋼直到瑞典軟鋼、高抗拉鋼甚至純鐵。當(dāng)主要由這些板起緩沖作用、層壓制件中沒有可塑性變形芯時(shí)，變形一旦超過彈性范圍這些板應(yīng)有很大塑性。正如將結(jié)合圖10和圖12所述的，中心受驅(qū)支承中的加固板所能起到的緩沖作用遠(yuǎn)比現(xiàn)有支承中的加固板(圖9和圖11)大。
層壓制件的中央有一嵌入物22，該嵌入物由可塑性變形材料、最好為鉛制成。層壓制件中有一對具有螺紋孔31的螺母30。每一螺母30的圓周上有一唇部32。頂部鋼板18中有一穿孔17，環(huán)形板18的內(nèi)緣抵靠在唇部32的頂面上。一墊圈28緊壓在板18的頂面上。該支承底部上的一對應(yīng)墊圈同樣界定一緊固板20內(nèi)緣的環(huán)形槽口34。
上端板12的中心孔26做成可供具有一圓柱形螺紋部25的緊固螺栓24穿過。螺栓24然后旋入螺母30中而使上端板12固定。螺栓24的底面壓靠嵌入物22的頂面。在優(yōu)選實(shí)施例中，一橡膠層粘合在表面27上。
在另一種結(jié)構(gòu)中，該上端板具有螺紋孔供螺栓24旋入而不是螺母30中有螺紋孔。
當(dāng)裝配完該結(jié)構(gòu)時(shí)，板14的頂面與彈性體16的底面之間和端板12的底面與彈性體16的頂面之間除螺栓24與螺母30外不連接。這就是中心驅(qū)動。當(dāng)一建筑物放置在端板12上時(shí)，這些表面通常接觸，但層壓制件可如下所述相對兩端板運(yùn)動。
所述實(shí)施例有一可塑性變形嵌入物22，該嵌入物最好用鉛制成。中心受驅(qū)支承的另一實(shí)施例有一由彈性體16和板18、19和20圍成的空心(含有空氣或一種氣體，也可為真空)。
在圖12所示另一實(shí)施例中，沒有嵌入物或空心，端板12與14之間為一層壓制件。
為裝配圖1所示結(jié)構(gòu)，把已裝有螺母30的橡膠16和鋼板20、19和18的交替層壓緊在一起。用螺栓固定底板14。然后插入嵌入物22后用螺栓固定頂板12。然后把橡膠16硫化成圖1所示層壓制件。
在一實(shí)施例中，頂部加固板18和底部加固板20不硫化在彈性體16中。
如所公知，層壓制件中可有一個(gè)以上嵌入物22。當(dāng)有一個(gè)以上嵌入物22時(shí)，它們最好對稱分布在層壓制件中。這些嵌入物可整個(gè)包在彈性體中。
圖2a-2g示出既可用作端板12或14又可用作層壓制件中的頂板或底板18和20的板。由于板12埋置在層壓制件中，因此該支承的中心軸線方向上具有一定柔性。當(dāng)一支承裝配好后這通常為垂直方向。
圖2a-2g所示板12中都有一中心孔26。在圖2a中，板12的厚度或材料使得它具有一定柔性，從而當(dāng)板的彈性起初承受垂直運(yùn)動后用板的塑性緩沖了垂直震動或位移。在圖2b-2g中，板12中有劃痕或切口36和37，從而提供能起同樣作用的柔性。這些劃痕或切口可伸展在板12的一部分厚度上，也可伸展在整個(gè)厚度上。在所有這些例子中，板12既可彈性變形又可塑性變形。該平衡點(diǎn)決定于所選合適材料。
圖3-5示出另一種端板38。板38包括一中心孔44、從孔44徑向向外的一肩部40和從肩部40徑向向外的一唇部39。肩部40中圍繞該孔對稱分布有一系列螺栓孔42。在本發(fā)明該實(shí)施例中，頂板38靠一系列穿過螺栓孔42后旋入頂板18中的相應(yīng)螺紋孔中的螺栓固定在內(nèi)部層壓制件的頂板18上。
孔44用來把一嵌入物22插入層壓制件中的一孔中。在這種結(jié)構(gòu)中，沒有中心孔的頂板18位于端板38與嵌入物22的端部之間。在另一實(shí)施例中，板38沒有中心孔，其中心的厚度與肩部40相同。
圖6-8示出一種用來替代螺母30和螺栓24、把端板12和14中心緊固在層壓制件上的連接裝置。這一連接裝置有兩個(gè)部件。陽部件為一螺栓46。螺栓46可為實(shí)心，也可為空心。它可做成一柱狀螺栓或一銷。陰部件為作為層壓制件一部分埋置在彈性體16中圖1所示鋼板18和20位置上的鋼板48。螺栓46的一平頭端處有一環(huán)形凹槽45。該凹槽45的軸向?qū)挾却笥诎?8的厚度。從螺栓46的平頭端有一螺旋形槽道47伸入環(huán)形凹槽45，其徑向深度與凹槽45相同，其徑向外周開口。鋼板48中有一圓孔51?？?1的直徑稍大于環(huán)形凹槽45底部直徑?？?1有一徑向切口53，一由一圓的一部位切開而成的舌狀引導(dǎo)件49以圖6所示角度翹起。
凹槽45的軸向厚度可厚達(dá)板48厚度的兩倍。當(dāng)凹槽45的軸向厚度接近板48的厚度時(shí)，凹槽45軸向頂面上在槽道47的延長線上可有一凹槽43(虛線所示)，以便于如下文所述連接。槽道47的頂部后唇41最好倒圓。
為把這兩個(gè)連接件裝配在一起，螺栓46抵靠板48，舌49與槽道47的底部開口對齊。然后順時(shí)針轉(zhuǎn)動螺栓，引導(dǎo)件49在槽道47中上升，開始被壓直而進(jìn)入凹槽45中。當(dāng)凹槽45的軸向厚度接近板48的厚度、從而引導(dǎo)件49的厚度時(shí)，引導(dǎo)件可在進(jìn)入凹槽45的同時(shí)升入凹槽43中。隨著繼續(xù)轉(zhuǎn)動，板48稍稍變形，舌49在凹槽45中被完全壓直。當(dāng)轉(zhuǎn)動完成時(shí)，孔51的周邊永久嵌入在環(huán)形凹槽45中。槽道47的唇41倒圓的目的是，當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動螺栓46時(shí)防止切口53的與引導(dǎo)件49相反的一邊被尖角頂開而鍥入槽道47中，從而使該連接脫開。
在圖7a所示另一實(shí)施例(可稱為＂雙開＂接頭)中，孔51的兩邊上有兩個(gè)引導(dǎo)件49和49a。相應(yīng)有形狀與圖6中槽道47相同的第二槽道。在雙開接頭實(shí)施例中，螺栓46順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)引導(dǎo)件49和49a進(jìn)入凹槽45中。轉(zhuǎn)動半圈就完成連接。
也可使用三開或多開實(shí)施例。
這種接頭除了如上所述把端板裝在層壓制件上，也可使用在其他場合。
盡管上述結(jié)構(gòu)的支承中有一用可塑性變形材料制成的嵌入物，但在某些應(yīng)用場合彈性體16和剛性板18、19和20也可伸展在整個(gè)層壓制件中而沒有任何芯。這類支承除了沒有嵌入物，其他方面與圖1所示支承相同。
在另一實(shí)施例中，為了提高柔性，嵌入物22只是空氣。
所示支承10的橫截面呈圓形。層壓制件也可是其中有圓柱形芯的正方形或長方形。芯也可如上述各專利說明書所述呈其他幾何形狀。
如這些專利說明書所述，也可使用鉛之外的各種可塑性變形材料。
工作時(shí)，由于除了螺母30與螺栓24在中央連接，彈性體16的底面和頂面與端板12和14的底面和頂面分離，因此可緩沖大小范圍更廣的外力。
圖9示出US4,117,637所述現(xiàn)有隔震支承。當(dāng)這類支承受到地震時(shí)發(fā)生的外部周期性剪切力的作用時(shí)，頂部端板74和底部端板76如圖9所示發(fā)生水平相對位移。在所示支承中，層壓制件由鋼板78和其中有一鉛嵌入物80的彈性體77構(gòu)成。端板74和76使用現(xiàn)有技術(shù)中所述螺栓或其他公知緊固機(jī)構(gòu)在整個(gè)交界面上緊固在層壓制件上。當(dāng)兩端板的相對位移接近最大值時(shí)，在兩應(yīng)變區(qū)79和81中，層壓制件由于無法拉離端板74和76而被拉長到該材料的極限。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重地震時(shí)，該固定裝置可與層壓制件脫開，該支承必須修復(fù)或更換。如建筑物很大，更換支承的成本就會很高。
圖10示出圖1所示支承中端板12和14受周期性剪切力的作用而發(fā)生水平相對位移。此時(shí)，由于端板12和14之間的連接如結(jié)合圖1所述使用螺母和螺栓24和30而位于中央處，層壓制件可拉離上下端板而形成間隙11和13。當(dāng)板12和14回復(fù)到正常靜止位置時(shí)，層壓制件不受損壞地回復(fù)到圖1所示原位。
圖10還示出另一優(yōu)點(diǎn)。由于所有剛性板18、19和20都可彎曲，因此輔助嵌入物22起緩沖作用。最靠近間隙11和13的剛性板的緩沖作用最大。當(dāng)板18和20不硫化在層壓制件的剩余部分中時(shí)，它們拉離層壓制件的剩余部分或從層壓制件的剩余部分成扇形散開，從而進(jìn)一步減輕圖9中現(xiàn)有支承在區(qū)域79和81發(fā)生的層裂應(yīng)變。
圖11所示彈性體支承中有加固件78但沒有可塑性變形嵌入物。該支承包括端板74和76以及一由彈性體77和鋼板78構(gòu)成的層壓制件。端板74和76固定在層壓制件的直到外周的整個(gè)表面上。在端板74和76的水平相對位移最大時(shí)，生成最大應(yīng)變區(qū)79和81，層壓制件在這兩個(gè)區(qū)中會剝離端板74和76，從而發(fā)生與結(jié)合圖9現(xiàn)有實(shí)施例所述相同的不利后果。
在圖12所示實(shí)施例中，端板74和76靠中心驅(qū)動連接75固定在層壓制件上。它們的其他部位不與層壓制件的頂面和底面連接。與結(jié)合圖10所述相同，層壓制件可拉離端板而形成間隙84和86。如不使用嵌入物，鋼板78、82和83在位移時(shí)彎曲而起緩沖作用，在端板回復(fù)到靜止位置時(shí)撐直。與板18、19和20一樣，板78、82和83或多或少的塑性決定于該支承所要緩沖的外力。當(dāng)板82和83不硫化在層壓制件的剩余部分中時(shí)，它們在間隙84和86中成扇形散開。
本發(fā)明中心受驅(qū)支承的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于加固板的彎曲提高了緩沖作用，因此同樣數(shù)量的材料可吸收更多能量。這意味著，與現(xiàn)有支承比較，對于同樣的緩沖作用來說，中心受驅(qū)支承的高度可減小，從而成本降低。
地震中力的最通常方向?yàn)樗椒较?。偶而會有垂直力，例如在斷層線一邊的地面相對另一邊的地面上升或下降時(shí)。由于端板與層壓制件為中心連接，再加上板使用時(shí)如圖2-5所示在垂直方向上具有柔性，因此可緩沖這些力，減輕支承的損壞。
在圖10和12所示優(yōu)選實(shí)施例中，端板12、14、74和76和鋼板18、20、82和83構(gòu)作成圖2-5實(shí)施例之一。當(dāng)這類支承和其上一建筑物受垂直力的作用時(shí)，端板與層壓制件交界面的各部分可互相分開。同時(shí)，由于端板12、14、74和76和鋼板18、20、82和83具有柔性，因此它們可在垂直方向上上下運(yùn)動而使層壓制件中的彈性體稍稍變形。板的變形也可緩沖垂直力。
應(yīng)該指出，水平力和垂直力通常同時(shí)出現(xiàn)，因此支承變形后的形狀稍不對稱。
第二實(shí)施例圖13示出本發(fā)明第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，本發(fā)明為一用于圖1所示端板12和14之類一對端板之間的層壓制件50。在所示實(shí)施例中，該支承為中心驅(qū)動。在另一實(shí)施例中，兩端板與層壓制件可如現(xiàn)有支承那樣緊固在一起。
該層壓制件由同心的一內(nèi)區(qū)52和一外區(qū)54構(gòu)成。層壓制件50的橫截面可呈任何規(guī)則的幾何形狀。為簡明起見，下面結(jié)合圓形橫截面層壓制件說明本發(fā)明，該層壓制件的內(nèi)區(qū)52的橫截面也呈圓形。該層壓制件的外區(qū)54由交替的彈性體56層和加固件層構(gòu)成，彈性體最好為橡膠，加固件例如為鋼板58。該層壓制件如上結(jié)合圖1所示實(shí)施例所述制成。層壓制件50的外區(qū)54的兩端各有一結(jié)構(gòu)和工作情況與結(jié)合圖1所述螺母30相同的螺母62和緊配合墊圈63。內(nèi)區(qū)52有一用可塑性變形材料、最好為鉛制成的嵌入物64。交替的彈性體層66和環(huán)形鋼板層68環(huán)繞該嵌入物。在該實(shí)施例中，內(nèi)區(qū)52與外區(qū)54之間的邊界60為彈性體66的外圓柱面和彈性體層56和鋼板58的內(nèi)圓柱面。
嵌入物64的兩端各有一個(gè)由一墊圈72固定的帽70。當(dāng)把層壓制件50與端板12和14裝在一起時(shí)，如圖1所示固定螺栓24旋入螺母62中。每一螺栓24的底面27上最好有一層彈性體把帽70和墊圈72與螺栓24的底面27隔開。
圖15-19簡示出圖13所示的實(shí)施例。該層壓制件的一外區(qū)88完全環(huán)繞一具有一嵌入物90的內(nèi)區(qū)91，嵌入物90本身又被彈性體92環(huán)繞。在這些簡示圖中未示出剛性板?？梢钥吹剑度胛?0上下方各有一彈性體92。在其中裝有該層壓制件的一支承中，外區(qū)和內(nèi)區(qū)88和91的上下方各有一端板。
在圖16和17所示實(shí)施例中，層壓制件在其與端板的整個(gè)交界面上與端板緊固在一起。在圖18和19所示實(shí)施例中，層壓制件為中心受驅(qū)。這兩種層壓制件的工作方式的差別是明顯的。
圖16示出向右水平位移(x)為支承高度(h)的約20％。在此位移下，嵌入物90圍繞一中心水平軸線94樞轉(zhuǎn)，彈性體的左上角和右下角發(fā)生彈性變形。嵌入物90圍繞軸線94發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動，但很少塑性變形。內(nèi)區(qū)91的緩沖作用很小或不起緩沖作用。
在圖17所示實(shí)施例中，層壓制件88頂部向右位移(x)約為支承高度(h)的100％。可以看到，彈性體在區(qū)域93和95中大大變形，嵌入物90發(fā)生一定塑性變形。
圖18和19所示中心受驅(qū)實(shí)施例與圖16和17大致相同，只是在區(qū)域96和98中彈性體88不與端板緊貼而是拉離端板，從而如上面結(jié)合圖10和12所述，彈性體88中的加固板可發(fā)生塑性變形。
對圖15-19的說明示出圖13實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在位移不大時(shí)吸能嵌入物90不發(fā)生塑性變形。在出現(xiàn)最大位移時(shí)，塑性變形可吸收更大范圍的力。
第三實(shí)施例圖14所示層壓制件的第二實(shí)施例與圖13所示實(shí)施例相似。圖14中的層壓制件50也有一由一外區(qū)54環(huán)繞的內(nèi)區(qū)52。外區(qū)54由加固件58和彈性體56的交替層構(gòu)成，加固件最好為鋼板，彈性體最好為橡膠。外區(qū)54兩端各有一用緊配合墊圈63固定在最頂部鋼板58的內(nèi)緣上的螺母62。內(nèi)區(qū)52有一個(gè)可塑性變形材料嵌入物64，可塑性變形材料最好為鉛。
該實(shí)施例與圖13實(shí)施例的不同之處在于，外區(qū)與內(nèi)區(qū)之間沒有很分明的邊界。內(nèi)區(qū)與外區(qū)共有彈性體56。但是，內(nèi)區(qū)的鋼板68的直徑足夠大，從而其外緣69向外伸過外區(qū)54的鋼板58的內(nèi)緣。邊緣59和69之間的環(huán)形重疊圓柱區(qū)界定內(nèi)區(qū)與外區(qū)之間的模糊邊界。
圖13和14所示層壓制件可在其中心或以公知方式或以中心受驅(qū)緊固在端板12和14上。當(dāng)為中心受驅(qū)時(shí)，它們具有結(jié)合圖10和12所述所有優(yōu)點(diǎn)。
圖14所示層壓制件的運(yùn)動方式與圖13結(jié)合圖16-19所述極為相同。但是，由于從內(nèi)區(qū)向外伸展的鋼板與從外區(qū)向里伸展的鋼板互相重疊，因此該支承的剛性比圖13所示稍大。
圖20所示實(shí)施例為本發(fā)明一支承的頂部連接部，一建筑物15放置在頂部端板12上。與圖1所示實(shí)施例相同，頂板12下方為一由埋置在彈性體16中的加固板18和19構(gòu)成的層壓制件。其中有一中心嵌入物22。連接頂板12與層壓制件而形成一中心驅(qū)動的不是螺母和螺栓，而是穿過端板12中心的一孔29。其橫截面小于孔29而形成松配合的一銷23緊固在層壓制件中的嵌入物22的該端中。當(dāng)裝配該支承時(shí)，頂板12的孔29與銷23對齊后向下滑套在其上。放置在頂板12上的一建筑物15有一供銷23插入的凹座21。
如在地震中發(fā)生垂直震動，頂板12可套住銷上下活動。在這種結(jié)構(gòu)中，與使用圖2a-2g實(shí)施例不同，端板12對垂直力不起緩沖作用。
圖20實(shí)施例與結(jié)合圖10和12所述相同地緩沖水平力。銷23使得端板12無法相對層壓制件的頂部作很大水平運(yùn)動。除非發(fā)生垂直震動，建筑物15在端板12上的重量使板12固定在其位置上。銷23的高度選擇成比端板12可能升起的最大高度高。
在另一實(shí)施例中，銷23緊固在端板12中而與層壓制件中在嵌入物22上方的中心孔松配合。在這種結(jié)構(gòu)中，端板12可相對層壓制件向上運(yùn)動，但由于銷23的底端插入在層壓制件的該孔中而無法水平運(yùn)動。參考材料Monti M D，F(xiàn)erguson W G and Robinson W H(1995)＂用來消散地震能量的鉛＂IPENZ年會(Annual Conference)卷2 p444-p450Monti M D，F(xiàn)erguson W G and Robinson W H(1995)＂用來緩沖周期運(yùn)動的鉛＂地震工程太平洋年會(PacificConference on Earthquake Engineering)卷3 p323-p330Monti M D and Robinson W H(1996)＂用于減小由風(fēng)和地震造成的運(yùn)動的鉛-剪切緩沖器＂Proceedingsof IIWCEE Mexico CityRobinson W H(1982)＂地震中用來保護(hù)建筑物的鉛-橡膠滯后支承＂地震工程學(xué)和應(yīng)力動力學(xué)(Earthquake Eng.and Str.Dyn)卷10 p593-p604Robinson W H and Greenbank L R(1976)＂地震中用來保護(hù)建筑物的擠壓能吸收器＂地震工程學(xué)和應(yīng)力動力學(xué)(Earthquake Eng.and Str.Dyn)卷4 p251-p259Robinson W H(1995)＂新西蘭在地震隔離方面的經(jīng)驗(yàn)＂ASME/JSME PVP ConferenceHawaii 1995Robinson W H(1996)
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權(quán)利要求
1.一種吸能支承，包括一對端板，由交替插入在所述兩端板之間的彈性材料層和加固件層構(gòu)成的基本一體的層壓制件，每一所述端板在或靠近從一端板穿過所述層壓制件到另一端板的一中心軸線處與所述層壓制件連接，在其他部位不連接，當(dāng)所述支承受外力作用時(shí)，所述層壓制件的該不連接表面部可相對所述兩端板作有限運(yùn)動。
2.按權(quán)利要求1所述的支承，其特征在于，一由可塑性變形材料制成的嵌入物沿所述中心軸線從所述一端板伸展到所述另一端板。
3.按權(quán)利要求1所述的支承，其特征在于，不使用嵌入物，因此所述層壓制件從一邊到另一邊并從一端到另一端連續(xù)。
4.按權(quán)利要求1所述的支承，其特征在于，一空芯沿所述中心軸線從所述一端板伸展到所述另一端板。
5.按權(quán)利要求1所述的支承，其特征在于，所述層壓制件中有多個(gè)嵌入物。
6.按權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述支承的橫截面呈規(guī)則形狀。
7.按權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板和層壓制件的橫截面呈正方形。
8.按權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板和層壓制件的橫截面呈圓形。
9.按權(quán)利要求2所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的橫截面呈圓形。
10.按權(quán)利要求2所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的橫截面呈正方形。
11.按上述任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述加固件包括剛性板。
12.按權(quán)利要求11所述的支承，其特征在于，所述剛性板用可塑性變形材料制成。
13.按權(quán)利要求11所述的支承，其特征在于，所述剛性板用稍有彈性的可塑性變形材料制成。
14.按權(quán)利要求2或5所述的支承，其特征在于，每一嵌入物受一靜壓的壓縮，該靜壓至少接近所述可塑性變形材料的剪切屈服應(yīng)力。
15.按權(quán)利要求2、5、9、10和14中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物用鉛制成。
16.按權(quán)利要求2、5、9、10和14中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的材料為高純度鋁、錫、鋅、銦或鐵；或鉛、鋁、錫、鋅、銦或鐵的合金；或任何超塑性合金；或工作硬化率低的其他材料。
17.按權(quán)利要求2、5、9、10和14中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物材料為緊壓在一起的顆粒材料。
18.按權(quán)利要求17所述的支承，其特征在于，所述顆粒材料為鋼、玻璃珠、鋁、碳化硅或其他相似的硬顆粒材料。
19.按權(quán)利要求17所述的支承，其特征在于，所述顆粒材料為顆粒狀鐵、鉛、鋁或其他相似的不怎么硬的材料。
20.按權(quán)利要求2、5、9、10、14和15-19中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的橫截面呈正方形。
21.按權(quán)利要求2、5、9、10、14和15-19中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的橫截面呈其他各種幾何形狀。
22.按權(quán)利要求2、5、9、10、14和15-19中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的側(cè)視圖呈沙漏形。
23.按權(quán)利要求2、5、9、10、14和15-19中任一權(quán)利要求所述的或在權(quán)利要求6-8和11之一從屬于權(quán)利要求2、5、9和10中任一權(quán)利要求時(shí)按權(quán)利要求6-8和11中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述嵌入物的橫截面呈規(guī)則的幾何形狀。
24.按上述任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述彈性材料為橡膠。
25.按上述任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板由鋼制成。
26.按權(quán)利要求1-24中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板由鋁或鋁合金制成。
27.按權(quán)利要求1-24中任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板由陶瓷材料、玻璃纖維或其他合適材料制成。
28.按上述任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述端板在所述中心軸線方向上具有一定柔性。
29.按上述任一權(quán)利要求所述的支承，其特征在于，所述層壓制件中的加固件為鋼板，所述層壓制件兩端的剛性板用固定裝置固定在與之鄰接的端板上。
30.按權(quán)利要求29所述的支承，其特征在于，所述支承中有一所述嵌入物，每一所述固定裝置抵靠所述嵌入物一端。
31.一種使一建筑物與作用在該建筑物上的地震力隔絕的方法，包括提供一隔震支承，該支承包括一對端板和由所述兩端板之間的交替彈性體層和剛性材料層構(gòu)成的一層壓制件，這兩端板在鄰近于穿過所述兩端板和所述層壓制件的一中心軸線處緊固在所述層壓制件的頂面和底面上，將所述建筑物放置在所述一端板上，所述另一端板放置在地面或另一建筑物上，以及必要時(shí)，把所述建筑物緊固在所述一端板上，把所述另一端板緊固在地面或另一建筑物上。
32.按權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述隔震支承為按權(quán)利要求1-30中任一權(quán)利要求所述的支承。
33.一種用于一隔震支承中在一對端板之間的層壓制件，包括一層壓制件外區(qū)，該外區(qū)由交替彈性體層和加固件層構(gòu)成，使用時(shí)，所述各層平面基本互相平行并與所述兩端板平行，一穿過所述層壓制件的孔，該孔的中心軸線與所述各層的平面正交，所述孔中的一層壓制件內(nèi)區(qū)，該內(nèi)區(qū)也由交替彈性體層和加固件層構(gòu)成，使用時(shí)，所述各層平面基本互相平行并與所述兩端板平行，所述層壓制件內(nèi)區(qū)本身中央有一由可塑性變形材料制成的芯。
34.按權(quán)利要求33所述的層壓制件，其特征在于，所述層壓制件的橫截面呈規(guī)則的幾何形狀。
35.按權(quán)利要求33或34所述的層壓制件，其特征在于，所述層壓制件基本呈圓形。
36.按權(quán)利要求33所述的層壓制件，其特征在于，所述內(nèi)區(qū)為圓形，所述外區(qū)為正方形。
37.按權(quán)利要求33-36中任一權(quán)利要求所述的層壓制件，其特征在于，所述加固件為剛性板。
38.按權(quán)利要求33-37中任一權(quán)利要求所述的層壓制件，其特征在于，所述彈性體為橡膠。
39.按權(quán)利要求33-38中任一權(quán)利要求所述的層壓制件，其特征在于，所述加固件從所述可塑性變形材料芯向外伸展到所述內(nèi)區(qū)與所述外區(qū)交界處。
40.按權(quán)利要求33-38中任一權(quán)利要求所述的層壓制件，其特征在于，所述內(nèi)區(qū)的所述加固件向外伸展得足夠遠(yuǎn)，從而與所述外區(qū)的加固件的內(nèi)緣重疊。
41.按權(quán)利要求33-40中任一權(quán)利要求所述的層壓制件，其特征在于，所述層壓制件在所述內(nèi)區(qū)中或在所述內(nèi)區(qū)旁有把所述兩端板裝在所述層壓制件上的裝置。
42.固定在按權(quán)利要求33-41中任一權(quán)利要求所述的一層壓制件上的一對端板的組合。
43.按權(quán)利要求42所述的組合，其特征在于，所述兩端板在所述兩端板和所述內(nèi)區(qū)的中心附近裝在所述層壓制件上。
44.一種在兩部件之間形成一次性連接的接頭，包括一陽連接件，包括一具有一平端面的圓柱形端部、所述端部中靠近所述端面的一環(huán)形凹槽以及一在其徑向面和軸端上開口的槽道，該槽道的徑向深度與所述凹槽的徑向深度基本相同，其徑向面上的寬度至少等于所述環(huán)形凹槽的軸向?qū)挾?，該槽道從所述端面呈螺旋形伸入所述環(huán)形凹槽中，以及一陰連接件，包括其厚度與所述環(huán)形凹槽相配的一板狀部、一穿過所述板狀部的圓孔，其直徑稍大于所述陽連接件中所述軸向凹槽底部的直徑，所述陰連接件中的一引導(dǎo)件，包括所述圓孔外周沿徑向向外切開的一部分，該部分以與所述陽連接件中所述槽道的螺旋形路徑相同的角度沿軸向彎離所述孔的橫截面，從而當(dāng)所述陽連接件的所述圓柱形部的所述平端面緊壓所述陰連接件的所述孔的周邊而把所述引導(dǎo)件導(dǎo)入所述陽連接件的所述槽道中，并在緊壓所述陰連接件的同時(shí)轉(zhuǎn)動所述陽連接件時(shí)，所述引導(dǎo)件在所述槽道中向上升入所述軸向凹槽中而被壓直，從而所述孔的周邊的其他部分進(jìn)入凹槽中，從而當(dāng)所述陽連接件轉(zhuǎn)完一圈時(shí)，所述孔的周邊位于所述環(huán)形凹槽中，所述兩連接件永久連接在一起。
45.按權(quán)利要求44所述的接頭，其特征在于，所述陽連接件為一可穿過上述一吸能支承中一端板中央的一穿孔的無螺紋螺栓，所述陰連接件為所述支承的層壓制件中最靠近一端板的一加固件。
46.按權(quán)利要求44或45所述的接頭，其特征在于，所述陽連接件有兩個(gè)伸入所述凹槽中的所述槽道，這兩個(gè)槽道在其徑向面和軸端上開口，所述陰連接件有兩個(gè)所述引導(dǎo)件，當(dāng)所述陽連接件位于所述陰連接件上時(shí)，所述槽道的軸端與所述引導(dǎo)件互相對齊。
47.按權(quán)利要求44或45所述的接頭，其特征在于，所述陽連接件中有三個(gè)或三個(gè)以上的槽道，所述陰連接件中有相應(yīng)數(shù)量的引導(dǎo)件。
48.按權(quán)利要求46或47所述的接頭，其特征在于，當(dāng)所述引導(dǎo)件中有一個(gè)以上所述槽道時(shí)，各槽道圍繞其陽連接件和陰連接件對稱分布。
49.一種吸能支承，包括頂部和底部端板，由交替插入在所述兩端板之間的彈性材料層和加固件層構(gòu)成的基本一體的一層壓制件，所述底部端板在或靠近從一端板穿過所述層壓制件到另一端板的一中心軸線處與所述層壓制件連接，在其他部位不連接，所述頂部端板不緊固在所述層壓制件上，但在可相對所述層壓制件作垂直往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)受引導(dǎo)件的限制而無法相對所述層壓制件作水平運(yùn)動，當(dāng)所述支承受外力作用時(shí)，所述層壓制件的該不連接表面部可相對所述兩端板作有限運(yùn)動。
50.按權(quán)利要求49所述的支承，其特征在于，所述引導(dǎo)件包括一緊固在所述層壓制件中的向上伸過所述頂部端板的厚度的直立銷和所述頂部端板中的一穿孔，該銷與所述孔松配合，從而所述頂部端板可相對所述層壓制件作垂直往復(fù)運(yùn)動。
51.按權(quán)利要求49所述的支承，其特征在于，所述銷緊固在所述頂部端板上而向下伸出，該松配合孔位于所述層壓制件中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一吸能支承,主要用于建筑物與地面或其他建筑物部分的隔震。它也可用于緩沖作用在其上裝有該吸能支承的建筑物上的力。該支承包括兩端板,兩端板之間為由彈性層和加固層構(gòu)成的一層壓制件。在一優(yōu)選實(shí)施例中,該層壓制件中有多個(gè)可塑性變形嵌入物。該層壓制件在從一端板到另一端板的中心軸線處與端板緊固在一起,但在靠近周邊處不緊固在一起。其優(yōu)點(diǎn)是比現(xiàn)有支承可吸收更大范圍的力。本發(fā)明還說明了新穎的層壓制件和把層壓制件與兩端板緊固在一起的新穎裝置。
文檔編號E04H9/02GK1263579SQ98807086
公開日2000年8月16日 申請日期1998年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月11日
發(fā)明者威廉·亨利·魯濱遜 申請人:魯賓遜地震有限公司