多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多級變頻摩擦擺?彈簧三維復(fù)合隔震器。本發(fā)明能有效的解決豎向大承載力、豎向阻尼、變頻抗震、避免共振破壞的難題；不僅具有適宜的剛度和阻尼性能，而且性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，頻率可變，破壞可控，加工制作容易。本發(fā)明的復(fù)合隔震支座主要包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀，其組成包括：1、下承臺板，2、對合組合式碟形彈簧，3、隔震裝置本體，4、內(nèi)層上承壓板，5、上承臺板，6、環(huán)形限位裝置，7、螺旋彈簧，8、碟簧片。本發(fā)明除了可以用于工程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)隔震外，還可以用于機(jī)械設(shè)備的隔振。
【專利說明】
多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001 ]本發(fā)明涉及一種多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器。
【背景技術(shù)】
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[0002]從已經(jīng)取得的地震記錄可以看出，由于地震發(fā)生機(jī)制、距離遠(yuǎn)近和場地土層性質(zhì)的不同，每一地震記錄都有其特定的優(yōu)勢頻率，即在某些頻率上具有豐富的能量。普通非隔震多層建筑物的剛度大、周期短，其基本周期正好在地震輸入能量最大的頻段上，因此相應(yīng)的加速度反應(yīng)比地面運(yùn)動大得多。如果使結(jié)構(gòu)運(yùn)動的頻率錯過這些含能量豐富的優(yōu)勢頻率，就可以減少結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器。
[0004]為了最大限度地減輕地震災(zāi)害，人們提出了結(jié)構(gòu)控制的概念。但是，目前這些控制裝置或系統(tǒng)只是最大限度地減少或隔離水平地震作用，而對豎向地震作用幾乎沒有影響。由于地震動本身具有多維特性，對于一些位于高烈度區(qū)和震中附近的重要建筑和基礎(chǔ)設(shè)施，同時考慮豎向地震分量的三維基礎(chǔ)隔震是非常必要和重要的。但是，國內(nèi)外對豎向基礎(chǔ)隔震的研究尚無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展?，F(xiàn)提出一種多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，可以有效的解決豎向基礎(chǔ)隔震問題。多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器由碟形彈簧和粘彈性阻尼器并聯(lián)組成。能有效的解決豎向大承載力、豎向阻尼、變頻抗震、避免共振破壞的難題。該裝置不僅具有適宜的剛度和阻尼性能，而且性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，頻率可變，破壞可控，加工制作容易。除了可以用于工程結(jié)構(gòu)的豎向基礎(chǔ)隔震外，還可以用于機(jī)械設(shè)備的隔振。因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。在充分研究了碟形彈簧豎向減震裝置特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制造了變頻減震裝置模型，對該模型的豎向剛度和阻尼性能進(jìn)行了靜載與動載試驗(yàn)研究和理論分析。研究結(jié)果表明:該豎向減震裝置具有較適宜的剛度和阻尼性能。豎向阻尼比能達(dá)到15?30%，其靜載剛度和承載力與理論計(jì)算吻合的很好。
[0005]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器屬隔震減震控制領(lǐng)域。現(xiàn)有的三維復(fù)合隔震支座要將其應(yīng)用于大跨網(wǎng)格屋蓋結(jié)構(gòu)存在以下問題:
[0007](I)水平隔震支座與豎向隔震裝置串連，支座的高度大，缺乏穩(wěn)定性；
[0008](2)在地震作用下結(jié)構(gòu)的水平位移較大；
[0009](3)缺乏豎向抗拔能力，支座轉(zhuǎn)動能力不足。
[0010]本發(fā)明的復(fù)合隔震支座主要包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，支座總體外形呈圓柱狀。支座水平向采用平板滑移隔震裝置，使支座高度得以降低，穩(wěn)定性得到了有效保證，同時水平向還設(shè)置了復(fù)位和限位裝置，使支座具有自復(fù)位和限位功能。豎向采用彈簧隔震，通過構(gòu)造設(shè)計(jì)具有合理的轉(zhuǎn)動能力。此外，本發(fā)明的支座整體具有抗拔性。
[0011 ]多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，其組成包括:1、下承臺板，2、對合組合式碟形彈簧，3、隔震裝置本體，4、內(nèi)層上承壓板，5、上承臺板，6、環(huán)形限位裝置，7、螺旋彈簧，
8、碟簧片。裝置本體由金屬圓柱形凹面螺桿、聚四氟乙烯滑動關(guān)節(jié)、限位器和金屬圓柱凸形球面圓桿組成。所述的聚四氟乙烯滑動關(guān)節(jié)連接金屬圓柱形凹面螺桿和金屬圓柱凸形球面圓桿;所述的裝置本體金屬圓柱凸形球面與內(nèi)層上承壓板接觸;所述的內(nèi)層上承壓板與外層上承壓板以球面接觸;所述的金屬圓柱形凹面螺桿與下承板以球面接觸;所述的裝置本體外套對合組合式碟形彈簧，所述的外層上承壓板和下承壓板側(cè)面安裝螺旋彈簧，相鄰的隔震器通過螺旋彈簧連接。
[0012]這個技術(shù)方案有以下有益效果:
[0013]1、多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器可以設(shè)置在建筑物的底部與基礎(chǔ)的頂面之間，也可以設(shè)置在基礎(chǔ)底部，使上部結(jié)構(gòu)與固結(jié)在地基中的基礎(chǔ)分離，延長結(jié)構(gòu)的自振周期。如果建筑物的阻尼不變，則加速度反應(yīng)被大大降低，從而減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，阻礙地震波向上部結(jié)構(gòu)傳播，降低或消除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞，更好地保證了建筑物的安全，達(dá)到結(jié)構(gòu)“大震不倒”的目的。因此本發(fā)明可以用來抵御未來可能發(fā)生的強(qiáng)烈地震動。
[0014]2、多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器的三層滑動面為變曲率球面(R=l.2m_
2.0m)，外側(cè)上下兩個滑移面均為變曲率球面，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇罕遇地震時，滑移面外圍的大半徑滑移面可以在原有周期下，對隔震結(jié)構(gòu)的周期進(jìn)行進(jìn)一步有效減緩(T = 2.8s-3.9s)，二次改變隔震結(jié)構(gòu)振動頻率，既有效耗能，又能達(dá)到避免共振的效果，使得隔震器擁有良好的變頻效果。
[0015]3、結(jié)構(gòu)自重及豎向地震作用由螺旋彈簧的恢復(fù)力提供。多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器特有的圓弧滑動面使其具有自限、自復(fù)位功能和良好的振動穩(wěn)定性，無需附設(shè)阻尼向心機(jī)構(gòu)，使其在實(shí)際應(yīng)用中更為簡便，增加隔震裝置的可靠度。
[0016]4、多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器的三層滑動面、及其不同位置上均有不同的摩擦系數(shù)(0.025-0.06)，可以提供不同的擺動頻率。在小震作用下，裝置本體沿上層內(nèi)承壓板滑動(內(nèi)擺)；設(shè)防地震作用下，裝置本體沿下層承壓板滑動(外擺)；在大震作用下，裝置本體沿上層外承壓板滑動(外擺)。因此可以根據(jù)不同的地震作用，自發(fā)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)自振周期，避免結(jié)構(gòu)與場地土周期接近，產(chǎn)生破壞性較大的共振現(xiàn)象。
[0017]5、對合組合式碟形彈簧還能有效抵御豎向地震作用，有效彌補(bǔ)了一般摩擦擺隔震裝置只能抵御水平地震作用的缺點(diǎn)。
[0018]6、本發(fā)明對結(jié)構(gòu)形式和層數(shù)沒有特別限制，施工簡便，但有下述適用條件:
[0019](I)有較完整的承臺梁。
[0020](2)上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造連接(如圈梁、構(gòu)造柱等)較多
【附圖說明】
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[0021]附圖1是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明如下:
[0022]1、下承臺板，2、對合組合式碟形彈簧，3、隔震裝置本體，4、內(nèi)層上承壓板，5、上承臺板，6、環(huán)形限位裝置，7、螺旋彈簧，8、碟簧片。
【具體實(shí)施方式】
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[0023]實(shí)施例1:
[0024]多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，其組成包括，金屬圓柱形螺旋彈簧4，金屬圓柱形螺旋彈簧4上部伸入到金屬圓柱形凹面螺桿內(nèi)，金屬圓柱形凹面螺桿通過聚四氟乙烯薄板7與上承板9相接觸，金屬圓柱形螺旋彈簧4固定在下承臺板I上，下承臺板I通過下預(yù)埋鋼筋與下承臺梁相連。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]上述的多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，所述的上承板5下表面為光滑球面，所述的上承板5通過上預(yù)埋鋼筋與上承臺梁相連，當(dāng)裝置本體(螺旋彈簧7、裝置本體3)頂面相對上承板5的球面滑動后，上部結(jié)構(gòu)的重力會給頂帽提供一個回到原平衡位置的恢復(fù)力，所述的裝置本體的金屬圓柱凸形球面圓桿半徑與上承板5光滑球面一致，但凸形球面弦長要控制在上承板弦長的1/3?1/4。
[0027]工作過程描述:
[0028]上述的多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，對于新建房屋，在設(shè)計(jì)時要考慮隔震裝置上下各需要一層承臺梁，保證隔震層上下各成整體。
[0029]當(dāng)?shù)陀谠O(shè)防烈度的地震發(fā)生時，水平地震力不足以克服隔震裝置任一滑動面的靜摩擦力，因此此時結(jié)構(gòu)隔震層不工作，結(jié)構(gòu)仍舊為“剛性”抗震體系，承擔(dān)地震作用。
[0030]當(dāng)中強(qiáng)地震發(fā)生時，隔震裝置的水平剛度較小，內(nèi)層上承臺板與上承臺板的之間，以及裝置本體底面與下承臺板之間的摩擦力較小，結(jié)構(gòu)在該層上下發(fā)生水平柔性滑動，使“剛性”的抗震體系變?yōu)椤叭嵝浴钡母粽鸾Y(jié)構(gòu)體系，其自振周期大大延長(例如T = 2?4s)，遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)的自振周期(Ts = 0.2?1.2s)和場地特征周期(Tg = 0.2?1.0s)，從而把地面振動有效地隔開，明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。兩側(cè)的金屬圓柱形螺旋彈簧不僅能有效抵御豎向地震作用，同時還具有彈性變形、彈性恢復(fù)、承擔(dān)豎向荷載和消耗地震能量的特性。
[0031]當(dāng)罕遇地震發(fā)生時，隔震裝置在中強(qiáng)地震工作狀態(tài)的同時，增加裝置本體的摩擦擺動，滑動關(guān)節(jié)的滑動可以進(jìn)一步延長結(jié)構(gòu)的自振周期(例如T = 4?5s)，增加結(jié)構(gòu)的自振頻率，減小震害。
[0032]多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器的作用是:一方面支撐建筑物的全部重量，另一方面能調(diào)整建筑物的自振周期，使結(jié)構(gòu)的基頻一直處于高能量地震頻率范圍之外，從而能夠有效地降低建筑物的地震反應(yīng)。摩擦擺隔震裝置在支撐建筑物時不僅不能喪失它的承載能力，而且還要能夠承受基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間的較大位移。
[0033]對于隔震加固工程應(yīng)采取隔震裝置后安裝方式。切斷隔斷層部分的粧、柱或墻壁后再安裝隔震裝置，此時必須針對房屋基礎(chǔ)周邊回填土開挖后將出現(xiàn)的危險情況對房屋整體或局部進(jìn)行必要的臨時支撐、防護(hù)，保證施工安全;對施工順序、施工精度、施工中的抗震對策等做好設(shè)計(jì)。
[0034]如果是粧基礎(chǔ)部分的隔震加固工程，可按下列順序安裝隔震裝置:
[0035](I)開挖基坑，在建筑物周圍挖掘下部基礎(chǔ)；
[0036](3)打設(shè)承壓板，安裝臨時支撐結(jié)構(gòu)，切斷粧、柱；
[0037](4)安裝金屬預(yù)埋件和隔震裝置；
[0038](5)撤走臨時支撐；
[0039](6)基礎(chǔ)土方回填、夯實(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多級變頻摩擦擺-彈簧三維復(fù)合隔震器，其特征在于，包括水平隔震裝置、豎向隔震裝置兩大部分，隔震器總體外形呈圓柱狀； .1、水平隔震裝置位于隔震器的上部，包括水平承托構(gòu)件、復(fù)位彈簧、滑移層、水平抗拔構(gòu)件和限位構(gòu)件;水平承托構(gòu)件由從上到下依次由上層內(nèi)承臺板(4)、圓形短柱(3)和下承臺板(I)構(gòu)成，且它們的形心相互重合；水平承托構(gòu)件位于上承臺板(5)的內(nèi)部，上承臺板(5)軸線與水平承托構(gòu)件的豎向軸線重合;水平復(fù)位彈簧(7)位于圓形短柱(3)與外護(hù)筒間，沿圓形短柱(3)的徑向輻射布置;水平復(fù)位彈簧(7)的一端與外護(hù)筒的內(nèi)壁連接，另一端與圓形短柱(3)的外壁固定;滑移層設(shè)在隔震器的下部，自上而下依次包括滑移面、圓形碟簧片(8)和銜接水平與豎向隔震裝置的豎向螺旋彈簧(2);滑移面復(fù)合在上承臺板(5)的下表面；圓形碟簧片(8)固定在圓形短柱滑動關(guān)節(jié)的上表面;水平抗拔構(gòu)件由環(huán)形限位裝置(6)構(gòu)成，(6)為一環(huán)形板，環(huán)形限位裝置(6)的內(nèi)環(huán)固定于上承臺板(5)和下承臺板(I)的邊緣地帶。 .2、豎向隔震裝置位于支座的下部，包括導(dǎo)向筒、對合組合式碟形彈簧及彈簧預(yù)壓限位器;導(dǎo)向筒由共心的滑筒插接在導(dǎo)筒共同構(gòu)成，滑筒的筒壁豎剖面呈T形，其上端固定在豎向彈簧承壓板的下表面，導(dǎo)筒的筒壁豎剖面呈U形，下端固定在底部連接板上表面，并在導(dǎo)筒底部設(shè)置豎向承壓墊;對合組合式碟形彈簧(2)均勻?qū)ΨQ地安裝在導(dǎo)向筒內(nèi)，對合組合式碟形彈簧(2)上部與豎向彈簧承壓板的下表面連接，下端與底部連接板的上表面固定;彈簧預(yù)壓限位器位于豎向彈簧承壓板的上部，插接于外護(hù)筒筒壁的預(yù)留孔內(nèi)，預(yù)留孔在外護(hù)筒筒壁上均勻開設(shè);豎向彈簧承壓板與護(hù)筒內(nèi)壁間預(yù)留間隙。
【文檔編號】E04B1/98GK105863098SQ201610308813
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】楊海旭, 薛天瓊, 陳曦光, 于良, 季安康, 周啟哲, 任鴻博
【申請人】東北林業(yè)大學(xué), 楊海旭