一種大震與小震剛度切換減震球型支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及土木工程中的建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種大震與小震剛度切換 減震球型支座。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在大型鋼結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用減震球型支座。球型支座可實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)和下部 結(jié)構(gòu)間的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并能對(duì)上部結(jié)構(gòu)提供彈性支撐。現(xiàn)有的減震球型支座包括:上座板、 上支座墊板、上平面滑板、球冠襯板、中支架、內(nèi)位移箱、減震板簧和外位移箱等。
[0003] 由于采用了上座板、球冠襯板、中支架、內(nèi)位移箱、外位移箱和減震板簧等部件， 因此現(xiàn)有的減震球型支座，能實(shí)現(xiàn)有限轉(zhuǎn)動(dòng)，并為水平向平動(dòng)提供彈性支撐，從而在地震作 用下減小地面和下部結(jié)構(gòu)的震動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。
[0004] 然而，建筑結(jié)構(gòu)中減震球型支座往往需要在正常使用及小震作用下承受一定的水 平荷載而不產(chǎn)生位移，而在大震時(shí)又需要成為彈性支撐。而現(xiàn)有的減震球型支座沒(méi)有考慮 到小震與大震作用下剛度切換。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中減震球型支座沒(méi)有考慮小震與大震作用下剛度切換的問(wèn)題， 本實(shí)用新型對(duì)傳統(tǒng)的減震球型支座提出改進(jìn)，提供一種大震與小震剛度切換減震球型支 座，從而解決現(xiàn)有的球型支座無(wú)法在不同水平地震作用下變換剛度的問(wèn)題。
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種大震與小震剛度切換減震球型支座。
[0007] 本實(shí)用新型的大震與小震剛度切換減震球型支座包括:上座板、上支座墊板、上平 面滑板、球冠襯板、球面滑板、中支架、下支座墊板、內(nèi)位移箱、減震板簧、下平面滑板、外位 移箱、連接墊板和限位銷;其中，上座板的底部具有空腔，為中心對(duì)稱的結(jié)構(gòu);在上座板的空 腔內(nèi)，依次疊放有上支座墊板、上平面滑板和球冠襯板，球冠襯板的頂部具有凹槽，上平面 滑板鑲嵌在凹槽內(nèi)；中支架包括上部的中心對(duì)稱的支柱和底部的長(zhǎng)方體的底座，支柱的頂 部具有與球冠襯板的形狀相對(duì)應(yīng)的凹面，通過(guò)球面滑板將球冠襯板與中支架連接；中支架 的頂端邊緣具有凸起，卡在上座板的空腔內(nèi)；中支架的底座通過(guò)下支座墊板和下平面滑板 連接在外位移箱內(nèi)；中支架的底座、內(nèi)位移箱和外位移箱均為雙軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，即關(guān)于X 軸對(duì)稱并且關(guān)于y軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，在沿X軸方向上，內(nèi)位移箱與中支架的底座之間具有空 隙，在中支架的底座沿X軸方向的兩端分別設(shè)置減震板簧，內(nèi)位移箱與外位移箱之間沒(méi)有 空隙，二者通過(guò)連接墊板連接;在沿y軸方向上，內(nèi)位移箱與中支架的底座之間沒(méi)有空隙， 內(nèi)位移箱與外位移箱之間具有空隙，在內(nèi)位移箱沿y軸方向的兩端外側(cè)分別設(shè)置減震板 簧；中支架的底座沿y軸方向的兩端分別超出支柱形成凸起，在兩端的凸起中分別設(shè)置有多 個(gè)平行于z軸的圓孔，在下平滑板和外位移箱與圓孔相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)置有通孔和凹槽； 多個(gè)限位銷分別設(shè)置在圓孔、通孔和凹槽中，從而多個(gè)限位銷嵌入中支架的底座和外位移 箱中。
[0008] 在中支架的底座與外位移箱中嵌入限位銷，兩端各對(duì)稱地設(shè)置兩個(gè)以上的限位 銷，限位銷的總數(shù)為n，n為2 4的偶數(shù)。限位銷的截面為圓形;采用強(qiáng)度高、硬度高且無(wú)流幅 的材料，如50碳結(jié)鋼，此種鋼強(qiáng)度、硬度較高且無(wú)明顯流幅。限位銷上對(duì)應(yīng)中支架與下平滑 板的界面處設(shè)置有一圈缺口，形成薄弱面，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且側(cè)向力超過(guò)水平地震力閾值時(shí)，限 位銷沿薄弱面被剪斷。
[0009] 內(nèi)位移箱具有四面圍成一圈的側(cè)壁，內(nèi)位移箱在沿X軸方向上相對(duì)的一對(duì)側(cè)壁的 底部具有向外的凸起，與外位移箱的一對(duì)側(cè)壁的頂部沿X軸方向具有向內(nèi)的凸起通過(guò)連接 墊板連接；內(nèi)位移箱在沿y軸方向上相對(duì)的一對(duì)側(cè)壁的頂部具有向內(nèi)的凸起，與中支架的 底部沿y軸方向的兩端具有向外的凸起通過(guò)連接墊板連接。
[0010] 上平面滑板、下平滑板和球面滑板是滑動(dòng)部件，分別實(shí)現(xiàn)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，材料采用聚 四氟乙烯。在上平面滑板、下平滑板和球面滑板的上表面分別設(shè)置有儲(chǔ)油坑，并涂油脂以減 少滑動(dòng)摩擦和磨耗;油脂采用硅脂。
[0011]減振板簧通過(guò)螺栓固定在中支架沿X軸方向的兩端，或者內(nèi)位移箱沿y方向的兩 端外側(cè)。
[0012] 本實(shí)用新型的大震與小震剛度切換減震球型支座的平動(dòng)通過(guò)減震板簧的彈性變 形來(lái)實(shí)現(xiàn);轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)球冠襯板與球面滑板之間的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0013] 限位銷上對(duì)應(yīng)中支架與下平滑板的界面處設(shè)置有一圈缺口，形成薄弱面；當(dāng)震動(dòng) 小于預(yù)先設(shè)定的水平地震力閾值時(shí)，限位銷相當(dāng)于保險(xiǎn)裝置，將中支架與外位移箱的相對(duì) 位置固定，中支架處可繞Z軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)和繞X、y軸有限轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且側(cè)向力超過(guò)水平 地震力閾值時(shí)，限位銷沿薄弱面被剪斷，保險(xiǎn)裝置被打開(kāi)，限位約束被解除，上平面滑板、下 平面滑板和球面滑板處可自由滑動(dòng)，中支架可實(shí)現(xiàn)X方向和y方向兩個(gè)方向的平動(dòng)和各方向 的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減震板簧實(shí)現(xiàn)彈性支承，從而將地震產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，減小結(jié)構(gòu)受到的 地震力；同時(shí)，在滑移過(guò)程中，摩擦阻力又消耗一部分地震能量，使得結(jié)構(gòu)的受力更加合 理，保護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)周期，達(dá)到減震的效果。
[0014] 本實(shí)用新型的大震與小震剛度切換減震球型支座的減震方法，包括以下步驟：
[0015] 1)根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地條件及結(jié)構(gòu)形式確定水平地震力閾值，根據(jù)水平地震力閾值選擇 限位銷的材料和尺寸，在限位銷上對(duì)應(yīng)中支架與下平滑板的界面處設(shè)置薄弱面，將限位銷 嵌入中支架和外位移箱中；
[0016] 2)按照規(guī)范進(jìn)行加工、制作、裝配、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝，在工程場(chǎng)地，減震球型支座的 外位移箱通過(guò)預(yù)埋板(通常為鋼錨板)與下部結(jié)構(gòu)連接，上座板與上部結(jié)構(gòu)通過(guò)螺栓連接；
[0017] 3)當(dāng)震動(dòng)小于預(yù)先設(shè)定的水平地震力閾值時(shí)，限位銷處于閉合狀態(tài)，將中支架與 外位移箱的相對(duì)位置固定，中支架處能夠繞z軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)以及繞X軸和y軸有限轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0018] 4)當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且側(cè)向力超過(guò)水平地震力閾值時(shí)，限位銷沿薄弱面被剪斷，限位約 束被解除，上平面滑板、下平面滑板和球面滑板自由滑動(dòng)，中支架能夠?qū)崿F(xiàn)X方向和y方向兩 個(gè)方向的平動(dòng)和各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減震板簧實(shí)現(xiàn)彈性支承，從而將地震產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換 為勢(shì)能，減小結(jié)構(gòu)受到的地震力；同時(shí)，在滑移過(guò)程中，摩擦阻力又消耗一部分地震能量，實(shí) 現(xiàn)了小震與大震作用下剛度切換。
[0019]其中，在步驟1)中，在中支架的底座與外位移箱中嵌入限位銷，兩端各對(duì)稱地設(shè)置 兩個(gè)以上的限位銷，限位銷的總數(shù)為n，n為2 4的偶數(shù)。限位銷的材料強(qiáng)度高、硬度高且無(wú)流 幅的材料，可選50碳結(jié)鋼，此種鋼強(qiáng)度、硬度較高且無(wú)明顯流幅。限位銷的尺寸滿足：
[0021] 其中，F(xiàn)為水平地震力閾值(N)，n為限位銷的總數(shù)，fv為限位銷的材料的剪切強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，cU為限位銷的薄弱面的直徑(mm)，d 2為限位銷的直徑(mm) 〇
[0022] 在步驟2)中，安裝定位后在氣溫達(dá)到全年平均溫度且各部分結(jié)構(gòu)卸載完畢后再打 開(kāi)封裝，嚴(yán)格對(duì)中、調(diào)平后投入使用。
[0023]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本實(shí)用新型采用了位移箱、減震板簧和限位銷，實(shí)現(xiàn)了小震與大震作用下剛度切 換，分別抵抗不同水平地震作用的目的；當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且側(cè)向力超水平地震力閾值時(shí)，限位銷 被剪斷，限位約束被解除，滑板可自由滑動(dòng)，中支架成為彈性支撐能夠平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將 地震產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能；同時(shí)，在滑移過(guò)程中，摩擦阻力又消耗一部分地震能量，延長(zhǎng) 了結(jié)構(gòu)周期，達(dá)到減震的效果。與現(xiàn)有的減震球型支座相比，本實(shí)用新型最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn) 了球型支座在小震與大震條件下的剛度切換，能夠顯著減小大震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗震性能穩(wěn)定、可靠、耐久等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本實(shí)用新型的大震與小震剛度切換減震球型支座的封裝圖；
[0026] 圖2為本實(shí)用新型的大震與小震剛度切換減震球型支座的剖視圖，其中，（a)為X方 向的剖視圖，（b)為y方向的剖視圖；
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