專利名稱：鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在建筑工程、橋梁及其它土木工程中的摩擦消能隔震裝置，尤其涉及一種鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座。
在工程結構中，通過設置隔震層并在隔震層設置減震消能隔震支座及其它部件，可有效減輕水平地震作用，保護結構物、人員及內部設施在強震中的安全。在隔震體系中，隔震層部件包括承受重力荷載的支座、阻尼裝置、水平恢復力部件、抗風穩(wěn)定性裝置以及必要的鎖位限位裝置。研究表明，滑移摩擦支座的阻尼比極大，且其初剛度大，在隔震中既能有效地消能，又能大大減小隔震層的水平側移，并兼作抗風裝置及豎向承載裝置，提高隔震層本身及工程結構整體的安全可靠性。因此滑移支座能在各種不同類型的隔震技術中發(fā)揮良好的力學性能和減震效果。
但摩擦隔震支座在實際工程應用中，由于需滿足使用上的多種技術要求，特別是隔震支座水平側移的安全性、支座摩擦界面的密封性以及摩擦性能的耐久性要求等，故設計制造難度較大。其中，支座水平位移的安全性直接影響整個工程結構的隔震可靠性，摩擦界面的密封性好壞影響支座摩擦性能的穩(wěn)定性和耐久性。此外，由于往往過于強調支座的經濟造價，致使難以滿足上述必要的技術性能要求。
通常，為保證隔震支座在地震作用下水平側移的可靠性，需限制滑動位移，并采用在隔震層附加限位構件的作法，限位構件與摩擦支座是分體式的，不便于設計和施工。另外，為解決摩擦界面的密封性問題，通常對摩擦界面作靜態(tài)的密封處理或對隔震支座作臨時的包裝處理。在支座未發(fā)生滑移狀態(tài)時具有一定程度的封閉性，但這類封閉措施的耐久性較差，且當發(fā)生滑移時，原來的封閉性在滑移過程中容易被破壞。
本實用新型設計所提出的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，合理地解決了滑動鎖位限位及滑移界面在未發(fā)生滑移位移(正常使用)時及其在地震作用下滑移位移過程中的封閉性等問題。
本實用新型設計的目的是地震作用下，在支座水平滑移初期，疊層滑板間產生滑移；在中央核芯體作用下，水平滑移變形均勻分布到支座高度方向上；同時滑板間產生摩擦阻尼，核芯體產生剪切變形和一定的恢復力；而鎖位剪切桿或鎖位拉桿不參與工作。當支座水平側移增加至一定值時，剪切桿或拉桿開始產生剪切變形或拉伸變形并參與工作；支座各層滑板的圓孔兩側對相應剪切桿兩側產生一對方向相反的水平剪力，或是拉桿在支座上、下封板之間產生斜向拉力，同時剪切桿或拉桿約束滑板的滑移位移。此時，剪切桿或拉桿在隔震支座及隔震層增加了水平約束力，從而與隔震層部件所提供的恢復力、阻尼力一道，約束隔震層的水平位移，并將變位鎖定在某一限值以內。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的支座采用了多層疊置滑板的構造型式；支座的中央設置了核芯體，由圓柱形鉛棒或橡膠棒等制成；支座周邊部位設計了內置鎖位限位剪切桿或限位拉桿；在疊層滑板外圍用橡膠層進行了密封處理。
本實用新型的優(yōu)點是，由于支座采用了疊層滑板的構造型式，中央設置了核芯體，所以滑移位移和速度可沿支座高度方向上均勻分布，而不是集中發(fā)生在某一個滑移界面上，有利于減小各滑移界面的位移，并減小支座的平面尺寸，更重要的是便于對支座的摩擦界面及主體部件進行密封處理，提高摩擦穩(wěn)定性和耐久性。因為支座周邊部位設計了內置鎖位限位剪切桿或拉桿，故當支座水平側移增大時，剪切桿或拉桿隨之偏轉；當側移達到設計的允許值時，鎖位剪切桿或拉桿參加工作，約束支座的滑移位移，這樣在隔震支座及隔震層增加了水平約束力，約束隔震層的水平位移，并可鎖定位移范圍。此外，在水平二維地震作用下，鎖位剪切桿或拉桿能夠限定支座水平位移的半徑范圍，從而減小了支座因水平變形過大而發(fā)生豎向承載力失效的可能。另外，由于密封處理是在疊層滑板板邊進行的，而每相鄰兩層滑板的相對滑動位移較小，因而支座在產生水平變位以后，這種密封性也能保持完好而不損壞。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述


圖1(a)是剪切桿鎖位式隔震支座的結構示意圖。
圖1(b)是剪切桿鎖位式隔震支座水平滑移時的工作示意圖。
圖1(c)是剪切桿鎖位式隔震支座的Ⅰ-Ⅰ剖面圖。
圖1(d)是剪切桿鎖位式隔震支座的剪切桿結構示意圖。
圖2(a)是拉桿鎖位式隔震支座的結構示意圖。
圖2(b)是拉桿鎖位式隔震支座水平滑移時的工作示意圖。
圖2(c)是拉桿鎖位式隔震支座的Ⅰ-Ⅰ剖面圖。
圖2(d)是拉桿鎖位式隔震支座的拉桿結構示意圖。
在附圖中，圓柱型的疊層滑板(1)是由多層低摩擦系數(shù)的剛性材料薄板或耐磨有機材料薄板疊置或交替疊置而成，其材料可選用不銹鋼板或聚四氟乙烯板等，其總高度在30mm～600mm范圍，疊層滑板(1)的外圍直徑在100mm～1200mm范圍。在疊層滑板(1)的上下兩端依次裝有上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)，它們是由鋼板或其它剛性材料制成，且分別用粘結法并用螺栓(9)、螺栓(10)相互固定在一起，其中上下封板(5)的直徑與疊層滑板(1)的直徑相同。在上下封板(6)和上下封板(7)的四角處開有工程結構連接孔(11)，用于固定隔震支座。在疊層滑板(1)和上下封板(5)的外側包覆有橡膠保護層(4)。在上下封板(5)、上下封板(6)和疊層滑板(1)的中央相同軸線處開有圓孔(16)，且上下封板(6)所開圓孔(16)的直徑大于疊層滑板(1)和上下封板(5)所開圓孔(16)的直徑(為1.2～2.0倍)。
在圓孔(16)內壓入中央核芯體(2)，中央核芯體(2)由鉛錠或橡膠加工而成，其上、下頂面與上下封板(6)的外表面相平。
在疊層滑板(1)、上下封板(5)和上下封板(6)沿中央核芯體(2)的四周處開有若干圓孔(17)，在本實用新型中可對稱開設有4個圓孔(17)，在圓孔(17)內裝有剪切桿(3)或拉桿(15)。
當在圓孔(17)內裝有剪切桿(3)時，圓孔(17)的直徑大于剪切桿(3)的直徑(具體根據(jù)所允許的支座最大水平位移量確定)，剪切桿(3)是由圓柱型光面實心高強鋼桿制成，其上、下兩端需做成球冠形(球冠直徑為剪切桿(3)直徑的2.0～4.0倍)，剪切桿(3)的球冠形頂部嵌在上下封板(7)相對于圓孔(17)所開的球面形槽(8)內，球面形槽(8)的直徑大于或等于剪切桿(3)端部球冠形的直徑。
因此，地震作用下摩擦滑移支座工作時，若支座水平滑移量較小，中央核芯體(2)隨疊層滑板(1)之間的相對滑移而產生剪切變形，并使滑移變形均勻分布到各疊層滑板(1)之間。而鎖位剪切桿(3)與孔壁間由于存在一定空隙，未參與工作。當支座水平側移量增加到一定值時(如
圖1(b)所示)，剪切桿(3)開始參與工作即在支座的疊層滑板(1)中，每層滑板上圓孔(17)沿位移方向的兩側對相應剪切桿(3)的兩側均產生一對方向相反的水平力偶，從而形成了沿疊層滑板(1)的高度方向均勻分布的力偶矩，該力偶矩約束和限制了剪切桿(3)沿位移方向的偏轉角，同時剪切桿(3)反過來也限制了滑板(1)之間的相對滑移位移量，從而將支座位移鎖定在某一限值之內，起到安全防范作用。在支座水平滑移過程中，橡膠外包層(4)對摩擦界面起封閉保護作用，且外包層(4)本身不會被損壞。此外，在水平二維地震作用時，鎖位剪切桿(3)限定了支座水平變形的半徑范圍，從而減小了支座因二維水平位移范圍過大、有效受壓面過小而發(fā)生豎向承載力失效的可能。
當在圓孔(17)內裝有拉桿(15)時，疊層滑板(1)上所開的圓孔(17)的直徑大于拉桿(15)的最大直徑(具體根據(jù)所允許的支座最大水平位移量來確定)；而上下封板(5)所開的圓孔(17)為球面形孔(球面形孔的直徑大于或等于疊層滑板(1)中的圓孔(17)的直徑，球心位于上下封板(5)的外表面)，上下封板(6)所開的圓孔(17)直徑等于或大于疊層滑板(1)所開圓孔(17)的直徑，上下封板(7)相對應圓孔(17)的位置開有圓柱形槽(18)。拉桿(15)是由一個短鋼套(12)和兩個鋼螺栓(13)組成，兩高強螺栓(13)之間通過鋼套(12)連接起來，并使鋼拉桿(15)預留一定的伸縮余量，拉桿(15)兩端部為半球形鉸(14)，分別與兩高強螺栓(13)連接；圓柱形槽(18)的直徑大于或等于拉桿(15)端部球鉸(14)的直徑，拉桿(15)的上、下兩端部球形鉸(14)放置在疊層滑板(1)和上下封板(5)所開的圓孔(17)內，且其弧形部位與上下封板(5)所開的球形孔(17)相吻合。圓柱形槽(18)和上下封板(6)所開的圓孔(17)構成球形鉸(14)的轉動空間，其圓柱形槽(18)的深度應按不妨礙半球形鉸(14)的自由轉動來確定。
因此，地震作用下摩擦滑移支座工作時，若支座水平滑移量較小，核芯體(2)隨疊層滑板(1)之間的相對滑移而產生剪切變形，并使滑移變形均勻分布到各疊層滑板(1)之間。鎖位拉桿(15)由于具有一定的自由伸縮量，且與圓孔(17)之間存在一定空隙，故只隨著側移而偏轉，未參與工作。當支座水平側移量增加到一定值時(如圖2(b)所示)，拉桿(15)開始參與工作即拉桿(15)在支座上、下封板之間產生斜向拉力，限制了滑板(1)之間的相對滑移位移量，并將支座位移鎖定在某一限值之內，起到安全防范作用。其間，橡膠外包層(4)對摩擦界面起封閉保護作用，且外包層(4)本身不被損壞。此外，在水平二維地震作用時，鎖位拉桿(15)同樣限定了支座水平變形的半徑范圍，從而減小了支座因二維水平位移范圍過大而發(fā)生豎向承載力失效的可能。
權利要求1.一種鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，它是由疊層滑板(1)，中央核芯體(2)，橡膠外包層(4)，支座上下封板(5)，上下封板(6)，上下封板(7)等組成，其特征在于在疊層滑板(1)的上、下兩端依次裝有上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)，在上下封板(5)、上下封板(6)和疊層滑板(1)的中央同一軸線處開有圓孔(16)，在圓孔(16)內設有中央核芯體(2)，在上下封板(5)、上下封板(6)和疊層滑板(1)的四周繞中央核芯體(2)開有若干圓孔(17)，并在圓孔(17)內置有剪切桿(3)或拉桿(15)，在疊層滑板(1)和上、下封板(5)的外圍包覆有橡膠保護層(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于上下封板(5)、上下封板(6)和上下封板(7)之間分別通過粘結法并用螺栓(9)及螺栓(10)連接固定，其中上下封板(5)的直徑等于疊層滑板(1)的直徑，在上下封板(6)和上下封板(7)的四角開有工程結構連接孔(11)。
3.根據(jù)權利要求1所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于在上下封板(6)的中央開設的圓孔(16)的直徑大于上下封板(5)和疊層滑板(1)所開圓孔(16)的直徑，而在上下封板(5)、上下封板(6)和疊層滑板(1)的四周繞中央核心體(2)可開有4個對稱的圓孔(17)，中央核芯體(2)由鉛錠或橡膠材料加工而成，其上、下頂面與上下封板(6)的外表面相平。
4.根據(jù)權利要求1所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于當在圓孔(17)內裝有剪切桿(3)時，則上下封板(7)相對應圓孔(17)的位置開有球面形槽(8)，且圓孔(17)的直徑大于剪切桿(3)的直徑。
5.根據(jù)權利要求1所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于當在圓孔(17)內裝有拉桿(15)時，上下封板(5)所開的圓孔(17)為球面形孔，球面形孔的直徑大于或等于疊層滑板(1)上圓孔(17)的直徑，球心位于上下封板(5)的外表面，上下封板(6)所開圓孔(17)的直徑等于或大于疊層滑板(1)所開圓孔(17)的直徑，上下封板(7)相對應圓孔(17)的位置開有圓柱形槽(18)。
6.根據(jù)權利要求4所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于剪切桿(3)是由圓柱型實心高強鋼桿制成，其上、下兩端的頂部為球冠形，球面形槽(8)的直徑大于或等于剪切桿(3)頂部球冠形的直徑，剪切桿(3)的球冠形頂部嵌在球面形槽(8)內。
7.根據(jù)權利要求5所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于拉桿(15)是由一個鋼套(12)和兩個螺栓(13)組成，兩螺栓(13)之間通過鋼套(12)連接起來，拉桿(15)兩端部為半球形鉸(14)，分別與螺栓(13)連接，圓柱形槽(18)的直徑大于或等于拉桿(15)端部半球形鉸(14)的直徑，拉桿(15)的兩端部球形鉸(14)放置在疊層滑板(1)和上下封板(5)所開的圓孔(17)內，且其弧形部位與上下封板(5)上所開的球面形孔(17)相吻合。
8.根據(jù)權利要求7所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于圓柱形槽(18)和上下封板(6)所開的圓孔(17)構成半球形鉸(14)的轉動空間。
9.根據(jù)權利要求1所述的鎖位式全封閉摩擦消能隔震支座，其特征在于疊層滑板(1)是由多層低摩擦系數(shù)的剛性材料薄板或耐磨有機材料薄板疊置或交替疊置而成。
專利摘要本實用新型適用于在建筑工程、橋梁及其它土木工程的不同隔震體系中使用。其特征在于:地震作用下當摩擦隔震支座水平側移增加到一定值時,剪切桿或拉桿參與工作,從而有效地約束支座及隔震層的水平位移,并將變位鎖定在某一限值以內。此外,由于密封處理是在疊層滑板的外側邊進行的,滑移變形是均布在疊層滑板的高度方向上,所以在支座產生水平變位后,這種密封性也能保持完好而不損壞,并有較強的耐久性。
文檔編號F16F7/00GK2435565SQ00234998
公開日2001年6月20日 申請日期2000年5月27日 優(yōu)先權日2000年5月27日
發(fā)明者張文芳 申請人:張文芳