本發(fā)明涉及減隔震技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于文物防震保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域中的雙向滾輪式隔震裝置及設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

博物館是讓文物在保護(hù)和利用中活起來的載體，將可移動文物大量流向博物館集中保存，也加大了地震等突發(fā)災(zāi)害下大量損毀的可能性。我國60%以上博物館處在強震多發(fā)地震帶上，2008年5.12汶川地震，造成不少于2766件館藏文物損毀。博物館文物的防震措施可分為抗震和隔震兩類方法，就我國館藏浮放文物的現(xiàn)狀而言，傳統(tǒng)的支、粘、卡、綁等方法是主要防震技術(shù)手段，它們雖然在一定程度上可提高文物的抗震性能，但也存在破壞文物、加固效果差、影響外觀等問題；隔震就是以“隔”的方法，借助于某種裝置或材料，把展柜或文物與建筑隔開，以減輕其在地震時的振動效應(yīng)，達(dá)到免遭破壞的目的。

從水平文物隔震角度講，滾輪、滾珠、滾軸式文物隔震支座主要利用裝置在曲面軌道內(nèi)運動來隔震，文物則在地震作用下始終保持水平狀態(tài)。這些裝置的恢復(fù)力由裝置及其上文物的重力提供，阻尼力小，一般不需要設(shè)置恢復(fù)力彈簧；并且隔震周期與文物質(zhì)量無關(guān)，可滿足質(zhì)量很小文物的隔震需求。但是，這些裝置構(gòu)造復(fù)雜，需設(shè)置上下正交雙層軌道，占用空間大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種雙向滾輪式隔震裝置及設(shè)計方法，要解決傳統(tǒng)的滾輪隔震裝置構(gòu)造復(fù)雜、需上下正交雙層軌道且占用空間大的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種雙向滾輪式隔震裝置，由下至上依次包括底板、軌道支架組、曲率軌道組、滾輪組和頂板，所述曲率軌道組包括固定曲率軌道和漂浮曲率軌道，所述固定曲率軌道和漂浮曲率軌道沿著底板四邊、依次交替圍合成矩形結(jié)構(gòu)。

所述固定曲率軌道上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；

所述漂浮曲率軌道上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面。

所述滾輪組包括固定軌道滾輪和漂浮軌道滾輪。

所述固定軌道滾輪與固定曲率軌道上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在固定曲率軌道上；

所述漂浮軌道滾輪與漂浮曲率軌道上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在漂浮曲率軌道上。

優(yōu)選的，每對固定軌道滾輪之間連接有一根通長的固定軌道輪軸；

每對漂浮軌道滾輪之間連接有一根通長的漂浮軌道輪軸。

所述固定軌道輪軸和漂浮軌道輪軸位于同一水平面內(nèi)、十字交叉布置。

漂浮軌道輪軸上分布有穿過固定軌道輪軸的折槽。

優(yōu)選的，每個固定軌道滾輪的軸向上連接有一根固定軌道輪軸；每個漂浮軌道滾輪的軸向上連接有一根漂浮軌道輪軸；

各個固定軌道輪軸和漂浮軌道輪軸之間均無接觸。

優(yōu)選的，所述軌道支架組包括連接在底板和固定曲率軌道之間的下連接墊塊以及設(shè)置在底板和漂浮曲率軌道之間的漂浮軌道支架；所述漂浮曲率軌道與漂浮軌道支架之間為固定連接，漂浮軌道支架與底板之間能相對滑動。

優(yōu)選的，所述漂浮軌道支架是由橫桿和縱桿相互連接而成的矩形網(wǎng)格不變形的鋼架結(jié)構(gòu)，所述漂浮軌道支架與固定軌道輪軸之間設(shè)置有中間墊塊，所述固定軌道輪軸通過中間墊塊固定在漂浮軌道支架上。

優(yōu)選的，所述漂浮軌道輪軸與頂板之間設(shè)置有上連接墊塊，所述頂板通過上連接墊塊固定在漂浮軌道輪軸上。

優(yōu)選的，所述的漂浮軌道滾輪與漂浮軌道輪軸同心，并且漂浮軌道滾輪沿漂浮軌道輪軸軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動；所述的固定軌道滾輪與固定軌道輪軸同心，且固定軌道滾輪沿固定軌道輪軸軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的，所述漂浮軌道滾輪上設(shè)有漂浮軌道輪緣，所述漂浮軌道輪緣卡在漂浮曲率軌道上，并帶動漂浮曲率軌道沿漂浮軌道輪軸軸向移動；所述的固定軌道滾輪上設(shè)有固定軌道輪緣，所述固定軌道輪緣卡在固定曲率軌道上，使固定軌道滾輪沿固定曲率軌道上無間隙移動；

所述漂浮軌道滾輪與漂浮曲率軌道之間、固定軌道滾輪與固定曲率軌道之間設(shè)置阻尼層；所述阻尼層由粗糙面或者高阻尼材料構(gòu)成。

一種雙向滾輪式隔震裝置設(shè)計方法，包括有依據(jù)工程應(yīng)用需求設(shè)置隔震裝置的平面尺寸、形狀以及對個承載部件在設(shè)計荷載下的承載力設(shè)計；還包括有對固定曲率軌道的曲率半徑和接觸面的設(shè)計以及對漂浮曲率軌道的曲率半徑和接觸面的設(shè)計。

其中對固定曲率軌道的曲率半徑和接觸面的設(shè)計，包括步驟如下：

步驟一，確定隔震裝置的設(shè)計周期T₁；取T₁大于隔震裝置安放處場地或建筑樓層水平卓越周期T₀的1.5倍。

步驟二，初步確定固定曲率軌道上表面光滑圓弧面的曲率半徑R；按照單擺公式，L=( T₁/2π)²g，其中g(shù)為重力加速度，單位為m/s²；T₁單位為s；L為擺長，單位為m；固定曲率軌道上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R≥L；固定曲率軌道上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R以固定曲率軌道上表面長軸線的曲率半徑表達(dá)。

步驟三，初步設(shè)計固定軌道滾輪與固定曲率軌道的接觸面；通過計算仿真分析初算，得到設(shè)防地震作用下裝置頂板相對底板的最大位移S₁，比較S₁與固定曲率軌道長度S₀的大小，通過比較的結(jié)果，對接觸面采取初步調(diào)整。

步驟四，通過地震模擬振動臺試驗，測定防震裝置的試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂。

步驟五，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定曲率半徑R；比較步驟四中的試驗設(shè)計周期T₂與步驟一中的設(shè)計周期T₁的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對曲率半徑作相應(yīng)調(diào)整，直到T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟六，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定；比較步驟四中的試驗行程S₂與S₀的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對接觸面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，直到S₂≤0.9×S₀時，取此時的接觸面為設(shè)計接觸面。

所述漂浮曲率軌道的曲率半徑和接觸面的設(shè)計步驟與所述固定曲率軌道的曲率半徑和接觸面的設(shè)計步驟相同。

優(yōu)選的，步驟三中，如果S₁大于 S₀，則增加固定軌道滾輪與固定曲率軌道之間的摩擦系數(shù)；當(dāng)摩擦系數(shù)達(dá)到0.4時S₁仍大于 S₀，則在固定軌道滾輪與固定曲率軌道之間增加高阻尼材料阻尼層。

步驟四中，試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂測定的具體步驟為：

步驟a：在頂板上放置與設(shè)計載荷相同的物體，并與頂板固定。

步驟b：采用位移傳感器測量并記錄頂板的振動響應(yīng)，對多條激勵測量的結(jié)果取平均得到試驗振動響應(yīng)時程；其中，地震臺的激勵應(yīng)包括防震裝置安放處場地地震波和建筑樓層的樓板波。

步驟c：對試驗振動響應(yīng)時程進(jìn)行頻譜變換得到卓越周期作為試驗設(shè)計周期T2，取試驗振動響應(yīng)時程的包絡(luò)最大位移作為試驗行程S2。

步驟五中，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定的具體步驟為：當(dāng)試驗設(shè)計周期T₂小于設(shè)計周期T₁時，按照步驟二中計算的結(jié)果，增大曲率半徑R重新設(shè)計，直至T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟六中，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定的具體步驟為：當(dāng)試驗行程S₂大于S₀時，按照步驟三中的方法對接觸面進(jìn)行重新設(shè)計，直到S₂≤0.9×S₀時，此時的到的接觸面即為設(shè)計接觸面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果。

1、傳統(tǒng)的滾輪隔震裝置，需上下兩層軌道，占用空間大，而本發(fā)明的構(gòu)造做法，只需單層軌道，降低總高度，且能實現(xiàn)雙向隔震。

2、本發(fā)明隔震裝置構(gòu)造簡單，通過固定軌道滾輪和漂浮軌道滾輪在固定曲率軌道和漂浮曲率軌道上的滾動實現(xiàn)隔震目的。

3、本發(fā)明的設(shè)計方法通過調(diào)整固定曲率軌道和漂浮曲率軌道的曲率半徑能夠?qū)崿F(xiàn)不同的隔震效果。

4、本發(fā)明隔震裝置的固定曲率軌道和漂浮曲率軌道設(shè)在同層內(nèi)從而降低了隔震裝置高度，減少了改裝置占用的空間，從而使該隔震裝置便于在工程中應(yīng)用并取得較大的經(jīng)濟效益和明顯的社會效益。

附圖說明

圖1為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置軸測圖。

圖2為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置內(nèi)視圖。

圖3為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置固定曲率軌道與固定軌道滾輪正視圖。

圖4為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置固定曲率軌道與固定軌道滾輪側(cè)視圖。

圖5為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置漂浮曲率軌道與漂浮軌道滾輪正視圖。

圖6為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置漂浮曲率軌道與漂浮軌道滾輪側(cè)視圖。

圖7為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置固定軌道輪軸圖。

圖8為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置漂浮軌道輪軸圖。

圖9為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置固定軌道輪軸及固定軌道滾輪為直線倒角形的橫截面圖。

圖10為實施例一的雙向滾輪式隔震裝置固定軌道輪軸及固定軌道滾輪為弧線形的橫截面圖。

圖11為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置軸測圖。

圖12為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置內(nèi)視圖。

圖13為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置固定曲率軌道與固定軌道滾輪正視圖。

圖14為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置固定曲率軌道與固定軌道滾輪側(cè)視圖。

圖15為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置漂浮曲率軌道與漂浮軌道滾輪正視圖。

圖16為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置漂浮曲率軌道與漂浮軌道滾輪側(cè)視圖。

圖17為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置固定軌道輪軸圖。

圖18為實施例二的雙向滾輪式隔震裝置漂浮軌道輪軸圖。

附圖標(biāo)記： 1―頂板、2—底板、3—固定軌道輪軸、4—漂浮軌道輪軸、5—固定曲率軌道、6—漂浮曲率軌道、7—漂浮軌道支架、8—固定軌道滾輪、9—漂浮軌道滾輪、10—上連接墊塊、11—下連接墊塊、12—固定軌道輪緣、13—漂浮軌道輪緣、14—中間墊塊 。

具體實施方式

如圖1-18所示，一種雙向滾輪式隔震裝置，由下至上依次包括底板2、軌道支架組、曲率軌道組、滾輪組和頂板1，所述曲率軌道組包括固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6，所述固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6沿著底板2四邊、依次交替圍合成矩形結(jié)構(gòu)；所述固定曲率軌道5上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；所述漂浮曲率軌道6上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；所述滾輪組包括固定軌道滾輪8和漂浮軌道滾輪9；所述固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在固定曲率軌道5上；所述漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在漂浮曲率軌道6上。

實施例1：

本實施例中，所述固定曲率軌道5上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；所述漂浮曲率軌道6上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；通過調(diào)整固定曲率軌道5與漂浮曲率軌道6的曲率半徑，可實現(xiàn)兩個方向不同的隔震效果，所述固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在固定曲率軌道5上；所述漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在漂浮曲率軌道6上。

本實施例中，每對固定軌道滾輪8之間連接有一根通長的固定軌道輪軸3；每對漂浮軌道滾輪9之間連接有一根通長的漂浮軌道輪軸4；所述固定軌道輪軸3和漂浮軌道輪軸4位于同一水平面內(nèi)、十字交叉布置；為了降低隔震支座高度，實現(xiàn)單層雙向隔震，漂浮軌道輪軸4上分布有穿過固定軌道輪軸3的折槽，所述漂浮軌道輪軸4上折槽有兩個，與之垂直的固定軌道輪軸3可從該折槽中穿過，使得正交兩向軌道均在同層內(nèi)，在裝置高度不增加的情況下實現(xiàn)雙向隔震。

本實施例中，隔震裝置阻尼力由固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間和漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間的摩擦力提供，固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6上可鋪設(shè)不同材料面層實現(xiàn)不同摩擦效果，或者設(shè)置粗糙面或者高阻尼材料阻尼層。

如圖9和圖10所示，本實施例中所述固定曲率軌道及固定軌道滾輪8接觸面的輪廓線可為直線倒角形或者弧形線，同樣漂浮曲率軌道及漂浮軌道滾輪9也可為直線倒角形或者弧形線，如圖9和圖10。

本實施例中，所述軌道支架組包括連接在底板2和固定曲率軌道5之間的下連接墊塊11以及設(shè)置在底板2和漂浮曲率軌道6之間的漂浮軌道支架7；固定曲率軌道5通過下連接墊塊11與底板2固定，所述漂浮軌道支架7與底板2、漂浮軌道支架7與漂浮曲率軌道6之間均能相對滑動。

本實施例中，所述漂浮軌道支架7是由橫桿和縱桿相互連接而成的矩形網(wǎng)格不變形的鋼架結(jié)構(gòu)，所述漂浮軌道支架7與固定軌道輪軸3之間設(shè)置有中間墊塊14，所述固定軌道輪軸3通過中間墊塊14固定在漂浮軌道支架7上，漂浮曲率軌道6通過漂浮軌道支架7與固定軌道輪軸3相連。

本實施例中，所述漂浮軌道輪軸4與頂板1之間設(shè)置有上連接墊塊10，所述頂板1與漂浮軌道輪軸4通過上連接墊塊10固定。

本實施例中，所述的漂浮軌道滾輪9與漂浮軌道輪軸4同心，并且漂浮軌道滾輪9沿漂浮軌道輪軸4軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動；所述的固定軌道滾輪8與固定軌道輪軸3同心，且固定軌道滾輪8沿固定軌道輪軸3軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動。

本實施例中，所述漂浮軌道滾輪9上設(shè)有漂浮軌道輪緣13，所述漂浮軌道輪緣13卡在漂浮曲率軌道6上，防止漂浮軌道滾輪9沿漂浮曲率軌道6滾動時脫落，并帶動漂浮曲率軌道6在水平面內(nèi)移動；所述的固定軌道滾輪8上設(shè)有固定軌道輪緣12，所述固定軌道輪緣12卡在固定曲率軌道5上，可防止沿固定曲率軌道長軸線滾動時脫落，使固定軌道滾輪8沿固定曲率軌道5上無間隙移動。

本實施例中，地震時，沿著漂浮曲率軌道6長軸線方向，通過漂浮軌道滾輪9在漂浮曲率軌道6上滾動帶動漂浮軌道輪軸4運動，實現(xiàn)該方向隔震；沿著固定曲率軌道5長軸線方向，地震時通過固定軌道滾輪8在固定曲率軌道5上的滾動帶動固定軌道輪軸3運動，實現(xiàn)該方向隔震；同時，固定軌道輪軸3可帶動漂浮曲率軌道6沿著固定曲率軌道5的長軸線方向滑動。

本實施例中，所述頂板1、底板2、固定軌道輪軸3、漂浮軌道輪軸4、漂浮軌道支架7、上連接墊塊10、下連接墊塊11所用材料可以是碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼，其中頂板1和底板2也可選用鋼化玻璃、夾層玻璃和中空玻璃；頂板1、底板2、固定軌道輪軸3、漂浮軌道輪軸4、漂浮軌道支架7、上連接墊塊10以及下連接墊塊11所用材料要求滿足強度及剛度要求。

本實施例中，所述固定曲率軌道5、漂浮曲率軌道6、固定軌道滾輪8、漂浮軌道滾輪9、固定軌道輪緣12以及固漂浮軌道輪緣13所用材料為表面硬化處理的合金結(jié)構(gòu)鋼或者軸承鋼；固定曲率軌道5、漂浮曲率軌道6、固定軌道滾輪8、漂浮軌道滾輪9、固定軌道輪緣12、固漂浮軌道輪緣13所用材料要求滿足強度、剛度及表面硬度要求。

本實施例中，所述固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6，其橫截面可以是圖9所示直線倒角形式，也可以是圖10所示弧線形式；所述固定軌道滾輪8和漂浮軌道滾輪9，其橫截面形式與固定曲率軌道5和漂浮曲面軌道6的橫截面形式相一致。

這種雙向滾輪式隔震裝置設(shè)計方法，包括有依據(jù)工程應(yīng)用需求設(shè)置隔震裝置的平面尺寸、形狀以及對個承載部件在設(shè)計荷載下的承載力設(shè)計；還包括有對固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面的設(shè)計以及對漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面的設(shè)計。

其中對固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面的設(shè)計，包括步驟如下：

步驟一，確定隔震裝置的設(shè)計周期T₁；取T₁大于隔震裝置安放處場地或建筑樓層水平卓越周期T₀的1.5倍。

步驟二，初步確定固定曲率軌道5上表面光滑圓弧面的曲率半徑R；按照單擺公式，L=( T₁/2π)²g，其中g(shù)為重力加速度，單位為m/s²；T₁單位為s；L為擺長，單位為m；固定曲率軌道5上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R≥L；固定曲率軌道5上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R以固定曲率軌道5上表面長軸線的曲率半徑表達(dá)。

步驟三，初步設(shè)計固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5的接觸面；通過計算仿真分析初算，得到設(shè)防地震作用下裝置頂板1相對底板2的最大位移S1（簡稱行程）是否超出固定曲率軌道5的長度S0；如果超出行程，則增加固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間的摩擦系數(shù)，整個摩擦面上摩擦系數(shù)應(yīng)均勻、無明顯變化；摩擦系數(shù)通過物理學(xué)試驗測定；當(dāng)摩擦系數(shù)達(dá)到0.4仍無法滿足行程要求，在固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間增加高阻尼材料阻尼層。

步驟四，通過地震模擬振動臺試驗，測定防震裝置的試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂；試驗中，先在頂板1上放置與設(shè)計載荷相同的物體，并與頂板1固定；采用位移傳感器測量并記錄頂板1的振動響應(yīng)，對多條激勵測量的結(jié)果取平均得到試驗振動響應(yīng)時程；其中，地震臺的激勵應(yīng)包括防震裝置安放處場地地震波和建筑樓層的樓板波；最后，對試驗振動響應(yīng)時程進(jìn)行頻譜變換得到卓越周期作為試驗設(shè)計周期T2，取試驗振動響應(yīng)時程的包絡(luò)最大位移作為試驗行程S2。

步驟五，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定曲率半徑R；比較步驟四中的試驗設(shè)計周期T₂與步驟一中的設(shè)計周期T₁的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對曲率半徑作相應(yīng)調(diào)整；當(dāng)試驗設(shè)計周期T2不大于設(shè)計周期T1時，轉(zhuǎn)到步驟二，增大曲率半徑R重新設(shè)計；直到T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟六，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定；比較步驟四中的試驗行程S₂與S₀的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對接觸面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)試驗行程S₂大于S₀時，按照步驟三中的方法對接觸面進(jìn)行重新設(shè)計，直到S₂≤0.9×S₀時，取此時的接觸面為設(shè)計接觸面。

漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面設(shè)計參照上述固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面設(shè)計方法進(jìn)行，包括步驟如下：

步驟1，確定隔震裝置的設(shè)計周期T₁；取T₁大于隔震裝置安放處場地或建筑樓層水平卓越周期T₀的1.5倍。

步驟2，初步確定漂浮曲率軌道6上表面光滑圓弧面的曲率半徑R；按照單擺公式，L=( T₁/2π)²g，其中g(shù)為重力加速度，單位為m/s²；T₁單位為s；L為擺長，單位為m；漂浮曲率軌道6上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R≥L；漂浮曲率軌道6上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R以漂浮曲率軌道6上表面長軸線的曲率半徑表達(dá)。

步驟3，初步設(shè)計漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6的接觸面；通過計算仿真分析初算，得到設(shè)防地震作用下裝置頂板1相對底板2的最大位移S1（簡稱行程）是否超出漂浮曲率軌道6的長度S0；如果超出行程，則增加漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間的摩擦系數(shù)，整個摩擦面上摩擦系數(shù)應(yīng)均勻、無明顯變化；摩擦系數(shù)通過物理學(xué)試驗測定；當(dāng)摩擦系數(shù)達(dá)到0.4仍無法滿足行程要求，在漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間增加高阻尼材料阻尼層。

步驟4，通過地震模擬振動臺試驗，測定防震裝置的試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂；試驗中，先在頂板1上放置與設(shè)計載荷相同的物體，并與頂板1固定；采用位移傳感器測量并記錄頂板1的振動響應(yīng)，對多條激勵測量的結(jié)果取平均得到試驗振動響應(yīng)時程；其中，地震臺的激勵應(yīng)包括防震裝置安放處場地地震波和建筑樓層的樓板波；最后，對試驗振動響應(yīng)時程進(jìn)行頻譜變換得到卓越周期作為試驗設(shè)計周期T2，取試驗振動響應(yīng)時程的包絡(luò)最大位移作為試驗行程S2。

步驟5，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定曲率半徑R；比較步驟四中的試驗設(shè)計周期T₂與步驟一中的設(shè)計周期T₁的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對曲率半徑作相應(yīng)調(diào)整；當(dāng)試驗設(shè)計周期T2不大于設(shè)計周期T1時，轉(zhuǎn)到步驟二，增大曲率半徑R重新設(shè)計；直到T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟6，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定；比較步驟四中的試驗行程S₂與S₀的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對接觸面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)試驗行程S₂大于S₀時，按照步驟三中的方法對接觸面進(jìn)行重新設(shè)計，直到S₂≤0.9×S₀時，取此時的接觸面為設(shè)計接觸面。

所述漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面可與固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面不同。

實施例2：

如圖11-18本實施例中，所述固定曲率軌道5上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；所述漂浮曲率軌道6上表面、沿其長軸方向設(shè)有兩段光滑弧面；通過調(diào)整固定曲率軌道5與漂浮曲率軌道6的曲率半徑，可實現(xiàn)兩個方向不同的隔震效果，所述固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在固定曲率軌道5上；所述漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6上的光滑弧面對應(yīng)、有兩對，且滑動連接在漂浮曲率軌道6上。

本實施例中，每個固定軌道滾輪8的軸向上連接有一根固定軌道輪軸3；每個漂浮軌道滾輪9的軸向上連接有一根漂浮軌道輪軸4。

各個固定軌道輪軸3和漂浮軌道輪軸4之間均無接觸。

本實施例中，為了降低隔震支座高度，實現(xiàn)單層雙向隔震，固定軌道輪軸3和漂浮軌道輪軸4均在中部截斷，使得正交兩向軌道均在同層內(nèi)，在裝置高度不增加的情況下實現(xiàn)雙向隔震。

本實施例中，所述軌道支架組包括連接在底板2和固定曲率軌道5之間的下連接墊塊11以及設(shè)置在底板2和漂浮曲率軌道6之間的漂浮軌道支架7；所述固定曲率軌道5通過下連接墊塊11固定在底板2上；所述漂浮曲率軌道6與漂浮軌道支架7之間為固定連接，漂浮軌道支架7與底板2之間能相對滑動。

本實施例中，所述漂浮軌道支架7是由橫桿和縱桿相互連接而成的矩形網(wǎng)格不變形的鋼架結(jié)構(gòu)，所述漂浮軌道支架7與固定軌道輪軸3之間設(shè)置有中間墊塊14，所述固定軌道輪軸3通過中間墊塊14固定在漂浮軌道支架7上，漂浮曲率軌道6通過漂浮軌道支架7與固定軌道輪軸3相連。

本實施例中，所述固定軌道輪軸3與中間墊塊14整體呈L型。

本實施例中，所述漂浮軌道輪軸4與頂板1之間設(shè)置有上連接墊塊10，所述頂板1與漂浮軌道輪軸4通過上連接墊塊10固定。

本實施例中，所述漂浮軌道輪軸4與上連接墊塊10整體呈L型。

本實施例中，所述的漂浮軌道滾輪9與漂浮軌道輪軸4同心，并且漂浮軌道滾輪9沿漂浮軌道輪軸4軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動；所述的固定軌道滾輪8與固定軌道輪軸3同心，且固定軌道滾輪8沿固定軌道輪軸3軸心線無摩擦或低摩擦轉(zhuǎn)動。

本實施例中，所述漂浮軌道滾輪9上設(shè)有漂浮軌道輪緣13，所述漂浮軌道輪緣13卡在漂浮曲率軌道6上，防止漂浮軌道滾輪9沿漂浮曲率軌道6滾動時脫落，并帶動漂浮曲率軌道6沿漂浮軌道輪軸4軸向移動；所述的固定軌道滾輪8上設(shè)有固定軌道輪緣12，所述固定軌道輪緣12卡在固定曲率軌道5上，可防止沿固定曲率軌道長軸線滾動時脫落，使固定軌道滾輪8沿固定曲率軌道5上無間隙移動。

本實施例中，沿著漂浮曲率軌道6長軸線方向，地震時通過漂浮軌道滾輪9在漂浮曲率軌道6上滾動帶動漂浮軌道輪軸4運動，實現(xiàn)該方向隔震；沿著固定曲率軌道5長軸線方向，地震時通過固定軌道滾輪8在固定曲率軌道5上的滾動帶動固定軌道輪軸3運動，實現(xiàn)該方向隔震；同時，固定軌道輪軸3可帶動漂浮曲率軌道6沿著固定曲率軌道5的長軸線方向滑動。

本實施例中，所述頂板1、底板2、固定軌道輪軸3、漂浮軌道輪軸4、漂浮軌道支架7、上連接墊塊10、下連接墊塊11所用材料可以是碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼，其中頂板1和底板2也可選用鋼化玻璃、夾層玻璃和中空玻璃；頂板1、底板2、固定軌道輪軸3、漂浮軌道輪軸4、漂浮軌道支架7、上連接墊塊10以及下連接墊塊11所用材料要求滿足強度及剛度要求。

本實施例中，所述固定曲率軌道5、漂浮曲率軌道6、固定軌道滾輪8、漂浮軌道滾輪9、固定軌道輪緣12以及固漂浮軌道輪緣13所用材料為表面硬化處理的合金結(jié)構(gòu)鋼或者軸承鋼；固定曲率軌道5、漂浮曲率軌道6、固定軌道滾輪8、漂浮軌道滾輪9、固定軌道輪緣12、固漂浮軌道輪緣13所用材料要求滿足強度、剛度及表面硬度要求。

本實施例中，隔震裝置阻尼力由固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間和漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間的摩擦力提供，固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6上可鋪設(shè)不同材料面層實現(xiàn)不同摩擦效果，或者設(shè)置粗糙面或者高阻尼材料阻尼層。

本實施例中，所述固定曲率軌道5和漂浮曲率軌道6，其橫截面可以是圖9所示直線倒角形式，也可以是圖10所示弧線形式；所述固定軌道滾輪8和漂浮軌道滾輪9，其橫截面形式與固定曲率軌道5和漂浮曲面軌道6的橫截面形式相一致。

這種雙向滾輪式隔震裝置設(shè)計方法，包括有依據(jù)工程應(yīng)用需求設(shè)置隔震裝置的平面尺寸、形狀以及對個承載部件在設(shè)計荷載下的承載力設(shè)計；其特征在于，還包括有對固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面的設(shè)計以及對漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面的設(shè)計。

其中對固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面的設(shè)計，包括步驟如下：

以固定曲率軌道長軸線方向為例，設(shè)計出固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面。

步驟一，確定隔震裝置的設(shè)計周期T₁；取T₁大于隔震裝置安放處場地或建筑樓層水平卓越周期T₀的1.5倍。

步驟二，初步確定固定曲率軌道5上表面光滑圓弧面的曲率半徑R；按照單擺公式，L=( T₁/2π)²g，其中g(shù)為重力加速度，單位為m/s²；T₁單位為s；L為擺長，單位為m；固定曲率軌道5上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R≥L；固定曲率軌道5上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R以固定曲率軌道5上表面長軸線的曲率半徑表達(dá)。

步驟三，初步設(shè)計固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5的接觸面；通過計算仿真分析初算，得到設(shè)防地震作用下裝置頂板1相對底板2的最大位移S1（簡稱行程）是否超出固定曲率軌道5的長度S0；如果超出行程，則增加固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間的摩擦系數(shù)，整個摩擦面上摩擦系數(shù)應(yīng)均勻、無明顯變化；摩擦系數(shù)通過物理學(xué)試驗測定；當(dāng)摩擦系數(shù)達(dá)到0.4仍無法滿足行程要求，在固定軌道滾輪8與固定曲率軌道5之間增加高阻尼材料阻尼層。

步驟四，通過地震模擬振動臺試驗，測定防震裝置的試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂；試驗中，先在頂板1上放置與設(shè)計載荷相同的物體，并與頂板1固定；采用位移傳感器測量并記錄頂板1的振動響應(yīng)，對多條激勵測量的結(jié)果取平均得到試驗振動響應(yīng)時程；其中，地震臺的激勵應(yīng)包括防震裝置安放處場地地震波和建筑樓層的樓板波；最后，對試驗振動響應(yīng)時程進(jìn)行頻譜變換得到卓越周期作為試驗設(shè)計周期T2，取試驗振動響應(yīng)時程的包絡(luò)最大位移作為試驗行程S2。

步驟五，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定曲率半徑R；比較步驟四中的試驗設(shè)計周期T₂與步驟一中的設(shè)計周期T₁的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對曲率半徑作相應(yīng)調(diào)整；當(dāng)試驗設(shè)計周期T2不大于設(shè)計周期T1時，轉(zhuǎn)到步驟二，增大曲率半徑R重新設(shè)計；直到T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟六，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定；比較步驟四中的試驗行程S₂與S₀的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對接觸面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)試驗行程S₂大于S₀時，按照步驟三中的方法對接觸面進(jìn)行重新設(shè)計，直到S₂≤0.9×S₀時，取此時的接觸面為設(shè)計接觸面。

漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面設(shè)計參照上述固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面設(shè)計方法進(jìn)行，包括步驟如下：

步驟1，確定隔震裝置的設(shè)計周期T₁；取T₁大于隔震裝置安放處場地或建筑樓層水平卓越周期T₀的1.5倍。

步驟2，初步確定漂浮曲率軌道6上表面光滑圓弧面的曲率半徑R；按照單擺公式，L=( T₁/2π)²g，其中g(shù)為重力加速度，單位為m/s²；T₁單位為s；L為擺長，單位為m；漂浮曲率軌道6上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R≥L；漂浮曲率軌道6上表面凹形光滑圓弧面的曲率半徑R以漂浮曲率軌道6上表面長軸線的曲率半徑表達(dá)。

步驟3，初步設(shè)計漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6的接觸面；通過計算仿真分析初算，得到設(shè)防地震作用下裝置頂板1相對底板2的最大位移S1（簡稱行程）是否超出漂浮曲率軌道6的長度S0；如果超出行程，則增加漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間的摩擦系數(shù)，整個摩擦面上摩擦系數(shù)應(yīng)均勻、無明顯變化；摩擦系數(shù)通過物理學(xué)試驗測定；當(dāng)摩擦系數(shù)達(dá)到0.4仍無法滿足行程要求，在漂浮軌道滾輪9與漂浮曲率軌道6之間增加高阻尼材料阻尼層。

步驟4，通過地震模擬振動臺試驗，測定防震裝置的試驗設(shè)計周期T₂和試驗行程S₂；試驗中，先在頂板1上放置與設(shè)計載荷相同的物體，并與頂板1固定；采用位移傳感器測量并記錄頂板1的振動響應(yīng)，對多條激勵測量的結(jié)果取平均得到試驗振動響應(yīng)時程；其中，地震臺的激勵應(yīng)包括防震裝置安放處場地地震波和建筑樓層的樓板波；最后，對試驗振動響應(yīng)時程進(jìn)行頻譜變換得到卓越周期作為試驗設(shè)計周期T2，取試驗振動響應(yīng)時程的包絡(luò)最大位移作為試驗行程S2。

步驟5，對曲率半徑R進(jìn)行調(diào)整，并最終確定曲率半徑R；比較步驟四中的試驗設(shè)計周期T₂與步驟一中的設(shè)計周期T₁的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對曲率半徑作相應(yīng)調(diào)整；當(dāng)試驗設(shè)計周期T2不大于設(shè)計周期T1時，轉(zhuǎn)到步驟二，增大曲率半徑R重新設(shè)計；直到T₂- T₀≥1.5×T₀時，取此時的R為設(shè)計值。

步驟6，對設(shè)計接觸面進(jìn)行調(diào)整，并最終確定；比較步驟四中的試驗行程S₂與S₀的大小，根據(jù)比較的結(jié)果，對接觸面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，當(dāng)試驗行程S₂大于S₀時，按照步驟三中的方法對接觸面進(jìn)行重新設(shè)計，直到S₂≤0.9×S₀時，取此時的接觸面為設(shè)計接觸面。

所述漂浮曲率軌道6的曲率半徑和接觸面可與固定曲率軌道5的曲率半徑和接觸面不同。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)型式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。