[发明专利]一种刚度与阻尼可调型特高压电气设备隔震支座

说明书

技术领域

本发明涉及一种刚度与阻尼可调型特高压电气设备隔震支座，适用于超高压及特高压电力设备的抗震、减震和隔震。

背景技术

地震给各种建筑结构及设备带来严重破坏，将导致整个社会生活陷入瘫痪。隔震技术是近三十年来抗震领域发展较快的且不断完善的一门技术，目前主要应用于建筑结构领域。在震级较大或某些原因下结构“硬抗”已经难以满足预期的防震要求时，采用隔震技术减小结构的输入地震能量，能够达到很好的效果。隔震的本质作用是使结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，隔断地震能量的传播途径，使输入上部结构的地震力和能量减少，从而减小上部结构的地震反应，达到预期的设防要求。这种分离或解耦是通过在工程结构的特定部位设置隔震层，设置隔震器、阻尼器或其他附属装置，以以延长整个结构体系的自振周期，增大结构阻尼，从而使结构在地震作用下的动力反应（加速度、速度、位移）得到合理控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装修等地安全和处于正常的使用环境。

按耗能减震原理的不同，隔震类型包括叠层橡胶支座隔震、铅芯橡胶支座隔震、滚珠(或滚轴) 隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震等，其中橡胶支座隔震技术是隔震技术中应用最广、技术最成熟的一种，包括叠层橡胶支座，铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座。叠层橡胶支座（见图1）由钢板与橡胶交替叠合而成，橡胶具有弹性低、变形能力大的特点，而钢板的弹性较高，变形能力较小。将两者配合使用时，当支座竖向受压时，钢板和橡胶均发生径向变形，但由于钢板的变形较小，它将约束橡胶的变形，从而使橡胶处于三向受压状态，竖向承载能力提高，再加上钢板本身具有的竖向承载力，因此支座有较高的竖向承载力，且竖向压缩较小。另一方面，当支座受水平作用时，钢板无法约束橡胶的剪切变形，支座的剪切变形近似为各橡胶片水平变形的叠加，因此支座的水平变形很大。此外，橡胶支座也可在大地震位移时提供适当的隔震器复位力。但由于橡胶和钢板基本不具有耗能能力，因此叠层橡胶支座的阻尼较小，水平恢复力模型近似于直线，在隔震系统中必须配合阻尼器使用，一个简便有效的方法是将能够通过塑性变形消耗能量的铅芯插入叠层橡胶支座中间的圆孔中，变成铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座能在竖向支承结构的同时，提供水平向柔性和恢复力，并能提供所需的滞变阻尼，因此被广泛应用于桥梁和房屋的隔震中。与叠层橡胶支座相比，铅芯橡胶支座的恢复力模型可近似为双线型模型，具有良好的滞回耗能能力。另一种具有耗能能力的橡胶支座是高阻尼叠层橡胶支座，它是在普通橡胶材料里面掺入一定量的石墨，从而使橡胶本身具有良好的阻尼性能。高阻尼叠层橡胶支座通过控制石墨添加量来调整阻尼的大小，其恢复力模型近似梭形，具有良好的耗能能力。橡胶支座隔震技术具有减震机理明确、减震效果显著、施工与安装方便等特点，而且已有多项工程在实际地震中经受考验，正受到越来越多国家的重视。

世界上首座使用铅芯橡胶支座的建筑是1971年在新西兰建造的惠灵顿William Clayton 大楼，这是一座四层高的钢筋混凝土结构办公楼，紧靠惠灵顿断层。1972 年日本建成第一座现代隔震建筑，是一座两层民宅。1975年，美国建成的加州圣丁司法事物中心是美国的第一座隔震建筑，也是世界上第一座采用高阻尼橡胶隔震支座的建筑。进入20世纪70年代，隔震研究逐渐在我国得到重视。1993年在河南安阳用自主开发的铅芯橡胶支座建造的一座底框住宅楼。1994 年，四川冕宁建成一座八层框架隔震综合楼。1995 年～1996 年又陆续在广东、云南、四川、陕西等地兴建了一批隔震建筑，并取得了较好的效果。GB 5001122001 建筑抗震设计规范的第十二章对隔震结构做了较为详尽的规定。

对于变电站中的超高压及特高压电气设备，由于其本身“头重脚轻”又细又长的结构特性、设备电气绝缘的功能要求及制造材料安装场地的限制，常常不能有效地增加易损部分的强度，特别是在罕遇地震下，即使按照现有标准设计和安装，也会因为强烈的振动而损坏。因此，采用目前比较成熟的隔震技术对超高压及特高压电气设备进行隔震设计，是电气设备抗震领域发展的新方向。采用隔震技术可以在不改变设备制造材料、外形尺寸、母线连接方式等的情况下，仅靠微调母线的松弛度就能达到预期的防震要求，有效地减小设备的动力响应，使其在强烈地震作用下依然可以正常运行。此外，采用隔震技术也便于现有设备的加固，同时也便于震后现有设备的修复与恢复，因此开展变电站特高压及超高压电气设备的隔震减震应有研究具有比较重要的意义。