[发明专利]一种三维隔震减振装置及其隔震减振方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程中的建筑结构领域，具体涉及一种三维隔震减振装置及其隔震减振方法。

背景技术

目前，在建筑结构隔震领域，研究及成果较多的是水平向隔离地震作用的隔震支座，包括橡胶支座、摩擦摆支座等。对于轨道交通引起的以竖向为主的结构振动，有一些学者提出了隔振措施及方法，但真正在实际工程中应用的实例还未出现。

现有的三维复合隔震装置多基于隔离三向地震动，例如摩擦—弹簧三维复合隔震支座，铅芯橡胶支座—螺旋弹簧系统，铅芯橡胶支座—液压油缸串联系统，厚橡胶层三维隔震抗倾覆支座等。其中，竖向隔震元件多采用橡胶元件或弹簧元件。

然而，随着地铁运输系统的迅猛发展，轨道交通在负担城市运输任务的同时，也对沿线周围建筑物、居民产生影响。对于既能隔离水平向地震作用，又能够减小竖向轨道交通振动的装置或技术还有待开发、研究。

发明内容

针对以上现有技术中隔震装置无法隔离竖向轨道交通振动的问题，本发明采用橡胶支座与碟形弹簧组串联的方式，提供了一种三维隔震减振装置，从而解决现有的隔震装置无法隔离竖向轨道交通振动的问题。

本发明的一个目的在于提供一种三维隔震减振装置。

本发明的三维隔震减振装置包括：竖向隔振装置、中间连接板和橡胶支座；其中，中间连接板设置在橡胶支座上，竖向隔振装置安装在中间连接板上；竖向隔振装置包括上支座板、约束钢管、碟形弹簧组、抗倾覆导向套筒、限位块、限位孔、中心导向组件、衬板和预留孔；抗倾覆导向套筒固定在中间连接板上，衬板位于抗倾覆导向套筒内固定在中间连接板上，中心导向组件的底端固定在衬板的中心上，抗倾覆导向套筒、衬板和中心导向组件共轴；碟形弹簧组通过中心空腔套在中心导向组件上，并且位置限定；约束钢管固定在上支座板的下表面，二者连接为一个整体，放置在碟形弹簧组上，碟形弹簧组支撑起作为整体的上支座板和约束钢管，约束钢管的管壁位于抗倾覆导向套筒与衬板之间，约束钢管的内壁与碟形弹簧组的外径之间有空隙，并且中心导向组件的外壁与碟形弹簧组的内径之间有空隙，保证蝶形弹簧组在竖向载荷作用下能够自由变形；约束钢管的内壁不小于衬板的直径，外径不大于抗倾覆导向套筒的内径；碟形弹簧组的高度大于中心导向组件的高度，从而上支座板的下表面与中心导向组件的顶端之间有距离，此距离为极限滑动距离，提供竖向变形的空间；约束钢管的底端与中间连接板的上表面之间有距离，从而在约束钢管的底端与中间连接板之间形成一圈预留孔，预留孔的高度等于极限滑动距离；抗倾覆导向套筒中开设有限位孔，在约束钢管的外壁上与限位孔相对应的位置设置有限位块，限位块伸入至抗倾覆导向套筒中相应的限位孔；限位孔的高度等于极限滑动距离；上部建筑结构连接在上支座板上，三维隔震减振装置与上部建筑结构一起构成隔震体系；橡胶支座的水平刚度小，在地震作用下，隔震体系的周期被延长，避开地震动的卓越频率，从而减小地震作用向上部建筑结构的传递，从而隔离水平向震动；竖向隔振装置采用碟形弹簧组，竖向刚度小，在地铁运行引起的地面竖向振动波作用下，降低隔震体系的竖向基频，避开地铁振动波的卓越频率，从而减小竖向振动向建筑结构的传递；同时通过碟形弹簧组的变形和恢复过程，实现弹性支承，从而将地铁振动波产生的动能转换为势能，减小结构受到的竖向振动；在变形过程中，摩擦阻力又消耗一部分振动能量，从而隔离竖向轨道交通的竖向振动。

碟形弹簧组采用多个蝶形弹簧组合在一起，蝶形弹簧采用金属弹簧材料，如钢带、钢板或锻造坯料，加工成截锥形，中间形成中心空腔，中心空腔的直径即为碟形弹簧组的内径；其材料可采用60Si2MnA或50CrVA弹簧钢，具有承受的垂直静荷载大、不易老化、维护工作量少、对环境的适应性好等特点。按组合方式划分，碟形弹簧组分为叠合组合、对合组合和复合组合三种组合方式；叠合组合承受力大变形小；对合组合承受力小变形大；复合组合承受力大变形大。

衬板的厚度大于极限滑动距离，即约束钢管的底端与中间连接板的上表面之间的距离；衬板的外侧面涂覆有润滑油，从而竖向振动发生时约束钢管的内壁沿着衬板的外侧面竖直滑动。

抗倾覆导向套筒限定约束钢管沿竖直方向运动，而不会发生倾覆。进一步，在抗倾覆导向套上设置有多个呈中心对称的限位孔，设置在约束钢管外壁上的限位块伸入至限位孔中，从而在竖向振动发生时防止上支座板在拉力作用下滑脱，限制其竖向位移，保证装置的稳定性。抗倾覆导向套筒的内表面涂覆有润滑油，从而减小摩擦，当竖向振动发生时使约束钢管在竖直方向上能够自由滑动。