[发明专利]一种自适应刚度特性运动解耦式三维隔震/振支座有效
申请号: | 201810111224.8 | 申请日: | 2018-02-05 |
公开(公告)号: | CN108425433B | 公开(公告)日: | 2019-08-06 |
发明(设计)人: | 周颖;陈鹏 | 申请(专利权)人: | 同济大学 |
主分类号: | E04B1/36 | 分类号: | E04B1/36;E04B1/98;E04H9/02 |
代理公司: | 上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙) 31290 | 代理人: | 叶凤 |
地址: | 200092 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 隔震 铅芯橡胶支座 黏滞阻尼器 上连接板 预压弹簧 叠层 作板 碟形弹簧 刚度特性 下连接板 压缩弹簧 运动解耦 自适应 三维 承载能力 隔离环境 环境振动 影响建筑 运动导向 振动控制 自适应性 低碳钢 隔离地 水平向 可用 竖向 咬合 震动 制作 | ||
本发明为一种自适应刚度特性运动解耦式三维隔震/振支座,主要部分包括上连接板、中作板、下连接板、碟形弹簧、压缩弹簧、预压弹簧、叠层铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器。上连接板、中作板和下连接板采用高强度低碳钢制作,具有较高的承载能力。上连接板和中作板相互咬合,起到运动导向作用。碟形弹簧、压缩弹簧、预压弹簧、叠层铅芯橡胶支座及黏滞阻尼器共同组成竖向隔震/振系统。叠层铅芯橡胶支座,预压弹簧及黏滞阻尼器组成水平向隔震/振系统。本发明属于一种被动的自适应性振动控制手段,可用于受环境振动影响建筑,且在隔离环境振动的同时可以具有隔离地震动的效果。
技术领域
本发明涉及一种自适应刚度特性运动解耦式三维隔震/振支座,属于建筑结构隔震/振领域。
背景技术
基础隔震技术被看作是20世纪地震工程领域最重要的技术进步之一,在世界范围内得到了较为广泛的应用。隔震技术的基本原理是通过在建筑底部设置隔震支座,得到水平刚度较小的隔震层,通过滤波效应减小上部结构地震加速度响应。并通过在隔震层设置耗能装置吸收消耗地震动能量。现代隔震技术已有近60年的历史,属于一种被动的振动控制技术。
然而,目前已有的传统建筑隔震支座存在以下的不足:一是不能隔离竖向地震/振动以及水平向微振动。大量震害观察及有限元分析表明,竖向地震作用能导致结构竖向承压构件受压破坏。随着城市轨道交通发展,地铁等环境振动,尤其是微振动的竖向分量会对人们的居住舒适度产生较为严重的影响。二是传统的隔震支座在水平方向上存在着取得较好的隔震效果和控制隔震层极限位移的矛盾。通常来说,设置水平刚度更小的隔震层,能取得更好的隔震效果。但同时,过小的水平刚度会导致过大的隔震层位移,在大震作用下结构的安全性难以保障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种自适应刚度特性运动解耦式三维隔震/振支座,能够对竖向地震和环境微振动以及水平向地震动等具有良好的隔震/振效果。
本发明提出的一种自适应刚度特性运动解耦式三维隔震/振支座,包括上连接板、中作板、下连接板、碟形弹簧、压缩弹簧、叠层铅芯橡胶支座、预压弹簧和黏滞阻尼器,其中:叠层铅芯橡胶支座位于下连接板和中作板之间,中作板上开有第一凹槽,压缩弹簧一端伸入中作板第一凹槽部位,碟形弹簧套于压缩弹簧外,碟形弹簧放置于中作板上方,上连接板底部开有第二凹槽,压缩弹簧另一端伸入上连接板第二凹槽的内套筒内,内套筒用以防止内部压缩弹簧受压失稳,中作板两侧对称布置有黏滞阻尼器,黏滞阻尼器的两端分别通过球形铰固定于上连接板底部和下连接板顶部,预压弹簧套于黏滞阻尼器外,预压弹簧能够容许上连接板和下连接板之间的任意方向水平运动;叠层铅芯橡胶支座中部设置有铅芯,能同时耗散水平运动和竖向运动的能量;在三维隔震/振支座竖向,碟形弹簧和压缩弹簧并联,当在重力平衡位置附近工作时,碟形弹簧提供竖向的负刚度,压缩弹簧提供正刚度,两者叠加后可以使系统竖向处于准零刚度;在三维隔震/振支座水平向,叠层铅芯橡胶支座和预压弹簧并联,三维隔震/振支座水平向运动较小时,预压弹簧能为系统提供水平负刚度,以减小系统的水平刚度;当三维隔震/振支座位移较大时,预压弹簧提供水平正刚度,所述水平向隔震/振系统通过预先设计预压弹簧的压缩量,使得水平向隔震/振系统具有与水平位移相关的自适应刚度特性。
本发明中,黏滞阻尼器和铅芯能同时为支座的竖向和水平向运动消耗能量。
本发明中,上连接板和中作板相互咬合,实现了运动导向设计。
本发明中,支座在静止和运动状态时,碟形弹簧,压缩弹簧和预压弹簧共同承载上部结构。
本发明中,预压弹簧两端分别与球形铰端部焊接连接,预压弹簧可受拉。
本发明中,通过上连接板和中作板咬合设计,将上连接板和中作板之间的相对水平位移和转角锁死,仅能产生竖向位移,使支座竖向运动和水平向运动的解耦。实现运动解耦的目的一是能使竖向隔震/振系统和水平向隔震/振系统相对独立工作,二是使支座在地震作用下,上作板和中作板之间没有相对水平向位移和转角,避免支座过大的摇摆作用。
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