專利名稱：軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型組合減隔震支座，特別適用于在地震多發(fā)區(qū)的大型土木 工程結(jié)構(gòu)中采用，以有效控制結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，減小地震災(zāi)害。
背景技術(shù)：
地震是危及人民生命財(cái)產(chǎn)的突發(fā)式自然災(zāi)害，在世界范圍內(nèi)造成了非常慘重的生 命財(cái)產(chǎn)損失，而我國是世界上的多地震國家之一。如1976年7月28日的河北唐山大地震， 震級(jí)7. 8級(jí)，死亡達(dá)24萬余人，強(qiáng)震區(qū)內(nèi)的房屋、工業(yè)廠房與設(shè)備、城市建設(shè)、交通運(yùn)輸、水 電設(shè)施等都受到極其嚴(yán)重的破壞。今年5月12號(hào)的四川汶川8.0級(jí)大地震，更是新中國成 立以來破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣的一次地震，比唐山地震有過之而無不及。這些震害給國 家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。在國外，如1994年美國Northridge地震，震級(jí)僅 6. 7級(jí)，卻導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失200億美元；1995年的日本阪神大地震，震級(jí)7. 2級(jí)，死亡5466人， 城市經(jīng)濟(jì)總損失達(dá)到1000億美元。巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失使得全世界抗震工作者紛紛研究 和思考新的有效抗震措施。實(shí)踐證明，為了減輕地震災(zāi)害，必須大力進(jìn)行抗震設(shè)防工作，而 結(jié)構(gòu)減隔震設(shè)計(jì)是減小工程結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害的有效途徑之一。工程結(jié)構(gòu)減隔震的基本原理是減震是利用特制減震構(gòu)件或裝置，使之在強(qiáng)震時(shí) 率先進(jìn)入塑性區(qū)，產(chǎn)生大阻尼，大量消耗進(jìn)入結(jié)構(gòu)體系的能量；而隔震則是利用隔震體系， 設(shè)法阻止地震能量進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)。在實(shí)際中，有時(shí)把這兩種體系合二為一。通過選擇適當(dāng) 的減、隔震裝置與設(shè)置位置，可以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與大小的目的。為此國內(nèi)外技術(shù)人 員已研制并開發(fā)了許多類型的減隔震裝置，其中鉛芯橡膠支座(墊)就是其中最為常見的隔 減震支座之一。鉛芯橡膠支座(墊)通過在普通疊層橡膠支座中灌入鉛芯而形成，最早是新西蘭學(xué) 者在1975年發(fā)展的，該支座充分利用了鉛芯良好的力學(xué)特性，包括較低的屈服剪力和較高 的初始剪切剛度。鉛芯的灌入可以提高支座的早期剛度，利于對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行控制。試驗(yàn) 表明，鉛芯橡膠支座的初始剪切剛度約為普通疊層橡膠支座剛度的10倍。增大鉛芯的面積 可以提高耗能效果。由于結(jié)合了疊層橡膠支座和鉛阻尼器的特點(diǎn)，因而在工程結(jié)構(gòu)中得到 廣泛采用。由于鉛是一種有毒物質(zhì)，鉛芯橡膠支座設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題就是對(duì)鉛進(jìn)行密 封，以防止鉛的泄漏。因此，從環(huán)保的角度來考慮，采用性能類似的材料對(duì)鉛芯進(jìn)行替換是 一種必然的發(fā)展趨勢。本文所選用的軟鋼芯是利用鋼材的塑性變形來耗能，其優(yōu)點(diǎn)是制造 較簡單，造價(jià)相對(duì)較低，易于根據(jù)實(shí)際需要制成不同的形狀且堅(jiān)實(shí)耐用，耗能能力強(qiáng)。而且 軟鋼是一種無毒物質(zhì)，相對(duì)于鉛而言，這一優(yōu)勢明顯。此外，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，近年來不 斷研制出各類新型的高性能軟鋼，為軟鋼芯橡膠墊的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于工程結(jié)構(gòu)抗震而言，其支座的耗能能力是最為重要的一項(xiàng)指標(biāo)。因此，為了 提高現(xiàn)有鉛芯橡膠支座的耗能能力，可以考慮在其外部套箍一軟鋼板。然而套箍了較后軟 鋼板之后的支座在豎向隔震性能方面收到影響。為了改善其豎向抗震性能，可考慮將軟鋼板換成鋼彈簧，以充分利用鋼彈簧相對(duì)易于產(chǎn)生的壓縮、剪切性能。很顯然，相對(duì)于普通軟 鋼芯橡膠墊而言，套箍過鋼彈簧之后的軟鋼芯橡膠墊一鋼彈簧組合支座具有更大的承載能 力。此外，回復(fù)力是衡量隔減震支座性能的又一重要指標(biāo)。外箍鋼彈簧強(qiáng)大的回復(fù)力可以 減小組合支座在地震作用下的變形，極大地提高其水平及豎向復(fù)位性能。
隨著鋼鐵材料科學(xué)研究和生產(chǎn)工作的不斷發(fā)展，軟鋼阻尼器的品種越來越豐富， 各種高性能新型軟鋼不斷涌現(xiàn)，鋼彈簧以及彈簧支座的生產(chǎn)及支座技術(shù)也得到了長足的進(jìn) 步，為研制新型環(huán)保型的軟鋼芯橡膠墊一鋼彈簧組合支座提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。上述 這些新型材料的價(jià)格也逐漸降低，進(jìn)一步增強(qiáng)了其大范圍推廣應(yīng)用的可能性。隨著隔減震 技術(shù)研究和實(shí)踐工作的不斷深入，具有不同特點(diǎn)的組合型隔減震支座將應(yīng)運(yùn)而生，以降低 結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是提供一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧新型組合減隔震支 座，該支座不僅避免了常規(guī)鉛芯橡膠墊中有毒物質(zhì)鉛的采用，還通過外包鋼彈簧來提高其 承載能力和復(fù)位性能，可廣泛應(yīng)用于需要進(jìn)行隔減震設(shè)計(jì)的各類大型工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中。技術(shù)方案本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該支座包括上連接 板、夾層鋼板、橡膠、軟鋼棒、鋼彈簧、下連接板；其中，夾層鋼板、橡膠相間隔順序排列，軟鋼 棒穿過夾層鋼板、橡膠組成軟鋼芯橡膠墊，上連接板位于該軟鋼芯橡膠墊的上部，下連接板 位于該軟鋼芯橡膠墊的下部，上連接板和下連接板分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面牢固粘 結(jié)，鋼彈簧位于該軟鋼芯橡膠墊的外周；該鋼彈簧的相鄰鋼絲緊密相連，中間無間隙。所述的鋼彈簧在使用過程中一直處于繃緊的狀態(tài)，以充分發(fā)揮其套箍作用，提高 軟鋼芯橡膠墊承載能力和復(fù)位特性。所述的上連接板為聚四氟乙烯板滑動(dòng)支座。本實(shí)用新型的新型組合減隔震支座主要包括兩個(gè)系統(tǒng)豎向傳力系統(tǒng)及水平向耗 能系統(tǒng)。豎向傳力系統(tǒng)指橋梁結(jié)構(gòu)受自重及車輛荷載等外力作用而產(chǎn)生的豎向效應(yīng)，通過 本支座安全地傳給橋墩結(jié)構(gòu)，上連接板、夾層鋼板、橡膠、鋼彈簧與下連接板組成了該系統(tǒng)。 這其中，鋼彈簧不直接參與豎向力的傳遞，但其對(duì)軟鋼芯橡膠墊有套箍的作用，故對(duì)軟鋼芯 橡膠墊的豎向承載力有較大的提高作用。水平向耗能系統(tǒng)指橋梁結(jié)構(gòu)受地震及風(fēng)荷載等外 力作用下，通過本支座消耗掉一大部分能量，從而顯著減少輸入到橋梁結(jié)構(gòu)中的能量，進(jìn)而 達(dá)到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的作用，上連接板、軟鋼棒、鋼彈簧與下連接板組成了該系統(tǒng)。當(dāng)有地震 力作用時(shí)，該系統(tǒng)的軟鋼棒與鋼彈簧發(fā)生剪切變形，從而耗散能量。此外，強(qiáng)地震作用下橡 膠墊會(huì)發(fā)生較大的剪切變形，鋼彈簧的采用提過了支座的水平復(fù)位性能。本實(shí)用新型的新型組合減隔震支座因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)受外力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)形 成部分受拉或全部受拉的受力狀態(tài)，此時(shí)，與上下連接板焊接在一起的鋼彈簧可以發(fā)揮豎 向控制作用，減少軟鋼芯橡膠墊的豎向受拉，并增強(qiáng)支座的豎向復(fù)位性能。有益效果本實(shí)用新型中所采用的軟鋼棒具有屈服點(diǎn)低、強(qiáng)度穩(wěn)定、低周抗疲勞性 能好、彈塑性減震耗能能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且無毒無害，將其與鋼彈簧聯(lián)合使用，可顯著提高支 座的耗能能力，且能達(dá)到控制結(jié)構(gòu)位移、減小橋梁震害的作用。通過對(duì)現(xiàn)有鉛芯橡膠墊進(jìn)行改進(jìn)，形成軟鋼芯橡膠墊，并在外圍采用鋼彈簧對(duì)其 進(jìn)行緊密套箍，使得該新型組合減隔震支座不僅更加環(huán)保，而且具有超強(qiáng)的承載能力和復(fù)位性能，可以很好的滿足各類大型工程結(jié)構(gòu)的減隔震需求。同時(shí)該支座設(shè)計(jì)簡單、造價(jià)低、 安裝方便、物美價(jià)廉，隨著全世界范圍內(nèi)各類工程結(jié)構(gòu)對(duì)抗震性能的重視，該新型減隔震支 座必將得到廣泛的工程應(yīng)用，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)不可限量。

圖1是本實(shí)用新型的支座結(jié)構(gòu)整體縱向剖面構(gòu)造示意圖；圖2是圖1中A-A處的剖面圖；圖3是上下連接板的正視圖；圖4是鋼彈簧與上下連接板之間的焊縫示意圖。圖中有上連接板1 ；夾層鋼板2 ；橡膠3 ；軟鋼棒4 ；鋼彈簧5 ；下連接板6 ；焊縫7 ； 高強(qiáng)螺栓8。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座該支座包括上連接板1、夾 層鋼板2、橡膠3、軟鋼棒4、鋼彈簧5、下連接板6 ；其中，夾層鋼板2、橡膠3、軟鋼棒4這三個(gè) 部分組成軟鋼芯橡膠墊；在軟鋼芯橡膠墊的外圍套箍一鋼彈簧5，該鋼彈簧5加工成相鄰鋼 絲緊密相連的外部形狀，相鄰鋼絲之間無間隙，且該鋼彈簧5的上下端與支座的上連接板1 及下連接板6可靠焊接。上下連接板分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面通過粘結(jié)相連。夾層 鋼板2與橡膠3分層粘結(jié)形成圓形橡膠墊后，在該橡膠墊的圓心位置處加工出一圓柱體孔 洞，然后將圓柱形軟鋼棒4放入其中，從而形成軟鋼芯橡膠墊。該支座的上連接板1和下連 接板6均為方形，以便于與梁底及橋墩頂面處的預(yù)埋件用高強(qiáng)螺栓8可靠相連。支座結(jié)構(gòu) 整體縱向剖面構(gòu)造示意圖見圖1。本支座的上下連接板為方形，軟鋼芯橡膠墊為圓形，鋼彈簧5緊密纏繞在軟鋼芯 橡膠墊的四周，形成圍筒形。先按照橋墩及橋梁結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)好上下連接板的尺寸，并按 耗能減震橋梁的設(shè)計(jì)要求確定軟鋼芯橡膠墊的尺寸，進(jìn)而確定鋼彈簧5的尺寸。制作本支 座時(shí)，首先將夾層鋼板2與橡膠3分層粘接起來，夾層鋼板2與橡膠3的每層厚度應(yīng)符合國 家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。然后在粘接好的橡膠墊上制作一個(gè)事先設(shè)計(jì)好的圓柱狀孔洞，再將軟鋼棒 4放入其中。在制作好的軟鋼芯橡膠墊的外圍套上事先加工好的鋼彈簧5，最后將上下連接 板與軟鋼芯橡膠墊的上下表面牢固粘接起來，并用焊縫7將鋼彈簧5與上連接板1及下連 接板6分別連接起來，鋼彈簧5與軟鋼芯橡膠墊的相對(duì)位置見圖2。鋼彈簧與上下連接板之 間焊縫的示意圖見圖4?，F(xiàn)場安裝過程中，上連接板1、下連接板6分別用高強(qiáng)螺栓8與梁底的預(yù)埋板及橋 墩上的預(yù)埋板相連，上下連接板的螺栓孔位置示意圖見圖3。在支座安裝完成后，應(yīng)在支座 四周安裝好防塵罩，并在需要的地方涂刷上防腐漆，做好防腐及防塵工作。
權(quán)利要求1. 一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座，其特征在于該支座包括上連接板(1)、 夾層鋼板(2)、橡膠(3)、軟鋼棒(4)、鋼彈簧(5)、下連接板(6);其中，夾層鋼板(2)、橡膠 (3)相間隔順序排列，軟鋼棒(4)穿過夾層鋼板(2)、橡膠(3)組成軟鋼芯橡膠墊，上連接板 (1)位于該軟鋼芯橡膠墊的上部，下連接板(6)位于該軟鋼芯橡膠墊的下部，上連接板(1) 和下連接板(6)分別與軟鋼芯橡膠墊的上下表面粘結(jié)，鋼彈簧(5)位于該軟鋼芯橡膠墊的 外周；該鋼彈簧(5)的相鄰鋼絲緊密相連，中間無間隙。
專利摘要一種軟鋼芯橡膠墊鋼彈簧組合減隔震支座，該支座由內(nèi)外兩部分組成。其中里面部分為軟鋼芯橡膠墊，該部分采用高性能軟鋼芯代替常用鉛芯，不僅具有常規(guī)鉛芯橡膠墊的減震耗能作用，而且避開了有毒物質(zhì)鉛的采用。外面部分為高強(qiáng)度、高承載力鋼彈簧，該鋼彈簧與軟鋼芯橡膠墊共同承受水平及豎向荷載，同時(shí)能夠通過其套箍作用來提高軟鋼芯橡膠墊承載能力和復(fù)位特性。鋼彈簧在使用過程中一直處于繃緊的狀態(tài)，以充分發(fā)揮其套箍作用?？紤]到該新型組合減隔震支座造價(jià)低、性能優(yōu)越，隨著世界范圍內(nèi)對(duì)工程結(jié)構(gòu)隔減震設(shè)計(jì)的不斷重視以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，該支座必將在各類工程結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)E04H9/02GK201874092SQ20102060089
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者吳繼榮, 李愛群, 王浩 申請(qǐng)人:東南大學(xué)