一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)，包括擋板、圓錐形滑動凹面以及能在擋板與圓錐形滑動凹面之間移動的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動凸面組成；所述圓錐形滑動凸面的傾斜角度與圓錐形滑動凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動凹面的邊緣垂直延伸出一圍壁；所述圍壁的上端與下翼緣的下表面接觸；所述擋板的上端面嵌插于上翼緣與下翼緣之間，擋板的下端與圓錐形滑動凹面連接。采用本發(fā)明，在近場大脈沖地震下結(jié)構(gòu)的復(fù)位更易于實(shí)現(xiàn)，可有效防止中心柱的豎向脫離，降低隔震系統(tǒng)傾覆破壞的風(fēng)險，避免水平位移過大時中心柱與圍壁碰撞的破壞危險，該發(fā)明在地震工程、結(jié)構(gòu)工程及其它土木工程中具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地震工程、結(jié)構(gòu)工程及其它土木工程中的隔震系統(tǒng)，特別是涉及一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隔震結(jié)構(gòu)是通過隔震層將地震動隔離，從而保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的一種被動減震結(jié)構(gòu)形式。隔震結(jié)構(gòu)主要是通過延長結(jié)構(gòu)的基本周期而使得進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)的地震能量大大降低，減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，以達(dá)到隔離地震的目的。在隔震建筑中，被動基礎(chǔ)隔震的比重較大。所謂的基礎(chǔ)隔震是指通過在上部結(jié)構(gòu)和地基之間安裝水平柔性的隔震系統(tǒng)使其與地基解耦。開發(fā)和研究較多的隔震系統(tǒng)包括以下幾種隔震支座:鉛芯橡膠支座、摩擦滑移支座和滾軸支座等。其中摩擦滑移隔震系統(tǒng)因不與特定周期地震波共振而更具優(yōu)越性，并且可通過限制摩擦力來滿足不同的隔震需要。
[0003]常見的摩擦隔震系統(tǒng)是由美國加州大學(xué)伯克利分校的Zayas提出的摩擦滑擺隔震系統(tǒng)(Friction Pendulum System, FPS), FPS由上部裝置、中心滑塊和下部滑動球形凹面三部分組成。地震發(fā)生時，中心滑塊可在球形凹面內(nèi)滑動，從而隔離地震能量。在FPS的基礎(chǔ)上，Constantinou又提出了三重摩擦滑擺隔震系統(tǒng)(Triple Friction PendulumSystem, TFPS)，TFPS包括中心滑塊和兩對滑動面，對小震、中震和大震均有不同的調(diào)諧適應(yīng)能力。但是，由于FPS和TFPS中摩擦滑擺支座構(gòu)造的特殊性，一方面，在大脈沖地震作用下結(jié)構(gòu)的復(fù)位較為困難，隔震支座與其原有狀態(tài)相比將產(chǎn)生一定的殘余位移，成為工程應(yīng)用中的障礙；另一方面，由于近場地震豎向反應(yīng)過大，劇烈的地震力易將支座中的滑塊與上部裝置的凹滑動面“甩開”脫離，造成整個摩擦滑擺支座破壞，從而使上部裝置陷入危險。并且，在位移過大時，F(xiàn)PS和TFPS的中心滑塊可能碰撞到滑動凹面邊緣的圍壁，使隔震支座有破壞的危險。參照圖1所示的FPS (上)和TFPS (下)的破壞結(jié)構(gòu)示意圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種帶自復(fù)位功能的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，可有效防止中心柱的豎向脫離，降低隔震系統(tǒng)傾覆破壞，以及中心柱與圍壁水平碰撞破壞的風(fēng)險。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)，包括擋板、圓錐形滑動凹面以及能在擋板與圓錐形滑動凹面之間移動的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動凸面組成，圓錐形滑動凸面與中心柱整合成一體；所述圓錐形滑動凸面的傾斜角度與圓錐形滑動凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動凹面的邊緣垂直延伸出一圍壁；所述圍壁的上端與下翼緣的下表面接觸；所述擋板的上端面嵌插于上翼緣與下翼緣之間，擋板的下端與圓錐形滑動凹面連接。擋板的作用是增加隔震系統(tǒng)豎向約束，地震豎向分量較大、結(jié)構(gòu)較為高聳時可有效防止中心柱的豎向脫離。
[0006]進(jìn)一步，所述中心柱由上翼緣和下翼緣分割成兩層，中心柱的中心截面呈“干”字形布置。
[0007]進(jìn)一步，所述圍壁的內(nèi)壁包覆有橡膠保護(hù)層，形成圍壁的邊界保護(hù)，在大震下，水平位移過大時，若中心柱與圍壁內(nèi)壁碰撞,橡膠邊界可吸收碰撞能量。
[0008]進(jìn)一步，所述圓錐形滑動凹面與圍壁組合成為底面為錐形面的柱體結(jié)構(gòu)，使得中心柱的水平位移允許范圍大，且避免中心柱移動時從圓錐形滑動凹面內(nèi)滑出。
[0009]本發(fā)明提供的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，在地震前，中心柱的圓錐形滑動凸面位于圓錐形滑動凹面的中心部分，圓錐形滑動凸面與圓錐形滑動凹面全接觸，提供初始靜摩擦力；在地震時，斜面摩擦隔震系統(tǒng)將承載物(如房屋等)上部載荷均勻地傳遞到下部結(jié)構(gòu)，通過中心柱的圓錐形滑動凸面偏離圓錐形滑動凹面中心的移動以及圓錐形滑動凸面與圓錐形滑動凹面之間較小的摩擦力，來適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)因地震引起的移動。中心柱的圓錐形滑動凸面與圓錐形滑動凹面形成自復(fù)位系統(tǒng)，在大、中地震時，圓錐形滑動凸面離圓錐形滑動凹面中心越遠(yuǎn)，其與圓錐形滑動凹面接觸越小，則摩擦力越小，易于復(fù)位。
[0010]由于中心柱的中心截面呈“干”字形布置，且與圓錐形滑動凸面組合成一體，當(dāng)近場地震豎向震動過大、圓錐形滑動凸面出現(xiàn)提離時，可降低圓錐形滑動凸面脫離甩出的現(xiàn)象，有效解決了傳統(tǒng)滑塊脫離上部凹槽，導(dǎo)致隔震系統(tǒng)傾覆破壞的問題。
[0011]另外，圓錐形滑動凹面由傳統(tǒng)FPS的等曲率凹面變成了一定傾角的圓錐形凹面，圓錐形凹面相對于球形凹面易于施工制造，下部底板可直接用高強(qiáng)混凝土澆筑后上覆不銹鋼板，節(jié)約成本；圓錐形凹面角度不變，與傳統(tǒng)FPS相比更易于進(jìn)行定量研究。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:1)可有效降低隔震系統(tǒng)傾覆破壞的風(fēng)險；2)可有效防止中心柱的豎向脫離；3)圓錐形滑動凹面的底板易于施工制造；4)帶自復(fù)位系統(tǒng)；5)圍壁內(nèi)壁設(shè)有橡膠邊界，可吸收碰撞能量，且由于隔震系統(tǒng)內(nèi)部封閉，橡膠不易老化；6)隔震系統(tǒng)使用壽命長，可覆蓋結(jié)構(gòu)的服役期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)的FPS (上)和TFPS (下)的破壞結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的圓錐形滑動凸面位于圓錐形滑動凹面中心的立體結(jié)構(gòu)中心截面示意圖；
圖3為圖2所示實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的圓錐形滑動凸面遠(yuǎn)離圓錐形滑動凹面中心的立體結(jié)構(gòu)中心截面示意圖；
圖5為圖4所示實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]參照圖1和圖2，本實(shí)施例提供的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，包括擋板1、圓錐形滑動凹面2以及能在擋板I與圓錐形滑動凹面2之間移動的中心柱3。
[0016]中心柱3由上翼緣31、下翼緣32和圓錐形滑動凸面33組成。中心柱3被上翼緣31和下翼緣32分割成兩層，其中心截面呈“干”字形布置，且與圓錐形滑動凸面33組合成一體，當(dāng)近場地震豎向震動過大、圓錐形滑動凸面33出現(xiàn)提離時，可降低圓錐形滑動凸面33脫離甩出的現(xiàn)象，有效解決了傳統(tǒng)滑塊脫離上部凹槽，導(dǎo)致整個隔震系統(tǒng)破壞的問題。
[0017]圓錐形滑動凹面2和圓錐形滑動凸面33均呈圓錐狀，圓錐形滑動凸面33的傾斜角度與圓錐形滑動凹面2中心的傾斜角度吻合接觸。將圓錐形滑動凹面2由傳統(tǒng)FPS的等曲率凹面替換成帶有一定傾角的圓錐狀斜坡凹面，是由于圓錐狀斜坡凹面易于施工制造，下部底板可直接用高強(qiáng)混凝土澆筑后上覆不銹鋼板，節(jié)約成本；且圓錐狀斜坡凹面曲率不變，與傳統(tǒng)FPS相比更易于進(jìn)行定量研究。
[0018]圓錐形滑動凹面2的邊緣垂直延伸出一圍壁21，圍壁21的上端與下翼緣31的下表面接觸；圓錐形滑動凹面2與圍壁21組合成為底面為錐形面的柱體結(jié)構(gòu)，使得中心柱3的水平位移允許范圍大，且避免中心柱3移動時從圓錐形滑動凹面2內(nèi)滑出；圍壁21的內(nèi)壁包覆有橡膠保護(hù)層，形成圍壁21的邊界保護(hù)，在大震下，水平位移過大時，若中心柱3與圍壁21內(nèi)壁碰撞，橡膠邊界可吸收碰撞能量；由于圍壁21內(nèi)部密閉性好，橡膠不易老化；即使老化，也易于更換。
[0019]擋板I的上端面嵌插于上翼緣31與下翼緣32中間，擋板I的下端與圓錐形滑動凹面2相連。由于擋板I的上端面嵌插于上翼緣31與下翼緣32之間，從而增加了隔震系統(tǒng)的豎向約束，當(dāng)?shù)卣鹭Q向分量較大、結(jié)構(gòu)較為高聳時，可有效防止中心柱3的豎向脫離。
[0020]中心柱3的圓錐形滑動凸面33與圓錐形滑動凹面2形成自復(fù)位系統(tǒng)，在地震前，圓錐形滑動凸面33位于圓錐形滑動凹面2的中心部分，使得圓錐形滑動凸面33與圓錐形滑動凹面2全接觸，提供初始靜摩擦力；在地震時，圓錐形滑動凸面33離圓錐形滑動凹面2中心越遠(yuǎn)，其與圓錐形滑動凹面2接觸越小，則摩擦力越小；尤其是大震時，若圓錐形滑動凸面33位于離圓錐形滑動凹面2中心最遠(yuǎn)端，此時圓錐形滑動凸面33與圓錐形滑動凹面2的接觸達(dá)到最小，則摩擦力也為最小值，易于復(fù)位。隨著圓錐形滑動凸面33偏離圓錐形滑動凹面2中心時，中心柱3的下翼緣32兩端至少有一端被擋板約束，從而有效防止中心柱3的豎向脫離。
[0021]總之，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡單，有效解決了傳統(tǒng)滑塊脫離上部凹槽，導(dǎo)致隔震系統(tǒng)傾覆破壞、在大脈沖地震下結(jié)構(gòu)的復(fù)位困難、水平位移過大時滑塊與圍壁碰撞破壞問題，豎向承載力強(qiáng)、耐久性好、隔震效果明顯，在地震工程、結(jié)構(gòu)工程及其它土木工程中具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。
【權(quán)利要求】
1.一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)，其特征在于，包括擋板、圓錐形滑動凹面以及能在擋板與圓錐形滑動凹面之間移動的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動凸面組成，圓錐形滑動凸面與中心柱整合成一體；所述圓錐形滑動凸面的傾斜角度與圓錐形滑動凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動凹面的邊緣垂直延伸出一圍壁；所述圍壁的上端與下翼緣的下表面接觸；所述擋板的上端面嵌插于上翼緣與下翼緣之間，擋板的下端與圓錐形滑動凹面連接。
2.如權(quán)利要求1所述的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，其特征在于，所述中心柱由上翼緣和下翼緣分割成兩層，中心柱的中心截面呈“干”字形布置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，其特征在于，所述圍壁的內(nèi)壁包覆有橡膠保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求1或2所述的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐形滑動凹面與圍壁組合成為底面為錐形面的柱體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的斜面摩擦隔震系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐形滑動凹面與圍壁組合成為底面為錐形面的柱體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】E04B1/98GK103850359SQ201410102027
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】熊偉 申請人:熊偉