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(dòng)凹面以及能在擋板與圓錐形滑動(dòng)凹面之間移動(dòng)的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動(dòng)凸面組成；所述圓錐形滑動(dòng)凸面的傾斜角度與圓錐形滑動(dòng)凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動(dòng)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(dòng)凹面連接。采用本實(shí)用新型，在近場(chǎng)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(xiǎn)，避免水平位移過大時(shí)中心柱與圍壁碰撞的破壞危險(xiǎn)，該實(shí)用新型在地震工程、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(jià)值。
【專利說明】一種斜面摩擦隔震系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種地震工程、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(dòng)隔離，從而保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的一種被動(dòng)減震結(jié)構(gòu)形式。隔震結(jié)構(gòu)主要是通過延長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)球形凹面三部分組成。地震發(fā)生時(shí)，中心滑塊可在球形凹面內(nèi)滑動(dòng)，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 Pendulum System,TFPS)，TFPS包括中心滑塊和兩對(duì)滑動(dòng)面，對(duì)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(chǎng)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(dòng)面“甩開”脫離，造成整個(gè)摩擦滑擺支座破壞，從而使上部裝置陷入危險(xiǎn)。并且，在位移過大時(shí)，F(xiàn)PS和TFPS的中心滑塊可能碰撞到滑動(dòng)凹面邊緣的圍壁，使隔震支座有破壞的危險(xiǎn)。參照?qǐng)D1所示的FPS (上)和TFPS (下)的破壞結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(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(xiǎn)。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(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(dòng)凹面以及能在擋板與圓錐形滑動(dòng)凹面之間移動(dòng)的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動(dòng)凸面組成，圓錐形滑動(dòng)凸面與中心柱整合成一體；所述圓錐形滑動(dòng)凸面的傾斜角度與圓錐形滑動(dòng)凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(dòng)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(dòng)時(shí)從圓錐形滑動(dòng)凹面內(nèi)滑出。
[0009]本實(shí)用新型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(dòng)凸面位于圓錐形滑動(dòng)凹面的中心部分，圓錐形滑動(dòng)凸面與圓錐形滑動(dòng)凹面全接觸，提供初始靜摩擦力；在地震時(shí)，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(dòng)凸面偏離圓錐形滑動(dòng)凹面中心的移動(dòng)以及圓錐形滑動(dòng)凸面與圓錐形滑動(dòng)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(dòng)。中心柱的圓錐形滑動(dòng)凸面與圓錐形滑動(dòng)凹面形成自復(fù)位系統(tǒng)，在大、中地震時(shí)，圓錐形滑動(dòng)凸面離圓錐形滑動(dòng)凹面中心越遠(yuǎn)，其與圓錐形滑動(dòng)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(dòng)凸面組合成一體，當(dāng)近場(chǎng)地震豎向震動(dòng)過大、圓錐形滑動(dòng)凸面出現(xiàn)提離時(shí)，可降低圓錐形滑動(dòng)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(dòng)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(duì)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]本實(shí)用新型與現(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(xiǎn)；2)可有效防止中心柱的豎向脫離；3)圓錐形滑動(dòng)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(zhǎng)，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；
[0014]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的圓錐形滑動(dòng)凸面位于圓錐形滑動(dòng)凹面中心的立體結(jié)構(gòu)中心截面示意圖；
[0015]圖3為圖2所示實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的圓錐形滑動(dòng)凸面遠(yuǎn)離圓錐形滑動(dòng)凹面中心的立體結(jié)構(gòu)中心截面示意圖；
[0017]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】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]參照?qǐng)D1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(dòng)凹面2以及能在擋板I與圓錐形滑動(dòng)凹面2之間移動(dòng)的中心柱3。
[0020]中心柱3由上翼緣31、下翼緣32和圓錐形滑動(dòng)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(dòng)凸面33組合成一體，當(dāng)近場(chǎng)地震豎向震動(dòng)過大、圓錐形滑動(dòng)凸面33出現(xiàn)提離時(shí)，可降低圓錐形滑動(dòng)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(gè)隔震系統(tǒng)破壞的問題。
[0021]圓錐形滑動(dòng)凹面2和圓錐形滑動(dòng)凸面33均呈圓錐狀，圓錐形滑動(dòng)凸面33的傾斜角度與圓錐形滑動(dòng)凹面2中心的傾斜角度吻合接觸。將圓錐形滑動(dòng)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。
[0022]圓錐形滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)從圓錐形滑動(dòng)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(shí)，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。
[0023]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(dòng)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(shí)，可有效防止中心柱3的豎向脫離。
[0024]中心柱3的圓錐形滑動(dòng)凸面33與圓錐形滑動(dòng)凹面2形成自復(fù)位系統(tǒng)，在地震前，圓錐形滑動(dòng)凸面33位于圓錐形滑動(dòng)凹面2的中心部分，使得圓錐形滑動(dòng)凸面33與圓錐形滑動(dòng)凹面2全接觸，提供初始靜摩擦力；在地震時(shí)，圓錐形滑動(dòng)凸面33離圓錐形滑動(dòng)凹面2中心越遠(yuǎn)，其與圓錐形滑動(dòng)凹面2接觸越小，則摩擦力越小；尤其是大震時(shí)，若圓錐形滑動(dòng)凸面33位于離圓錐形滑動(dòng)凹面2中心最遠(yuǎn)端，此時(shí)圓錐形滑動(dòng)凸面33與圓錐形滑動(dòng)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(dòng)凸面33偏離圓錐形滑動(dòng)凹面2中心時(shí)，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。
[0025]總之，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)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(jià)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(dòng)凹面以及能在擋板與圓錐形滑動(dòng)凹面之間移動(dòng)的中心柱；所述中心柱由上翼緣、下翼緣和圓錐形滑動(dòng)凸面組成，圓錐形滑動(dòng)凸面與中心柱整合成一體；所述圓錐形滑動(dòng)凸面的傾斜角度與圓錐形滑動(dòng)凹面中心的傾斜角度吻合接觸；所述圓錐形滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)】E04B1/98GK203795641SQ201420124564
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:熊偉