集合球豎向隔震筒的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種集合球豎向隔震筒，它包括一端封閉一端開放的下筒、至少一個獨立球體構(gòu)成的球集合體、隔板和一端封閉一端開放的上導(dǎo)筒組成，所述的球集合體裝在下筒的筒體內(nèi)，所述隔板直接平放在集合球體的頂部；所述上導(dǎo)筒套入下筒內(nèi)。該隔震筒既可以單獨作為豎向隔震使用，又可以與現(xiàn)有的水平隔震裝置組合，形成三維隔震的復(fù)合支座。該隔震筒不但隔震性能良好，而且構(gòu)造簡單、耐久性好、造價低廉、有一定的抗傾覆能力，特別適用于核電站、生命線工程、高聳高層、大跨度、長懸臂等對豎向隔震敏感的建筑，以及適用于需要隔離豎向環(huán)境振動的工程結(jié)構(gòu)。
【專利說明】集合球豎向隔震筒

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于結(jié)構(gòu)工程和地震工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于建筑結(jié)構(gòu)或其它工程結(jié)構(gòu)減輕豎向地震作用或者豎向環(huán)境振動的新式豎向隔震減震支座，特別涉及一種由集合球和筒體組合而成的豎向隔震支座。

【背景技術(shù)】
[0002]無論是試驗還是真實地震考驗，采用隔震技術(shù)的工程結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出比傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)越的抗震性能，因此以疊層橡膠隔震支座為主導(dǎo)的隔震技術(shù)在近幾十年內(nèi)得到了迅速發(fā)展。隔震支座是設(shè)在建筑物與基礎(chǔ)之間的隔震裝置，目前廣泛使用的各種隔震支座都是以隔離地震波的水平分量為主要目的的。然而，地震時地面運動是復(fù)雜三向運動的組合，地面加速度既有水平方向運動分量，也有豎直方向的運動分量。傳統(tǒng)觀點認為，水平地震力對結(jié)構(gòu)破壞起決定性作用，豎向地震作用微不足道。但研宄表明，豎向地震作用對結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和破壞程度的影響是不容忽視的，如在2008年巖手.宮城內(nèi)陸地震中，在KiK-net一關(guān)西觀察站記錄到接近4000gal的強烈豎向加速度，此外還曾多次實測到地震的豎向加速度峰值大于水平加速度峰值。在多次地震中現(xiàn)有的隔震支座無法有效地減少地震豎向分量對建筑結(jié)構(gòu)的影響，不能實現(xiàn)豎向隔震或者三維隔震。因此國內(nèi)外不少學(xué)者對水平隔震支座進行改造，從二維隔震向三維隔震邁進。近年來，已有不少新型三維隔震支座方案相繼被提出，大多數(shù)都由豎向隔震支座與水平隔震支座組合而成，但存在著以下缺點:
[0003]1、支座所提供的阻尼不能滿足豎向隔震的要求，豎向振動的耗能僅限于鋼材之間的相互摩擦，如碟形彈簧組成的支座。
[0004]2、采用某些豎向隔震裝置的建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下，其豎向反應(yīng)與非隔震結(jié)構(gòu)相比反而放大了，如加厚橡膠層的疊層橡膠隔震支座。
[0005]3、造價昂貴、加工精度要求高、維護費用高、容易在地震作用下產(chǎn)生搖擺，如空氣彈費支座。
[0006]4、耐久性差、維護費用高是目前大部分的豎向隔震支座或三維隔震裝置的通病，因此難以廣泛應(yīng)用于實際工程結(jié)構(gòu)。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的在于提供一種具備較高豎向承載力、滿足正常使用功能要求，并且在地震中能夠有效地隔離豎向震動、消耗豎向振動能量的支座一一集合球豎向隔震筒。該支座既可以單獨作為豎向隔震使用，又可以與現(xiàn)有的水平隔震支座組合，形成三維隔震的復(fù)合支座。該支座不但隔震性能良好，而且構(gòu)造簡單、耐久性好、造價低廉、有一定的抗傾覆能力，特別適用于核電站、生命線工程、高聳高層、大跨度、長懸臂等對豎向隔震敏感的建筑。
[0008]為了達到以上目的，本實用新型采取如下解決方案:
[0009]本實用新型的一種集合球豎向隔震筒，它包括一端封閉一端開放的下筒、至少一個獨立球體構(gòu)成的球集合體、隔板和一端封閉一端開放的上導(dǎo)筒組成，所述的球集合體裝在下筒的筒體內(nèi)，所述隔板直接平放在球集合體的頂部；所述上導(dǎo)筒套入下筒內(nèi)。
[0010]它還包括阻尼填充體，所述阻尼填充體充滿球集合體的空隙中。所述阻尼填充體可以是阻尼油和/或阻尼脂，可以根據(jù)所需阻尼的大小選用不同的黏度。所述阻尼油、阻尼脂可以是單一多種黏度的，也可以是各種不同黏度組合。
[0011]所述隔板上開有小通孔。
[0012]所述上導(dǎo)筒外固定套設(shè)一個一端封閉一端開放的外套筒，所述外套筒與上導(dǎo)筒同軸，外套筒的高度大于上導(dǎo)筒的高度但小于下筒的高度，外套筒的內(nèi)徑大于下筒的外徑。
[0013]所述上導(dǎo)筒的筒內(nèi)底部固定套設(shè)有至少一個與上導(dǎo)筒同軸的內(nèi)套管，內(nèi)套管的高度與上導(dǎo)筒的高度相同；所述下筒嵌套入上導(dǎo)筒與外套筒之間的間隙中，上導(dǎo)筒及內(nèi)套管架在隔板上。以實現(xiàn)對本隔震筒進行水平方向的限位，防止隔震筒在地震時發(fā)生側(cè)向傾覆，保證隔震筒的抗傾覆能力。
[0014]所述上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管與下筒的高度還應(yīng)該滿足豎向位移的需要，使建筑結(jié)構(gòu)在地震時沿豎向能夠做上下平動，且保證在罕遇地震作用下，外套筒不與下筒的安裝面接觸，下筒不與上導(dǎo)筒的安裝面接觸。當內(nèi)套管大于一個時，其中最里層內(nèi)套管的外徑為所述隔板的直徑之1/3，上導(dǎo)筒外徑略小于下筒的內(nèi)徑，并與各層內(nèi)套管的高度相同；外套筒的高度大于內(nèi)套管的高度但小于下筒的高度，外套筒的內(nèi)徑大于下筒的外徑。上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管與下筒的直徑和高度，取決于上導(dǎo)筒、下筒之間的行程以及球集合體的體積。
[0015]所述下筒和外套筒的封閉端分別向外延伸至一個與筒軸線垂直的安裝面，所述安裝面上開有安裝孔，以便與建筑物的上部結(jié)構(gòu)連接。
[0016]所述球集合球體是由至少一個獨立的實心和/或空心球組成；所述球的材料是超彈性或粘彈性材料，如:天然橡膠、合成橡膠、高阻尼橡膠、摻入高強纖維的橡膠、硅膠等，或者由前述至少兩種材料分層復(fù)合而成；可根據(jù)實際需要來調(diào)整材料的強度和變形模量；球的直徑根據(jù)設(shè)計要求來確定，可以采用多種不同的直徑組成級配，也可以全部球采用相同直徑。球的數(shù)量根據(jù)設(shè)計要求確定。
[0017]所述阻尼填充體是阻尼油和/或阻尼脂填充體；所述下筒、隔板、上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管和安裝面，所用材料均是鋼材、高強合金、高強鋼筋混凝土，或者前述至少兩種材料的組合。其尺寸要根據(jù)使用要求來確定。為了提高耐久性，如果材料有銹蝕的可能性，需要做防銹處理。
[0018]所述下筒、上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管均為圓柱形，所述隔板為圓形，隔板直徑略小于下筒的內(nèi)徑。
[0019]為了提高耐久性，所述集合球隔震筒還包括橡膠護套，所述橡膠護套罩在隔震筒夕卜，其兩端分別固定在安裝面上；所述橡膠護套的總長度大于集合球隔震筒的高度加集合球隔震筒最大位移行程之和，直徑大于下筒外徑，厚度為5?10mm。
[0020]本集合球隔震筒的組裝步驟是:①把下筒的開口端朝上放置；②把球全部放入下筒內(nèi)形成球集合體，使筒內(nèi)球集合體的表面基本平整；③在下筒內(nèi)注入阻尼油或阻尼脂；④在球集合體的上面放入隔板；⑤把上導(dǎo)筒的開口端朝下，套在下筒的上方，上導(dǎo)筒及內(nèi)套管壓在隔板的上面。組裝完成。可見集合球隔震筒組裝方法非常簡單。
[0021]本實用新型的集合球隔震筒在僅用于豎向隔震時的使用方法:把上導(dǎo)筒的安裝面與建筑物上部結(jié)構(gòu)的底部通過螺栓相連，下筒的安裝面與建筑物的基礎(chǔ)通過螺栓相連。
[0022]本實用新型的集合球隔震筒用于三維隔震時的使用方法:把上導(dǎo)筒的安裝面與建筑物上部結(jié)構(gòu)的底部通過螺栓相連，下筒的安裝面與水平隔震支座的上連接板通過螺栓相連，水平隔震支座的下連接板與建筑物的基礎(chǔ)通過螺栓相連。
[0023]本實用新型的集合球豎向隔震筒在正常使用狀態(tài)下的工作原理是:上部結(jié)構(gòu)的荷載通過上導(dǎo)筒及內(nèi)套管傳遞到隔板，隔板把荷載均勻地傳遞到球集合體(由于球集合體受到下筒的約束，所以每個球都均處于三向受壓狀態(tài))，球集合體再通過下筒把荷載傳遞到下面的水平隔震支座或者建筑物基礎(chǔ)上。當沒有地震或者只發(fā)生水平地震時，集合球豎向隔震筒只起傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的作用。
[0024]本實用新型的集合球豎向隔震筒在豎向地震發(fā)生時的工作原理是:在地面發(fā)生豎向震動時，上導(dǎo)筒及內(nèi)套管將會相對于下筒做上下往復(fù)的運動。當上導(dǎo)筒及內(nèi)套管相對于下筒做向上運動時，沒有任何約束，使上部結(jié)構(gòu)可以自由地往上運動，釋放了豎向震動引起的結(jié)構(gòu)拉力，這時球集合體受到的壓力會減小，球體發(fā)生一定的回彈，隔板往上移動一定的距離，阻尼油或阻尼脂通過隔板與下筒之間的縫隙和隔板上的小通孔往下流；當上導(dǎo)筒及內(nèi)套管相對于下筒做向下運動時，對球集合體產(chǎn)生沖擊和擠壓，使球體之間的空隙被壓縮，其中的阻尼油或阻尼脂被擠出并通過隔板與下筒之間的縫隙和隔板上的小通孔往上流，球體之間產(chǎn)生的摩擦和阻尼油或阻尼脂的擠出增加了系統(tǒng)運動的阻尼，同時把地震運動的動能轉(zhuǎn)化成熱能而消耗掉，使上部結(jié)構(gòu)的豎向震動迅速衰減。
[0025]本實用新型提供的技術(shù)方案的優(yōu)點:
[0026]I)利用受三向約束且浸泡在阻尼油或阻尼脂等阻尼填充體里的由獨立球體構(gòu)成的球集合體作為豎向隔震支座的核心，球體在下筒內(nèi)始終處于三向受壓狀態(tài)，保證了集合球豎向隔震筒能夠提供很高的豎向承載力。
[0027]2)可以通過球體材料的變形模量以及球體的直徑、級配和數(shù)量來調(diào)節(jié)集合球豎向隔震筒的豎向剛度，能夠很方便地滿足不同的豎向剛度需求。
[0028]3)性能穩(wěn)定、耐久性好、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，安裝和更換都非常簡易。
[0029]4)總之，本實用新型有廣泛的適用性，適用于房屋、橋梁、核電站等工程結(jié)構(gòu)的豎向隔震和減震，也適用于地鐵軌道的減振降噪。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為下筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是圖1的A-A剖面圖；
[0032]圖3為上導(dǎo)筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為圖3的B-B剖面圖；
[0034]圖5為隔板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6為圖5的俯視圖；
[0036]圖7為集合球豎向隔震筒的裝配不意圖；
[0037]圖8為集合球豎向隔震筒的剖視圖；
[0038]圖9為集合球豎向隔震筒作為三維隔震裝置時的安裝示意圖；
[0039]圖10為集合球豎向隔震筒作為豎向隔震裝置時的安裝示意圖。

【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0041]如圖1?10所示是本實用新型的一種集合球豎向隔震筒的優(yōu)選實施例之一，
[0042]它包括一端封閉一端開放的圓柱形下筒1、多個獨立的彈性球體31構(gòu)成的球集合體3、直徑略小于下筒內(nèi)徑的圓形隔板4、阻尼填充體5、一端封閉一端開放的圓柱形上導(dǎo)筒2組成和橡膠護套6組成，所述上導(dǎo)筒2外固定套設(shè)一個一端封閉一端開放的圓柱形外套筒21，所述外套筒21與上導(dǎo)筒2同軸，外套筒21的高度大于上導(dǎo)筒2的高度，小于下筒I的高度；所述上導(dǎo)筒2的筒內(nèi)底部固定套設(shè)有一個與上導(dǎo)筒2同軸的圓柱形內(nèi)套管22，內(nèi)套管22的高度與上導(dǎo)筒2的高度相同；所述的球集合體3裝在下筒I的筒體內(nèi)，所述隔板4直接平放在球集合體3的頂部；所述下筒I嵌套入上導(dǎo)筒2與外套筒21之間的間隙中，上導(dǎo)筒2和內(nèi)套管22架在隔板4上；所述隔板4上均勻開有多個小通孔41，所述阻尼填充體5充滿球集合體3的空隙中。所述阻尼填充體5是阻尼油或阻尼脂，并可以根據(jù)所需阻尼的大小選用不同的黏度。所述阻尼油、阻尼脂可以是單一多種黏度的，也可以是各種不同黏度組合；所述下筒I和外套筒21的封閉端分別向外延伸至一個與筒軸線垂直的安裝面11、23，所述安裝面上開有安裝孔12、24，以便與建筑物和水平隔震支座連接；所述橡膠護套罩6在隔震筒外，其兩端分別固定在安裝面11、23上；所述橡膠護套6的總長度大于集合球隔震筒的高度加集合球隔震筒的最大位移行程之和，直徑大于下筒I外徑，厚度為5?10mm。
[0043]所述上導(dǎo)筒2、外套筒21、內(nèi)套管22與下筒I的高度還應(yīng)該滿足豎向位移的需要，使建筑結(jié)構(gòu)在地震時沿豎向能夠做上下平動，且保證在罕遇地震作用下，外套筒21不與下筒I的安裝面11接觸，下筒I不與上導(dǎo)筒2的安裝面23接觸。當內(nèi)套管大于一個時，其中最里層內(nèi)套管的外徑為所述隔板4的直徑之1/3，上導(dǎo)筒2外徑略小于下筒I的內(nèi)徑，并與各層內(nèi)套管22的高度相同；外套筒21的高度大于內(nèi)套管22的高度，但小于下筒I的高度。外套筒21的內(nèi)徑大于下筒I的外徑。上導(dǎo)筒2、外套筒21、內(nèi)套管22與下筒I的直徑和高度，取決于上導(dǎo)筒2與下筒I之間的最大位移行程以及球集合體3的體積。
[0044]所述球體31的材料可以是天然橡膠、合成橡膠、高阻尼橡膠、摻入高強纖維的橡膠、硅膠等超彈性或粘彈性材料，或者由前述至少兩種材料分層復(fù)合而成；可根據(jù)實際需要來調(diào)整材料的強度和變形模量；球體31的直徑根據(jù)設(shè)計要求來確定，可以采用多種不同的直徑組成級配，也可以全部球體采用相同直徑。球的數(shù)量根據(jù)設(shè)計要求確定。
[0045]所述下筒1、隔板4、上導(dǎo)筒2、外套筒21、內(nèi)套管22和安裝面11、23，所用材料均可以是鋼材、高強合金、高強鋼筋混凝土，或者前述至少兩種材料的組合，其尺寸要根據(jù)使用要求來確定。為了提高耐久性，如果材料有銹蝕的可能性，需要做防銹處理。
[0046]為了提高耐久性，所述集合球隔震筒還包括橡膠護套6，所述橡膠護套罩6在隔震筒外，其兩端分別固定在安裝面11、23上；所述橡膠護套6的總長度大于集合球隔震筒的高度加最大位移行程之和，直徑大于下筒I外徑，厚度為5?10_。
[0047]本集合球隔震筒的組裝步驟是:①把下筒I的開口端朝上放置；②把獨立球體31放入下筒I內(nèi)，使筒內(nèi)球集合體3的表面基本平整在下筒I內(nèi)注入阻尼油或阻尼脂在球集合體3的上面放入隔板4 ;⑤把上導(dǎo)筒2的開口端朝下，套入下筒I的上方，上導(dǎo)筒2及內(nèi)套管22壓在隔板4的上面，組裝完成。
[0048]本實用新型并不限于以上實施方式，只要是本說明書或權(quán)利要求書中記載的方案均是可以實施的。例如上述實施例中隔板上的小通孔、內(nèi)套管、阻尼填充體等是可以選擇性的有或沒有的；球體也可以是彈性的或粘彈性的。因此以上所述實施例僅表達了本實用新型的優(yōu)選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利保護范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種集合球豎向隔震筒，其特征在于:它包括一端封閉一端開放的下筒、至少一個獨立球體構(gòu)成的球集合體、隔板和一端封閉一端開放的上導(dǎo)筒組成，所述的球集合體裝在下筒的筒體內(nèi)，所述隔板直接平放在集合球體的頂部；所述上導(dǎo)筒套入下筒內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集合球豎向隔震筒，其特征在于:它還包括阻尼填充體，所述阻尼填充體充滿球集合體的空隙中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述隔板上開有小通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述上導(dǎo)筒外固定套設(shè)一個一端封閉一端開放的外套筒，所述外套筒與上導(dǎo)筒同軸，外套筒的高度大于上導(dǎo)筒的高度，小于下筒的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述上導(dǎo)筒的筒內(nèi)底部固定套設(shè)有至少一個與上導(dǎo)筒同軸的內(nèi)套管，內(nèi)套管的高度與上導(dǎo)筒的高度相同；所述下筒嵌套入上導(dǎo)筒與外套筒之間的間隙中，上導(dǎo)筒和內(nèi)套管架在隔板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:當內(nèi)套管大于一個時，其中最里層內(nèi)套管的外徑為所述隔板的直徑之1/3，上導(dǎo)筒外徑略小于下筒的內(nèi)徑，并與各層內(nèi)套管的高度相同；外套筒的高度大于內(nèi)套管的高度但小于下筒的高度，外套筒的內(nèi)徑大于下筒I的外徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述下筒和外套筒的封閉端分別向外延伸至一個與筒軸線垂直的安裝面，所述安裝面上開有安裝孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述集合球體是由至少一個獨立的實心和/或空心球體組成；所述球是天然橡膠球、合成橡膠球、高阻尼橡膠球、摻入高強纖維的橡膠球、硅膠球、其它超彈性球或粘彈性球，或者由前述至少兩種球的材料分層復(fù)合而成的球；所述阻尼填充體是阻尼油和/或阻尼脂填充體；所述下筒、隔板、上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管和安裝面，所用材料均是鋼、高強合金、高強鋼筋混凝土或者前述至少兩種材料的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:所述下筒、上導(dǎo)筒、外套筒、內(nèi)套管均為圓柱形；所述隔板為圓形，其直徑略小于下筒的內(nèi)徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集合球豎向隔震筒，其特征在于:它還包括橡膠護套，所述橡膠護套罩在隔震筒外，其兩端分別固定在安裝面上；所述橡膠護套的總長度大于集合球隔震筒的高度加最大位移行程之和，直徑大于下筒外徑，厚度為5?10mm。
【文檔編號】E04B1/98GK204252314SQ201420668253
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】冼巧玲, 李嘉卿, 周福霖 申請人:廣州大學(xué)