專利名稱：一種水平位移隔震支座的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑物、工程結構及橋梁結構領域，具體涉及一種用于衰減地震能量的隔震支座。
背景技術：
建筑物和工程結構，包括房屋、橋梁等，當遭受地震時會產(chǎn)生較大的地震響應位移，位移過大時結構就可能被破壞。傳統(tǒng)的抗震措施是加強結構體系的強度，這樣做既增加了工程造價，抗震效果也不理想。特別是，近些年來，各種房屋建筑及橋梁結構不斷向著高大化、大跨度的方向發(fā)展，依靠傳統(tǒng)抗震方法已遠不能滿足安全要求。基礎隔震技術是近年來迅速發(fā)展起來的一種合理、有效的工程抗震方法，通過在建筑物與基礎之間設置各種各樣的隔震支座，比如滑移、滾動隔震裝置，來隔離地震力向上部結構的傳遞，達到保護上方建筑物結構的目的。目前應用最多的、較典型的隔震支座結構包括專利號為ZL200420043516. 6的實用新型專利公開的鉛芯橡膠支座以及專利號為ZL03112549. 2的發(fā)明專利公開的、內(nèi)部包含阻尼結構的非鉛芯隔震支座。這兩大類隔震支座均包括由多層彈性體和多層金屬板交替疊置結合而成的支座本體，支座本體內(nèi)部還設置有腔室，腔室內(nèi)設置旨在增大支座阻尼的鉛芯或阻尼結構。這樣結構的隔震支座具有很高豎向剛度和承載能力，同時有較低的水平剛度，地震時支座的上下表面可以作較大的相對位移，亦即允許建筑物相對于地面作水平相對運動，相對運動時，支座強迫其內(nèi)部的鉛芯或阻尼結構反復塑性變形，大量地吸收消耗地震能量，減輕結構共振，建筑物的加速度和絕對位移相對于剛性基礎大幅降低，從而提高建筑物的抗震能力。但是，現(xiàn)有隔震支座產(chǎn)品外形均為圓柱形、長方形或正方形，其上、下表面能夠實現(xiàn)的水平相對位移有限，因此，極大地限制了其隔震性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種上、下表面能夠安全實現(xiàn)更大位移的水平大位移隔震支座。本發(fā)明水平位移隔震支座是這樣實現(xiàn)的，包括由多層彈性體和多層金屬板交替疊置結合而成的支座本體，支座本體內(nèi)部還設置有腔室，腔室內(nèi)設置旨在增大支座阻尼的鉛芯、非金屬阻尼材料或非金屬阻尼材料與固體填充物的混合物，支座本體為圓錐臺或棱臺形狀，支座本體的垂向截面輪廓為等腰梯形。當然，由于加工中一定會存在誤差，也可以近似為等腰梯形。支座本體制作成棱臺形狀時，根據(jù)需要可以將其制成四棱臺、五棱臺、六棱臺、七棱臺或八棱臺，當然，如果有必要也可以加工成具有更多棱邊的棱臺。需要說明的是，為了便于加工，并盡量增強支座本體的穩(wěn)定性，優(yōu)選的，將支座本體設置成正四棱臺、正五棱臺、 正六棱臺、正七棱臺或正八棱臺等對稱形狀，即保證支座本體的垂向截面輪廓呈等腰梯形， 當然，由于加工中存在的誤差，也可以近似為等腰梯形。
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所述的彈性體可以是傳統(tǒng)的橡膠材料，也可以是固體阻尼材料或者彈性聚氨酯材料。支座本體內(nèi)部設置的阻尼材料可以是固體阻尼材料也可以是液體阻尼材料。固體填充物可以是顆粒物、纖維絲團、纖維網(wǎng)、間隔設置的多層板狀物、由多根棒狀物組成的棒束、呈卷狀的網(wǎng)格或多孔彈性材料，而且非金屬阻尼材料全部充滿或至少部分地充滿固體填充物之間的空間。設置固體填充物的作用在于可以增大支座本體腔室中阻尼材料的內(nèi)耗阻尼。使用時，將本發(fā)明水平位移隔震支座尺寸較大一端朝上放置于建筑物與基礎之間，由于隔震支座自下而上外形尺寸逐漸增大，當其上、下表面發(fā)生相對位移時，隔震支座具有更強的穩(wěn)定性，不易發(fā)生傾覆，因此可以適應更大的水平相對位移。而隔震支座可以實現(xiàn)更大的水平位移，則意味著支座本體可以產(chǎn)生更大的變形，通過支座本體發(fā)生變形時強迫腔室內(nèi)鉛芯及非金屬阻尼材料或非金屬阻尼材料與固體填充物的混合物構成的阻尼結構發(fā)生塑性變形，從而更多地吸收消耗地震能量，因此隔震性能更好，安全性能也更好。本發(fā)明水平位移隔震支座，通過設置外形為圓錐臺或棱臺形狀的支座本體，從而使隔震支座的上、下表面可以實現(xiàn)更大的水平位移，從而大大提高了隔震支座的隔震性能， 其適用性好，可以廣泛應用于各種建筑物、工程結構及橋梁結構，也可以應用于機械設備的隔震。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖之一。圖2為本發(fā)明與其它隔震支座的水平位移對照示意圖。圖3為圖1的仰視圖。圖4為本發(fā)明的結構示意圖之二。圖5為本發(fā)明的結構示意圖之三。圖6為本發(fā)明的結構示意圖之四。圖7為圖6的仰視圖。圖8為本發(fā)明的結構示意圖之五。
具體實施例方式實施例一如圖1和圖3所示本發(fā)明水平位移隔震支座，包括由多層彈性體2和多層金屬板 1交替疊置結合而成的圓臺狀支座本體，本例中，彈性體2為橡膠，金屬板1為鋼板。彈性體2和金屬板1中部設置的通孔在支座本體內(nèi)部構成一個連續(xù)腔室，腔室內(nèi)設置旨在增大支座阻尼的鉛芯3。為提高強度，避免承載時被損壞，位于支座本體最上方和最下方的金屬板采用厚度相對較厚的鋼板Ia和lb。如果忽略金屬板Ia和Ib自身厚度的影響，支座本體的垂向截面輪廓呈倒置的等腰梯形，當然由于加工中存在的誤差，也可以近似為等腰梯形。使用時，將本發(fā)明水平位移隔震支座尺寸較大一端朝上放置于建筑物與基礎之間，由于本發(fā)明水平位移隔震支座具有很高豎向剛度和承載能力，同時有較低的水平剛度， 地震時支座本體的上下表面可以作較大的相對位移，亦即允許建筑物相對于地面作水平相對運動，相對運動時，支座本體強迫其內(nèi)部的鉛芯反復塑性變形，大量地吸收消耗地震能量，減輕結構共振，減少建筑物的地震響應位移，因此可以做到大震不倒，小震不晃，進而保護了建筑物及建筑物內(nèi)居民的安全。本發(fā)明水平位移隔震支座與現(xiàn)有同類型的隔震支座相比，具有更出色的水平相對位移能力。其原理在于，如圖2所示，以最上方鋼板外徑尺寸為W1、最下方鋼板外徑尺寸為 W3、高度為H的本發(fā)明水平大位移隔震支座為例，對比直徑尺寸為W1、高度為H的圓柱形現(xiàn)有隔震支座Samplel、直徑尺寸為W2、高度為H的圓柱形現(xiàn)有隔震支座Sample2及直徑尺寸為W3、高度為H的圓柱形現(xiàn)有隔震支座Sample3，其中W2 = (ffl+W3)/2,即Wl > W2 > W3。 從外形尺寸分析可以知道，隔震支座Sample2的材料使用量M2與本發(fā)明水平大位移隔震支座的材料用量M完全相同，隔震支座Samplel的材料用量Ml大于M，隔震支座Sample3的材料用量M3小于M，即Ml > M = M2 > M3。而理論上，上述隔震支座可以實現(xiàn)的最大水平位移分別為本發(fā)明水平大位移隔震支座的最大水平位移長度L = 2XW1 ；隔震支座Samplel 的最大水平位移長度Ll = 2XW1 ；隔震支座Sample2的最大水平位移長度L2 = 2XW2 ；隔震支座Sample3的最大水平位移長度L3 = 2XW3。由Wl > W2 > W3，可知有如下邏輯關系 L = Ll > L2 > L3成立。綜上，我們可以得出結論，理論上在最大水平位移范圍相同的情況下，本發(fā)明水平位移隔震支座的材料使用量最小，性價比最高。本例中彈性體為橡膠材料，金屬板為鋼板，實際應用中，彈性體也可以選用固體阻尼材料或者彈性聚氨酯材料，金屬板也可以選用不銹鋼板等其他金屬板材，只要材料的強度和性能達到使用要求，都可以用于本發(fā)明產(chǎn)品的生產(chǎn)，實現(xiàn)預期的隔震效果。實施例二如圖4所示本發(fā)明水平位移隔震支座，與實施例一的區(qū)別在于，除位于最頂端和最底端的金屬板Ia和Ib外，其他金屬板1完全被彈性體2包裹，這樣的結構有利于金屬板 1的防腐。應用中只需要對裸露的金屬板Ia和Ib進行特別防腐處理即可，有利于提高產(chǎn)品的使用壽命，并降低成本。另外，支座本體中心的腔室內(nèi)，設置固體阻尼材料4替代鉛芯用于變形時消耗地震能。使用時，將本發(fā)明水平位移隔震支座尺寸較大一端朝上放置于建筑物與基礎之間。利用固體阻尼替代鉛芯用于耗能的有益之處在于1)固體阻尼材料的價格較低，有利于降低產(chǎn)品成本和產(chǎn)品的推廣應用；幻鉛芯在加工和使用過程中，以及報廢后會對污染環(huán)境，危害人體健康，而目前可供選擇的環(huán)保型固體阻尼材料種類已經(jīng)非常多，完全可以避免污染的問題；幻鉛芯發(fā)生塑性變形后難以自動復位，但許多固體阻尼材料兼?zhèn)淞己玫膹椥?，塑性變形后可以實現(xiàn)自動復位。實施例三如圖5所示本發(fā)明水平位移隔震支座，與實施例二的區(qū)別在于，固體阻尼材料4中增設固體填充物5，本例中固體填充物5為固體阻尼材料中間隔設置的鋁板。設置固體填充物的作用在于可以增大支座本體腔室中阻尼材料的內(nèi)耗阻尼。使用時，將本發(fā)明水平位移隔震支座尺寸較大一端朝上放置于建筑物與基礎之間。采用這種結構的本發(fā)明水平大位移隔震支座，當受到水平方向的外力時，例如發(fā)生地震時，支座本體上下面發(fā)生相對平移，支座本體受到水平剪切變形，強迫其腔室內(nèi)阻尼材料發(fā)生剪切為主的變形，同時鋁板發(fā)生相對平移，位于鋁板之間的阻尼材料受到剪切，由于固體阻尼材料具有很高的阻尼，會產(chǎn)生與運動方向相反的阻力，將外界能量轉化為熱能，吸收消耗了地震能量，減少了建筑物的地震響應位移，保護建筑物及建筑物內(nèi)的居民的生命安全。本例中由于在固體阻尼材料4中設置了固體填充物5——招板，提高了固體阻尼材料變形時的內(nèi)部阻力和變形時的內(nèi)耗，在阻尼腔室尺寸不變的情況下隔震支座的阻尼比有所提
尚ο除鋁板外，固體填充物還可以是顆粒物、纖維絲團、纖維網(wǎng)、由多根棒狀物組成的棒束呈卷狀的網(wǎng)格或多孔彈性材料，都可以起到增大固體阻尼材料的內(nèi)耗阻尼的作用。而且固體阻尼材料可以全部充滿、也可以部分充滿固體填充物之間的空間。實施例四如圖6、圖7所示本發(fā)明水平位移隔震支座，與實施例二的區(qū)別在于，支座本體的形狀設置成正四棱臺，金屬板Ia和Ib嵌置在彈性體2中，相應的，金屬板1和金屬板Ia和 Ib都加工成正方形。此外，支座本體內(nèi)部的腔室內(nèi)設置的非金屬阻尼材料除了設置固體阻尼材料外，還可以設置液體阻尼材料。本例中腔室內(nèi)設置的就是高阻尼硅油7。為了便于灌注液體阻尼，金屬板Ia中心設置灌裝口及用于封閉灌裝口的密封件6。使用時，將本發(fā)明水平位移隔震支座尺寸較大一端朝上放置于建筑物與基礎之間。本例中僅以支座本體設置成正四棱臺進行說明，在實際應用中，根據(jù)需要，支座本體也可以加工成將支座本體設置成正四棱臺、正五棱臺、正六棱臺、正七棱臺或正八棱臺等對稱形狀，對于某些特殊應用，支座本體也可以設置成非對稱結構的棱臺形式。實施例五如圖8所示，與實施例四的區(qū)別在于，液體阻尼材料4中也可以增設固體填充物8， 本例中固體填充物8為液體阻尼材料中設置的金屬絲團。設置固體填充物的作用在于可以增大支座本體腔室中阻尼材料的內(nèi)耗阻尼。除金屬絲團外，例如尼龍絲團等其他纖維絲團也可以作為固體填充物用于本發(fā)明，此外，固體填充物可以是顆粒物、纖維網(wǎng)、間隔設置的多層板狀物、由多根棒狀物組成的棒束、呈卷狀的網(wǎng)格或多孔彈性材料，都可以起到增大液體阻尼材料的內(nèi)耗阻尼的作用。而且液體阻尼材料可以全部充滿、也可以部分充滿固體填充物之間的空間。從以上實施例可以看出，本發(fā)明將支座本體的垂向截面輪廓設置成等腰梯形(或近似等腰梯形)，從而使隔震支座的上、下表面可以實現(xiàn)更大的水平位移，從而大大提高了隔震支座的隔震性能，其適用性好，性價比更高，可以廣泛應用于各種建筑物、工程結構及橋梁結構，也可以應用于機械設備的隔震。在實際應用中，本發(fā)明的擺放可以根據(jù)隔震支座上、下方支承物體的實際需要進行調(diào)整，可以將尺寸較大面向上，也可以將尺寸較小面向上，由于本發(fā)明水平大位移隔震支座在使用過程中是通過產(chǎn)生隔震支座上、下方物體的相對運動來實現(xiàn)減震效果，因此可實現(xiàn)的效果相同。
權利要求
1.一種水平位移隔震支座，包括由彈性體和金屬板交替疊置結合而成的支座本體，支座本體內(nèi)部還設置有腔室，腔室內(nèi)設置旨在增大支座阻尼的鉛芯、非金屬阻尼材料或非金屬阻尼材料與固體填充物的混合物，其特征在于支座本體為圓錐臺或棱臺形狀，支座本體的垂向截面輪廓為等腰梯形。
2.根據(jù)權利要求1所述的水平位移隔震支座，其特征在于彈性體由橡膠材料、固體非金屬阻尼材料或者彈性聚氨酯材料制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的水平位移隔震支座，其特征在于非金屬阻尼材料包括液體非金屬阻尼材料和固體非金屬阻尼材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的水平位移隔震支座，其特征在于固體填充物為顆粒物、纖維絲團、纖維網(wǎng)、板狀物、棒狀物、呈卷狀的網(wǎng)格或多孔彈性材料，并且非金屬阻尼材料全部充滿或至少部分地充滿固體填充物之間的空間。
5.根據(jù)權利要求1所述的水平位移隔震支座，其特征在于支座本體外形為四棱臺、五棱臺、六棱臺、七棱臺或八棱臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于衰減地震能量的隔震支座。其包括由多層彈性體和多層金屬板交替疊置結合而成的支座本體，支座本體內(nèi)部還設置有腔室，腔室內(nèi)設置旨在增大支座阻尼的鉛芯、非金屬阻尼材料或非金屬阻尼材料與固體填充物的混合物，支座本體為圓錐臺或棱臺形狀，支座本體的垂向截面輪廓為等腰梯形。本發(fā)明水平位移隔震支座，通過設置外形為圓錐臺或棱臺形狀的支座本體，從而使隔震支座的上、下表面可以實現(xiàn)更大的水平位移，從而大大提高了隔震支座的隔震性能，其適用性好，可以廣泛應用于各種建筑物、工程結構及橋梁結構，也可以應用于機械設備的隔震。
文檔編號E01D19/04GK102296703SQ20111013195
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者孔祥斐, 尹學軍 申請人:尹學軍, 青島科而泰環(huán)境控制技術有限公司