一种基于四杆结构的三维隔震装置

本发明涉及建筑减隔震技术领域，具体涉及一种基于四杆结构的三维隔震装置。

背景技术：

隔震支座是建筑物为达到隔震要求设置在建筑物和基础之间的隔震隔离装置。隔震支座被广泛应用于各类建筑物中，用来应对各种自然或人为的震动对建筑物造成的破坏，减弱对人类住行的影响。

上世纪中叶的隔震装置主要是由橡胶和钢板交替硫化而成，只能消除或减弱地震波的水平分量。随着人们对地震波有更多的认识。上世纪80年代，三维隔震装置的研究才开始受到相关学者的重视。我国自上个世纪90年代初，由中国石油天然气总公司抗震办公室和中国建筑科学研究院工程抗震研究所提出的隔震楼板(专利公开号：cn1043971a)，随后陆续有三维隔震支座被提出。

目前的三维隔震支座的设计中，大多存在以下不足：1支座的竖向力增大速率变快时，支座的抵抗机制无法相应的做出改变；2支座在进行减隔震的运行时没有提示人类发生地震，需要注意安全。

技术实现要素：

本发明公开了一种基于四杆结构的三维隔震装置，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于四杆结构的三维隔震装置，包括活塞组件、变截面sma预应力索、四杆结构、底板、环形空气橡胶弹簧、底座以及阻尼液，其中：

所述活塞组件包括活塞套筒和组配于所述活塞套筒内且可沿所述活塞套筒上下移动的活塞推杆，所述活塞推杆的一端自所述活塞套筒的顶部伸出，所述阻尼液填充于所述活塞套筒内；

所述变截面sma预应力索设置于所述活塞套筒内以用于限制所述活塞推杆在竖直方向上的位移和调节所述阻尼液的流速以调节耗能大小；

所述四杆结构一端与所述底板铰接，另一端与所述活塞组件铰接，用于通过所述四杆结构在水平方向上的往复运动进行耗能；

所述底座设置于所述底板上，所述环形空气橡胶弹簧夹设于所述活塞组件与所述底座之间以用于进行水平方向和竖直方向上的耗能。

作为本发明的一种优选改进，所述活塞推杆包括水平挡板和一端固设于所述水平挡板中央的承压柱，所述水平挡板的周缘设有环绕所述承压柱设置的第一圆形孔；所述活塞套筒包括两端开口且呈中空状的筒身和分别盖接于所述筒身上下开口端的上端板和上连接板，所述上端板中心处设有圆孔，所述水平挡板与所述筒身配合，所述承压柱的另一端自所述圆孔穿出。

作为本发明的一种优选改进，所述变截面sma预应力索穿过所述第一圆形孔，所述变截面sma预应力索包括sma预应力索和套设于所述sma预应力索上的变截面橡胶环套，所述sma预应力索一端与所述上端板的下表面固定连接，另一端与所述上连接板的上表面固定连接。

作为本发明的一种优选改进，所述上连接板上还设有若干第一圆形螺栓孔和水滴形环扣，所述上端板设置有若干第二圆形螺栓孔，所述sma预应力索的顶端与所述第二圆形螺栓孔固定，底端与所述水滴形环扣扣接。

作为本发明的一种优选改进，所述变截面橡胶环套为橄榄球状管件，所述变截面橡胶环套由内到外依次包括变截面橡胶环套圆柱面和与所述变截面橡胶环套圆柱面相对的变截面橡胶环套圆台面，所述变截面橡胶环套圆柱面与sma预应力索相匹配；所述变截面sma预应力索的底端设置有第二圆形孔和穿过所述第二圆形孔的螺旋状环扣，所述螺旋状环扣与所述水滴形环扣扣接。

作为本发明的一种优选改进，所述四杆结构的数量为若干个且均匀环设于所述活塞组件的四周，包括移动梳齿板、固定梳齿板、定位柱、连接板以及磨擦板，所述固定梳齿板一端固定于所述磨擦板上，所述移动梳齿板设置于所述固定梳齿板下方，所述连接板一端与所述移动梳齿板铰接，另一端与所述定位柱铰接，所述定位柱包括直柱和设置于所述柱底端的基板，所述基板远离所述直柱的一端与所述移动梳齿板铰接。

作为本发明的一种优选改进，所述底板包括位于所述底板周缘的支撑平台和位于所述底板中央处的凹槽，所述支撑平台设有用于装配所述定位柱的圆柱形凹槽。

作为本发明的一种优选改进，所述环形空气橡胶弹簧包括内衬和与所述内衬的外周缘连接的环形空气橡胶弹簧，所述内衬由两层钢板和橡胶交错叠放硫化而成，所述内衬设置有若干与所述第一圆形螺栓孔一一对应设置的第四圆形螺栓孔。

作为本发明的一种优选改进，还包括条形磁铁，所述底板还包括位于所述四杆结构下方并用于收纳所述条形磁铁的矩形抽屉。

作为本发明的一种优选改进，所述固定梳齿板的两端各连接一形成闭合回路并与预警装置连接的导线，所述固定梳齿板切割所述条形磁铁产生的磁感线产生电流。

本发明的有益效果如下：

1、利用sma预应力索与变截面橡胶环套耦合，组合成变截面sma预应力索，变截面sma预应力索提供预压力，地震时根据地震的大小，结合活塞推杆水平板的孔径形成不同的孔隙大小，地震过大时，活塞推筒与变截面sma预应力索的孔隙大，阻尼液流速快，耗能增加；当竖向地震大时，变截面sma预应力索被拉紧，活塞推杆竖向位移被限制，确保活塞组件不被拉脱，避免结构的倾覆；

2、采用环形空气橡胶弹簧，能有效消耗水平，竖直方向地震产生的能量，提高了隔震耗能性能；

3、引入四杆结构，通过机械臂的往复运动耗能，解决了部分隔震装置只能单方面耗能的不足，提高了隔震耗能性能；

4、结合了电磁感应技术，将地震能转换为电能，连接地震报警装置，不但耗能而且还提供了预警信号，防微杜渐；

5、本发明提供的三维隔震装置的各个部件可在相应工厂生产成各小连接件后，再运到现场安装，满足当今社会装配化的需求，且整个结构高度对称，可以抵抗任意方向的地震作用，安装工艺简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明基于四杆结构的三维隔震装置的整体结构示意图；

图2为沿图1中a-a方向的剖视图；

图3为活塞组件的整体结构示意图；

图4为活塞推杆的结构示意图；

图5为活塞套筒的结构示意图；

图6为上连接板的结构示意图；

图7为变截面sma预应力索的整体结构示意图；

图8为sma预应力索的结构示意图；

图9为变截面橡胶环套的结构示意图；

图10为变截面橡胶环套的剖视结构示意图；

图11为四杆结构的整体结构示意图；

图12为移动梳齿板、连接板以及定位柱的装配结构示意图；

图13为固定梳齿板和磨擦板的装配结构示意图；

图14为连接板的结构示意图；

图15为定位柱的结构示意图；

图16为底板的结构示意图；

图17为环形空气橡胶弹簧的结构示意图；

图18为底座的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1和2所示，本发明提供一种基于四杆结构的三维隔震装置，包括活塞组件1、变截面sma预应力索2、四杆结构3、底板4、环形空气橡胶弹簧5、底座6、条形磁铁7以及阻尼液8。

再结合图3-6所示，所述活塞组件1包括活塞套筒12和组配于所述活塞套筒12内且可沿所述活塞套筒12上下移动的活塞推杆11，所述活塞推杆11的一端自所述活塞套筒12的顶部伸出，所述阻尼液8填充于所述活塞套筒12内。所述活塞推杆11包括水平挡板112和一端焊接固设于所述水平挡板112中央的承压柱111，所述水平挡板112的周缘设有环绕所述承压柱111设置的若干第一圆形孔1121，所述第一圆形孔1121沿所述水平挡板112的周向均匀阵列。所述活塞套筒12包括两端开口且呈中空状的筒身122和分别盖接于所述筒身122上下开口端的上端板121和上连接板123，所述上端板121中心处设有圆孔1212，所述上连接板123上还设有若干第一圆形螺栓孔1231和若干水滴形环扣1232，所述第一圆形螺栓孔1231和所述水滴形环扣1232均沿所述上连接板123的周向均匀间隔设置。所述水平挡板112与所述筒身122配合，所述承压柱111的另一端自所述圆孔1212穿出。

再结合图7-10所示，所述变截面sma预应力索2设置于所述活塞套筒12内以用于限制所述活塞推杆11在竖直方向上的位移和调节所述阻尼液8的流速以调节耗能大小。具体的，所述变截面sma预应力索2数量为六根且分别穿过六个所述第一圆形孔1121，六根所述变截面sma预应力索2以所述承压柱111为圆心沿圆周均匀布置。所述变截面sma预应力索2包括sma预应力索21和套设于所述sma预应力索21上的变截面橡胶环套22，所述sma预应力索21一端与所述上端板121的下表面固定连接，另一端与所述上连接板123的上表面固定连接。所述上端板121设置有若干第二圆形螺栓孔1211，所述sma预应力索21的顶端与所述第二圆形螺栓孔1211固定，底端与所述水滴形环扣1232扣接。

需要进一步说明的是，所述变截面橡胶环套22为橄榄球状管件，所述变截面橡胶环套22由内到外依次包括变截面橡胶环套圆柱面222和与所述变截面橡胶环套圆柱面222相对的变截面橡胶环套圆台面221，所述变截面橡胶环套圆柱面222与sma预应力索21相匹配。所述变截面sma预应力索2的底端设置有第二圆形孔211和穿过所述第二圆形孔211的螺旋状环扣212，所述螺旋状环扣212与所述水滴形环扣1232扣接。

再结合图11-15所示，所述四杆结构3一端与所述底板4铰接，另一端与所述活塞组件1铰接，用于通过所述四杆结构3在水平方向上的往复运动进行耗能；所述四杆结构3的数量为若干个且均匀环设于所述活塞组件1的四周，在本发明的具体优选实施方式中，所述四杆结构3的数量为4个。

所述四杆结构3包括移动梳齿板31、固定梳齿板32、定位柱33、连接板34以及磨擦板35。所述固定梳齿板32一端固定于所述磨擦板35上，另一端为弧状并向下突出一定长度后形成l形弧状结构321，所述l形弧状结构321用于卡住所述空气橡胶弹簧52。所述移动梳齿板31设置于所述固定梳齿板32下方，所述移动梳齿板31一端开有第三圆形螺栓孔315，另一端开有第一轴承连接孔31411。所述连接板34一端与所述移动梳齿板31铰接，另一端与所述定位柱33铰接，所述定位柱33包括直柱331和设置于所述直柱331底端的基板332，所述基板332远离所述直柱331的一端与所述移动梳齿板31铰接，具体的，所述基板332远离所述直柱331的一端设有第二轴承连接孔31422，所述连接板34的两端分别设有与所述第一轴承连接孔31411对应的第三轴承连接孔31412和与所述第二轴承连接孔31422对应的第四轴承连接孔31421，通过上述多个轴承连接孔与第一轴承314和第二轴承334的配合，实现所述移动梳齿板31与所述连接板34铰接以及所述移动梳齿板31与所述柱33的铰接，并且，所述基板332可绕所述直柱331转动，所述移动梳齿板31可往复运动以进行耗能，提高隔震耗能性能。

需要进一步说明的是，所述固定梳齿板32的两端各连接一形成闭合回路并与预警装置连接的导线44，所述固定梳齿板32切割所述条形磁铁7产生的磁感线产生电流，产生的电流通过导线44传给所述预警装置。需要说明的是，所述固定梳齿板32和所述移动梳齿板31均为梳齿状结构，以便能切割磁感线。这样，可以将地震能转化为电能，从而启动地震报警装置进行报警。

再结合图16所示，所述底板4包括位于所述底板4周缘的支撑平台41和位于所述底板4中央处的凹槽43，所述支撑平台41设有用于装配所述定位柱33并与所述定位柱33相匹配的圆柱形凹槽411。所述底板4还包括位于所述四杆结构3下方并用于收纳所述条形磁铁7的矩形抽屉42。

再结合图17所示，所述环形空气橡胶弹簧5夹设于所述活塞组件1与所述底座6之间以用于进行水平方向和竖直方向上的耗能，具体的，所述环形空气橡胶弹簧5包括内衬51和与所述内衬51的外周缘连接的空气橡胶弹簧52，所述内衬51的面积等于活塞套筒上连接板123或底座下连接板61的面积。所述内衬51由两层钢板511和橡胶512交错叠放硫化而成，所述内衬51贯穿设有若干第五圆形螺栓孔5111。所述空气橡胶弹簧52与内衬橡胶512连为一体。

再结合图18所示，所述底座6设置于所述底板4上，具体的，所述底座6放置于所述底板4的所述凹槽43内。所述底座6包括下连接板61和设置于所述下连接板61底部中央的垂直柱62，所述环形空气橡胶弹簧5的所述内衬51放置于所述底座6上，所述活塞组件1的所述上连接板123放置于所述内衬51上。所述下连接板61设置有若干第四圆形螺栓孔611，并于上连接板123设置的若干第一圆形螺栓孔1231一一对应。

所述定位柱33固定在所述圆柱形凹槽411内，所述移动梳齿板31放置于所述上连接板123上，所述下连接板61、所述内衬51、所述上连接板123以及所述移动梳齿板31通过若干高强螺栓连接，具体的，高强螺栓依次穿过所述第四圆形螺栓孔611、所述第五圆形螺栓孔5111、第一圆形螺栓孔1231、第三圆形螺栓孔315，随后拧紧螺母。

本发明提供的一种基于四杆结构的三维隔震装置的工作原理如下：

当受到水平荷载时，活塞组件1带动四杆结构3在底板4的凹槽43内做往复运动，同时环形空气橡胶弹簧5对活塞组件1产生水平额外约束，活塞组件1内的阻尼液8振荡，在水平方向提供了足够的耗能能力。当受到竖直荷载时，活塞推杆11在竖直方向往复运动，阻尼液8沿变截面sma预应力索2与水平推杆11形成的孔隙流动耗能；当竖直荷载较大时，水平推杆11挤压阻尼液8更猛烈，变截面sma预应力索2与水平推杆11形成的孔隙也变大，单位时间通过的阻尼液8增多，耗能加快。变截面sma预应力索2有一定预压力，可防止活塞推杆11被拉脱造成上部结构倾覆。

当受到地震荷载时，底板4将在水平方向发生滑动，进而带动活塞组件1发生滑动，可无论活塞组件1在水平方向如何滑动，四杆结构3均会做出相应运动，从而减弱活塞组件1在水平方向的滑动。四杆结构3的移动梳齿板31与固定梳齿板32在地震作用下来回切割条形磁铁7产生的磁感线，形成感应电流，通过导线44连接至预警装置，从而起到地震预警功能。

本发明的有益效果如下：

1、利用sma预应力索与变截面橡胶环套耦合，组合成变截面sma预应力索，变截面sma预应力索提供预压力，地震时根据地震的大小，结合活塞推杆水平板的孔径形成不同的孔隙大小，地震过大时，活塞推筒与变截面sma预应力索的孔隙大，阻尼液流速快，耗能增加；当竖向地震大时，变截面sma预应力索被拉紧，活塞推杆竖向位移被限制，确保活塞组件不被拉脱，避免结构的倾覆；

2、采用环形空气橡胶弹簧，能有效消耗水平，竖直方向地震产生的能量，提高了隔震耗能性能；

3、引入四杆结构，通过机械臂的往复运动耗能，解决了部分隔震装置只能单方面耗能的不足，提高了隔震耗能性能；

4、结合了电磁感应技术，将地震能转换为电能，连接地震报警装置，不但耗能而且还提供了预警信号，防微杜渐；

5、本发明提供的三维隔震装置的各个部件可在相应工厂生产成各小连接件后，再运到现场安装，满足当今社会装配化的需求，且整个结构高度对称，可以抵抗任意方向的地震作用，安装工艺简单。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。