具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，属于建筑结构工程抗震与减震及抗风【技术领域】；该支座包括上部预压缩碟形弹簧组、刚性防护筒、刚性圆筒、长方体滑动质量块、水平滚动万向铰、圆形滑板、碟形弹簧组、限位挡块、聚四氟乙烯滑板、支墩；橡胶支座与桥墩为所需隔震的建筑结构连接构件；该支座结构简单，竖向负荷重，所需空间小，水平向变形灵活，并且耐久性好，减隔震机理明确，对提高扁平型建筑物、桥梁等其他构筑物的抗震性能作用显著。
【专利说明】具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，属于建筑结构工程抗震与减震及抗风【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在地震区修建建筑、桥梁、以及其他大型建筑时，为了减轻潜在地震威胁，必须对这类建筑物进行抗震设计，其中，采取隔震设计是减小构筑物地震损伤破坏的有效途径之一。隔震技术就是通过在构筑物底部和基础顶面之间设置刚度较小的隔震层，来降低结构的基本频率，延长其振动周期，从而避开地震动的主要能量带，使上部结构与地震震动隔离开来，减少上部结构的反应，从而达到保护主体及其内部设施不受破坏的目的。近些年来，这种技术在国内外得到了广泛运用，研发出性能出色的隔震支座是建筑物隔震的关键问题。
[0003]强烈的地震给人类造成巨大损失。目前世界范围内都在努力寻求经济、有效、可靠的方法来减小这种损失。结构振动控制方法的出现，为解决传统的抗震结构体系中存在的问题提供了一条有效途径。
[0004]目前，常见的隔震支座有摩擦摆隔震支座，阻尼橡胶支座，叠层橡胶支座以及各种阻尼器等耗能装置，由于各种橡胶支座不能保证结构在较大位移下的稳定和隔震问题，因此这些支座在减震隔震效果上均有不足之处。
[0005]近年来迅速发展的正负刚度并联隔震控制技术由于其具有较高的支撑刚度和极低的运动刚度，同时，并联正负刚度弹簧可以增加结构的阻尼，提高隔震系统产生驻波效应的频率，可以满足结构体系在超低频下的稳定和隔震问题，正负刚度并联隔震控制技术由于其无须对结构采取传统的加强措施，且减震效果明显，易于实施，而日益受到广泛重视，并在国内外工程中得到应用。
[0006]属于被动隔震装置的正负刚度并联隔震系统目前存在一些不足，最明显的是，一般只适用于精密仪器的减震隔震，对于变形或者位移的控制范围较小，且刚度变化区间较大，承载能力较小，只能单向减振或者隔震，无法满足建筑物或者桥梁在地震作用下较大变形的抗震要求。因此，需要研发新型的减隔震装置以更全面地降低结构的动力响应。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提出了一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，该隔震支座具有低频隔震、制作简单、布置灵活、成本低廉等特点。在静止状态下有较大刚度；在地震作用下，运动时有很低的刚度从而达到隔震目的，保证建筑结构安全。
[0008]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，该支座包括上部预压缩碟形弹簧组、刚性防护筒、刚性圆筒、长方体滑动质量块、水平滚动万向铰、圆形滑板、碟形弹簧组、限位挡块、聚四氟乙烯滑板、支墩；橡胶支座与桥墩为所需隔震的建筑结构连接构件。[0009]上部预压缩碟形弹簧组置于刚性防护筒中，刚性防护筒与长方体滑动质量块固定连接，所述连接方式可以为焊接；刚性圆筒开有沿高度中心线方向的T形槽，长方体滑动质量块置于该T形槽内；刚性圆筒内的T形槽两端均固定有聚四氟乙烯滑板，限位挡块与聚四氟乙烯滑板相互接触，并且可以相对滑动；所述限位挡块与支墩固定连接；长方体滑动质量块与刚性圆筒之间通过水平滚动万向铰连接；所述水平滚动万向铰为球铰，可以实现长方体滑动质量块在该T形槽内滑动；在刚性圆筒的T形槽内，两组碟形弹簧组分别置于T形槽两端；其中，碟形弹簧组一端与圆形滑板铰接，另一端与限位挡块接触；两组圆形滑板分别与刚性圆筒的T形槽内壁相接触。
[0010]本发明提供了一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，具体隔震原理如下，正常使用状态下，整个隔震系统可作为支撑结构使用，可承受上部结构荷载，当发生较小地震时，底部基础发生较小位移，固接于支墩上的限位挡块和刚性圆筒发生相对滑动，同时挤压刚性圆筒内碟形弹簧组，由于碟形弹簧组和长方体滑动质量块之间保持有一定距离，因此质量块不发生滑动，保证了结构在正常使用或者较小地震下的稳定。当发生较大地震时，底部基础产生较大位移，固接于支墩上的限位挡块和刚性圆筒之间发生较大相对滑动，挤压碟形弹簧组，使其与长方体滑动质量块接触并产生负刚度，负刚度弹簧在平衡状态时不具有承载能力，因此必须采取正负刚度并联的形式.由竖向碟形弹簧作为正刚度弹簧，负刚度弹簧在平衡点局部区域减小正刚度弹簧的刚度，并联的总体刚度K=IC+K_可
知，K — 0，此时隔震系统固有频率为
【权利要求】
1.一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:该支座包括上部预压缩碟形弹簧组(I)、刚性防护筒(2)、刚性圆筒(3)、长方体滑动质量块(4)、水平滚动万向铰(5)、圆形滑板(6)、碟形弹簧组(7)、限位挡块(8)、聚四氟乙烯滑板(9)、支墩(10);橡胶支座(11)与桥墩(12)为所需隔震的建筑结构连接构件； 上部预压缩碟形弹簧组(I)置于刚性防护筒(2)中，刚性防护筒(2)与长方体滑动质量块(4)固定连接，所述连接方式为焊接；刚性圆筒(3)开有沿高度中心线方向的T形槽，长方体滑动质量块(4)置于该T形槽内；刚性圆筒(3)内的T形槽两端均固定有聚四氟乙烯滑板(9)，限位挡块(8)与聚四氟乙烯滑板(9)相互接触，并且可以相对滑动；所述限位挡块(8)与支墩(10)固定连接；长方体滑动质量块(4)与刚性圆筒(3)之间通过水平滚动万向铰(5)连接；所述水平滚动万向铰(5)为球铰，可以实现长方体滑动质量块(4)在该T形槽内滑动；在刚性圆筒(3)的T形槽内，两组碟形弹簧组(7)分别置于T形槽两端；其中，碟形弹簧组(7) —端与圆形滑板(6)铰接，另一端与限位挡块(8)接触；两组圆形滑板(6)分别与刚性圆筒(3)的T形槽内壁相接触； 上部预压缩碟形弹簧组(I)与橡胶支座(11)固定连接；支墩(10)与桥墩(12)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:所述刚性防护筒(2)采用Q345低合金结构钢制作；所述长方体滑动质量块(4)采用Q345低合金结构钢材制作；所述刚性圆筒(3)采用Q390高强度钢材制作。
3.根据权利要求 1所述的一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:上部预压缩碟形弹簧组(I)采用多个碟形弹簧相互对接组合在一起的方式；水平向碟形弹簧(7)采用多个碟形弹簧相互对接组合的方式。
4.根据权利要求1所述的一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:刚性防护筒(2)采用高强度钢材制作，长方体滑动质量块(4)材料选用建筑钢材；刚性圆筒(3)选用高强钢材制作，刚性防护筒(2)和长方体滑动质量块(4)在长方体滑动质量块(4)的中心处通过焊缝连接，保证在地震作用下不发生相对滑动；长方体滑动质量块(4)和刚性圆筒(3)接触面镶嵌有聚四氟乙烯滑板(9);长方体滑动质量块(4)底部和刚性圆筒(3)内壁之间安装有水平滚动万向铰(5)，水平滚动万向铰(5)和刚性圆筒(3)接触面上涂有润滑剂，增加地震作用时长方体滑动质量块(4)滑动性；圆形滑板(6)用来限制碟形弹簧(7)的运动。
5.根据权利要求1所述的一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:所述限位挡块(8)材质为高强建筑钢材，一端内嵌于刚性圆筒(3)内另一端固定于混凝土固定支墩(10)上，固定支墩(10)固接在桥梁桥墩或者其它建筑物基础上，并能够在地震作用下带动限位挡块(8)滑动。
6.根据权利要求1所述的一种具有碟形弹簧的并联型负刚度结构隔震减振支座，其特征在于:初始状态下，隔震减振支座具有较大静刚度，相当于高强度支座支撑上部结构，当发生较小地震时，固定支墩(10)带动限位挡块(8)产生位移，与刚性圆筒(3)发生相对滑动，但由于碟形弹簧组(7)和长方体滑动质量块(4)之间存在间隙，此时质量块不发生滑动，上部结构仍能保持稳定；在较大地震作用下，限位挡块(8)和刚性圆筒(3)之间产生较大滑移，挤压碟形弹簧组(7)变形和滑动与长方体滑动质量块(4)接触并挤压，使碟形弹簧组(7)产生负刚度，碟形弹簧组(I)在负荷下具有一定的正刚度，此时负刚度碟形弹簧组(7)同正刚度碟形弹簧组(I)并联共同组成了零刚度体系，使结构在地震时处于超低频状态，并提高 了结构共振频率。
【文档编号】E04B1/98GK103790106SQ201410032547
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】何浩祥, 陈奎, 李瑞峰, 韩恩圳 申请人:北京工业大学