一种异形三维隔震支座的制作方法

本发明涉及环境振动和抗震、减震技术领域，具体涉及一种异形三维隔震支座，它可用于普通建筑物、特殊结构、桥梁、以及机械设备减震/振。

背景技术：

建筑结构基础隔震技术已取得了令人瞩目的研究成果。但国内外研究结果表明，目前普遍使用的隔震元件只能隔离水平地震，对于竖向地震没有隔离效果。在竖向地震作用较大的高烈度地区，竖向地震作用有可能成为结构反应的主要控制因素。再者，一些重要设备及建筑物，例如核电结构，竖向地震会对其安全使用带来很大隐患，结构的竖向隔震问题亟待考虑。

目前，国内外许多学者已经对竖向隔震技术进行了研究，尝试开发了许多三维隔震装置。一类是利用空气弹簧、液压油进行竖向隔震，但这种隔震支座性能不够稳定。另一类是通过将竖向变形转化为支座水平位移的组合隔震支座，虽然性能较为稳定，但是尺寸较大，制作成本很高，同时当上部结构自重较大时，由静荷载引起的隔震支座较大的剪切变形会影响地震作用下隔震支座的隔震效果，不能有效的解决隔震支座的承载能力和变形能力间性能匹配的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种占用空间小，抗扭能力强，稳定性好的异形三维隔震支座，能同时隔离三向地震动，且能承受上部结构较大的竖向静荷载，同时满足三维隔震支座承载能力与变形能力的要求。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种异形三维隔震支座，设于需要隔震的上下部结构之间，其特征在于包括：

一底板(6)，与所述的下部结构连接；

至少两个异形支座(4)，由平行的上下封板夹着第一弹性块构成；

上部连接角块和下部连接角块(3和5)，具有水平的底面和倾斜的顶面，且当上部连接角块倒置与下部连接角块叠加时，两者底面平行；

一水平支座(1)，由上下板夹着第二弹性块构成；

一滑动面板(2)；

所述的上部连接角块(3)倒置地依次与异形支座(4)和下部连接角块(5)连接在一起后、呈中心对称分布地固定支承在底板(6)上，异形支座4相对于接触面垂直，相邻异形支座之间预留有空间，滑动面板(2)固定在倒置的上部连接角块(3)的底面上，水平支座(1)垂直可绕中心对称线回转地支承在滑动面板(2)上且接触面采用摩擦材料，水平支座的上板则与上部结构连接。

优选地，所述的水平支座(1)垂直可绕中心对称线回转地支承在滑动面板(2)上的结构为：设有截面内孔为上小下大的阶梯圆环的圆环状扣板(7)固定在滑动面板(2)上扣住圆形的水平支座(1)的下板。

优选地，所述的第一弹性块为多片的扇面形弹性体及加劲板平行地交错叠加连接而成。

优选地，所述的第二弹性块为多片弹性体及加劲板平行地交错叠加连接而成。

优选地，所述的上部连接角块和下部连接角块的顶面的倾斜角为8至20度之间。

在上述基本型的基础上，本发明还可以有各种改良型：

所述的异形支座经过预处理预变形使之上部连接角块(3)倒置地依次与异形支座(4)和下部连接角块(5)连接在一起后，异形支座(4)相对于与上、下连接角块的接触斜面倾斜放置，三者呈竖直状态，异形三维隔震支座整体呈规则的圆柱体空间结构。预变形处理增强了异形三维隔震支座的变形能力。

对于采用预变形处理的异形支座4，在底板(6)的中心上固定有竖立的管状套筒9，内插有柱状的旋转导轨8，旋转导轨8的上端穿过滑动面板2所开的中心孔后抵住水平支座1下方，旋转导轨8与水平支座1和滑动面板2的接触面均采用摩擦材料，摩擦系数在一定范围内变化，同时旋转导轨8和套筒9之间放置阻尼材料。

异形支座(4)未经预变形处理时，其形状为空间缠绕结构；异形支座(4)预变形处理以后，其形状为规则圆柱体空间结构。

旋转导轨(8)和套筒(9)的组合结构对异形支座(4)起到水平限位作用，同时可在旋转导轨(8)与套筒(9)之间放置阻尼材料提供阻尼。

所述异形支座(4)的截面形状可以是其它同时满足变形协调和承载能力且提高隔震支座稳定性的形状，如矩形。

水平支座为轴向竖直安装，支座的一端与上部结构固定连接，另一端通过扣板与滑动面板连接，接触面采用摩擦材料，可发生相对转动，通过支座的剪切变形实现水平向隔震。异形支座截面形状为扇形，由多层扇形弹性体与加劲板叠层组合而成。将至少两块异形支座呈中心对称分布，通过上、下连接角块与滑动面板以及支座底板相连，异形支座与上、下连接角块之间的接触面为斜面。在竖向荷载作用下，异形支座沿接触面发生剪切运动，将竖向变形转化为倾斜变形进而在相邻异形支座之间预留的空间范围内发生旋转运动，起到耗能的效果，实现竖向隔震。异形支座截面为扇形，回转半径大，提升了支座的抗扭能力。

当采用预变形异形支座时，异形支座在与上、下连接角块的接触面上并不是垂直连接，而是相对于接触面倾斜放置，整体呈现竖直状态，此时异形三维隔震支座为规则的圆柱体空间结构，预变形的异形支座进一步改善了异形三维隔震支座的承载能力与变形能力。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1、本发明可同时实现隔离水平向和竖向的地震或振动功能，从而实现三维减震/振的目的。本发明的三维隔震装置可使上部结构在有水平及竖向振动和震动时均得到保护，适用于建筑结构、大型设备的地震和振动保护；

2、本发明的异形支座截面为扇形，回转半径大，提升了三维隔震支座的抗扭能力。同时增加了有限空间里隔震支座的有效承载面积，使得异形三维隔震支座可以承担较大的竖向荷载。

3、本发明的异形支座可进行预变形处理，增强了异形三维隔震支座的承载能力和变形能力。

4、本发明结构规则简单，占用空间小，具备大规模标准化生产和使用的条件。

5、本发明的套筒和导轨结构，平衡状态下可以提供一定的竖向刚度，在受到外部激励时，可以限制异形支座的水平位移，同时可在套筒和导轨间加入阻尼材料提供阻尼耗能。

附图说明

图1为本发明实施例一的异形三维隔震支座的结构示意图；

图2为本发明实施例一的异形支座的结构示意图；

图3为本发明实施例一的上部连接角块结构示意图；

图4为本发明实施例一的下部连接角块结构示意图；

图5为本发明实施例一的扣板结构示意图；

图6为本发明实施例二的异形三维隔震支座的结构示意图；

图7为本发明实施例二的预变形异形支座的结构示意图；

图8为本发明实施例三的异形三维隔震支座的结构示意图；

图9为本发明实施例三的旋转导轨与套筒的结构示意图；

图10为本发明实施例三的异形三维隔震支座的1-1剖面图；

图11为本发明实施例三的异形三维隔震支座的2-2剖面图。

图中附图标记指代：

1-水平支座；

2-滑动面板；

3-上部连接角块；

4-异形支座；

5-下部连接角块；

6-支座底板；

7-扣板；

8-旋转导轨；

9-套筒。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一

参见图1至图5，本发明的异形三维隔震支座设于需要隔震的上下部结构之间，其包括：

一底板(6)，与所述的下部结构连接；至少两个异形支座(4)，由平行的上下封板夹着第一弹性块构成；上部连接角块和下部连接角块(3和5)，具有水平的底面和倾斜的顶面，且当上部连接角块倒置与下部连接角块叠加时，两者底面平行；一水平支座(1)，由上下板夹着第二弹性块构成；一滑动面板(2)；所述的上部连接角块(3)倒置地依次与异形支座(4)和下部连接角块(5)连接在一起后、呈中心对称分布地固定支承在底板(6)上，异形支座4相对于接触面垂直，相邻异形支座之间预留有空间，滑动面板(2)固定在倒置的上部连接角块(3)的底面上，水平支座(1)垂直可绕中心对称线回转地支承在滑动面板(2)上且接触面采用摩擦材料，水平支座的上板则与上部结构连接。

其中，水平支座(1)垂直可绕中心对称线回转地支承在滑动面板(2)上的结构为：设有截面内孔为上小下大的阶梯圆环的圆环状扣板(7)固定在滑动面板(2)上扣住圆形的水平支座(1)的下板；第一弹性块为多片的扇形(扇面形)弹性体及加劲板平行地交错叠加连接而成；第二弹性块为多片圆形的弹性体及加劲板平行地交错叠加连接而成；上部连接角块和下部连接角块的顶面的倾斜角为8至20度之间。

在竖向荷载作用下，异形支座4沿接触面发生剪切运动，将竖向变形转化为倾斜变形从而在相邻异形支座间空出的空间内发生旋转运动。异形支座截面为扇形，回转半径大，支座具有很强的抗扭能力。

异形支座(4)的截面形状还可以是其它同时满足变形协调和承载能力且提高隔震支座稳定性的形状，如矩形。

实施例二

参见图6和图7，实施例二与实施例一不同之处在于：异形支座经过预处理预变形使之上部连接角块(3)倒置地依次与异形支座(4)和下部连接角块(5)连接在一起后，异形支座(4)相对于与上、下连接角块的接触斜面倾斜放置，三者呈竖直状态，异形三维隔震支座整体呈规则的圆柱体空间结构。预变形处理增强了异形三维隔震支座的变形能力。

当异形支座(4)未经预变形处理时，其形状为空间缠绕结构；异形支座(4)预变形处理以后，其形状为规则圆柱体空间结构。

实施例三

参见图8、图9、图10和图11，实施例三与实施例二不同之处在于：对于采用预变形处理的异形支座4，在底板(6)的中心上固定有竖立的管状套筒9，内插有柱状的旋转导轨8，旋转导轨8的上端穿过滑动面板2所开的中心孔后抵住水平支座1下方，旋转导轨8与水平支座1和滑动面板2的接触面均采用摩擦材料，摩擦系数在一定范围内变化，同时旋转导轨8和套筒9之间放置阻尼材料。旋转导轨(8)和套筒(9)的组合结构对异形支座(4)起到水平限位作用，同时可在旋转导轨(8)与套筒(9)之间放置阻尼材料提供阻尼。