一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座

本实用新型涉及一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座，属于建筑隔震技术领域。

背景技术：

地震造成的房屋建筑破坏倒塌是造成人员伤亡的最主要因素，因此建筑抗震是地震工程、土木工程等领域的重要课题。隔震支座在建筑抗震中发挥着重要的作用，其基本原理是在上部结构与下部基础之间设置某种耗能装置，通过对下部传来的地震波能量的耗散，从而达到减小上部结构震动的目的。大量的试验和震害调查已证明隔震支座能有效地减轻水平地震惯性力给建筑结构带来的破坏。

现有的隔震装置主要包括叠层橡胶隔震支座、隔震弹性滑板支座以及隔震橡胶-滑板组合支座。隔震橡胶-滑板组合支座通过同时发挥橡胶的柔性变形及滑板的塑性滑移的耗能作用，能更有效地减小转递到上部建筑结构的地震能量，应用越来越广泛。但是现有橡胶-滑板组合支座采用单一摩擦副，在限制平面尺寸的条件下允许的滑动位移较小，且无法实现对不同强度和特征的地震荷载的不同隔震效果，同时不能对橡胶体起到保护作用。

还有，现有的橡胶-滑板组合支座很难通过计算获得特定地震动作用下，能够达到最优隔震效果的动摩擦系数及限制位移量，使摩擦副的动摩擦系数以及摩擦副滑动时的限制位移量均无法得到科学的选择，无法科学地评价橡胶-滑板组合支座的隔震效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供了一种能够同时实现多级地震的优化隔震效果的多级隔震的橡胶-滑移体系支座。

同时，本实用新型提供一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座的隔震效果的计算方法，该法可计算得到特定地震动条件下某一种动摩擦系数及限制位移量组合所得到的隔震效果，基于不同组合的计算，即可得到特定地震动作用下能够达到最优隔震效果的动摩擦系数及限制位移量组合。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座，包括叠层减震体，所述叠层减震体的上表面和下表面分别滑动连接有上滑移体系和下滑移体系，所述上滑移体系的动摩擦系数μ1小于所述下滑移体系的动摩擦系数μ2。

所述叠层减震体的上表面和下表面分别固定连接有上连接板和下连接板，所述上连接板与第一中间滑板之间通过第二滑动摩擦副滑动连接，所述下连接板与第二中间滑板之间通过第三滑动摩擦副滑动连接，所述第一中间滑板与顶板之间通过第一滑动摩擦副滑动连接，所述第二中间滑板与底板之间通过第四滑动摩擦副滑动连接；所述顶板、第一中间滑板、第二中间滑板和底板的内侧面边缘均设置有限位环，所述叠层减震体的外面包覆有橡胶保护层。

所述顶板的长度大于所述第一中间滑板的直径，所述第一中间滑板的直径大于所述上连接板的直径。

所述底板的长度大于所述第二中间滑板的直径，所述第二中间滑板的直径大于所述下连接板的直径。

所述第一滑动摩擦副、第二滑动摩擦副、第三滑动摩擦副和第四滑动摩擦副均包括聚四氟乙烯板和不锈钢滑板。

所述顶板、所述第一中间滑板、所述第二中间滑板和所述底板的内侧面均焊有所述不锈钢滑板，所述第一中间滑板、所述上连接板、所述第二中间滑板和所述下连接板的外侧面均设置有凹槽，所述凹槽内嵌有所述聚四氟乙烯板，相对应的所述聚四氟乙烯板和所述不锈钢滑板相接触。

所述第一滑动摩擦副和所述第二滑动摩擦副的动摩擦系数均小于所述第三滑动摩擦副和所述第四滑动摩擦副的动摩擦系数。

所述叠层减震体包括叠层橡胶体，所述叠层橡胶体由多个橡胶层和多个钢板组成。

所述顶板为方形，所述顶板的四个角上均设置有连接孔。

一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座的隔震效果的计算方法，包括以下步骤：

当地震动加速度超过μ1时，所述第一滑动摩擦副和所述第二滑动摩擦副开始滑动，相对滑动加速度a1通过下式计算：

a1＝ag-μ1g(1)

式(1)中，ag为输入的原始地震动加速度，g为重力加速度，μ1为第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的动摩擦系数，a1为第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的相对滑动加速度；

任意时刻t的相对滑动速度v1(t)和相对滑动位移d1(t)可通过下式计算：

d1(t)＝l1(3)

其中，v1(t0)和d1(t0)分别为t0时刻的第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的相对滑动速度和相对滑动位移；上滑移体系和下滑移体系的限制位移量分别用l1和l2表示，则第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副停止滑动的判断条件为：

v1(t)＝0或d1(t)＝l1

当d1(t)＝l1时，第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副达到限制位移，随着同一方向地震动的持续，当地震动加速度超过μ2时，相应的第三滑动摩擦副和第四滑动摩擦副开始滑动，其相对滑动加速度a2、相对滑动速度v2(t)和相对滑动位移d2(t)可通过与上式相同的形式计算得到；最终第三滑动摩擦副和第四滑动摩擦副的极限工作条件为：

d1(t)＝l1，d2(t)＝l2

整个地震动作用过程中，通过上滑移体系和下滑移体系的摩擦副的滑动耗能隔震后的地震动加速度a'g通过下式计算得到：

a'g＝ag-a1-a2(4)。

通过上述步骤，可计算得到特定地震动条件下某一种动摩擦系数及限制位移量组合所得到的隔震效果。基于不同组合的计算，即可得到特定地震动作用下能够达到最优隔震效果的动摩擦系数及限制位移量组合。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座，通过设计上、下滑移体系以及中间的叠层减震体，共同构成耗能隔震元件，上、下滑移体系各有两组由聚四氟乙烯板与不锈钢滑板构成滑动摩擦副。针对不同等级的地震，叠层减震体主要在小震时发挥减震作用；当地震动强度增大时，地震惯性力增大到引起聚四氟乙烯板与不锈钢滑板之间发生相对滑动，由于第一滑动摩擦副的动摩擦系数与第二滑动摩擦副的动摩擦系数均小于第三滑动摩擦副与第四滑动摩擦副的动摩擦系数，上滑移体系首先开始工作，支座在第一、第二滑动摩擦副之间发生滑动，因此，中震时，上滑移体系与叠层减震体一同发挥耗能作用；当结构遭遇大震时，由于限位环的限制，第一滑动摩擦副与第二滑动摩擦副均达到最大位移后，下滑移体系开始工作，即第三、第四滑动摩擦副开始发生滑动，此时，整体橡胶-滑移体系协同发挥耗能作用，并通过下滑移体系的摩擦耗能对叠层减震体起到保护作用。支座体系共同发挥作用时将大大减轻地震动对上部结构的破坏作用。

同时，本实用新型提供一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座的隔震效果的计算方法，根据实际需要以及设计地震动的特征，可调节上、下滑移体系中各滑动摩擦副的动摩擦系数以及限制位移量的分配，从而起到不同目的的耗能效果，从而对不同地震烈度地区的隔震效果进行优化。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的a-a向剖视图；

图3是本实用新型上滑移体系和下滑移体系的两组摩擦副在不同动摩擦系数设定情况下的隔震效果图；

图4为本实用新型仅有上滑移体系和同时设置上、下滑移体系的隔震效果图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座及其摩擦系数的计算方法作进一步详细说明。

如图1～图2所示，一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座，包括叠层减震体1，顶板10，底板12，第一中间滑板6，第二中间滑板8和橡胶保护层16，顶板10底面边缘设置有与第一中间滑板6相匹配的限位环14，叠层减震体1上表面安装有上连接板4，第一中间滑板6底面边缘设置有与上连接板4相匹配的限位环14，叠层减震体1下表面安装有下连接板5，第二中间滑板8上表面边缘设置有与下连接板5相匹配的限位环14，第二中间滑板8下表面安装有底板12，底板12边缘设置有与第二中间滑板8相匹配的限位环14，顶板10与第一中间滑板6之间设置有由聚四氟乙烯板和不锈钢滑板构成的第一滑动摩擦副11，第一中间滑板6与上连接板4之间设置有由聚四氟乙烯板和不锈钢滑板构成的第二滑动摩擦副7，下连接板5与第二中间滑板8之间设置有由聚四氟乙烯板和不锈钢滑板构成的第三滑动摩擦副9，第二中间滑板8与底板12之间设置有由聚四氟乙烯板和不锈钢滑板构成的第四滑动摩擦副13。上滑移体系2(第一和第二滑动摩擦副)的动摩擦系数小于下滑移体系3(第三和第四滑动摩擦副)的动摩擦系数。

所述顶板10的长度大于所述第一中间滑板6的直径，所述第一中间滑板6的直径大于所述上连接板4的直径。

所述底板12的长度大于所述第二中间滑板8的直径，所述第二中间滑板8的直径大于所述下连接板5的直径。

所述顶板10、所述第一中间滑板6、所述第二中间滑板8和所述底板12的内侧面均焊有所述不锈钢滑板，所述第一中间滑板6、所述上连接板4、所述第二中间滑板8和所述下连接板5的外侧面均设置有凹槽，所述凹槽内嵌有所述聚四氟乙烯板，相对应的所述聚四氟乙烯板和所述不锈钢滑板相接触。

所述叠层减震体1包括叠层橡胶体，所述叠层橡胶体由多个橡胶层和多个钢板组成。

所述顶板10为方形，所述顶板10的四个角上均设置有连接孔15。

第一中间滑板6、第二中间滑板8、上连接板4和下连接板5均为圆形板。

限位环14通过螺栓固定。

本实施例提供了一种多级隔震橡胶-滑移体系支座，主要包括上、下滑移体系以及叠层橡胶体，上、下滑移体系各有两组由聚四氟乙烯板与不锈钢滑板构成的滑动摩擦副。针对不同等级的地震，叠层橡胶体主要在小震时发挥减震作用；当地震动强度增大时，地震惯性力增大到引起聚四氟乙烯板与不锈钢滑板之间发生相对滑动，由于第一滑动摩擦副11的动摩擦系数与第二滑动摩擦副7的动摩擦系数均小于第三滑动摩擦副9与第四滑动摩擦副13的动摩擦系数，上滑移体系2首先开始工作，支座在第一、第二滑动摩擦副之间发生滑动，因此，中震时，上滑移体系2与叠层橡胶体一同发挥耗能作用；当结构遭遇大震时，由于限位环14的限制，第一滑动摩擦副11与第二滑动摩擦副7均达到最大位移后，下滑移体系3开始工作，即第三、第四滑动摩擦副开始发生滑动，此时，整体橡胶-滑移体系协同发挥耗能作用，并通过下滑移体系3的摩擦耗能对中间的叠层橡胶体起到保护作用。支座体系共同发挥作用时将大大减轻地震动对上部结构的破坏作用。

在支座平面尺寸一定的情况下，本实施例中的各滑动摩擦副的动摩擦系数以及允许滑移量并非固定。根据实际需要以及设计地震动的特征，可调节上、下滑移体系中各滑动摩擦副的动摩擦系数以及限制位移量的分配，从而起到不同目的的耗能效果。上滑移体系2中的第一和第二滑动摩擦副的动摩擦系数之间的大小无需明确规定，但设置不同的摩擦系数能够起到不同的隔震效果，相比于单一摩擦副，其优势在于能够允许针对特定的结构设计地震动荷载时程赋予两个滑动摩擦副特定的动摩擦系数，达到最优的隔震效果。

下面，本实施例提供一种多级隔震的橡胶-滑移体系支座的隔震效果的计算方法，是一种根据地震动的特征来选择不同动摩擦系数的摩擦副的方法。对于两个不同的动摩擦系数μ1和μ2(μ1＜μ2)，

当地震动加速度超过μ1时，所述第一滑动摩擦副11和所述第二滑动摩擦副7开始滑动，相对滑动加速度a1通过下式计算：

a1＝ag-μ1g(1)

式(1)中，ag为输入的原始地震动加速度，g为重力加速度，μ1为第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的动摩擦系数，a1为第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的相对滑动加速度；

任意时刻t的相对滑动速度v1(t)和相对滑动位移d1(t)可通过下式计算：

d1(t)＝l1(3)

其中，v1(t0)和d1(t0)分别为t0时刻的第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副的相对滑动速度和相对滑动位移；上滑移体系2和下滑移体系3的限制位移量分别用l1和l2表示，则第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副停止滑动的判断条件为：

v1(t)＝0或d1(t)＝l1

当d1(t)＝l1时，第一滑动摩擦副和第二滑动摩擦副达到限制位移，随着同一方向地震动的持续，当地震动加速度超过μ2时，相应的第三滑动摩擦副9和第四滑动摩擦副13开始滑动，其相对滑动加速度a2、相对滑动速度v2(t)和相对滑动位移d2(t)可通过与上式相同的形式计算得到；最终第三滑动摩擦副9和第四滑动摩擦副13的极限工作条件为：

d1(t)＝l1，d2(t)＝l2

整个地震动作用过程中，通过上滑移体系2和下滑移体系3的摩擦副的滑动耗能隔震后的地震动加速度a'g通过下式计算得到：

a'g＝ag-a1-a2(4)。

因此，通过上述步骤，可计算得到特定地震动条件下某一种动摩擦系数及限制位移量组合所得到的隔震效果。基于不同组合的计算，即可得到特定地震动作用下能够达到最优隔震效果的动摩擦系数及限制位移量组合。图3展示了两组摩擦副(μ1和μ2)在不同动摩擦系数设定情况下的隔震效果图，其中情况一为两个动摩擦系数均为μ1的结果，情况二为两个摩擦系数分别为μ1和μ2(μ1＜μ2)的结果。可以看出，较小的动摩擦系数在地震强度较小时即可触发滑动从而达到更理想的隔震效果，但由于允许滑动位移量的限定，这种情况在地震动持续增大时维持理想隔震效果的时间也相对较短，从而会出现在某些时刻不能隔断大的地震动的情况(图3中的情况一的结果)；而通过上述步骤，基于某个具体的地震动特征，选择出最优的两个摩擦系数组合后，虽然在地震动较小时的隔震效果没有上一种情况好，但能够保证在整个地震过程中均可达到较好的隔震效果(图3中的情况二的结果)。

同样，对于下滑移体系中的第三和第四滑动摩擦副也是如此。

如图4所示，另外，本实用新型通过在叠层减震体1上、下部位同时设置滑动体系后，相比仅在上部设置滑移体系，隔震效果会大大提高，并且不必增加支座平面尺寸。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。