具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置的制作方法

本发明涉及一种减隔震结构、设备和馆藏文物，具体涉及一种具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置。

背景技术：

中国地处两条主要的地震带-欧亚地震带和环太平洋地震带之间，是世界上遭受到地震危害最为严重的国家之一。历史上，在长江三角洲和珠江三角洲曾经多次发生6级以上的强震，在京津环渤海地区，近300年来，平均每44年就发生一次7级以上的大地震。随着城市化进程的加快，大量的国民财富快速的向城市及城市群地区集中。而我国三分之一以上的已建或拟建的城市群位于可能会发生7级以上大地震的地区。城市内结构、设备和馆藏文物的破坏而引起的经济损失和人员伤亡将对国家安全和社会稳定造成巨大的冲击。地震是由于地壳岩层处于复杂的应力状态中，随着地壳的不断变化，地应力的作用超过某处岩层的极限强度时，岩层就会发生突然的断裂和错动，从而引起震动，并以弹性波的形式传到地表，引起地表附近的具有一定质量的物体产生惯性力，当物体本身具有的抵抗这种惯性作用的抗震能力不足时，物体发生破坏。而当地震动的卓越周期和物体的自振周期比较接近时，物体的破坏就将更加严重。而通过对物体设置一定的隔震装置可以显著改变物体的自振周期，从而避开地震的卓越周期，从而显著的降低作用于物体的惯性力，减小物体在地震作用下的破坏，增加物体在地震下的安全。

传统的减隔震技术一般分为两大类：一类是通过隔震装置的设置来延长结构的自振周期，降低上部结构的地震反应；另一类是通过在结构与基础的连接处设置耗能的装置，消耗地震对结构的能量输入，从而减小输入到结构中的地震能量，降低地震作用的破坏。目前这两种减隔震技术均取得了较好的应用，但上述两种技术都是以减小水平向地震作用为目的，因此这两种技术仅适用于那些对竖向不敏感的结构或者是不需要进行竖向隔震的结构，因此上述技术仅能够满足水平隔震的需要，还存在着较大的缺陷和隐患。但是历次地震后的调查分析都发现，竖向地震对结构的影响和危害是不容忽视的，在某些情况下，竖向地震作用甚至起控制作用，而传统减隔震技术一般都是针对水平方向进行减隔震，因此不满足竖向隔震的需求，甚至于在一定的条件下，这种隔震技术还会对竖向地震产生放大作用，对结构的地震安全性带来巨大的威胁。而现有的三向隔震支座主要是水平隔震和竖向隔震的简单组合，其组合性能较难满足稳定性问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种能够实现竖向和水平向同时独立隔震的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其特征在于：所述隔震装置包括底板、底部水平隔震装置、中部竖向隔震装置和顶板，所述底部水平隔震装置与所述中部竖向隔震装置分别呈正交地设有四组；

所述底板上呈正交地设有四条底板滑动槽；

每一组所述底部水平隔震装置设有一组水平滑动杆，四组水平滑动杆呈正交地设置；在每一组水平滑动杆上套设有一个水平滑块，每个水平滑块与一条所述底板滑动槽通过抗拔螺栓形成水平滑动连接；呈相对设置的两个水平滑块之间通过一组水平滑块连接杆形成固定连接；在每个水平滑动杆上还设有一个水平弹簧，所述水平弹簧与所述水平滑块弹性抵接，呈相对设置的两个水平滑块上受到的水平弹簧的弹性力方向相反；

每一组所述中部竖向隔震装置设有并排的若干个伸缩连接装置，每个伸缩连接装置包括上端的抗扭装置和下端的斜向弹簧固定板，所述抗扭装置的上端具有第一球铰，下端形成伸缩杆，所述斜向弹簧固定板的下端形成第二球铰，上端形成伸缩杆套，所述伸缩杆能够在所述伸缩杆套中自由伸缩；在所述伸缩杆套的外侧套接有斜向弹簧，所述斜向弹簧的两端分别与所述抗扭装置以及所述斜向弹簧固定板抵接；

每一组所述中部竖向隔震装置的第一球铰与顶板的对应边铰接，每一组中部竖向隔震装置的第二球铰与对应的底部水平隔震装置的水平滑块铰接。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：底板的外缘呈正交地焊接有四个端部水平弹簧固定立板，底板的中部位置呈正交地焊接有四个中部水平弹簧固定立板，在每一对相对设置的端部水平弹簧固定立板与中部水平弹簧固定立板之间焊接有一组所述水平滑动杆。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：每一组所述水平滑动杆具有两根水平滑动杆。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：所述水平弹簧的两端分别与所述中部水平弹簧固定立板及所述水平滑块弹性抵接。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：每一组所述中部竖向隔震装置设有并排的三个伸缩连接装置。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：相邻的伸缩连接装置的抗扭装置之间通过抗剪键相连。

所述的具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，其中：所述第一球铰和所述第二球铰均为万向转动球铰。

本发明三向隔震装置与现有技术相比较，本发明取得了如下技术效果：

本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置解决了在实现水平隔震的同时实现独立竖向隔震的问题，增强了水平位移引起的竖向稳定性和扭转稳定性，达到了对必须实现水平向和竖向隔震的结构和设备及馆藏文物提供三向隔震保护的目的，最大限度的改变被保护结构和设备及馆藏文物的自振周期，达到减小地震作用以保护结构和设备及馆藏文物的目的。

由于斜向弹簧四边对称布置后，外加竖向力等于斜向弹簧的竖向分力的总和，其水平分力相互抵消，而竖向力能够引起斜向弹簧长度的伸缩变化，斜向弹簧的变化引起整体支座的竖向位移变化，因此斜向弹簧组有竖向的刚度分量，因此斜向弹簧组在隔震工作原理上构成了一组具有水平自稳定特性的竖向弹簧，具有稳定的竖向隔震能力。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置轴测图；

图2为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置正视图；

图3为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置俯视图；

图4为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置的底部水平隔震装置及底板俯视图；

图5为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置底部水平隔震装置及底板正视图；

图6为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置底部水平隔震装置及底板仰视图；

图7为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置轴测图(不含底板)；

图8为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置俯视图(不含底板)；

图9为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置俯视图(将三向隔震台座倒置并不含底板)；

图10为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置正视图(不含底板)；

图11为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置轴测图(不含顶板)；

图12为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置俯视图(不含顶板)；

图13为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置正视图(不含顶板)；

图14为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置轴测图(含顶板)；

图15为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置俯视图(将中部竖向隔震装置倒置并含顶板)；

图16为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置正视图(含顶板)；

图17为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置正视图；

图18为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置俯视图；

图19为本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置中部竖向隔震装置侧视图；

图20本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置抗扭装置俯视图。

图21本发明具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置抗扭装置剖面图(A-A剖面)。

附图标记说明：1-底板；2-端部水平弹簧固定立板；3-水平滑动杆；4-水平弹簧；5-水平滑块连接杆；6-水平滑块；7-底板安装孔；8-中部水平弹簧固定立板；9-第一球铰；10-斜向弹簧；11-伸缩杆；12-伸缩杆套；13-斜向弹簧固定板；14-抗扭装置；15-抗剪键；16-连接杆；17-第二球铰；18-顶板；19-底板滑动槽；20-抗拔螺栓。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明上述的技术特征和优点作进一步的说明。

如图1-图20所示，本发明提供一种具有抗扭和抗拔功能的三向隔震装置，包括底板1、底部水平隔震装置、中部竖向隔震装置和顶板18。

底部水平隔震装置设置有四组，正交地设置在底板1上，在底板1上呈正交地设有四个底板滑动槽19，底板1的外缘呈正交地焊接有四个端部水平弹簧固定立板2，底板1的中部位置呈正交地焊接有四个中部水平弹簧固定立板8，在每一对相对设置的端部水平弹簧固定立板2与中部水平弹簧固定立板8之间焊接有一组(两条)水平滑动杆3，四组水平滑动杆3呈正交布置，每一组水平滑动杆3上穿接有一个水平滑块6，相对设置的两个水平滑块6之间用一组(两条)水平滑块连接杆5形成固定连接，使得该相对设置的两个水平滑块6能够同步运动；在每个水平滑块6与相应的中部水平弹簧固定立板8之间的水平滑动杆3上穿设有水平弹簧4，每个水平滑块6的下端还焊接有抗拔螺栓20，抗拔螺栓20穿过底板滑动槽19，使得水平滑块6能够沿着底板滑动槽19作直线位移；

中部竖向隔震装置设置有四组，每一组中部竖向隔震装置设有并排的若干个(本实施例中是三个)伸缩连接装置，每个伸缩连接装置包括上端的抗扭装置14和下端的斜向弹簧固定板13，所述抗扭装置14的上端具有第一球铰9，下端形成伸缩杆11，所述斜向弹簧固定板13的下端形成第二球铰17，上端形成伸缩杆套12，所述伸缩杆11能够在所述伸缩杆套12中自由伸缩；在所述伸缩杆套12的外侧套接有斜向弹簧10，所述斜向弹簧10的两端分别与所述抗扭装置14以及所述斜向弹簧固定板13抵接；所述中部竖向隔震装置的第一球铰9与顶板18通过连接杆16铰接，中部竖向隔震装置的第二球铰17与底部水平隔震装置的水平滑块6铰接。

其中：相邻的伸缩连接装置的抗扭装置14之间通过抗剪键15相连，能够防止顶板18相对底板1发生扭转。

使用的时候，需隔振的装置、设备及馆藏文物可直接与顶板18固定连接，非地震状态时竖向荷载使斜向弹簧10产生压缩变形；水平向荷载使水平弹簧4产生压缩变形；斜向弹簧10和水平弹簧4独立工作，二者不产生耦合作用。地震发生时，竖向地震动产生的幅值不断变化的压力通过斜向弹簧10的往复振动削弱，并且斜向弹簧10改变了结构和设备及馆藏文物的竖向自振周期，使得结构和设备及馆藏文物的竖向自振周期远离地震动的卓越周期，从而大幅度减小竖向地震作用；水平向地震动产生的幅值不断变化的压力通过水平弹簧4的往复振动削弱，并且水平弹簧4改变了结构和设备及馆藏文物的水平向自振周期，使得结构和设备及馆藏文物的水平向自振周期远离地震动的卓越周期，从而大幅度减小水平向地震作用；斜向弹簧10这种支撑方式能够避免在地震发生时产生较大的水平位移，并且底部水平隔震装置通过端部水平弹簧固定立板2限制其产生过大的位移，保证位移在合理的范围内，斜向弹簧10与地面夹角一直处于锐角状态，这保证了隔震装置的竖向稳定性，不会因为过大的水平位移导致隔震装置失稳；水平滑块6通过抗拔螺栓20与底板1进行连接，正常情况下，斜向弹簧10承受压力，抗拔螺栓20不起作用，当伸缩杆11承受拉力时，水平滑块6有脱离底板1的趋势，抗拔螺栓20起作用，使得隔震装置具有抗拉拔能力，避免地震发生时结构和设备及馆藏文物产生较大的摆动而失稳；抗扭装置14和抗剪键15保证了结构和设备及馆藏文物不产生扭转作用，避免扭转的发生。地震发生后，水平弹簧4自动复位到非地震状态时的位置。

以上的说明和实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。