CN111305387B - 一种压剪分离式变刚度橡胶支座及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种压剪分离式变刚度橡胶支座及其施工方法，包括支座上板、支座下板和设置在两者之间的隔震组件，隔震组件包括竖向隔震组件和水平隔震组件，竖向隔震组件包括长竖向弹簧、短竖向弹簧、阻尼器、限位挡槽和限位挡板，水平隔震组件包括一组竖向钢棒、第二粘滞流体、橡胶本体和夹层钢板。本发明构造简单、加工工艺简洁、各部件易于获取和装配，安装方便，性价比高。支座各部分均采用金属材料耐久性好。同时，受力路径明确、竖向力和水平力由支座的不同部分分开承担，可以有效实现压剪分离，耗能能力和自复位能力强。支座的竖向和水平向刚度均可调、可变、可控，从而实现不同地震动下的隔震和位移限制。

Description

一种压剪分离式变刚度橡胶支座及其制作方法

技术领域

本发明属于工程结构减震隔震领域，特别是一种压剪分离式变刚度橡胶支座及其制作方法。

背景技术

在土木工程减、隔震领域，经常需要用到支座进行隔震，并结合各种耗能元件进行耗能，增强结构的可恢复功能。采用各种形式的隔震支座，可以减小地震对上部结构的作用，进而保护上部结构的安全。常用的隔震支座有：橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、滑动平板隔震支座、摩擦摆隔震支座等。由于现阶段的隔震支座存在易老化、隔震效果差、耗能能力弱、震后残余位移大等缺点，因此亟需开发一种耐久性强、隔震效果好、耗能能力强、残余位移小的隔震支座。本发明基于压剪分离原理，设计了一种耐久性好、耗能能力强、残余位移小、刚度可变可调可控的隔震支座，对土木工程减、隔震领域有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种压剪分离式变刚度橡胶支座及其制作方法，要解决现阶段普通支座耗能能力弱、隔震效果差、弹性范围太小、刚度可控性差和承载能力差技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压剪分离式变刚度橡胶支座，包括支座上板、支座下板和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板的上侧固定连接有支座上连接件，所述支座下板的下侧固定连接有支座下连接件。

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件。

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧、短竖向弹簧、阻尼器、限位挡槽和限位挡板，所述限位挡槽固定连接在支座上板的下侧，限位挡槽槽口向下设置，所述限位挡槽内部充满有第一粘滞流体，所述限位挡槽的槽口密封，。

对应限位挡槽位置的下方、支座下板的上侧固定连接有阻尼器，所述阻尼器的顶部连接有上万向铰，所述上万向铰连接至水平的限位挡板的下侧中央，所述限位档板、上万向铰和阻尼器的顶部均位于限位挡槽的内并被第一粘滞流体包裹，所述阻尼器的底部连接有下万向铰，所述下万向铰与支座下板的上侧连接。

所述短竖向弹簧围在阻尼器的周围，两端分别固定连接限位挡槽的下侧和支座下板的上侧，所述长竖向弹簧围在限位挡槽的外侧周围，两端分别固定连接支座上板的下侧和支座下板的上侧。

所述水平隔震组件包括一组竖向钢棒、第二粘滞流体、橡胶本体和夹层钢板，所述核心钢棒的顶部固定连接在支座上板上，橡胶本体的底部居中固定连接在支座下板的上侧，橡胶本体上开有一组与核心钢棒一一对应的容纳孔，所述容纳孔的孔径大于核心钢棒的直径，所述容纳孔内注满有第二粘滞流体，所述竖向钢棒的底部插入容纳孔内被第二粘滞流体包裹，竖向钢棒的底端与容纳孔的孔底预留有位移空间，所述橡胶本体内还分层设有夹层钢板，所述夹层钢板的尺寸小于橡胶本体的尺寸。

所述限位挡槽的槽口通过密封胶圈密封，阻尼器的顶部穿过密封胶圈。

所述阻尼器为粘滞阻尼器，包括上杆和下柱，所述密封胶圈上开有的供上杆贯穿的孔。

所述长竖向弹簧呈压缩状，所述限位挡板位于限位挡槽内的第一粘滞流体中央并且不与限位挡槽接触。

所述长竖向弹簧和短竖向弹簧均呈压缩状，所述限位挡板位于限位挡槽内的第一粘滞流体内并且与限位挡槽接触。

所述长竖向弹簧为围绕在限位挡槽的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧为围绕在阻尼器的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器周围的一组弹簧。

所述竖向钢棒包括周围钢棒和中心钢棒，所述周围钢棒成组均布在橡胶本体的边部，所述中心钢棒成组均布在橡胶本体的中央。

所述夹层钢板包括底板和分层板，所述容纳孔的孔底标高高于底板的上侧表面，所述分层板沿橡胶本体的高度方向间隔设置有至少三道。

一种压剪分离式变刚度橡胶支座的制作方法，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件；

步骤二，组装支座：

在支座上板的中央固定连接竖向钢棒，边部固定连接限位挡槽，将阻尼器的顶部与底部分别固定连接上万向铰和下万向铰，上万向铰的顶部固定连接限位挡板并插入限位挡槽内，在限位挡槽的内部注满第一粘滞流体并通过密封胶圈密封，长竖向弹簧和短竖向弹簧的上端固定连接到位，竖向钢棒的顶部固定连接在支座上板上，在支座下板的中央固定连接橡胶本体，竖向钢棒插入容纳孔内，并在容纳孔内注满第二粘滞流体，

下万向铰的底部与支座下板固定连接，长竖向弹簧和短竖向弹簧的下端连接到位；

调整阻尼器，使得限位挡板位于限位挡槽的中央并与限位挡槽无接触；

步骤三，安装支座：

支座上板、支座下板分别通过支座上连接件和支座下连接件与其它结构固定连接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明中，将竖向力和水平力分开承担，该支座上部竖向力由长竖向弹簧、短竖向弹簧及粘滞阻尼器承担，当支座初始安装于结构物时，长竖向弹簧由于刚度较小而被压缩，并保证限位挡板位于限位挡槽的第一粘滞流体中央，且不与限位挡槽接触。由于长竖向弹簧刚度较小可以使的竖向周期显著延长，进而做到竖向隔震。

当竖向地震动较小时，限位挡板位于限位挡槽的第一粘滞流体中央，不与限位挡槽接触，且位置保持不变，而支座上板与支座下板发生竖向相对运动，此时竖向地震的能量由第一粘滞流体耗散。

当竖向地震动较大时，支座上板与支座下板发生竖向相对运动，由于竖向振动幅值较大，限位挡板开始与限位挡槽接触，此时短竖向弹簧开始发挥作用，支座竖向刚度显著增大，长竖向弹簧与短竖向弹簧均发生较大变形，产生较大恢复力，从而限制结构发生较大竖向位移。

此外，由于竖向振动幅值较大，限位挡板在限位挡槽的作用下开始运动，进而带动竖向粘滞阻尼器开始发生位移，从而实现竖向耗能，耗散地震能量。在较大的地震动情况下，竖向地震动的能量由粘滞阻尼器耗散，粘滞阻尼器上下均采用万向铰连接，因此不会导致碰撞问题。此外，支座在竖向振动时支座核心钢棒会在滑动圆环上下自由振动，通过核心钢棒和滑动圆环可以保证结构不至发生过大竖向位移。上部结构的位移限制由核心钢棒实现，保证上部结构位移不会无限制增大，同时保证了粘滞阻尼器的位移不至于过大而破坏。粘滞阻尼器的耗能同时，为上部结构提供一定的恢复力。

水平力由竖向钢棒、粘滞流体和橡胶本体承担。主要的耗能装置为粘滞阻尼器、粘滞流体和橡胶本体。当支座初始安装于结构物时，竖向钢棒位于橡胶本体内部的粘滞流体正中央，由于支座水平向刚度很小可以使的水平周期显著延长，进而做到水平隔震；当地震动较小时支座上板与支座下板发生相对位移，进而带动竖向钢棒在粘滞流体内运动，实现地震动能量耗散，并可以提供一定的恢复力。

当水平地震动较大时，支座上板与支座下板发生相对位移较大，竖向钢棒与橡胶本体开始碰撞，支座水平向刚度显著增大，为结构提供较大恢复力，从而进一步限制了结构的位移，使结构位移不至过大。此外，由于橡胶本体具有较好的耗能能力，因此在较大地震动情况下，地震动能量会主要由橡胶本体耗散。

该支座上部的竖向力由长竖向弹簧、短竖向弹簧及粘滞阻尼器承担；水平力由竖向钢棒、粘滞流体和橡胶本体承担。主要的耗能装置为粘滞阻尼器、粘滞流体和橡胶本体。本发明将支座的竖向耗能与水平向耗能分开、竖向力承担和水平力承担分开并结合变刚度原理实现延长周期和增强耗能能力的目的，从而降低上部结构反应，实现保护上部结构的目的。将延长结构周期、增强耗能能力和刚度可变的优点有机结合起来，形成一种新型隔震支座。本支座通过合理布设竖向受力装置和水平向受力装置能够很好的适应不同的结构物的要求；并且通过合理的设计能够满足各种结构物振动变形的要求，有效实现隔震。

本发明构造简单、加工工艺简洁、各部件易于获取和装配。受力路径明确、竖向力和水平力由支座的不同部分分开承担，可以有效实现压剪分离。支座的竖向和水平向刚度均可调、可变、可控，从而实现不同地震动下的隔震和位移限制，安装方便，性价比高。本发明可用于土木工程减、隔震领域。该发明结合橡胶支座的优点并结合弹簧的线弹性、接触问题的变刚度和粘滞阻尼器的耗能能力，理论上可以使上部结构周期无限长，达到完全隔震；并且实现了小震情况下的完全隔震、中震及大震情况下良好的耗能能力和复位能力。解决了隔震支座刚度可调、可变、可控的问题，将隔震与耗能的有机结合，降低了结构的地震反应。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明支座整体竖剖面示意图。

图2是本发明支座橡胶本体横剖面示意图。

附图标记：1－支座上连接件、2－支座上板、3－第一粘滞流体、4－限位挡槽、5－限位挡板、6－密封胶圈、7－上万向铰、8－阻尼器、81－上杆、82－下柱、9－长竖向弹簧、10－下万向铰、11－支座下板、12－支座下连接件、13－竖向钢棒、131－周围钢棒、132－中心钢棒、14－第二粘滞流体、15－橡胶本体、16－夹层钢板、161－底板、162－分层板、17－短竖向弹簧、18－容纳孔、19－位移空间。

具体实施方式

实施例参见图1-2所示，一种压剪分离式变刚度橡胶支座，包括支座上板1、支座下板11和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板1的上侧固定连接有支座上连接件1，所述支座下板11的下侧固定连接有支座下连接件12。

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件。

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧9、短竖向弹簧17、阻尼器8、限位挡槽4和限位挡板，所述限位挡槽4固定连接在支座上板1的下侧，限位挡槽4槽口向下设置，所述限位挡槽4内部充满有第一粘滞流体3，所述限位挡槽4的槽口密封。所述限位挡槽4的槽口通过密封胶圈6密封，阻尼器8的顶部穿过密封胶圈6。

对应限位挡槽4位置的下方、支座下板11的上侧固定连接有阻尼器8，所述阻尼器8的顶部连接有上万向铰7，所述上万向铰7连接至水平的限位挡板5的下侧中央，所述限位档板、上万向铰7和阻尼器8的顶部均位于限位挡槽4的内并被第一粘滞流体3包裹，所述阻尼器8的底部连接有下万向铰10，所述下万向铰10与支座下板11的上侧连接。所述阻尼器8为粘滞阻尼器8，包括上杆81和下柱82，所述密封胶圈6上开有的供上杆81贯穿的孔。

所述短竖向弹簧17围在阻尼器8的周围，两端分别固定连接限位挡槽4的下侧和支座下板11的上侧，所述长竖向弹簧9围在限位挡槽4的外侧周围，两端分别固定连接支座上板1的下侧和支座下板11的上侧。所述长竖向弹簧9为围绕在限位挡槽4的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽4周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧17为围绕在阻尼器8的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器8周围的一组弹簧。

当竖向地震动较小时，所述长竖向弹簧9呈压缩状，所述限位挡板5位于限位挡槽4内的第一粘滞流体3中央并且不与限位挡槽4接触。

当竖向地震动较大时，所述长竖向弹簧9和短竖向弹簧17均呈压缩状，所述限位挡板5位于限位挡槽4内的第一粘滞流体3内并且与限位挡槽4接触。

所述水平隔震组件包括一组竖向钢棒13、第二粘滞流体14、橡胶本体15和夹层钢板16，所述核心钢棒13的顶部固定连接在支座上板1上，橡胶本体15的底部居中固定连接在支座下板11的上侧，橡胶本体15上开有一组与核心钢棒一一对应的容纳孔18，所述容纳孔的孔径大于核心钢棒13的直径，所述容纳孔18内注满有第二粘滞流体14，所述竖向钢棒13的底部插入容纳孔18内被第二粘滞流体14包裹，竖向钢棒13的底端与容纳孔18的孔底预留有位移空间19，所述橡胶本体15内还分层设有夹层钢板16，所述夹层钢板16的尺寸小于橡胶本体15的尺寸。

所述竖向钢棒13包括周围钢棒131和中心钢棒132，所述周围钢棒成组均布在橡胶本体15的边部，所述中心钢棒132成组均布在橡胶本体15的中央。本实施例中，周围钢棒131有8根，中心钢棒132有4根。所述夹层钢板16包括底板161和分层板162，所述容纳孔的孔底标高高于底板的上侧表面，所述分层板沿橡胶本体15的高度方向间隔设置有三道。

这种压剪分离式变刚度橡胶支座的制作方法，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件；

步骤二，组装支座：

在支座上板1的中央固定连接竖向钢棒13，边部固定连接限位挡槽4，将阻尼器8的顶部与底部分别固定连接上万向铰7和下万向铰10，上万向铰7的顶部固定连接限位挡板5并插入限位挡槽4内，在限位挡槽4的内部注满第一粘滞流体3并通过密封胶圈6密封，长竖向弹簧9和短竖向弹簧17的上端固定连接到位，竖向钢棒13的顶部固定连接在支座上板1上，在支座下板11的中央固定连接橡胶本体15，竖向钢棒13插入容纳孔18内，并在容纳孔18内注满第二粘滞流体14，

下万向铰10的底部与支座下板11固定连接，长竖向弹簧9和短竖向弹簧17的下端连接到位；

调整阻尼器8，使得限位挡板5位于限位挡槽4的中央并与限位挡槽4无接触；

步骤三，安装支座：

支座上板1、支座下板11分别通过支座上连接件1和支座下连接件12与其它结构固定连接。

Claims (6)

1.一种压剪分离式变刚度橡胶支座，其特征在于：包括支座上板（1）、支座下板（11）和设置在两者之间的隔震组件，所述支座上板（1）的上侧固定连接有支座上连接件（1），所述支座下板（11）的下侧固定连接有支座下连接件（12），

所述隔震组件包括位于边部的竖向隔震组件和位于中央的水平隔震组件，

所述竖向隔震组件沿边部设置有一周，每个竖向隔震组件均包括长竖向弹簧（9）、短竖向弹簧（17）、阻尼器（8）、限位挡槽（4）和限位挡板，所述限位挡槽（4）固定连接在支座上板（1）的下侧，限位挡槽（4）槽口向下设置，所述限位挡槽（4）内部充满有第一粘滞流体（3），所述限位挡槽（4）的槽口密封，

对应限位挡槽（4）位置的下方、支座下板（11）的上侧固定连接有阻尼器（8），所述阻尼器（8）的顶部连接有上万向铰（7），所述上万向铰（7）连接至水平的限位挡板（5）的下侧中央，所述限位档板、上万向铰（7）和阻尼器（8）的顶部均位于限位挡槽（4）的内并被第一粘滞流体（3）包裹，所述阻尼器（8）的底部连接有下万向铰（10），所述下万向铰（10）与支座下板（11）的上侧连接，

所述短竖向弹簧（17）围在阻尼器（8）的周围，两端分别固定连接限位挡槽（4）的下侧和支座下板（11）的上侧，所述长竖向弹簧（9）围在限位挡槽（4）的外侧周围，两端分别固定连接支座上板（1）的下侧和支座下板（11）的上侧，

所述水平隔震组件包括一组竖向钢棒（13）、第二粘滞流体（14）、橡胶本体（15）和夹层钢板（16），所述核心钢棒（13）的顶部固定连接在支座上板（1）上，橡胶本体（15）的底部居中固定连接在支座下板（11）的上侧，橡胶本体（15）上开有一组与核心钢棒一一对应的容纳孔（18），所述容纳孔的孔径大于核心钢棒（13）的直径，所述容纳孔（18）内注满有第二粘滞流体（14），所述竖向钢棒（13）的底部插入容纳孔（18）内被第二粘滞流体（14）包裹，竖向钢棒（13）的底端与容纳孔（18）的孔底预留有位移空间（19），所述橡胶本体（15）内还分层设有夹层钢板（16），所述夹层钢板（16）的尺寸小于橡胶本体（15）的尺寸，

所述限位挡槽（4）的槽口通过密封胶圈（6）密封，阻尼器（8）的顶部穿过密封胶圈（6），

所述阻尼器（8）为粘滞阻尼器（8），包括上杆（81）和下柱（82），所述密封胶圈（6）上开有的供上杆（81）贯穿的孔，

所述长竖向弹簧（9）呈压缩状，所述限位挡板（5）位于限位挡槽（4）内的第一粘滞流体（3）中央并且不与限位挡槽（4）接触。

2.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度橡胶支座，其特征在于：所述长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（17）均呈压缩状，所述限位挡板（5）位于限位挡槽（4）内的第一粘滞流体（3）内并且与限位挡槽（4）接触。

3.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度橡胶支座，其特征在于：所述长竖向弹簧（9）为围绕在限位挡槽（4）的单独弹簧或者间隔围绕在限位挡槽（4）周围的一组弹簧，所述短竖向弹簧（17）为围绕在阻尼器（8）的单独弹簧或者间隔围绕在阻尼器（8）周围的一组弹簧。

4.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度橡胶支座，其特征在于：所述竖向钢棒（13）包括周围钢棒（131）和中心钢棒（132），所述周围钢棒成组均布在橡胶本体（15）的边部，所述中心钢棒（132）成组均布在橡胶本体（15）的中央。

5.根据权利要求1所述的压剪分离式变刚度橡胶支座，其特征在于：所述夹层钢板（16）包括底板（161）和分层板（162），所述容纳孔的孔底标高高于底板的上侧表面，所述分层板沿橡胶本体（15）的高度方向间隔设置有至少三道。

6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的压剪分离式变刚度橡胶支座的制作方法，其特征在于，制作步骤如下：

步骤一，制作和准备支座各个组成部件；

步骤二，组装支座：

在支座上板（1）的中央固定连接竖向钢棒（13），边部固定连接限位挡槽（4），将阻尼器（8）的顶部与底部分别固定连接上万向铰（7）和下万向铰（10），上万向铰（7）的顶部固定连接限位挡板（5）并插入限位挡槽（4）内，在限位挡槽（4）的内部注满第一粘滞流体（3）并通过密封胶圈（6）密封，长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（17）的上端固定连接到位，竖向钢棒（13）的顶部固定连接在支座上板（1）上，在支座下板（11）的中央固定连接橡胶本体（15），竖向钢棒（13）插入容纳孔（18）内，并在容纳孔（18）内注满第二粘滞流体（14），

下万向铰（10）的底部与支座下板（11）固定连接，长竖向弹簧（9）和短竖向弹簧（17）的下端连接到位；

调整阻尼器（8），使得限位挡板（5）位于限位挡槽（4）的中央并与限位挡槽（4）无接触；

步骤三，安装支座：

支座上板（1）、支座下板（11）分别通过支座上连接件（1）和支座下连接件（12）与其它结构固定连接。

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