一种适用于超烈度地震作用的隔震支座

摘要

本发明涉及一种适用于超烈度地震作用的隔震支座，包括支座本体和下连接钢板，支座本体的底部具有下封钢板，下封钢板的下表面中间位置向下凸设有圆柱形摩擦头；下连接钢板的上表面凹设有两条垂直交汇的滑动轨道，且交汇处的滑动轨道内壁呈90°圆形倒角；下连接钢板的上表面在滑动轨道之外设置为组合压花表面并作为第一摩擦区域，滑动轨道的两侧内壁均垫设有软摩擦件并作为第二摩擦通道。当遭遇超烈度地震作用时，本发明可通过第一摩擦区域和第二摩擦通道实现二次耗能，对支座本体及建筑物提供有效保护。

权利要求

1.一种适用于超烈度地震作用的隔震支座，包括支座本体，其特征在于，还包括位于所述支座本体下面的下连接钢板，所述支座本体的底部具有下封钢板，所述下封钢板的下表面中间位置向下凸设有圆柱形摩擦头；所述下连接钢板的上表面凹设有两条垂直交汇的滑动轨道，且交汇处的滑动轨道内壁呈90°圆形倒角；所述下连接钢板的上表面在滑动轨道之外设置为组合压花表面，该组合压花表面作为第一摩擦区域且具有连接区域，所述连接区域通过剪切螺栓与所述下封钢板上对应的连接位置固定连接；所述滑动轨道的端部均设有软碰撞限位件，滑动轨道的两侧内壁均垫设有软摩擦件并作为第二摩擦通道；所述滑动轨道的宽度与所述圆柱形摩擦头的直径相等；所述圆柱形摩擦头位于所述两条滑动轨道交汇处内，且不与所述滑动轨道的底面接触。

2.根据权利要求1所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述圆柱形摩擦头与所述下封钢板一体成型。

3.根据权利要求1所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述下连接钢板为矩形钢板，所述两条滑动轨道沿所述下连接钢板的对角线位置设置。

4.根据权利要求1所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述软碰撞限位件具体为限位橡胶片。

5.根据权利要求4所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述软摩擦件具体为摩擦橡胶片。

6.根据权利要求5所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述下连接钢板在各条滑动轨道两侧内壁设置有马牙槎状钢牙，所述摩擦橡胶片硫化粘结在所述马牙槎状钢牙上。

7.根据权利要求1所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述压花的形状包括菱形、扁豆形和圆豆形中任一种或任几种的组合；所述第一摩擦区域的动摩擦系数为0.15。

8.根据权利要求1所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述剪切螺栓为高强度螺栓，所述下连接钢板与所述下封钢板通过所述高强度螺栓形成摩擦型连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的适用于超烈度地震作用的隔震支座，其特征在于，所述下封钢板相对于所述支座本体的有效半径沿径向扩伸150mm，其中扩伸部分的厚度为

15mm～35mm，其他部分的厚度为20mm～40mm；所述圆柱形摩擦头的直径为110mm～180mm；所述圆形倒角的直径为100mm～180mm；所述软碰撞限位件的厚度为10mm～20mm；当所述支座主体的极限剪切变形达250％～300％时，所述剪切螺栓被水平地震作用剪断。

说明书

一种适用于超烈度地震作用的隔震支座

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑结构隔震技术领域，具体涉及一种在超烈度地震作用下依然可以发挥其隔震功能的隔震支座。

背景技术

[0002] 隔震是目前使用最为广泛的减震手段之一，具有结构简单、效果明显、性能稳定等优点。但是，目前所有的隔震建筑都无一例外的将整个建筑物的安全交付给隔震层，当隔震层中的隔震支座稳定发挥其作用时候，能够确保隔震层上部的建筑物及其内部人员物品的安全；但由于地震作用具有随机性，当隔震层遭遇超烈度地震作用时，隔震层中的隔震支座极有可能会超出自身的极限变形范围而引起整个隔震层的失效，从而导致整个建筑物面临毁灭的危险。

[0003] 因此，隔震支座应当具备足够的的安全储备来应对超烈度地震作用。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种适用于超烈度地震作用，能够有效保护建筑物安全的隔震支座。

[0005] 本发明提出的一种适用于超烈度地震作用的隔震支座，包括支座本体和位于所述支座本体下面的下连接钢板，所述支座本体的底部具有下封钢板，所述下封钢板的下表面中间位置向下凸设有圆柱形摩擦头；所述下连接钢板的上表面凹设有两条垂直交汇的滑动轨道，且交汇处的滑动轨道内壁呈90°圆形倒角；所述下连接钢板的上表面在滑动轨道之外设置为组合压花表面，该组合压花表面作为第一摩擦区域且具有连接区域，所述连接区域通过剪切螺栓与所述下封钢板上对应的连接位置固定连接；所述滑动轨道的端部均设有软碰撞限位件，滑动轨道的两侧内壁均垫设有软摩擦件并作为第二摩擦通道；所述滑动轨道的宽度与所述圆柱形摩擦头的直径大致相等；所述圆柱形摩擦头位于所述两条滑动轨道交汇处内，且不与所述滑动轨道的底面接触。

[0006] 在本发明进一步优选方案中，所述圆柱形摩擦头与所述下封钢板一体成型。

[0007] 在本发明进一步优选方案中，所述下连接钢板为矩形钢板，所述两条滑动轨道沿所述下连接钢板的对角线位置设置。

[0008] 在本发明进一步优选方案中，所述软碰撞限位件具体为限位橡胶片。

[0009] 在本发明进一步优选方案中，所述软摩擦件具体为摩擦橡胶片。

[0010] 在本发明进一步优选方案中，所述下连接钢板在各条滑动轨道两侧内壁设置有马牙槎状钢牙，所述摩擦橡胶片硫化粘结在所述马牙槎状钢牙上。

[0011] 在本发明进一步优选方案中，所述压花的形状包括菱形、扁豆形和圆豆形中任一种或任几种的组合；所述第一摩擦区域的动摩擦系数为0.15。

[0012] 在本发明进一步优选方案中，所述剪切螺栓为高强度螺栓，所述下连接钢板与所述下封钢板通过所述高强度螺栓形成摩擦型连接。

[0013] 在本发明进一步优选方案中，所述下封钢板相对于所述支座本体的有效半径沿径向扩伸150mm，其中扩伸部分的厚度为15mm～35mm，其他部分的厚度为20mm～40mm；所述圆柱形摩擦头的直径为110mm～180mm；所述圆形倒角的直径为100mm～180mm；所述软碰撞限位件的厚度为10mm～20mm；当所述支座主体的极限剪切变形达250％～300％时，所述剪切螺栓被水平地震作用剪断。

[0014] 本发明中，当遭遇超烈度地震作用时，连接支座本体(下封钢板)和下连接钢板的部分剪切螺栓在达到极限剪切强度时首先被水平剪力直接剪断；随后支座本体及其上部建筑物在第一摩擦区域发生小范围运动并耗能，同时，带动所述圆柱形摩擦头在两条滑动轨道交汇处限定范围内发生小范围运动，并对其他未被剪断的剪切螺栓产生剪扭组合作用，直到全部剪切螺栓均被剪断；随后所述圆柱形摩擦头从两条滑动轨道交汇处运动至任一条滑动轨道的第二摩擦通道内，通过往复运动与滑动轨道两侧内壁的软摩擦件摩擦产生第二次耗能，发挥“刹车”功能；当圆柱形摩擦头运动至第二摩擦区域的端部时，还可由软碰撞限位件对其发挥限位功能。从而，本发明提出的适用于超烈度地震作用的隔震支座至少具备以下有益效果：

[0015] 1、通过第一摩擦区域和第二摩擦通道实现二次耗能，能够适用于超烈度地震作用，对建筑物提供有效保护。

[0016] 2、以剪切螺栓的破坏为代价，有效保护支座本体的安全。

[0017] 3、力学性能优良，工作机理明确，施工方便，震后维修简单易行。

[0018] 4、震后更换方便，只需将建筑物复位至原来的位置，然后置换被剪断的剪切螺栓即可。

附图说明

[0019] 图1是实施例提出的一种适用于超烈度地震作用的隔震支座的平面结构示意图。

[0020] 图2是实施例提出的一种适用于超烈度地震作用的隔震支座的立面结构示意图。

[0021] 图3是图2中支座本体与下连接钢板分离的结构示意图。

[0022] 图4是图1中下连接钢板的第一摩擦区域和第二摩擦通道示意图。

[0023] 图5是在超烈度地震作用下图1中支座本体与下连接钢板发生相对运动的示意图。

[0024] 图中：20-支座本体，21-下封钢板，22-圆柱形摩擦头，10-下连接钢板，11-滑动轨道，12-软碰撞限位件，13-剪切螺栓，14-软摩擦件，15-圆形倒角，16-螺栓孔。

具体实施方式

[0025] 为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

[0026] 实施例

[0027] 请一并参阅图1至图5，本实施例提出的一种适用于超烈度地震作用的隔震支座，如图1至图3所示，包括支座本体20和位于所述支座本体20下面的下连接钢板10，所述支座本体20的底部具有下封钢板21，所述下封钢板21的下表面中间位置向下凸设有圆柱形摩擦头22；所述下连接钢板10的上表面凹设有两条垂直交汇的滑动轨道11，且交汇处的滑动轨道11的内壁为大致呈90°的圆形倒角15；所述下连接钢板10的上表面在滑动轨道11之外设置为组合压花表面，该组合压花表面作为第一摩擦区域(图4)且具有连接区域，所述连接区域通过剪切螺栓13与所述下封钢板21上对应的连接位置固定连接；所述滑动轨道11的端部均设有软碰撞限位件12，滑动轨道11的两侧内壁均垫设有软摩擦件14并作为第二摩擦通道(图4)；所述滑动轨道11的宽度与所述圆柱形摩擦头22的直径大致相等；所述圆柱形摩擦头22位于所述两条滑动轨道11交汇处内，且不与所述滑动轨道11的底面接触。

[0028] 本实施例中，支座本体20可安装在建筑物的柱墩下面起到隔震和支撑上部建筑物的作用，其与普通隔震支座的区别在于，其下封钢板21的径长优选大于其有效半径(即除了下封钢板21之外的整体半径)，例如在有效半径以外沿径向扩伸150mm，其中扩伸部分的厚度参考值优选为15mm～35mm，其他部分的厚度参考值优选为20mm～40mm。下封钢板21的下表面的圆柱形摩擦头22优选与下封钢板21一体成型，主要作用是进入第二摩擦通道后与软摩擦件摩擦产生第二次摩擦耗能；在具体设计中，圆柱形摩擦头22的直径参考值优选为110mm～180mm。

[0029] 下封钢板21用于固定支座本体20并与下连接钢板10上表面进行第一次摩擦耗能，两条滑动轨道11用于在地震作用下供圆柱形摩擦头22进行第二次摩擦耗能运动；若下连接钢板10为矩形钢板，则两条滑动轨道11具体可沿所述下连接钢板10的对角线位置设置；两条滑动轨道11交汇处的内壁设计为大致呈90°的圆形倒角15，这样可使圆柱形摩擦头22与滑动轨道11内壁(圆形倒角15)的摩擦及碰撞相对较圆滑顺畅，并且能顺利进入滑动轨道11的一端继续进行耗能运动；在具体设计中，圆形倒角的直径参考值优选为100mm～180mm。

[0030] 所述软碰撞限位件12具体可以是限位橡胶片，用于提供对圆柱形摩擦头22的运动进行限位及提供软碰撞，同时减少圆柱形摩擦头22与下连接钢板10的碰撞磨损；在具体设计时，软碰撞限位件12的厚度参考值优选为10mm～20mm；所述软摩擦件14可以是摩擦橡胶片，具体可在各条滑动轨道12两侧内壁设置有马牙槎状钢牙(图未单独示出，被软摩擦件14即摩擦橡胶片所覆盖)，摩擦橡胶片硫化粘结在所述马牙槎状钢牙上。

[0031] 剪切螺栓13具体可采用高强度螺栓，其不仅用于为下封钢板21与下连接钢板10提供摩擦型连接，还可在超烈度地震作用中被水平剪断；根据其极限剪切强度，优选在支座主体20的剪切变形达250％～300％时，在水平地震作用下所述剪切螺栓13可直接被水平剪断。

[0032] 此外，为了控制下连接钢板10上表面的摩擦行为，还优选在下连接钢板10的上表面具有压花设置，该压花的形状包括菱形、扁豆形和圆豆形中任一种或任几种的组合，以将下连接钢板10的上表面动摩擦系数维持在0.15左右。

[0033] 工作原理

[0034] 请参阅图4和图5，当遭遇超烈度地震作用时，连接支座本体20(下封钢板21)和下连接钢板10的一部分剪切螺栓13在达到极限剪切强度时首先被水平剪力直接剪断；随后支座本体20及其上部建筑物在第一摩擦区域发生小范围运动并耗能，同时，带动所述圆柱形摩擦头22在两条滑动轨道11交汇处限定范围内发生小范围运动，并对其他未被剪断的剪切螺栓13产生剪扭组合作用，直到全部剪切螺栓13均被剪断；随后所述圆柱形摩擦头22从两条滑动轨道交汇处运动至任一条滑动轨道11的第二摩擦通道内，通过往复运动与滑动轨道11两侧内壁的软摩擦件14摩擦产生第二次耗能，发挥“刹车”功能；当圆柱形摩擦头22运动至第二摩擦区域的端部时，还可由软碰撞限位件12对其发挥限位功能。

[0035] 本实施例能够适用于超烈度地震作用以对支座本体20和建筑物提供有效保护，相对于传统隔震支座结构大大增加了安全性，具有力学性能优良，工作机理明确，施工方便，震后维修简单易行等优点。

[0036] 同时，本实施例在震后更换同样很方便，只需将建筑物复位至原来的位置，然后置换被剪断的剪切螺栓13即可。

[0037] 应用实例

[0038] 以下主要介绍在具体应用中常用支座各部件优选的尺寸数值，以供参考(注意应用实施中各尺寸数值仅是优选的参考值而并非严格限定值)：

[0039] 1、支座本体可采用传统橡胶隔震支座结构，其下封钢板在支座本体有效半径范围的基础上沿径向扩伸出150mm，其中下封钢板扩伸部分的厚度为15mm～35mm，其他部分的厚度为20mm～40mm，详细对应尺寸数值如表1所示。

[0040] 表1：下封钢板相关尺寸(单位mm)

[0041]

[0042]

[0043] 2、圆柱形摩擦头22的直径为110mm～180mm，详细对应尺寸数值如表2所示。

[0044] 表2：圆柱形摩擦头相关尺寸(单位mm)

[0045]

[0046] 3、下连接钢板可采用Q235或Q345糙面矩形热轧钢板，沿对角线凹设两条尺寸和深度均对应相同的滑动轨道，详细对应尺寸数值如表3所示。

[0047] 表3：下连接钢板及滑动轨道相关尺寸(单位mm)

[0048]

[0049] 注1：滑动轨道长度沿矩形对角线以圆柱形摩擦头外边缘向外算起。

[0050] 4、在滑动轨道交汇处设置90°圆形倒角，圆形倒角的直径为100mm～180mm，详细对应尺寸数值如表4所示。

[0051] 表4：滑动轨道交汇处圆形倒角直径相关尺寸(单位mm)

[0052]

[0053] 5、对下连接钢板的上表面进行菱形、扁豆形和圆豆形等组合压花处理的，控制其动摩擦系数为0.15，摩擦系数可采用摆式摩擦系数测定仪进行测量确定。下连接钢板与下封钢板向外扩伸部分预留螺栓孔，螺栓孔直径大于螺栓直径1mm～2mm。

[0054] 6、连接螺栓(剪切螺栓)采用高强度螺栓摩擦型连接；螺栓材料为45号钢、40B钢或20MnTiB中的一种，性能等级为10.9级；当上部支座本体的极限剪切变形达250％～300％时，在水平地震作用下剪切螺栓直接被水平剪断，所用螺栓详细对应尺寸数值如表5所示。

[0055] 表5：剪切螺栓相关尺寸(单位mm)

[0056]

[0057] 7、下连接钢板上具有第一摩擦区域和第二摩擦通道，其中在第一摩擦区域发生摩擦耗能时，圆柱形摩擦头22的运动范围为两条滑动轨道交汇处大致为直径180mm～285mm的圆形范围，详细对应尺寸数值如表6所示。

[0058] 表6：下连接钢板第一摩擦区域相关尺寸(单位mm)

[0059]

[0060] 第二摩擦通道的范围为离开滑动轨道交汇处之后到限位橡胶片之间的距离，第二摩擦通道的侧壁设置5mm×10mm马牙槎状钢牙并采用剪切弹性模量G4的橡胶片硫化粘结其上。

[0061] 第二摩擦通道在第一摩擦区域耗能的基础上增加侧面摩擦橡胶片摩擦耗能部分，第二摩擦通道尺寸和摩擦橡胶片厚度如表7所示。

[0062] 表7：下连接钢板第二摩擦区域相关尺寸(单位mm)

[0063]

[0064]

[0065] 注2：第二摩擦通道宽度包含粘结摩擦橡胶片的宽度，制作时实际宽度应预留出粘结摩擦橡胶片的厚度。第二摩擦通道的端部即尽头设置10mm～20mm厚橡胶层作为软碰撞限位。

[0066] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。