本發(fā)明屬于隔震技術領域，具體涉及一種附帶豎向減震功能的水平向負剛度裝置。

背景技術：

基礎隔震是目前應用最為廣泛的結構振動控制技術。對于傳統(tǒng)的被動隔震技術要實現(xiàn)低頻隔震，必須減小結構的自振頻率，即減小結構的剛度。但基礎隔震在一定程度上增加了結構的剛度，造成結構的自振頻率增加，加速度響應放大。

采用隔震體系的結構在強震下會產(chǎn)生很大的水平位移，必須加以控制才能保證整個結構的抗震安全性，避免支座進入大變形所引起的硬化和碰撞等現(xiàn)象。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種附帶豎向減震功能的水平向負剛度裝置，使得該裝置與隔震支座并聯(lián)應用于隔震結構，用于實現(xiàn)隔震層較低水平剛度和強震下更好的隔震控制效果。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種附帶豎向減震功能的水平向負剛度裝置，包括球鉸上連接板，球鉸下連接板，球鉸，拱球面，預壓碟形彈簧，粘滯阻尼器，限位桿，支承底座，螺帽，內(nèi)六角螺栓；所述球鉸上連接板與球鉸下連接板通過內(nèi)六角螺栓固定連接，所述球鉸嵌入球鉸下連接板固定，所述球鉸與拱球面承壓接觸；所述預壓碟形彈簧上部與拱球面焊接連接，下部與支承底座焊接連接；所述粘滯阻尼器布置于預壓碟形彈簧內(nèi)徑處，所述粘滯阻尼器上部與拱球面焊接連接，下部與支承底座焊接連接，粘滯阻尼器與預壓碟形彈簧協(xié)同工作，同時產(chǎn)生負剛度和阻尼力；所述限位桿與拱球面和支承底座通過螺帽連接，實現(xiàn)碟形彈簧預壓狀態(tài)，所述限位桿對稱布置于拱球面兩側；所述球鉸上連接板和支承底座均設置有通孔，以便其固定在外部結構上。

所述球鉸下連接板設置有第一曲面，所述第一曲面為球鉸下連接板上凹陷的曲面，所述第一曲面與球鉸的半徑一致；所述球鉸下方設置有第二曲面，所述第二曲面為球鉸上凹陷的曲面，所述第二曲面與拱球面曲率半徑一致；所述拱球面上方設置有第三曲面，所述第三曲面為拱球面凸起的曲面，所述第三曲面與拱球面曲率半徑一致；所述第二曲面與第三曲面承壓接觸；所述第二曲面和第三曲面的配合，能使球鉸在拱球面上滑動；第一曲面和球鉸的配合，能使球鉸在拱球面上滑動的同時也能相對球鉸下連接板轉動；所述球鉸在拱球面上滑動時，產(chǎn)生垂直于第三曲面的正壓力，以提供負剛度水平恢復力。

所述預壓碟形彈簧按等邊三角形布置于拱球面下部，使得整套裝置穩(wěn)定，預壓碟形彈簧變形只在垂直方向發(fā)生，且預壓碟形彈簧恢復原長，負剛度裝置即失效。

所述第三曲面、球鉸表面、第一曲面和第二曲面均采用聚四氟乙烯板。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點：

通過預壓碟形彈簧，當球鉸在拱球面上滑動時，產(chǎn)生垂直于拱球面的正壓力，提供負剛度水平恢復力。由于碟形彈簧剛度大的特點，微小的變形即能產(chǎn)生較大的水平負剛度，降低隔震層剛度，有效控制隔震層的加速度響應。

通過附加粘滯阻尼器，運動過程中，碟形彈簧與阻尼器協(xié)同工作，同時產(chǎn)生負剛度和阻尼力，解決單一負剛度使得隔震結構位移放大的現(xiàn)象，有效控制隔震結構位移，解決強震下核電結構位移過大的現(xiàn)象。

通過等邊三角形三點布置預壓碟形彈簧，整套裝置結構穩(wěn)定；且通過限位桿的作用，防止結構搖擺，保證預壓碟形彈簧只在垂直方向發(fā)生變形。

當預壓碟形彈簧恢復原長，負剛度裝置即失效，不會產(chǎn)生受拉的狀態(tài)，負剛度裝置性能穩(wěn)定。

通過調(diào)整球鉸與曲面的曲率半徑，以及預壓碟形彈簧和粘滯阻尼器的參數(shù)，能夠改變負剛度裝置的負剛度，阻尼力及承載力的大小，從而滿足不同的設計需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明裝置運動示意圖。

圖3是圖一中沿i-i剖線的俯視圖。

圖4是球鉸上連接板示意圖。

圖5是球鉸下連接板示意圖。

圖6是粘滯阻尼器示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明。

如圖1至圖6所示，一種附帶豎向減震功能的水平向負剛度裝置，包括球鉸上連接板1，球鉸下連接板2，球鉸3，拱球面4，預壓碟形彈簧5，粘滯阻尼器6，限位桿7，支承底座8，螺帽9，內(nèi)六角螺栓10；所述球鉸上連接板1與球鉸下連接板2通過內(nèi)六角螺栓10固定連接，所述球鉸3嵌入球鉸下連接板2固定，所述球鉸3與拱球面4承壓接觸；所述預壓碟形彈簧5上部與拱球面4焊接連接，下部與支承底座8焊接連接；所述粘滯阻尼器6布置于預壓碟形彈簧5內(nèi)徑處，所述粘滯阻尼器6上部與拱球面4焊接連接，下部與支承底座8焊接連接，粘滯阻尼器6與預壓碟形彈簧5協(xié)同工作，同時產(chǎn)生負剛度和阻尼力；所述限位桿7與拱球面4和支承底座8通過螺帽9連接，實現(xiàn)碟形彈簧5預壓狀態(tài)，所述限位桿7對稱布置于拱球面4兩側；所述球鉸上連接板1和支承底座8均設置有通孔，以便其固定在外部結構上。

所述球鉸下連接板2設置有第一曲面b2，所述第一曲面b2為球鉸下連接板2上凹陷的曲面，所述第一曲面b2與球鉸3的半徑一致；所述球鉸3下方設置有第二曲面b3，所述第二曲面b3為球鉸3上凹陷的曲面，所述第二曲面b3與拱球面4曲率半徑一致；所述拱球面4上方設置有第三曲面a4，所述第三曲面a4為拱球面4凸起的曲面，所述第三曲面a4與拱球面4曲率半徑一致；所述第二曲面b3與第三曲面a4承壓接觸；所述第二曲面b3和第三曲面a4的配合，能使球鉸3在拱球面4上滑動；第一曲面b2和球鉸3的配合，能使球鉸3在拱球面4上滑動的同時也能相對球鉸下連接板2轉動；所述球鉸3在拱球面4上滑動時，產(chǎn)生垂直于第三曲面a4的正壓力，以提供負剛度水平恢復力。

所述預壓碟形彈簧5按等邊三角形布置于拱球面4下部，使得整套裝置穩(wěn)定，預壓碟形彈簧5變形只在垂直方向發(fā)生，且預壓碟形彈簧5恢復原長，負剛度裝置即失效。

本裝置安裝完成后，將限位桿7上部的螺帽擰松至設定位置，負剛度裝置即進入工作狀態(tài)。在地震作用下，球鉸上連接板1發(fā)生水平運動，球鉸3在拱球面4上承壓滑動，預壓碟形彈簧5隨之發(fā)生垂直向恢復變形，拱球面4與球鉸3產(chǎn)生的正壓力提供與運動方向一致的水平力，從而提供負剛度水平恢復力；粘滯阻尼器6與預壓碟形彈簧5協(xié)同工作，產(chǎn)生阻尼力，增加裝置的耗能能力，且能起到豎向減震功能，吸收地震能量從而降低隔震層的位移。

本負剛度裝置在實際使用時，可與隔震支座并聯(lián)使用于隔震結構，在建筑物底部合理布置本負剛度裝置與隔震支座，可實現(xiàn)隔震層低水平剛度和高阻尼比，有效控制隔震層的動力響應，避免隔震體系在強震下進入大變形所引起的硬化和碰撞等現(xiàn)象，提高隔震體系的抗震安全性。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種附帶豎向減震功能的水平向負剛度裝置，包括球鉸上連接板，球鉸下連接板，球鉸，拱球面，預壓碟形彈簧，粘滯阻尼器，限位桿，支承底座，螺帽，內(nèi)六角螺栓；所述球鉸上連接板與球鉸下連接板通過內(nèi)六角螺栓固定連接，所述球鉸嵌入球鉸下連接板固定，所述球鉸與拱球面承壓接觸；所述預壓碟形彈簧上部與拱球面焊接連接，下部與支承底座焊接連接；所述粘滯阻尼器布置于預壓碟形彈簧內(nèi)徑處，所述粘滯阻尼器上部與拱球面焊接連接，下部與支承底座焊接連接，粘滯阻尼器與預壓碟形彈簧協(xié)同工作，同時產(chǎn)生負剛度和阻尼力；所述限位桿與拱球面和支承底座通過螺帽連接，實現(xiàn)碟形彈簧預壓狀態(tài)，所述限位桿對稱布置于拱球面兩側。

技術研發(fā)人員：任天嬌;楊巧榮;何文福;冉茂來
受保護的技術使用者：上海大學
技術研發(fā)日：2017.03.09
技術公布日：2017.07.21