專利名稱：隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種隔震設(shè)備地震時使結(jié)構(gòu)免遭地震力作用，減少地震破壞，降低人員傷亡。
彈性隔震支座主要由上下金屬板和中間的彈性材料層構(gòu)成，該彈性層可以使上下金屬板產(chǎn)生較大的水平移動，同時產(chǎn)生恢復(fù)力。這一類支座的一個公認缺陷是，為允許由于地震引起1-2英尺的側(cè)向位移，支座必須做的很高。
常規(guī)的滑動隔震支座系統(tǒng)包括上半部分和下半部分，旨在使上半部分發(fā)生的水平激勵能傳到下半部分。一種典型的設(shè)計，如美國5,867,951號專利中所述，上半部分包含了向下的凹面(圓形表面)，和一種由低磨耗材料制成的支座元件嚙合。這種類型的滑動隔震支座體積很大，由于上半部分的凹面必須能提供各個方向上的水平移動，使的該類支座過分龐大。對空間限制嚴格的結(jié)構(gòu)，比如過街天橋的橋墩，由于受公路的影響寬度會有限制，這是一個嚴重的缺點。而且，這類支座的共振頻率可能會與地震荷載頻率一致，產(chǎn)生過大的位移。在地震發(fā)生后，該類支座又暴露出一個缺點位移是永久的，不可恢復(fù)的，要使發(fā)生位移的結(jié)構(gòu)回到原始的位置，須采用液壓千斤頂。
其他的隔震支座要求產(chǎn)生沿直交的水平X和Y軸的線性運動以實現(xiàn)合成的水平位移。
Omi等人在美國4,596,373號專利中描述隔震支座包含基座，一對與X軸平行的固定在基座上的軌道，可移式X軸線運動方式安裝在每個X軸軌道上，一對平行的Y軸軌道固定在X軸線運動方式上，同樣的，Y軸線運動方式安裝在每個Y軸軌道上，頂端平臺8安裝在Y軸線運動方式上。平臺上隔震結(jié)構(gòu)和地面?zhèn)鞯交系倪\動的X和Y向合運動引起基座和平臺之間的水平位移。摩擦阻尼器和張力彈簧與X和Y線運動方式相結(jié)合形成一個線性振動系統(tǒng)。
Haak在美國5,035,394號專利中揭示隔震支座應(yīng)包含下中上3級。上級和中級之間的連接包括軌道和騎行在軌道上的支座，允許一個軸向的相對運動。同樣的中級和低級之間只能發(fā)生與第一個軸垂直方向上的位移。隔震支座還包含上級和中級之間以及中級和下級之間的偏心彈簧和恢復(fù)機械系統(tǒng)。
Haak在美國5,716,037號專利中給出了另一種三級隔震支座。上級包括兩個平行的導(dǎo)軌，固定在底面上，允許中級平行滾動支座上表面沿一個方向上產(chǎn)生相對線運動。中級包括位于滾動支座之間的相反V形凸輪軌道，上級相對中級總恢復(fù)到中性軸位置；同樣的，中級和下級之間也存在相似的恢復(fù)設(shè)計。
最后，在國際專利WO01/42593中，設(shè)計者提出了一個自恢復(fù)三級隔震支座。下、中集成體之間的滾筒限制在沿X軸方向的線性斜楔表面滾動，同樣的，在上、中集成體之間設(shè)有沿Y軸方向的自恢復(fù)運動。這樣的設(shè)計可以有效地利用空間和減低上部支撐結(jié)構(gòu)的絕對加速度，但對于橋梁隔震卻不是最佳方法。


圖1A和1B為建筑隔震支座(圖1A)和橋梁隔震支座(圖1B)安裝示意圖。建筑基底隔震可以總結(jié)為一個目的，即減小上部結(jié)構(gòu)的絕對加速度。這里上部結(jié)構(gòu)指支撐在隔震支座上的任何結(jié)構(gòu)。減小結(jié)構(gòu)的絕對加速度相當與降低同樣未隔震結(jié)構(gòu)的地震輸入。但是橋梁隔震系統(tǒng)卻是比較復(fù)雜，在很多情況下，減小橋墩的加速度并不是隔震的目的，最主要的目的是降低地震輸入荷載作用下由于橋梁慣性力引起的支柱的地震力。建筑物隔震和橋梁隔震的區(qū)別見圖1A和1B，上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量定義為ms，阻尼系數(shù)和剛度(彈簧常數(shù))分別記為cb和kb。圖1A所示的結(jié)構(gòu)隔震中，上部結(jié)構(gòu)的絕對加速度記為xabs“，支座相對位移為xrel?？紤]到上部結(jié)構(gòu)的阻尼和恢復(fù)力，系統(tǒng)可以表示為如下的方程式msxabs“+cbxrel‘+kbxrel＝0但是，對于圖1B所示的橋梁隔震，上部結(jié)構(gòu)由墩或柱支撐，墩或柱都有本身的阻尼系數(shù)cp和彈簧系數(shù)kp。墩頂端和地面之間的相對位移為xp。此時，系統(tǒng)的運動微分方程為msxabs“+cbxrel‘+kbxrel+cpxp‘+kpxp＝0所以，橋梁方程比建筑物隔震方程多了兩項，從橋梁隔震方程可以看出，減少絕對速度xabs“并不一定直接減少支座的位移xrel，也不一定能減少墩的位移xp。但是減少支座和墩的位移比減少上部結(jié)構(gòu)的絕對加速度更加重要。
因而，隔震結(jié)構(gòu)的固有周期可以通過改變支座的剛度來調(diào)節(jié)，而支座的位移通過支座的阻尼系數(shù)來控制。建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計是清楚而直接的。但是，對于橋梁結(jié)構(gòu)的隔震，必須兼顧減少支座的位移和降低橋墩的地震力。在大多數(shù)情況下，橋梁隔震的主要目的是減少基底的剪切和支座的位移。所以，橋梁隔震與建筑物隔震是有很大差別的。
上面提到的橋梁隔震目的通常利用橋墩的特殊設(shè)計實現(xiàn)。比如，某墩在互相垂直(X和Y)的軸上有剛度和強度的突變，比如沿X軸方向的剛度和強度足夠大，象剪力墻，這樣就不必考慮X軸方向的隔震，而目的應(yīng)為限制X軸的位移。WO01/42593號國際專利隔震支座在X軸和Y軸同時設(shè)計了相同的性態(tài)特征，使得它很難實現(xiàn)橋梁隔震的目的。
WO01/42593號專利中的另一個問題是支座在正常荷載如風(fēng)、交通等中的穩(wěn)定性。隔震支座在正常小荷載作用下應(yīng)鎖定不能移動，而在地震作用下能起到隔震作用。
WO01/42593號專利中的隔震支座，和前面提到的其他一些支座都沒有充分設(shè)計以減少支座的大位移，而這正是橋梁隔震一個重要因素。大位移的發(fā)生有兩方面的原因，一個原因是傳統(tǒng)線性(或輕微非線性)支座的固有問題上部結(jié)構(gòu)的運動幾乎與地面運動的相位相反；另一個原因是很多支座設(shè)計沒有避開由于不穩(wěn)定性引起的大位移。
最后，另一個使支座在橋梁隔震中進一步優(yōu)化的因素是橋梁隔震比建筑隔震的周期要短很多。
該發(fā)明的另一個目的是提供一種自重荷載下有自恢復(fù)能力的隔震支座。
該發(fā)明的另一個目的是提供一種具有有效摩擦阻尼和選擇確定摩擦阻尼力的隔震支座。
該發(fā)明的另一個目的是提供一種在正常非水平地震荷載作用下具有鎖定功能的隔震支座?？紤]到該發(fā)明的這個目的，隔震支座還具有小范圍的溫度脹縮相對位移鎖定功能。
該發(fā)明的另一個目的是提供一種具有附加阻尼以減少支座位移，縮短支座周期的隔震支座。
考慮到這些目的，隔震支座包括下平板，上平板和圓柱滾筒，與下平板的上表面和上平板的下表面滾動接觸。下平板固定在基底上，上平板固定在上部結(jié)構(gòu)上。在正常上部荷載作用下，一個或者兩個支座表面傾斜形成滾筒中心，當上下平板發(fā)生相對位移時，滾筒偏動，提供恢復(fù)力。一對側(cè)墻固定在下平板上以抵擋隔震軸方向的直接側(cè)向力，一對滑動導(dǎo)軌提供干摩擦阻尼。鎖定裝置包括許多帶子，從側(cè)墻的孔中與上平板接合，銷子和行程縫結(jié)合，允許由于溫度脹縮引起的限制相對位移的發(fā)生。粘彈性阻尼或者粘性阻尼，線性彈簧和非線性彈簧，如淬火彈簧更好地安置在上下平板間，減少位移，耗散能量，調(diào)節(jié)支座的周期運動特性。
隔震支座還通過位于上下平板之間的中間平板提供X和Y方向的隔震，位于下平板和中平板之間的下滾筒提供X方向的隔震，位于上平板和中平板之間的上滾筒提供Y方向的隔震。這兩層隔震按照設(shè)計考慮要求在X和Y方向上提供不同的恢復(fù)力和不同的摩擦阻尼力。
但是該發(fā)明提供也可以采用一層設(shè)計，采用位于上下表面形成的金字塔形表面圓形滾筒，通過原形滾筒的變形和滾動摩擦消耗能量。
本發(fā)明的目的是按照以下方案實現(xiàn)的一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，包括一個軸線；
適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；適合與上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；安裝于下盤的一對側(cè)墻來限制一對平行于支座軸線的對置墻面；上、下盤支撐面之間有一圓筒形滾軸，其端面分別與對置墻面相接觸；朝上和朝下的支撐面可設(shè)置為滾軸在重力荷載下的偏向于所提供的合理參考位置；滾軸兩端面的滑道各自連于對置的墻面上，能提供與滾軸和側(cè)墻構(gòu)件相對運動方向相反的摩擦力。
上述的隔震支座朝上的支撐面有一大體呈V形的剖面。
上述的隔震支座設(shè)計一對側(cè)墻構(gòu)件來抵抗等于或大于支座所承受豎直荷載的側(cè)向荷載。
上述的隔震支座，每個側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路，以限制兩對置墻面，滑道和墻面的摩擦系數(shù)由安裝合適的摩擦線路來選擇。
上述的隔震支座，每個滑道包括一可移走的粘貼摩擦盤，滑道和墻面的摩擦系數(shù)由安裝合適的摩擦線路來選擇。
上述的隔震支座，這對側(cè)墻構(gòu)件中至少有一個可以按可解除的方式安裝于下盤，這樣使摩擦力減輕。
上述的隔震支座，還包括一制動裝置，防止預(yù)先受到水平荷載時上盤相對于下盤的在沿軸線方向的運動。
上述的隔震支座，制動裝置允許制動前上盤在有限范圍內(nèi)相對于下盤有一沿軸線的運動。
上述的隔震支座，制動裝置包括安裝于上盤的第一個構(gòu)件，帶有一貫通的螺孔；
安裝于下盤的第二個構(gòu)件，帶有與上述螺孔幾乎重疊的拉長的移動槽口；貫通于上述螺孔和移動槽口的制動釘。
上述的隔震支座，制動釘包括一對螺母和螺帽。
上述的隔震支座，那對側(cè)墻構(gòu)件至少有一個貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘，其連接于上盤以提供可調(diào)節(jié)的摩擦制動力。
上述的隔震支座，還包括一線性彈簧，其兩端分別連于上盤和下盤。
上述的隔震支座，上述線彈簧包括可調(diào)整彈簧常數(shù)的裝置。
上述的隔震支座，還包括一非線性彈簧，其兩端分別連于上盤和下盤。
上述的隔震支座，這兒非線性彈簧就是硬化彈簧。
上述的隔震支座，硬化彈簧包括一最初盲區(qū)，當上盤有相對于下盤的位移時它不產(chǎn)生彈力，最初盲區(qū)后還有一第二盲區(qū)，它產(chǎn)生的彈力隨著上盤相對于下盤的位移增加而增加。
一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，包括互相垂直的X、Y軸；適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；帶有朝上和朝下支撐面的中盤；適合與上述上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；一對安于下盤的側(cè)墻構(gòu)件，以限制與X軸平行的兩對置墻面；一對安于上盤的側(cè)墻構(gòu)件，以限制與Y軸平行的兩對置墻面；在中、下盤的支撐面之間有一下部圓筒滾軸，其兩端面分別與下部側(cè)墻構(gòu)件限制的對置墻面相接觸。
在上、中盤的支撐面之間有一上部圓筒滾軸，其兩端面分別與上部側(cè)墻構(gòu)件限制的對置墻面相接觸；
上述的中、下盤支撐面設(shè)置成可提供沿X軸的合適參考位置，下部滾軸在重力荷載下會發(fā)生向其方向的偏移；上述的上、中盤支撐面設(shè)置成可提供沿Y軸的合適參考位置，上部滾軸在重力荷載下會發(fā)生向其方向的偏移。
上述的隔震支座，還包括分別與下部側(cè)墻限制的對置墻面相接觸的下部圓筒形滾軸的兩端面處各有一滑道，可提供與下部滾軸相對于下部側(cè)墻構(gòu)件位移相反的摩擦力；分別與上部側(cè)墻限制的對置墻面相接觸的上部圓筒形滾軸的兩端面處各有一滑道，可提供與上部滾軸相對于上部側(cè)墻構(gòu)件位移相反的摩擦力。
上述的隔震支座，中盤朝下的支撐面有一大體成倒V形的剖面，而其朝上的支撐面有一大體成V形的剖面。
上述的隔震支座，每個下部側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路以限制兩對置墻面，與下部滾軸相連的滑道和由下部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
上述的隔震支座，每個上部側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路以限制對置墻面，與上部滾軸相連的滑道和由上部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選。
上述的隔震支座，與下部滾筒相連的每個滑道包括一可移動的摩擦盤，與下部滾軸相連的滑道和下部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
上述的隔震支座，與上部滾筒相連的每個滑道包括一可移動的摩擦盤，與上部滾軸相連的滑道和由上部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
上述的隔震支座，下部滾筒支承的滑道上的摩擦力不同于上部滾筒支承的滑道上的摩擦力。
上述的隔震支座，一制動裝置，可以防止在X軸起始點前沿X軸的相對于下盤的中盤運動，還可以防止在Y軸起始點之前沿X軸的荷載產(chǎn)生沿Y軸的相對于上盤的中盤運動。
上述的隔震支座，制動裝置中關(guān)于X、Y軸是可獨自解除的。
上述26的隔震支座，至少有一個下部側(cè)墻構(gòu)件包括一貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘以連接中盤來提供可調(diào)節(jié)的摩擦力。
上述的隔震支座，至少有一個上部側(cè)墻構(gòu)件包括一貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘以連接中盤來提供可調(diào)節(jié)的摩擦力。
上述的隔震支座，上、下部分的滾筒經(jīng)受不同大小的恢復(fù)偏移力，以它們各自軸向參考位移來偏置下部和上部的滾筒。
上述的隔震支座，中盤朝下的支撐面有一大體成倒V形的剖面，沿X軸其參考位置是對稱的，并有第一傾角；中盤朝上的支撐面有一成V形的剖面，沿Y軸其參考位置是對稱的，并有第二傾角，其中第一和第二傾角的大小不同。
上述的隔震支座，還包括至少有一X向彈簧連于下盤和上盤，X向彈簧排列成與X軸平行或一致的方向；至少有一Y向彈簧連于下盤和上盤，Y向彈簧排列成與Y軸平行或一致的方向。
上述的隔震支座，至少有一X向的彈簧包括一線性彈簧，至少有一Y向的彈簧包括一線性彈簧。
33、按照聲明31的隔震支座，至少有一X向的彈簧包括一硬化彈簧，至少有一Y向的彈簧包括一硬化彈簧。
一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，包括互相垂直的X、Y軸；適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；適合與上述上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；在上、下盤支撐面之間有一球形滾軸；朝上和朝下支撐面被設(shè)置成在重力荷載下滾軸可以沿著X、Y軸回到其參考位置。
上述的隔震支座，在朝上和朝下的支撐面中有一個呈金字塔形。
上述的隔震支座，球形滾軸是可變形的彈性球。
圖9是圖8所示的隔震支座的側(cè)視部分剖視圖；圖10是概念側(cè)視圖，是該項發(fā)明的第三種形式；圖11是圖10中所示的概念上平面圖，頂蓋已移走；圖12是該發(fā)明中隔震支座的一種鎖定裝置示意圖；圖13是圖12中的13-13剖面圖；圖14是該發(fā)明中隔震支座的另一種鎖定裝置示意圖；圖15A是在數(shù)值地震激勵作用下，傳統(tǒng)隔震支座產(chǎn)生的時程圖線；圖15B是類似與圖15A的圖線，為該提交發(fā)明的隔震支座的時程曲線。
隔震支座10設(shè)計允許上平板12和下平板14發(fā)生X軸方向的相對位移，沿圖2中的法線方向和圖3中的水平方向。但是，為抵擋與X軸方向垂直的Y方向的大的水平側(cè)向荷載，一對垂直的側(cè)墻22固定在下平板14上，由螺栓24很好地固定。側(cè)墻22優(yōu)化設(shè)計和固定以抵擋等于或者大于有隔震支座10支撐的上部結(jié)構(gòu)的垂直荷載的側(cè)向荷載，尤其是量級為百噸的荷載，以保證側(cè)墻在極端Y向荷載作用下的側(cè)向力。
根據(jù)目前的發(fā)明，側(cè)墻22上有相對的一對內(nèi)墻面26，平行與隔震支座10的X方向。在圖2中，側(cè)墻22包括可拆除摩擦軌道28，內(nèi)墻面26可以保證用戶對起平滑度進行控制。該措施的重要性將進一步討論。
在圖3中可以看出，向上的滾動表面18通常有V形面，有兩個相對的表面向下相互傾斜形成。每個斜面的傾斜角是很小的，與水平向成2度，但是該角度是可選擇的，這依賴于隔震的系統(tǒng)。向上傾斜的表面18可由大尺寸的平板鋼材碾壓而成，或者切割固定楔體鋼板而成。V形面的最低點正好位于下平板的中間。
上平板14比下平板12寬，包括一個島30其尺寸正好位于內(nèi)墻22之間，向下正對滾動表面20，向上正對滾動表面18。島30可以通過碾壓平鋼板四周形成，也可以通過在一塊大鋼板固定在小鋼板上形成。簡單起見，在本項發(fā)明中向下的滾動表面20是平的。但是，正如進一步闡述一樣，表面20并不一定是平的。
滾筒16由鋼管作成，如圖4和5所示，滾筒16自己的轉(zhuǎn)動軸與支座10X軸方向呈直角，一對滑動導(dǎo)軌32與內(nèi)墻表面26滑動接合?；瑒訉?dǎo)軌32通過非軸桿件34和軸桿件36安裝在滾筒16的兩端。更具體的講，非軸桿件34與滾筒轉(zhuǎn)軸平行延伸到滾筒16前后，滑動導(dǎo)塊32和非軸導(dǎo)塊34結(jié)合形成一個矩形框，包圍著滾筒16。
為保證向上的滾動表面18不受鐵屑的影響在滾筒的前面和后面安裝有一對清掃器60，圖6和7所示為清掃器。每個清掃器60包括一對角撐62，由固定落瀧4固定在位于滾筒16和相應(yīng)的非軸桿件34之間的導(dǎo)塊32的內(nèi)表面上。柵板66有與滾筒16的轉(zhuǎn)動軸平行由68固定在角撐62上，清掃器的刷子69安裝在柵板66上，當滾筒16和滑動導(dǎo)塊32沿X隔震軸移動時清掃上滾動表面18。
當支撐結(jié)構(gòu)的重量等豎向荷載作用在支座10上，滾筒16會偏離圖3所示的平衡位置，而滾動到X軸由V形表面形成的滾動表面18的最底線上。在地震荷載作用下，當上平板14偏離下平板12時，就會產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。導(dǎo)塊32沿X隔震軸方向在內(nèi)表面26的運動提供摩擦阻尼力，加上自重恢復(fù)力，能量會以熱能的方式耗散。正如上面提到的，側(cè)墻22包括可替換的摩擦導(dǎo)軌28。同樣的，滑動導(dǎo)塊32包括摩擦板70，安裝在外表面。停工替換摩擦導(dǎo)軌28或者摩擦板70，滑動導(dǎo)塊32和墻面26的摩擦系數(shù)就會改變，以符合具體安裝環(huán)境的要求。
該發(fā)明的另一項結(jié)果是將側(cè)墻22通過固定螺栓24安裝在下平板14上。地震后，如果滾筒16粘和或者陷入側(cè)墻上，側(cè)墻22可以從下平板14上拆除，這樣除了很小的滾動摩擦之外滾筒不受任何限制，在重力作用下容易回到其平衡位置。
為鎖定隔震支座10，防止由于相對很小的水平荷載(即風(fēng)、交通荷載等)引起的運動，在側(cè)墻22的螺紋孔74上布有大量的帶子72。如圖2所示，帶子72提供靜態(tài)摩擦力以防止上平板14和下平板12在正常非地震力作用下沿支座10X軸方向的相對移動。帶子72繃緊可以提供很大的靜摩擦力，有利的是靜摩擦力的大小可以通過改變帶子72來調(diào)節(jié)期望的正常荷載。
如同上面所述，橋梁隔震的目的是通過控制支座的不穩(wěn)定性和振動相位差減少支座位移。作為該發(fā)明的一個特點，結(jié)合摩擦力和自重恢復(fù)力是很復(fù)雜的，如上所述，通過導(dǎo)塊32提供摩擦阻尼。如圖3所示，X軸至少提供一個阻尼單元80，一端與下平板12連接，另一端與上平板14連接。圖3所示為一對阻尼單元位于滾筒16滾動軸的兩端，但是僅使用一個阻尼器。當阻尼器80為粘性或粘彈性阻尼器時可以理解為阻尼器80為線性彈簧或非線性彈簧。特別地，數(shù)值模擬表明硬彈簧具有初始死區(qū)對減少支座位移是有好處的。線性彈簧具有可調(diào)節(jié)的彈簧系數(shù)，為進一步控制隔震支座10的振動特性提供了條件。粘彈性和粘性阻尼器，線性彈簧包括彈簧系數(shù)可調(diào)的線性彈簧，非線性彈簧包括硬彈簧都是可以直接購買的組件。
如圖15A和15B所示，傳統(tǒng)的Den Hartog支座(基于一個或幾個單自由度理論支座模型)的位移特性示于圖15A中，本發(fā)明的相應(yīng)圖線見圖15B。這些圖線基于地震干擾下支座響應(yīng)的數(shù)值模擬。模擬利用MATLAB和SIMULINK開發(fā)的計算機程序完成。圖15B支座的摩擦力為127噸，恢復(fù)力為4噸硬彈簧有0.0005英寸的死區(qū)。彈簧系數(shù)為500噸/米。分析表明傳統(tǒng)的Den Hartog支座有55％的阻尼，周期為3秒。結(jié)構(gòu)加速度降低0.09g，基底剪力為1530Kips。最大支座位移超過3英寸。作為比較，本發(fā)明提出的隔震支座最大位移小于1英寸。所以最大位移減少了3倍。基底剪力為1690Kips，略高于Den Hartog支座，但仍然遠小于沒有隔震措施的5420Kips。
本發(fā)明提出的另一種隔震支座110見圖8和9。隔震支座110跟隔震支座10類似，除了隔震支座110提供直交的X和Y軸兩個方向的隔震。隔震支座110通常包括下平板112，固定在基底上，中平板113和上平板114，與上部結(jié)構(gòu)相連。下圓柱滾筒116與下平板112的上表面118和中平板113的下表面的119滾動接觸，提供下平板和中平板之間沿X隔震軸方向的相對位移。同樣的上滾筒117位于中平板113的上表面121和上平板114的下表面120之間，提供中平板和上平板之間沿Y隔震軸方向的相對位移。
為提高制造效率和第一種形式和第二種形式的部件互換性，在第二種形式中，中平板113的X和Y隔震軸方向都為斜面。所以下表面119具有反V型剖面，但是上表面121有V型剖面。簡單起見下平板112的上表面118和上平板114是平的。支座表面如此設(shè)置，提供給下滾筒116沿X隔震軸方向的正常參考位置和上滾筒117沿Y隔震軸方向的正常參考位置，上下滾筒在重力荷載作用下都要發(fā)生相應(yīng)的偏離。
直立側(cè)墻122固定在下平板112上，倒立側(cè)墻123依賴于上平板114。端蓋129圍繞支座110的上下兩層，防止碎屑進入支座內(nèi)部。下滾筒116運送滑動導(dǎo)塊132，與相應(yīng)內(nèi)側(cè)墻122的內(nèi)表面126滑動接觸，類似地，上滾筒117運送滑動導(dǎo)塊133與相應(yīng)內(nèi)側(cè)墻123的內(nèi)表面127滑動接觸。結(jié)果X和Y隔震軸方向上同時產(chǎn)生摩擦阻尼力。
如上所示，結(jié)構(gòu)環(huán)境的某些特定的因素可能使隔震支座在X隔震軸和Y隔震軸表現(xiàn)出不同的隔震特征。在隔震支座110中，一種途徑是利用不同的摩擦導(dǎo)軌和摩擦平板實現(xiàn)不同的摩擦系數(shù)。另一條途徑是利用下表面119和上表面121不同的傾斜角，讓隔震支座110提供不同的沿X和Y方向不同的恢復(fù)力。這種方式為限定支座位移提供了方法，通常與傾斜角成反比。
不同類型的阻尼器(圖8和9中沒有示出)可以沿X隔震軸(平行或者重合)安裝在下平板112和中平板113之間，也可以安裝在中平板和上平板之間(平行于或相一致)Y軸，在這方面，用于連接第一個設(shè)備中的隔震支座10的阻尼單元80的描述也有參考。
圖12和圖13描繪了一個制動裝置，它在第一種設(shè)備的隔震支座10和第二種設(shè)備的隔震支座110都是有用的，在后者情況下它作為上述的連接隔震支座10的螺栓72的替代物。在隔震支座110的Y向，制動裝置包括安裝于上盤114的第一個構(gòu)件140并且有一螺孔142，安裝于中盤113的第二個構(gòu)件144并且有一平行于y軸的大約與螺孔142重疊的移動槽口146，以及通過螺孔142和移動槽口146的螺釘148。螺釘148端部的螺帽150、螺帽150與第一個構(gòu)件140之間的彈簧墊片152，以及第一個構(gòu)件140與第二個構(gòu)件144之間的另外一個彈簧墊片154共同作用，在螺釘148中保持軸向拉力以提供一種摩擦制動力。在圖13可以更好的看出，螺釘148包括一個特別拉長的頭部156，為了當其為水平時能與移動槽口146相適合。頭部156存在于第二個構(gòu)件144的正方形凹槽內(nèi)，當施加軸向力時構(gòu)件144限制螺釘148不使其轉(zhuǎn)動，并允許緊固螺帽150。因為存在可能的腐蝕而不能將構(gòu)件140和144上的過緊，最好使用抗腐蝕材料。圖12和13的制動裝置允許當施加例如由熱引起的靜力荷載時在移動槽口范圍內(nèi)的運動。然而當強烈地震發(fā)生時，螺釘148就斷裂了以允許支座按其預(yù)定方式運動。當螺釘148斷裂時，螺帽150和螺釘148的連接部分掉落到支座的外面，然而螺釘?shù)氖Ｓ嗖糠职^部156掉落到構(gòu)件144上面一個容器160里，以免螺釘部分掉落到支座表面。地震后支座里面的螺釘148部分很容易從容器160中取出，可以安裝一個新的螺釘。
圖14展示了另外一種制動裝置，它在第一種設(shè)備的隔震支座10和第二種設(shè)備的隔震支座110都是有用的，在后者情況下作為上述連接隔震支座10的螺栓72的替代物。類似于前述的螺釘72，圖14的制動裝置是螺釘172的一種變化，然而變化的螺釘172在其長度內(nèi)收縮，在其接合處末端變圓，就象一個可變形的懸臂梁允許小的支座位移。變化的螺釘172在地震時將會斷裂以允許支座按設(shè)計工作。
圖10和圖11概念性的展示了與此發(fā)明第三種設(shè)備相一致的隔震支座210。隔震支座210在沿X、Y向的重力荷載下提供恢復(fù)力，不需要象在隔震支座110中的兩個分離的滾軸和兩層。更特別的是，隔震支座210包括一個下盤212，適于和地基連接，并有一個向上的支撐面218，一個上盤214，適于和上層建筑相連接，并有一個向下的支撐面220，還有一個大體呈球形的滾軸216，位于上下盤之間并與支撐面218和220接觸。支撐面218和220其中之一或兩個呈金字塔形以限制四個表面位置，這樣所有的斜面都朝向同一位置以限制滾球216的參考位置?？磮D11，朝上的支撐面218包括四個部分，218A、28B、218C和218D都向中間一個點微傾。滾球216在有相對運動發(fā)生時就象粘彈阻尼一樣更適宜提供能量耗散，以減少豎直加速度。當滾球216在支撐面218和220之間時就相當于干阻尼。阻尼材料最好是用可以增加干阻尼力的材料。以上討論的與第一、第二設(shè)備相關(guān)的特性，包括不同的制動裝置和應(yīng)用線性彈簧、硬化彈簧和安裝的阻尼單元，同樣適于第三種設(shè)備。
這個發(fā)明能有效保護和隔離建筑及橋梁免遭地震荷載破壞，這是很有意義的。然而這個發(fā)明在保護建筑物內(nèi)部“次要系統(tǒng)”的隔震更有效。次要系統(tǒng)的例子象計算機和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、易損設(shè)備、雕塑和其它藝術(shù)品等。當?shù)卣鹨u來時，建筑結(jié)構(gòu)可能放大加速度和位移，然而在建筑內(nèi)部次要系統(tǒng)過大的位移往往是不被允許的。因此在這種情況下，絕對加速度和支座位移需要減少，相對比的是橋梁隔震，其絕對加速度的減少不成問題，而橋梁碼頭和橋墩的底部剪力不需要考慮。在次要系統(tǒng)的隔震問題中其底部剪力?？梢院雎裕康氖菫榱藴p少上層結(jié)構(gòu)的絕對加速度和支座位移。
權(quán)利要求
1.一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，其特征在于包括一個軸線；適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；適合與上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；安裝于下盤的一對側(cè)墻來限制一對平行于支座軸線的對置墻面；上、下盤支撐面之間有一圓筒形滾軸，其端面分別與對置墻面相接觸；朝上和朝下的支撐面可設(shè)置為滾軸在重力荷載下的偏向于所提供的合理參考位置；滾軸兩端面的滑道各自連于對置的墻面上，能提供與滾軸和側(cè)墻構(gòu)件相對運動方向相反的摩擦力。
2.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于朝上的支撐面有一大體呈V形的剖面。
3.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于設(shè)計一對側(cè)墻構(gòu)件來抵抗等于或大于支座所承受豎直荷載的側(cè)向荷載。
4.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于每個側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路，以限制兩對置墻面，滑道和墻面的摩擦系數(shù)由安裝合適的摩擦線路來選擇。
5.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于每個滑道包括一可移走的粘貼摩擦盤，滑道和墻面的摩擦系數(shù)由安裝合適的摩擦線路來選擇。
6.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于這對側(cè)墻構(gòu)件中至少有一個可以按可解除的方式安裝于下盤，這樣使摩擦力減輕。
7.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于還包括一制動裝置，防止預(yù)先受到水平荷載時上盤相對于下盤的在沿軸線方向的運動。
8.按照權(quán)利要求7所述的隔震支座，其特征在于制動裝置允許制動前上盤在有限范圍內(nèi)相對于下盤有一沿軸線的運動。
9.按照權(quán)利要求7所述的隔震支座，其特征在于制動裝置包括安裝于上盤的第一個構(gòu)件，帶有一貫通的螺孔；安裝于下盤的第二個構(gòu)件，帶有與上述螺孔幾乎重疊的拉長的移動槽口；貫通于上述螺孔和移動槽口的制動釘。
10.按照權(quán)利要求9所述的隔震支座，其特征在于制動釘包括一對螺母和螺帽。
11.按照權(quán)利要求7所述的隔震支座，其特征在于上述的那對側(cè)墻構(gòu)件至少有一個貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘，其連接于上盤以提供可調(diào)節(jié)的摩擦制動力。
12.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于還包括一線性彈簧，其兩端分別連于上盤和下盤。
13.按照權(quán)利要求12所述的隔震支座，其特征在于上述線彈簧包括可調(diào)整彈簧常數(shù)的裝置。
14.按照權(quán)利要求1所述的隔震支座，其特征在于還包括一非線性彈簧，其兩端分別連于上盤和下盤。
15.按照權(quán)利要求14所述的隔震支座，其特征在于非線性彈簧就是硬化彈簧。
16.按照權(quán)利要求15所述的隔震支座，其特征在于硬化彈簧包括一最初盲區(qū)，當上盤有相對于下盤的位移時它不產(chǎn)生彈力，最初盲區(qū)后還有一第二盲區(qū)，它產(chǎn)生的彈力隨著上盤相對于下盤的位移增加而增加。
17.一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，其特征在于包括互相垂直的X、Y軸；適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；帶有朝上和朝下支撐面的中盤；適合與上述上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；一對安于下盤的側(cè)墻構(gòu)件，以限制與X軸平行的兩對置墻面；一對安于上盤的側(cè)墻構(gòu)件，以限制與Y軸平行的兩對置墻面；在中、下盤的支撐面之間有一下部圓筒滾軸，其兩端面分別與下部側(cè)墻構(gòu)件限制的對置墻面相接觸；在上、中盤的支撐面之間有一上部圓筒滾軸，其兩端面分別與上部側(cè)墻構(gòu)件限制的對置墻面相接觸；上述的中、下盤支撐面設(shè)置成可提供沿X軸的合適參考位置，下部滾軸在重力荷載下會發(fā)生向其方向的偏移；上述的上、中盤支撐面設(shè)置成可提供沿Y軸的合適參考位置，上部滾軸在重力荷載下會發(fā)生向其方向的偏移。
18.按照權(quán)利要求17所述的隔震支座，其特征在于還包括分別與下部側(cè)墻限制的對置墻面相接觸的下部圓筒形滾軸的兩端面處各有一滑道，可提供與下部滾軸相對于下部側(cè)墻構(gòu)件位移相反的摩擦力；分別與上部側(cè)墻限制的對置墻面相接觸的上部圓筒形滾軸的兩端面處各有一滑道，可提供與上部滾軸相對于上部側(cè)墻構(gòu)件位移相反的摩擦力。
19.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于中盤朝下的支撐面有一大體成倒V形的剖面，而其朝上的支撐面有一大體成V形的剖面。
20.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于每個下部側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路以限制兩對置墻面，與下部滾軸相連的滑道和由下部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
21.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于每個上部側(cè)墻構(gòu)件包括一可移動的摩擦線路以限制對置墻面，與上部滾軸相連的滑道和由上部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選。
22.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于與下部滾筒相連的每個滑道包括一可移動的摩擦盤，與下部滾軸相連的滑道和下部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
23.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于與上部滾筒相連的每個滑道包括一可移動的摩擦盤，與上部滾軸相連的滑道和由上部側(cè)墻構(gòu)件限制的墻面之間的摩擦系數(shù)可通過安裝合適的摩擦線路來選擇。
24.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于下部滾筒支承的滑道上的摩擦力不同于上部滾筒支承的滑道上的摩擦力。
25.按照權(quán)利要求18所述的隔震支座，其特征在于一制動裝置，可以防止在X軸起始點前沿X軸的相對于下盤的中盤運動，還可以防止在Y軸起始點之前沿X軸的荷載產(chǎn)生沿Y軸的相對于上盤的中盤運動。
26.按照權(quán)利要求25所述的隔震支座，其特征在于制動裝置中關(guān)于X、Y軸是可獨自解除的。
27.按照權(quán)利要求26所述的隔震支座，其特征在于至少有一個下部側(cè)墻構(gòu)件包括一貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘以連接中盤來提供可調(diào)節(jié)的摩擦力。
28.按照權(quán)利要求26所述的隔震支座，其特征在于至少有一個上部側(cè)墻構(gòu)件包括一貫穿的螺紋孔，制動裝置包括一貫穿螺紋孔的螺釘以連接中盤來提供可調(diào)節(jié)的摩擦力。
29.按照權(quán)利要求17所述的隔震支座，其特征在于上、下部分的滾筒經(jīng)受不同大小的恢復(fù)偏移力，以它們各自軸向參考位移來偏置下部和上部的滾筒。
30.按照權(quán)利要求29所述的隔震支座，其特征在于中盤朝下的支撐面有一大體成倒V形的剖面，沿X軸其參考位置是對稱的，并有第一傾角；中盤朝上的支撐面有一成V形的剖面，沿Y軸其參考位置是對稱的，并有第二傾角，其中第一和第二傾角的大小不同。
31.按照權(quán)利要求17所述的隔震支座，其特征在于還包括至少有一X向彈簧連于下盤和上盤，X向彈簧排列成與X軸平行或一致的方向；至少有一Y向彈簧連于下盤和上盤，Y向彈簧排列成與Y軸平行或一致的方向。
32.按照權(quán)利要求31所述的隔震支座，其特征在于至少有一X向的彈簧包括一線性彈簧，至少有一Y向的彈簧包括一線性彈簧。
33.按照權(quán)利要求31所述的隔震支座，其特征在于至少有一X向的彈簧包括一硬化彈簧，至少有一Y向的彈簧包括一硬化彈簧。
34.一種相對于基礎(chǔ)的支撐上層建筑的隔震支座，其特征在于包括互相垂直的X、Y軸；適合與基礎(chǔ)相連的下盤，帶有一朝上的支撐面；適合與上述上層建筑接合的上盤，帶有一朝下的支撐面；在上、下盤支撐面之間有一球形滾軸；朝上和朝下支撐面被設(shè)置成在重力荷載下滾軸可以沿著X、Y軸回到其參考位置。
35.按照權(quán)利要求34所述的隔震支座，其特征在于在朝上和朝下的支撐面中有一個呈金字塔形。
36.按照權(quán)利要求34所述的隔震支座，其特征在于球形滾軸是可變形的彈性球。
全文摘要
隔震支座包括下盤、上盤、與上下盤支撐面都接觸的滾軸，下盤可安裝于基礎(chǔ)之上，而上盤可安裝于上層建筑之上，如橋梁。其中一兩個支撐面傾斜成中凹形，在上層建筑的荷載下滾軸停留于此，當上下盤有相對位移時產(chǎn)生一指向中間的恢復(fù)力。下盤上安裝有一對側(cè)墻構(gòu)件，以抵抗?jié)L軸沿坐標軸向位移而引起的強烈側(cè)力，滾軸的兩端有一滑道，因其與相應(yīng)側(cè)墻構(gòu)件內(nèi)墻接觸，可以提供干阻尼。這個隔震支座包括一制動裝置，可防止非地震水平荷載下產(chǎn)生相對位移，在地震荷載下支座可按預(yù)定工作。上、下盤間的粘—彈性或粘性阻尼、線性彈簧和象硬化彈簧的非線性彈簧，可以減少支座位移、耗散能量，另外可調(diào)整支座的周期運動性，沿X、Y軸的設(shè)備也給與了說明。
文檔編號F16F15/04GK1421582SQ0215262
公開日2003年6月4日 申請日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者李兆治, 梁鐘, 牛鐵成 申請人:李兆治