多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统。所述多棱锥面摩擦隔震支座包括：上部卡座、中部结构及下部结构；下部结构上设置多棱锥形状的凹槽，构成多棱锥滑动凹面；中部结构包括搭放在下部结构凹槽边缘的平板，平板的下表面设置凸柱，凸柱的下端为与多棱锥滑动凹面形状吻合的多棱锥滑动凸面，使凸柱能够在凹槽中滑动；平板的上表面设置圆形的卡环；上部卡座的底部通过卡槽与卡环配合，使上部卡座能够相对于中部结构旋转。隔震系统还包括十字架竖向防提离限位装置。该隔震支座避免了共振问题，不会出现滑块脱落的情况，同时保证在任何情况下都能够提供足够的竖向荷载；隔震系统还可以通过十字架竖向防提离限位装置防止建筑物倾覆。

Multi cone friction isolation bearing and isolation system

The utility model relates to a multi pyramid surface friction isolation bearing and a vibration isolation system. The pyramid surface friction bearing comprises an upper deck, the central structure and the lower structure; the lower part of the structure is provided with a plurality of pyramid shape grooves, a pyramid sliding concave; the middle structure includes a flat placed in the lower part of the structure of groove edge, is arranged on the lower surface of the convex column plate, the lower end of the convex column for pyramid sliding consistent with the pyramid convex concave convex sliding, the column can slide in the groove; plate arranged on the upper surface of the circular ring; upper deck of the bottom of the clamping groove and the clamping ring, the upper deck can rotate relative to the central structure. The base isolation system also comprises a vertical vertical spacing device. The bearings to avoid the resonance problem, does not appear to slide off. At the same time, which can provide the vertical load enough in any case; isolation system can also cross the vertical anti uplift limiting device to prevent overturning the building.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工程隔震
，尤其是涉及一种多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统。
技术介绍
为了减轻地震灾害，减少经济损失和人员伤亡，在工程建设时需要考虑工程建设场地可能遭遇到的地震危险程度，对建筑物增加必要的隔震设计。美国加州大学伯克利分校的Zayas提出了摩擦滑移摆隔震技术(Friction Pendulum System,简称FPS)，如图1(a)所示，FPS包括上部装置、中心滑块和下部滑动球形凹面三部分。地震发生时，中心滑块可在球形凹面内滑动，从而隔离地震能量。在FPS的基础上，Constantinou提出了三重摩擦摆隔震系统(Triple Friction Pendulum System,简称TFPS)。如图1(b)所示，TFPS包括中心滑块和两对滑动面，对小震、中震和大震下均有不同的调谐适应能力。但是上述两种结构都存在一些缺点：(1)传统隔震支座存在固定周期，可能与近场地震发生共振反应；(2)对于FPS和TFPS支座，在较大竖向地震动作用下，摩擦子可能从凹槽中脱出，支座失效，如图2(a)和图2(b)所示；(3)地震过后，FPS存在残余位移，影响使用；(4)初始刚度较小，在环境荷载(风雨、交通、地铁振动等)下可能运动，影响上部结构人员舒适性；(5)竖向抗拉强度不高，在近场地震下容易提离破坏；(6)结构不均匀沉降和混凝土徐变收缩对隔震支座有不利影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多棱锥面摩擦隔震支座及隔震系统，以解决现有隔震技术存在的技术问题。本技术提供的多棱锥面摩擦隔震支座，包括：上部卡座、中部结构及下部结构；所述下部结构的上表面设置呈倒置多棱锥形状的凹槽，所述凹槽的内壁构成多棱锥滑动凹面；所述中部结构包括一搭放在所述下部结构的凹槽边缘的平板；所述平板的下表面设置凸柱，所述凸柱的下端为与所述多棱锥滑动凹面形状吻合的多棱锥滑动凸面，使所述凸柱能够在所述凹槽中滑动；所述平板的上表面设置圆形的卡环；所述上部卡座的底部设置与所述卡环配合的卡槽，使所述上部卡座能够相对于所述中部结构旋转。隔震支座的滑动凹面为多棱锥凹面，没有固定周期，其刚度随着水平位移的增大而减小。这种变刚度特性可使多棱锥面摩擦隔震系统规避与近场地震能量集中的低频带共振的风险，隔震效果良好；取消了滑块，使滑动面与中部结构整合在一起，能够保证支座运动到任何位置，凸柱的多棱锥滑动凸面至少有一面与多棱锥滑动凹面吻合接触，提供足够的竖向荷载；由于构造的特殊性，其支座初始滑动的屈服强度较大。大的屈服强度意味着在比较小的环境荷载(如风荷载、小震、周围车辆地铁通行引发的微小振动等)下，多棱锥面摩擦隔震支座不会产生滑动，从而不会影响到上部建筑内人员的舒适度。在外部荷载(如地震荷载)较大时，支座才会滑动、产生隔震效果从而保护上部结构的安全。进一步的，所述的多棱锥面摩擦隔震支座，还包括橡胶垫层；所述橡胶垫层设置在所述上部卡座的上表面。橡胶垫层可以使支座具备一定竖向隔震作用，并使其能适应基础的不均匀沉降和由于混凝土蠕变造成的水平位移。再者，在其他支座发生竖向提离时，支座的橡胶垫层能够使支座中部水平，从而保证摩擦面的全面接触。进一步的，所述凹槽的多棱锥滑动凹面的倾斜角度为1°～4°。进一步的，所述中部结构的平板、凸柱及卡环为一体结构。进一步的，所述下部结构采用高强度混凝土浇筑，并在所述凹槽的表面铺设不锈钢板、高强陶瓷板或碳纤维板，或者所述下部结构整体采用不锈钢、高强陶瓷或碳纤维材料；所述中部结构及所述上部卡座均采用不锈钢、高强陶瓷或碳纤维材料。进一步的，所述多棱锥滑动凹面包括三棱锥滑动凹面、四棱锥滑动凹面、五棱锥滑动凹面以及六棱锥滑动凹面，所述凸柱下表面为与所述多棱锥滑动凹面相匹配的多棱锥形状。为了保证接触面积及竖向支撑效果，同时为了保证滑动能力，优选采用三棱锥滑动凹面或四棱锥滑动凹面。数值模拟表明，在近场脉冲型地震下，四棱锥面摩擦隔震系统结构动力响应比传统隔震结构最大可减少50-90％，隔震效果良好。进一步的，所述凸柱下端的多棱锥滑动凸面的表面采用与所述多棱锥滑动凹面之间的摩擦系数在0.001～0.3之间的弹性材料。进一步的，所述弹性材料为聚四氟乙烯。由于聚四氟乙烯(特氟龙)较柔软，可以使凸柱滑动面与多棱锥凹面的接触面积增大。更大的接触面积意味着更大的竖向承载力。这样在竖向地震动很大、隔震支座出现提离时，可降低传统FPS滑块脱离上部凹槽、整个隔震支座破坏的危险。进一步的，所述凸柱的各侧面均设置橡胶垫或橡胶挡块，以缓冲所述凸柱与所述凹槽内壁之间的碰撞。在大震下，若中心的凸柱与凹槽内壁碰撞，橡胶边界可吸收碰撞能量，减小支座破坏风险。隔震支座内部密闭性好，橡胶不易老化；多棱锥面摩擦隔震支座大部分采用不锈钢、高强陶瓷、碳纤维板或者其他高强材料制成，耐冲击和高压，能够适应更多极端环境和气候，鲁棒性好。本技术提供的隔震系统，包括设置在建筑物与建筑物基础之间的所述的多棱锥面摩擦隔震支座，还包括设置在上部建筑底板与基础顶板之间的十字架竖向防提离限位装置；所述十字架竖向防提离限位装置由正反相扣的两组“U”形钢梁组成，两组“U”形钢梁分别固定在所述上部建筑底板和所述基础顶板上。进一步的，所述多棱锥面摩擦隔震支座设置在所述建筑物各个承重结构或各处承重位置的底部，所述十字架竖向防提离限位装置设置在所述建筑物底部的各条边线的中部位置或相邻两个多棱锥面摩擦隔震支座的中间位置。十字架竖向防提离限位装置能够防止建筑倾覆。由于多棱锥凹面的倾斜角度可小至1°～4°，所以当水平位移很大时，支座提离位移仍然很小。以水平单向位移容许值为0.5m的四棱锥面摩擦隔震系统进行计算，其支座最大提离位移为0.5m×tan3°＝0.0262m≈3cm，距离很小。这样防提离装置横梁长度大于1m、两条横梁之间净距等于3cm，即可满足四棱锥面摩擦隔震系统支座自由移动和防结构倾覆的双重需要。这样十字架竖向防提离限位装置不仅可以预防结构的提离失效，也可以限制结构提离的高度在一个很小的限值内(小于等于3cm)。本技术的有益效果为：(1)本技术提供的多棱锥面摩擦隔震支座没有固定周期，规避了与近场地震能量集中的低频带共振的风险；滑动面与中部结构整合在一起，不会出现滑块脱落的情况；采用多棱锥凹面，保证了无论支座运动到任何位置，凸柱至少有一面与多棱锥凹面吻合接触，能够提供足够的竖向荷载；屈服强度较大，在比较小的环境荷载下，隔震支座不会产生滑动，从而不会影响到上部建筑内人员的舒适度。(2)本技术提供的隔震系统，还包括十字架竖向防提离限位装置，可以限制建筑物提离的高度在一个很小的限值内，能够防止建筑物倾覆。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1(a)为现有技术中的FPS支座的结构示意图；图1(b)为现有技术中的TFPS支座的结构示意图；图2(a)为现有技术中的FPS支座失效时的示意图；图2(b)为现有技术中的TFPS支座的结构示意图；图3为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，包括：上部卡座、中部结构及下部结构；所述下部结构的上表面设置呈倒置多棱锥形状的凹槽，所述凹槽的内壁构成多棱锥滑动凹面；所述中部结构包括一搭放在所述下部结构的凹槽边缘的平板；所述平板的下表面设置凸柱，所述凸柱的下端为与所述多棱锥滑动凹面形状吻合的多棱锥滑动凸面，使所述凸柱能够在所述凹槽中滑动；所述平板的上表面设置圆形的卡环；所述上部卡座的底部设置与所述卡环配合的卡槽，使所述上部卡座能够相对于所述中部结构旋转。

【技术特征摘要】
1.一种多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，包括：上部卡座、中部结构及下部结构；所述下部结构的上表面设置呈倒置多棱锥形状的凹槽，所述凹槽的内壁构成多棱锥滑动凹面；所述中部结构包括一搭放在所述下部结构的凹槽边缘的平板；所述平板的下表面设置凸柱，所述凸柱的下端为与所述多棱锥滑动凹面形状吻合的多棱锥滑动凸面，使所述凸柱能够在所述凹槽中滑动；所述平板的上表面设置圆形的卡环；所述上部卡座的底部设置与所述卡环配合的卡槽，使所述上部卡座能够相对于所述中部结构旋转。2.根据权利要求1所述的多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，还包括橡胶垫层；所述橡胶垫层设置在所述上部卡座的上表面。3.根据权利要求1所述的多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，所述凹槽的多棱锥滑动凹面的倾斜角度为1°～4°。4.根据权利要求1所述的多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，所述中部结构的平板、凸柱及卡环为一体结构。5.根据权利要求4所述的多棱锥面摩擦隔震支座，其特征在于，所述下部结构采用高强度混凝土浇筑，并在所述凹槽的表面铺设不锈钢板、高强陶瓷板或碳纤维板，或者所述下部结构整体采用不锈钢、高强陶瓷或碳纤维材料；所述中部结构及所述上部卡座均采用不锈钢、高强陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，
申请(专利权)人：熊伟，
类型：新型
国别省市：湖南;43