一种可更换三维摩擦摆支座的制作方法

1.本发明属于土木工程隔震技术及机械设备隔震领域，具体涉及一种可更换三维摩擦摆支座及使用方法。


背景技术：

2.地震过程会释放巨大的能量，产生很大的破坏力。地震是造成人类社会人员伤亡和财产损失的主要原因之一。经过长期的科学研究和工程实践，传统的结构抗震设计主要是通过结构本身发生的弹塑性变形来消耗地震能量，这个方式不可避免的会使结构出现不同程度的破坏。
3.目前，摩擦摆支座以隔“水平地震”为主，竖向隔震能力较弱，水平地震作用减弱后，竖向地震有可能成为主要地震作用，尤其在近场地震中，竖向地震作用造成的震害有时要大于水平地震作用，通过在摩擦摆支座中嵌入竖向隔震单元，降低摩擦摆竖向刚度，增加竖向耗能原件至关重要。其次，布置在工业建筑结构楼层上的大型动力设备运行时会产生动扰力，引起结构振动，进而影响工业生产的正常进行，严重者甚至会影响到建筑结构的安全。地震造成的建筑结构破坏及损失勿容赘言，工业设备震害同样不容忽视。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可更换三维摩擦摆支座。该摩擦摆支座在原有的水平隔震单元的基础上，融合竖向碟簧隔震单元，实现三维隔震的功能；该支座也可布置于大型动力设备，控制大型动力设备运行时产生动扰力对建筑结构的振动反馈；三维摩擦摆支座安装方便，实现可更换化。
5.本发明采用如下技术方案来实现：
6.一种可更换三维摩擦摆支座，包括上支座板、下支座板、碟簧、上部滑块、下部滑块、粘弹性材料、摩擦材料以及固定螺杆；
7.所述上支座板和下支座板四角边缘位置均预留有螺栓孔，并能够通过固定螺杆将摩擦摆支座竖向压缩固定，上部滑块和下部滑块自上而下设置在上支座板和下支座板之间；
8.上支座板下端面中间位置有一个冠状的凹球面，能够与上部滑块的上部凸球面贴合在一起，所述上部滑块下部中央为圆柱体，该圆柱体与下部滑块上部圆环柱通过粘弹性材料连接在一起，所述上部滑块的下部周围为圆环柱体，碟簧套装在上部圆环柱上。
9.本发明进一步的改进在于，所述粘弹性材料为橡胶材料。
10.本发明进一步的改进在于，所述碟簧的形状为圆锥碟状。
11.本发明进一步的改进在于，所述圆环柱体与下部的碟簧具有相同的内外径。
12.本发明进一步的改进在于，所述碟簧内径稍大于下部滑块上部圆环柱外径，所述下部滑块上部圆环柱为碟簧的导向柱。
13.本发明进一步的改进在于，所述碟簧和上部圆环柱之间设置有摩擦材料。
14.本发明进一步的改进在于，摩擦材料为聚四氟乙烯摩擦涂层。
15.本发明进一步的改进在于，所述下支座板上表面与下部滑块底座下表面有相同的曲率半径r2，能够实现下部滑块在下支座板的自由滑动。
16.本发明进一步的改进在于，下支座板边缘处设置有限位装置，防止下部滑块滑落下支座板。
17.本发明至少具有如下有益的技术效果：
18.本发明可更换三维摩擦摆支座，通过在摩擦摆支座中嵌入竖向隔震单元，降低摩擦摆竖向刚度，增加竖向耗能原件，实现三维隔振效果。尤其在近场地震中，竖向地震作用造成的震害有时要大于水平地震作用；
19.其次，可更换三维摩擦摆支座运用在大型设备的底座上，能有效的减小建筑结构楼层上的大型动力设备运行时产生的动扰力，降低建筑结构破坏风险。
附图说明
20.图1是本发明可更换三维摩擦摆支座的轴测示意图
21.图2是本发明可更换三维摩擦摆支座的剖面结构示意图。
22.图3是本发明可更换三维摩擦摆支座的俯视图。
23.图4是本发明可更换三维摩擦摆支座发生水平滑动的剖面结构示意图。
24.图5是本发明可更换三维摩擦摆支座发生竖向位移的剖面结构示意图。
25.图6是本发明可更换三维摩擦摆支座用于更换时的剖面结构示意图。
26.图7是本发明可更换三维摩擦摆支座上下支座板的剖面结构示意图。
27.图8是本发明可更换三维摩擦摆支座上部滑块的剖面结构示意图。
28.图9是本发明可更换三维摩擦摆支座下部滑块的剖面结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1、上支座板，2、上部滑块，3、碟簧，4、下部滑块，5、下支座板，6、粘弹性材料，7、摩擦材料，8、固定螺杆。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明可更换三维摩擦摆支座进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定使用方式。
32.具体实施方式：如图1
‑
图9所示，本发明公开了一种可更换三维摩擦摆支座，包括上支座板1、下支座板5、碟簧3、上部滑块2、下部滑块4、粘弹性材料6、摩擦材料7以及固定螺杆8，所述上支座板1和下支座板5四角边缘位置均预留螺栓孔，通过固定螺杆8将摩擦摆支座竖向压缩固定，能够进行旧支座的更换。上支座板1下端面中间位置有一个冠状的凹球面102，能够与上部滑块2的上部凸球面201贴合在一起，有相同的曲率半径r1且摩擦系数较小，形成一个万向铰，保证了上支座板1的水平角度。如图8和图2所示，所述上部滑块2下部中央为圆柱体203，该圆柱体203与下部滑块4上部圆柱环401通过粘弹性材料6连接在一起，所述粘弹性材料6优选为橡胶材料，为摩擦摆支座提供竖向的粘弹性阻尼、竖向刚度和竖向承载力。所述上部滑块2的下部周围为圆环柱体202，所述圆环柱体高度为h，所述圆环柱体
202与下部的碟簧3具有相同的内外径，竖向作用通过该圆柱体传递到碟簧3，所述碟簧3为支座提供主要的竖向承载力和耗能，所述碟簧3的竖向极限位移为s，所述碟簧3内径稍大于下部滑块4上部圆环柱401外径，所述下部滑块4上部圆环柱401为碟簧3的导向柱，两者之间可设置摩擦材料7(优选为1mm
‑
3mm的聚四氟乙烯摩擦涂层)。所述下部滑块4上部圆环柱401与粘弹性材料6上顶面到上部滑块2下部圆形槽面的距离为
△
l1，所述上部滑块2下部圆柱体203与粘弹性材料6下顶面到下部滑块4上部圆形槽面为
△
l2，实现
△
l1＝
△
l2＞s，保证碟簧3的竖向位移耗能能力；
△
l1＜h，在摩擦摆水平滑动过程中保证摩擦摆支座的整体水平刚度，竖向压缩变形如图5。所述下部滑块4底座402下部为凸球表面，曲率半径为r2，所述下部滑块4底座402下部凸球表面涂有1mm厚摩擦材料7，所述摩擦材料7优选聚四氟乙烯摩擦涂层，摩擦系数为0.1。所述下支座板5上表面与下部滑块4底座402下表面有相同的曲率半径r2，实现下部滑块4在下支座板5的水平滑动，下支座板5边缘处设置有限位装置502，防止下部滑块滑落下支座板5，下支座板水平滑动情况如图4。
33.具体的，上支座板1，所述上支座板1的上端面为水平光滑面，下端面为弧形面，弧形面中部设有与中间竖向隔震单元连接的凹球曲面，所述上支座板1四个角皆有一个预留螺栓孔。
34.下支座板5，所述下支座板下端面为光滑面，上端面为摩擦曲面，摩擦曲面主要与下部滑块4的摩擦材料7涂层接触，通过下部滑块4在摩擦曲面的滑动达到耗能的作用。所述下支座板上端面为圆形曲面，边缘处设置限位装置，防止下部滑块4滑落下支座板。所述下支座板四个角皆有一个预留螺栓孔。
35.上部滑块2，所述上部滑块2上端面为球冠状，与上支座板1的弧形面有相同的曲率半径，所述上部滑块2上端面与上支座板1的下端面贴合紧密，所述上部滑块2上端面与上支座板1的下端面之间摩擦系数较小能够自由的转动。所述上部滑块2的下端中部为凸出的圆柱体，圆柱体周围包裹着一圈粘弹性材料6。所述上部滑块2的下端周围是与碟簧3相同的外径、内径尺寸的圆环，所述圆环尺寸根据选用碟簧3的大小来决定，所述上部滑块2下端圆环内表面与下部滑块4顶端外表面连接，所述上部滑块2下端圆环内表面与下部滑块4顶端外表面可滑动，实现竖向的隔震位移，所述上部滑块2下端圆环下表面要低于下部滑块4顶端上表面，保证摩擦摆的水平刚度。
36.下部滑块4，所述下部滑块4下表面为球状光滑曲面，所述下部滑块4球状光滑曲面与下支座板上表面有相同曲率半径，保证下部滑块与下支座板贴合滑动。所述下部滑块4的上端为凸出的圆环柱，所述下部滑块4圆环柱内侧面与内部的粘弹性材料6固定连接在一起，所述下部滑块4圆环柱内侧面与内部的粘弹性材料6不发生相对滑移，所述下部滑块4圆环柱顶端外侧面与上部滑块2下端圆环内表面相连接，所述下部滑块4圆环柱的外侧面与碟簧3内侧面相接触，形成碟簧3的内导柱，所述下部滑块4圆环柱的外侧面可根据需要设置1mm
‑
3mm的聚四氟乙烯摩擦涂层，下部滑块4圆环柱的外侧面与碟簧和上部滑块2更好的贴合接触。
37.碟簧3，所述碟簧全称碟形弹簧，形状为圆锥碟状，负荷大、行程短，可通过不同的组合方式满足不同的承载能力要求，竖向隔震单元主要由碟形弹簧根据设计的堆叠方式组合而成，所述碟簧3的组合方式主要有对合组合方式、叠合组合方式和复合组合方式，所述竖向隔震单元主要采用复合组合方式，通过碟簧3的竖向位移为来为三维摩擦摆提供竖向
的耗能。
38.摩擦材料7，所述摩擦材料7主要是聚四氟乙烯摩擦涂层，可根据具体摩擦系数选择摩擦涂层的材料，所述摩擦材料7主要应用在下部滑块4下表面的球状曲面及下部滑块4上端圆环柱的外侧面，所述摩擦材料7的厚度根据需要选择1mm
‑
3mm，实现下部滑块4与下支座板之间的双向摆动耗能。
39.粘弹性材料6，所述粘弹性材料6优选橡胶材料，可根据具体需要更换材料，所述粘弹性材料6设置于下部滑块4上端圆环柱内侧和上部滑块2下端圆柱面外侧空隙处，所述粘弹性材料6的厚度根据下部滑块4上端圆环柱内侧和上部滑块2下端圆柱面外侧空隙决定，所述粘弹性材料6上顶面到上部滑块2下顶面的距离大于碟簧组的极限竖向位移，所述粘弹性材料6下顶面到下部滑块4上顶顶面的距离大于碟簧组的极限竖向位移，保证碟簧的竖向位移。所述粘弹性材料6与下部滑块4上端圆环柱内侧、上部滑块2下端圆柱面外侧连接且不发生相对滑移，为竖向隔震提供粘弹性阻尼。
40.锚固螺杆，所述锚固螺杆直径与上下支座板四角圆孔大小一致，所述锚固螺杆长度大于上下支座板之间的距离。
41.可更换三维摩擦摆支座的更换使用方法：
42.所述摩擦摆支座的更换办法是根据旧支座的竖向空间将新摩擦摆支座进行竖向压缩，达到预先压缩量后，通过四根锚固螺杆对摩擦摆支座进行固定，以限制摩擦摆支座的竖向高度，将新摩擦摆置于原先的支座位置后，拧松固定螺杆8，新摩擦摆发挥作用，完成更换。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。