一种三维隔震耗能装置的制作方法

1.本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种三维隔震耗能装置。


背景技术：

2.隔震技术是近些年来发展的应用于工程结构的一种振动控制技术，其特点是可以显著减少上部结构受地震或其它振动的作用，以有效保护上部结构的安全性。
3.三维隔震的研究近年来虽已取得一些进展，但有效应用的实践项目较少；在三维地震作用下，特别是建筑结构竖向荷载及刚度要求较高的环境下，进行竖向隔震的难度较大，并且现阶段的研究，主要为橡胶隔震支座，弹性滑板支座，摩擦摆支座等，虽已广泛应于多、高层建筑以及桥梁隔震结构当中，但由于其主要局限于水平方向的地震隔震，且对震动的余力不能主动消耗，属于一种被动的振动控制技术，隔震支座不能有效起到隔离竖向震动的作用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种三维隔震耗能装置，以解决现有技术中由于传统减震设备结构单一而导致的难以同时对水平向和竖向的震动起到良好隔震效果的问题。
5.一种三维隔震耗能装置，包括：竖向隔震单元，包括一下连接板，所述下连接板上设置一外导向筒和一下隔震支座；所述下隔震支座位于所述外导向筒的内部，所述下隔震支座为叠层厚橡胶隔震支座；所述外导向筒与下隔震支座之间设置一内导向筒；所述外导向筒的顶面敞开；所述内导向筒的顶面封闭；水平向隔震单元，包括一上连接板和一中连接板，所述上连接板和中连接板之间锚固一上隔震支座，所述上隔震支座为叠层橡胶隔震支座；所述中连接板位于外导向筒的内部并与内导向筒的顶面连接；三维耗能限位环，包括一环形的耗能环格栅梁，所述耗能环格栅梁套设于所述外导向筒外；所述三维耗能限位环的一端与上连接板连接，另一端与下连接板连接。
6.优选地，所述内导向筒的顶面固定于所述下隔震支座的顶面。
7.优选地，所述外导向筒的上端面设置一圈内围沿。
8.优选地，所述三维耗能限位环还包括若干上耗能环格栅柱和下耗能环格栅柱，所述上耗能环格栅柱固定于所述耗能环格栅梁和上连接板之间；所述下耗能环格栅柱固定于所述耗能环格栅梁和下连接板之间。
9.优选地，所述耗能环格栅梁包括若干层相对设置的环状梁，所述环状梁之间通过格栅柱连接。
10.与现有技术相比，本发明的优点为：(1) 叠层橡胶隔震支座与叠层厚橡胶隔震支座相结合，即增加了橡胶层的厚度，因此在竖向隔震单元和水平隔震单元组成整体的水平向，水平刚度会相对变小，增强了水
平向隔震效果。进一步地，叠层橡胶隔震支座具有较小的水平刚度和较大的竖向刚度、叠层厚橡胶隔震支座具有较小的竖向刚度，因此可同时对水平向和竖向的震动起到隔震作用。
11.（2）通过设置竖向隔震单元、水平向隔震单元，水平向隔震单元中的中连接板竖向隔震单元中的内导向筒连接，改善了竖向刚度和水平刚度的相关性，同时外导向筒均下隔震支座和上隔震支座均产生环向约束、内导向筒对下隔震支座产生环向约束，使得下隔震支座和上隔震支座受竖向荷载作用横向变形受控并提供较大的竖向位移，解决了传统隔震橡胶支座同时实现水平和竖直隔震能力不足以及稳定性不够的问题。
[0012] (3)本发明在支座之间设置有三维耗能限位环，在两支座受震动压力竖向变形值较小时，三维耗能限位环受力形变有效起到减震作用；三维耗能限位环具有三维耗能能力，且三个方向的位移较大时刚度迅速增大，可限制该三维隔震装置产生过大的位移，从而可避免上隔震支座和下隔震支座失效，提高了支座的稳定性。
[0013]
（4）三维耗能限位环由于采用耗能材料而起到耗能的作用，因此可防止震动的余力回弹，具有较好的隔震作用。
附图说明
[0014]
图1为本发明一实施例的三维隔震耗能装置的立体图；图2为图1中水平向隔震单元的剖视图；图3为图1中竖向隔震单元的剖视图；图4为图1中三维耗能限位环的结构图；图5为图1中三维隔震耗能装置的剖视图；图6为图1中三维隔震耗能装置的力
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位移滞回曲线图。
[0015]
其中，1
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水平向隔震单元，2
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竖向隔震单元，3
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三维耗能限位环，4
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上连接板，5
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内六角螺栓，6
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上隔震支座，7
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中连接板，8
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外导向筒，9
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内导向筒，10
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下隔震支座，11
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下连接板，12
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内围沿，13
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上耗能环格栅柱，14
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耗能环格栅梁。
具体实施方式
[0016]
下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0017]
如图1~5所示，一种三维隔震耗能装置，包括：竖向隔震单元2、水平向隔震单元1和三维耗能限位环3。
[0018]
竖向隔震单元2，包括下连接板11、下隔震支座10、外导向筒8和内导向筒9。
[0019]
具体的，外导向筒8、下隔震支座10分别通过内六角螺栓5固定于下连接板11上；下隔震支座10位于外导向筒8的内部，内导向筒9设置于外导向筒8与下隔震支座10之间，内导向筒9限制下隔震支座10的水平位移而不约束其合理的竖向位移；下隔震支座10为叠层厚橡胶隔震支座；外导向筒8的顶面敞开；外导向筒8的上端面设置一圈内围沿12，以限制下隔震支座10过大的竖向位移，避免产生拉应力；内导向筒9的顶面封闭；内导向筒9的顶面通过内六角螺栓5固定于下隔震支座10的顶面、通过内六角螺栓5固定于中连接板7的底面，如图
3所示。
[0020]
水平向隔震单元1，包括依次连接的上连接板4、上隔震支座6和中连接板7。
[0021]
具体的，上连接板4和中连接板7之间锚固一上隔震支座6，上隔震支座6为叠层橡胶隔震支座，具有较小的水平刚度和较大的竖向刚度；中连接板7嵌入外导向筒8的内部并与内导向筒9的顶面连接，如图2~3所示。
[0022]
由上述可知；叠层橡胶隔震支座与叠层厚橡胶隔震支座相结合，即增加了橡胶层的厚度，因此在竖向隔震单元2和水平向隔震单元1组成整体的水平方向，水平刚度会相对变小，增强了水平向隔震效果。
[0023]
水平向隔震单元1中的中连接板7和竖向隔震单元2中的内导向筒9连接，改善了竖向刚度和水平刚度的相关性，同时外导向筒8均对下隔震支座10和上隔震支座6均产生环向约束、内导向筒9对下隔震支座10产生环向约束，使得下隔震支座10和上隔震支座6受竖向荷载作用横向变形受控并提供较大的竖向位移，解决了传统隔震橡胶支座同时实现水平和竖直隔震能力不足以及稳定性不够的问题。
[0024]
三维耗能限位环3，包括均采用耗能材料（如钢材）制成的环形的耗能环格栅梁14、上耗能环格栅柱13和下耗能环格栅柱。具体的，耗能环格栅梁14套设于外导向筒8外；耗能环格栅梁14包括一层或多层环状梁，每层环状梁通过格栅柱连接；三维耗能限位环3的上端设置上耗能环格栅柱13，通过内六角螺栓5与上连接板4连接，三维耗能限位环3的下端设置下耗能环格栅柱，通过内六角螺栓5与下连接板11连接。其中，可通过合理设计上耗能环格栅柱13、下耗能环格栅柱和耗能环格栅梁14各自的刚度和屈服荷载，实现三维耗能限位环3具有三向不同耗能能力的目的。
[0025]
因此，在两支座受震动压力竖向变形值较小时，三维耗能限位环3受力形变有效起到减震作用；三维耗能限位环3可限制三个方向的位移，避免上隔震支座6和下隔震支座10失效，提高了支座的稳定性。此外，三维耗能限位环3由于采用耗能材料而起到耗能的作用，因此可防止震动的余力回弹，具有较好的隔震作用。
[0026]
在本实施例中，如图1~3所示，上述各组成部分之间采用内六角螺栓5连接，以保持连接面平整。
[0027]
除上连接板4和下连接板11外，其他部件采用中心对称布置方案，以使该隔震耗能装置水平向具有各向同性的抗震能力。但根据实际需要，也可采用其他形状进行设计，原理相同。
[0028]
该三维隔震装置的水平向和竖向滞回曲线如图6所示，该三维隔震装置两个水平方向（前后、左右）布置相同，因此力学性能相同，图5仅绘出了一个水平向和一个竖向滞回曲线。纵坐标“力”代表该装置上连接板、下连接板受到的水平方向或竖向荷载，横坐标“位移”代表该装置上连接板、下连接板产生的水平方向或竖向相对位移，曲线斜率代表该装置的水平方向或竖向刚度，滞回环包络面积代表水平方向或竖向耗能能力。可知：该三维隔震装置具有三维耗能能力，且三个方向的位移较大时刚度迅速增大，可限制上连接板4和下连接板11相连的结构产生过大的水平向或竖向位移，同时也避免下隔震支座10和上隔震支座6受拉失效。
[0029]
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和
技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。