地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座

1.本发明涉及建筑结构和设备隔震技术领域，具体为地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座。


背景技术：

2.中国地处两条主要的地震带——欧亚地震带和环太平洋地震带之间，是世界上遭受到地震危害最为严重的国家之一。历史上，在长江三角洲和珠江三角洲曾经多次发生6级以上的强震，在京津环渤海地区，近300年来，平均每44年就发生一次7级以上的大地震。随着城市化进程的加快，大量的国民财富快速的向城市及城市群地区集中。而我国三分之一以上的已建或拟建的城市群位于可能会发生7级以上大地震的地区。而我国城市中占绝大多数的建筑是钢筋混凝土多层和高层建筑，这些建筑具有广泛的使用功能，而建筑的破坏而引起的经济损失和人员伤亡将对国家安全和社会稳定造成巨大的冲击。地震是由于地壳岩层处于复杂的应力状态中，随着地壳的不断变化，地应力的作用超过某处岩层的极限强度时，岩层就会发生突然的断裂和错动，从而引起震动，并以弹性波的形式传到地表，引起地表附近的具有一定质量的物体产生惯性力，当物体本身具有的抵抗这种惯性作用的抗震能力不足时，物体发生破坏。而当地震动的卓越周期和物体的自振周期比较接近时，物体的破坏就将更加严重。而通过对物体设置一定的隔震装置可以显著改变物体的自振周期，从而避开地震的卓越周期，从而显著的降低作用于物体的惯性力，减小物体在地震作用下的破坏，增加物体在地震下的安全。
3.隔震技术本质上是通过降低隔震层的刚度来延长结构的自振周期，因此隔震层的刚度一般较小，在风荷载、人群荷载以及其他荷载作用下，会发生较大变形,严重时甚至会发生严重破坏，这使得隔震技术应用也有其限制性。分析隔震技术的时间尺度的效率发现，实际上对于常见的隔震技术真正作用的仅仅是地震作用的短暂时间，更多的时间是不起作用甚至是起反作用的。因此理想的隔震技术应当是平时并不工作，仅当地震来临时工作，地震结束再停止工作。地震短临预报和地震预警技术给这种技术的应用带来了应用空间，而现阶段，地震短临预报技术发展遇到极大困难，但是地震预警技术却蓬勃发展，当地震发生后，地震预警技术，利用光速快于地震波速的原理，能够为抗震设防争取宝贵但短暂的时间，而这短短的时间却使得对传统隔震技术的改造变为可能。
4.此外，很多情况下，由于两栋建筑或者两个设备相距较近，相邻侧边会由于震动引起两个物品的碰撞，在很多情况下，不能允许这种相邻侧发生碰撞，因此需要限制隔震支座的变形，特别是对于类似于高速列车等高速运动的物体，不能由于隔震支座的存在造成两列高速列车之间的碰撞，震动方向的限位方案将会减小隔震效率。除此之外，由于强震作用下隔震支座也会有残余的塑性变形，这影响了结构或设备的正常使用，例如列车如果有水平侧向残余变形将会很难进站，也会导致碰撞的风险。而对于类似于列车的一类设备以及轨道交通穿过的一些民用建筑，平时需要对其进行减震，但又不允许有较大的水平变形。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座，利用地震预警技术，在非地震情况下限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，并能够放松竖向变形，发挥三维隔震支座的竖向减震作用；而在地震发生后，移动平衡位置，并且解除隔震系统水平向限位，三维隔震支座正常工作，大幅度降低结构的地震响应，由于平衡位置移动后不需要再限制震动的方向，不仅防止结构碰撞，还不会降低隔震支座的隔震效率，当地震结束后可以自己恢复到初始位置，极大的增加结构的安全性，确保建筑设备内人员的安全和设备设施的正常使用，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座，包括底板、x方向移动板、y方向移动板、水平反力板、导杆固定支座、液压导杆、三维隔震支座、顶板、液压伺服系统、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置、小车和液压伸缩杆；所述三维隔震支座的下方与y方向移动板连接，三维隔震支座的上方与顶板连接，所述液压导杆的一端通导杆固定支座与y方向移动板连接，另一端通过带卡槽的球铰连接副与顶板连接，所述y方向移动板通过小车压在x方向移动板上，所述x方向移动板通过小车压在底板上；所述x方向移动板与x方向的液压伸缩杆上一端的球铰支座相连，所述y方向移动板与y方向的液压伸缩杆上一端的球铰支座相连，所述液压伸缩杆另一端的球铰支座与水平反力板相连；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置安装在液压伺服系统上，液压伺服系统与水平反力板连接。
8.更进一步地，所述球铰连接副与顶板相接触，顶板上每边均设有竖向的卡槽，顶板通过卡槽的设置在竖向上可自由变形，液压导杆通过竖向的卡槽用于限制顶板的水平变形。
9.更进一步地，所述液压伺服系统包括液压系统工作电机、液压油源、液压回路油源、电磁阀和三通；所述电磁阀包括电磁铁、传动杆和阀体，电磁阀受控于基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置；所述三通的一端与液压导杆的油口相连，另外两端均通过电磁阀分别与液压伺服系统的动力出油口以及液压回路油源的油路相连接；所述液压回路油源通过管道与液压油源连接。
10.更进一步地，所述液压导杆包括球铰、导杆外壳、导杆内芯、上油缸油口、下油缸油口、上油缸活塞和下油缸活塞；所述导杆内芯被上油缸活塞和下油缸活塞接触，所述上油缸油口和下油缸油口中充满液压油，电磁阀处于常闭状态，上油缸活塞和下油缸活塞用于限制液压导杆的轴向位移。
11.更进一步地，所述液压伸缩杆包括球铰支座、液压伸缩杆内杆、液压伸缩杆外壳、伸缩杆上油口和伸缩杆下油口，所述液压伸缩杆通过控制伸缩杆上油口和伸缩杆下油口进出的液压油进而移动x方向移动板和y方向移动板。
12.更进一步地，所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置通过互联网接收地震预警信号或者现场测得的地面运动信号，包括地震引起的加速度、速度和位移,并判断地震幅值达到阈值后，启动液压伺服系统控制液压伸缩杆动作。
13.更进一步地，所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置包括外接电源、蓄电池、预警信息处理及控制模块，外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充
电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与预警信息处理及控制模块连接；预警信息处理及控制模块控制电磁阀中的电磁铁开启和关闭阀体，所述预警信息处理及控制模块通过控制液压伺服系统来控制液压导杆中的限位活塞。
14.更进一步地，所述底板设置一个，x方向移动板设置一个，y方向移动板设置一个，水平反力板设置一个，三维隔震支座设置一个，液压导杆正交设置四个，顶板设置一个，小车设置八个，液压伸缩杆设置四个，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置设置一个，液压伺服系统设置一个，导杆固定支座设置四个，球铰连接副设置四个，每根液压导杆上的上油缸油口、下油缸油口、上油缸活塞和下油缸活塞均设置一个。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明提供的地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座，利用地震预警技术，在非地震情况下限制其水平向变形从而能够承受风荷载等水平荷载作用，并能够放松竖向变形，发挥三维隔震支座的竖向减震作用；而在地震发生后，移动平衡位置，并且解除隔震系统水平向限位，三维隔震支座正常工作，大幅度降低结构的地震响应，由于平衡位置移动后不需要再限制震动的方向，不仅防止结构碰撞，还不会降低隔震支座的隔震效率。当地震结束后可以自己恢复到初始位置，极大的增加结构的安全性，确保建筑设备内人员的安全和设备设施的正常使用。
附图说明
17.图1为本发明的轴测图；
18.图2为本发明的仰视图；
19.图3为本发明的俯视图；
20.图4为本发明的正视图；
21.图5为本发明的剖面图；
22.图6为本发明液压伺服系统的轴测图；
23.图7为本发明液压伺服系统的平面图；
24.图8为本发明液压伺服系统的立面图；
25.图9为本发明电磁阀部件的轴测图；
26.图10为本发明液压导杆部件的立面图；
27.图11为本发明液压导杆部件的剖面图；
28.图12为本发明带卡槽导杆固定支座结构图；
29.图13为本发明液压限位导杆与顶板连接仰视图；
30.图14为本发明液压限位导杆与顶板连接剖面图；
31.图15为本发明液压限位导杆与顶板连接局部放大图；
32.图16为本发明液压伸缩杆部件的立面图；
33.图17为本发明液压伸缩杆部件的剖面图；
34.图18为本发明基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置电路图。
35.图中：1、底板；2、x方向移动板；3、y方向移动板；4、水平反力板；5、导杆固定支座；6、液压导杆；7、球铰连接副；8、三维隔震支座；9、顶板；10、液压伺服系统；11、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置；12、小车；13、液压伸缩杆；14、液压系统工作电机；15、液压
油源；16、液压回路油源；17、电磁阀；18、三通；19、电磁铁；20、传动杆；21、阀体；22、球铰；23、导杆外壳；24、导杆内芯；25、上油缸油口；26、下油缸油口；27、上油缸活塞；28、下油缸活塞；29、球铰支座；30、液压伸缩杆内杆；31、液压伸缩杆外壳；32、伸缩杆上油口；33、伸缩杆下油口。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.请参阅图1-18，本发明实施例中提供地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座，包括底板1、x方向移动板2、y方向移动板3、水平反力板4、导杆固定支座5、液压导杆6、三维隔震支座8、顶板9、液压伺服系统10、基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11、小车12和液压伸缩杆13；所述三维隔震支座8的下方与y方向移动板3连接，三维隔震支座8的上方与顶板9连接，三维隔震支座8为市场已有设备；所述液压导杆6的一端通导杆固定支座5与y方向移动板3连接，另一端通过带卡槽的球铰连接副7与顶板9连接，所述y方向移动板3通过小车12压在x方向移动板2上，所述x方向移动板2通过小车12压在底板1上；所述x方向移动板2与x方向的液压伸缩杆13上一端的球铰支座29相连，所述y方向移动板3与y方向的液压伸缩杆13上一端的球铰支座29相连，所述液压伸缩杆13另一端的球铰支座29与水平反力板4相连；所述基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11安装在液压伺服系统10上，液压伺服系统10与水平反力板4连接；其中，底板1设置一个，x方向移动板2设置一个，y方向移动板3设置一个，水平反力板4设置一个，三维隔震支座8设置一个，液压导杆6正交设置四个，顶板9设置一个，小车12设置八个，液压伸缩杆13设置四个，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11设置一个，液压伺服系统10设置一个，导杆固定支座5设置四个，球铰连接副7设置四个，每根液压导杆6上的上油缸油口25、下油缸油口26、上油缸活塞27和下油缸活塞28均设置一个。
38.在上述实施例中，球铰连接副7与顶板9相接触，顶板9上每边均设有竖向的卡槽，由于卡槽是竖向的因此顶板9竖向允许自由变形，而液压导杆6不允许轴向变形限制了顶板9较大的水平变形。
39.在上述实施例中，液压伺服系统10包括液压系统工作电机14、液压油源15、液压回路油源16、电磁阀17和三通18；所述电磁阀17包括电磁铁19、传动杆20和阀体21，电磁阀17受控于基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11；所述三通18的一端与液压导杆6的油口相连，另外两端均通过电磁阀17分别与液压伺服系统10的动力出油口以及液压回路油源16的油路相连接；所述液压回路油源16通过管道与液压油源15连接，在液压伺服系统10开始工作时候，液压回路油源16可以回到液压油源15中。
40.在上述实施例中，液压导杆6包括球铰22、导杆外壳23、导杆内芯24、上油缸油口25、下油缸油口26、上油缸活塞27和下油缸活塞28；所述导杆内芯24被上油缸活塞27和下油缸活塞28接触，所述上油缸油口25和下油缸油口26中充满液压油，电磁阀17处于常闭状态，上油缸活塞27和下油缸活塞28用于限制液压导杆6的轴向位移。
41.在上述实施例中，液压伸缩杆13包括球铰支座29、液压伸缩杆内杆30、液压伸缩杆外壳31、伸缩杆上油口32和伸缩杆下油口33，所述液压伸缩杆13通过控制伸缩杆上油口32和伸缩杆下油口33进出的液压油进而移动x方向移动板2和y方向移动板3。
42.在上述实施例中，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11通过互联网接收地震预警信号或者现场测得的地面运动信号，包括地震引起的加速度、速度和位移,并判断地震幅值达到阈值后，启动液压伺服系统10控制液压伸缩杆13动作；基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11包括外接电源、蓄电池、预警信息处理及控制模块，外接电源与蓄电池连接，非地震情况下持续为蓄电池充电，蓄电池充满电后外接电源自动关闭，蓄电池与预警信息处理及控制模块连接；预警信息处理及控制模块控制电磁阀17中的电磁铁19开启和关闭阀体21，所述预警信息处理及控制模块通过控制液压伺服系统10来控制液压导杆6中的限位活塞。
43.工作原理：当地震发生后，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11能够通过互联网收到地震预警信号或者现场测得的地面运动信号(包括地震引起的加速度、速度和位移),并判断地震幅值达到一定程度后，启动液压伺服系统10,控制液压伸缩杆13中的液压油可以使得液压伸缩杆内杆30伸缩运动,x方向移动板2和y方向移动板3能够偏离现在的平衡位置，三维隔震支座8达到新的平衡位置后,基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11向安装在液压回路管道上的电磁阀17传出电流，电磁阀17中的电磁铁19产生磁力，带动传动杆20运动，开启阀体21，液压油可以流动。因此，上油缸活塞27或下油缸活塞28可以自由运动，导杆内芯24的上侧或下侧运动位移不再受限制，可以移动。
44.地震结束后，具有稳定的动力电源后，启动液压伺服系统10，液压系统工作电机14启动，关闭与液压回路上的电磁阀17，进入常闭状态，开启出油油路的电磁阀17将液压油存入液压导杆6中的油缸，将液压导杆6恢复原状重新对三维隔震支座8限位，此外，利用安装在三维隔震支座8上的位移计的信号(外来信号)控制输入上油缸油口25和下油缸油口26的油量，使得三维隔震支座8恢复原位，然后将出油油路的电磁阀17关闭，进入常闭状态，最后控制将液压伸缩杆13收恢复位。因此三维隔震支座8做到了自我恢复功能，同时，基于地震预警信号的开启和自恢复控制装置11将三维隔震支座8产生塑性变形的情况通过互联网上传，以便及时维修。
45.综上所述：本发明提供的地震预警后启动并移动平衡位置的防碰撞三维隔震支座，解决了建筑或者设备在非地震情况下三维隔震支座8在水平向不产生隔震作用，从而有效抵抗风荷载等水平向荷载，但竖向可以变形产生减震作用，而且在获得地震预警信号后，为避免在非开阔地带的由于地震引起的结构或设备之间的碰撞并且不减少隔震效率，通过液压装置将隔震支座的平衡位置移动到开阔地带，震后再将平衡位置移动回来，并且隔震支座在强震后发生塑性变形也可以通过液压装置迅速恢复。例如两栋建筑或者设备相邻，相邻边发生运动后就会发生碰撞；另外，当列车等运动物体使用本技术时，也存在由于列车交汇时需要避开并限制交汇方向的运动，将隔震支座移动到交汇边的另外一侧，可以避免发生碰撞，在地震过后很快就能自动恢复到原位。这些功能都是常规隔震支座所不能做到的。
46.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。