[实用新型]竖向变刚度隔震支座

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种竖向变刚度隔震支座，属于结构振动控制领域。

背景技术

一般认为，水平地震对结构破坏起控制作用，但大量的地震震害表明，竖向地震对结构物的影响是不容忽视的，尤其是高耸结构、大跨结构与质量、刚度竖向分布不均匀的结构，这些结构的竖向刚度一般偏小，竖向固有周期与竖向地震动卓越周期相近，因而在地震中极易发生谐振而破坏，如何控制竖向地震动成为各国学者研究的热点。

基础隔震技术是通过在建筑物底部和基础顶面之间设置刚度较小的隔震层，以降低结构振动的基本频率，延长其振动周期，从而避开地震动的主要能量频带，使上部结构与地面振动隔离，减小上部结构反应，达到保护主体结构及其内部设施不受破坏的目的。自上世纪90年代至今，隔震技术在日本、中国、美国、意大利等20多个国家得到了迅速发展与应用，世界上已经有2000多栋结构采用了此项技术。

然而，目前隔震技术主要为水平隔震，对竖向地震动没有控制效果，这对结构安全是极为不利的；另外，结构竖向隔震技术发展缓慢，原因在于隔震装置首先要承担上部结构巨大的自重荷载，又要求具有较小的竖向刚度，同时要保证上部结构在一般荷载(如环境振动和风荷载)作用下的稳定性，这三者之间的矛盾很难调和，因此，新型竖向隔震装置的研发成为一项世界难题。

对于结构的竖向隔震问题，国内外学者曾提出过一些隔震装置，有些装置由于竖向刚度较大，变形小，有限的变形范围内难以提供足够的阻尼力，隔震效果欠佳；有些装置竖向刚度足够小，但变形过大，难以保证上部结构在一般荷载作用下的稳定性，因此很难得以应用和推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有竖向隔震装置的上述缺陷，提供一种竖向变刚度隔震支座，该支座在竖直方向上具有较大的初始刚度和较小的屈服刚度，具有足够的竖向变形能力和复位能力，并能够在铅屈服后根据支座的竖向变形调节支座的竖向刚度，因此可以有效隔离竖向地震动并在无地震时保持稳定；水平方向上，支座刚度非常大，几乎无变形；本实用新型构造简单，易加工制作，还可与其他水平隔震支座组合形成三维隔震支座。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：本支座包括有钢筒、橡胶、铅芯和变刚度导向装置，变刚度导向装置包括有轴、顶板和锥形的变刚度曲面板，其中，轴截面面积较大的一端与顶板固定连接，锥形的变刚度曲面板的一端与顶板固定连接，另一端与轴的侧面固定连接，按照横截面面积由小到大的顺序，多层橡胶和多个钢筒依次相间固定在位于变刚度曲面板以下的轴的侧面上，水平布置的铅芯穿过多层钢筒和橡胶与轴相交；所有的橡胶和钢筒的下端面形成一个上端口小下端口大(以下简称上小下大)的锥形空间。

所述的锥形变刚度曲面板的上端口的形状、面积与所有橡胶和钢筒的下端面形成的锥形空间的下端口的形状、面积相同，且两个锥形的高度相同。

所述的轴、钢筒和橡胶的横截面为圆形或为方形或为多边形。

所述的钢筒和橡胶均为上端口面积大于下端口面积的锥形筒，轴与橡胶之间以及钢筒与橡胶之间采用硫化技术粘接或其他粘接技术粘接。

所述的轴为上端面面积大于下端面面积的锥形轴。

所述的钢筒由铜或合金制成的金属筒所替换。

所述的橡胶为普通天然橡胶，也可为高阻尼橡胶。

所述的铅芯的个数为1个。

所述的铅芯的个数大于1，沿轴的圆周方向均匀布置。

所述的变刚度曲面板的曲率可以为零，也可以为常数，也可以沿轴向外方向依次增加或减小。

所述的铅芯与轴正交。

本支座可用于建筑结构的基础隔震层，隔离竖向地震动。

当无地震作用，仅有环境振动或一般的风荷载时，支座中的铅芯处于结晶状态，具有很大的刚度，因此橡胶中的应力不发生变化，整个支座不产生竖向变形，保持稳定；

当地震来临时，剧烈的地面运动使支座顶板受到上部结构巨大的惯性力，这种惯性力通过变刚度导向装置分配到每一层橡胶和钢筒，使靠近轴位置的橡胶最先产生竖向剪切变形，并带动钢筒发生竖向剪切运动，在橡胶和钢筒的剪切作用下，靠近轴位置的铅首先屈服，刚度迅速降低，随着竖向变形的增加，橡胶沿轴向外方向依次发生剪切变形，铅也沿轴向外方向依次屈服，有效的隔离了地面运动能量向上部结构的传输。

本实用新型的优点在于：