[发明专利]基于竖向变刚度及水平自复位的多维隔震支座

说明书

本发明涉及基于竖向变刚度及水平自复位的多维隔震支座，主要由套筒构件、下连接板、侧围板、混凝土、上连接板、SMA自复位组件组成。强烈竖向地震激励下，内核发生屈曲，其竖向刚度将大幅度减小以实现隔震；水平方向，内核上部焊接套环，各套环间及套环与侧围板通过SMA自复位组件连接，结构隔震层可发生一定侧移实现水平隔震，并且在发生侧移后可通过SMA自复位组件实现复位。内核与外管可能发生接触的位置可布置传感器，以监测支座的工作状态。与现有技术相比，本发明利用压杆屈曲后的刚度变化及水平发生侧移后能自复位特性实现多维隔震，适用于竖向振动起控制作用的结构多维隔震中，并且具有构造简单、成本较低及可靠度较高的特点。

技术领域

本发明属于隔震支座技术及健康监测领域，尤其是涉及基于竖向变刚度及水平自复位的多维隔震支座。

背景技术

由于能有效隔离地震波对上部结构的作用，隔震支座吸引了工程界和学术界的广泛关注。目前，建筑结构隔震设计时一般只考虑隔离水平地震作用，较少考虑竖向隔震。广泛应用于实际工程的叠层橡胶支座、滑动隔震支座及滚动隔震支座等在减小水平地震作用方面表现良好，但是不具备竖向隔震的效果，甚至具有一定的放大效应。

与水平隔震不同，结构竖向隔震需考虑自身重力的影响。现阶段应用于建筑结构能实现竖向隔震的隔震支座主要有厚肉橡胶支座、弹簧支座、气压及液压等支座。2011年，魏陆顺提出一种由一水平橡胶支座及一竖向橡胶垫组成的三维隔震(振)支座。竖向加载刚度及频率特性以及其在北京某地铁上盖框架建筑中的加速度时程实测结果表明，该支座有着良好的竖向及水平隔震和隔振效果，具有一定的工程实用价值。2005年至2011年，张玉敏及赵亚敏等提出一种由碟形弹簧组成的隔震支座，振动台试验结果显示结构隔震层发生较大的竖向变形，而上部结构的层间相对位移变化不大，具有明显的竖向隔震效果。2016年，尚守平提出由混凝土上墩块、下墩块、沥青油膏及螺旋弹簧组成的三维隔震墩，该支座隔震效果良好、构造简单、价格低廉，适合于在高烈度的农村地区住宅隔震中推广应用，不过支座承载力较低，只能用于1～3层村镇建筑及文物保护建筑。2011年，Fujita研发由空气弹簧支座及地震预警装置组成的智能空气弹簧隔震系统，非地震作用时，上部结构荷载由钢柱承担。地震发生时，P波感应器检测到地震波并将信号传送至控制系统，此时压缩机启动向空气弹簧支座内充气，抬升结构实现隔震的目的，能有效隔离近场地震作用。2013年，Tomizawa提出一种利用装置中油管内阻尼油流动达到隔震的目的，当上部结构发生竖向运动或摇摆运动时，管内阻尼油发生流动，消耗地震能量，实现隔震。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有隔震支座技术存在的不足而提供基于竖向变刚度及水平自复位的多维隔震支座，本发明利用支座内压杆屈曲前后的刚度变化实现竖向隔震，相比于线性隔震系统其可同时满足正常使用状态下的较大竖向刚度要求以及强烈地震激励下较小竖向刚度的要求；利用SMA记忆合金的自复位功能实现水平隔震，并且可通过合理的传感器布置实现监测功能，适用于竖向振动起控制作用的结构多维隔震中。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种基于竖向变刚度及水平自复位的多维隔震支座，所述多维隔震支座包括套筒构件、上连接板、下连接板、侧围板及SMA自复位组件，所述套筒构件由套筒内核与套筒外管组成，所述套筒内核与套筒外管间留有的一定间隙为套筒空腔，所述套筒构件位于侧围板内，采用阵列布置，所述侧围板与套筒外管间填充混凝土，所述侧围板下端与下连接板连接，所述侧围板上端与上连接板之间留有一定间隙保证上连接板具有一定的竖向位移空间，所述套筒内核和套筒外管的下端均与下连接板连接，所述套筒内核的上端与上连接板连接，各相邻的套筒内核之间通过SMA自复位组件连接，靠近侧围板的套筒内核与侧围板之间通过SMA自复位组件连接，所述套筒内核用于承受轴向压力，所述套筒外管用于约束套筒内核变形，所述SMA自复位组件用于使得上连接板发生侧移后复位。