[發明專利]變剛度三維隔震方法和裝置

有效

• 申請號: 201910797714.2
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110468695B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 石運東;董文青;王旋;劉宏睿
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E01D19/04
• 分類號: E01D19/04;E04B1/36;E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種變剛度三維隔震裝置，其特征是，包括上部的豎向隔震系統、下部的疊層橡膠支座及連接部件；豎向隔震系統包括豎向隔震器頂部連接板、滾珠、四周側板、縱向加勁肋、上部限位塊、一層主彈簧、中間層連接板、中間層彈簧、下層連接板、下層鋼塊、底部限位塊、底層彈簧、中部限位塊、高強螺栓、豎向隔震器底部連接板；疊層橡膠支座包括疊層橡膠支座上連接板、鋼板層、橡膠層、疊層橡膠支座下連接板；豎向隔震器底部連接板與疊層橡膠支座上連接板連接；豎向隔震器頂部連接板四周開設圓槽，滾珠嵌在圓槽中，并且滾珠能夠上下滾動；滾珠和四周側板相互接觸但不連接；四周側板和縱向加勁肋連接；一層主彈簧上部和豎向隔震器頂部連接板連接，一層主彈簧下部和中間層連接板連接；上部限位塊和四周側板連接；中間層彈簧上部和中間層連接板連接，中間層彈簧下部和下層連接板連接；中間層連接板和下層連接板接觸但不連接；下層鋼塊和下層連接板連接；中部限位塊和四周側板連接，和下層連接板接觸但不連接；底層彈簧上部與下層連接板連接，底層彈簧下部與豎向隔震器底部連接板連接；豎向隔震器底部連接板與四周側板連接；豎向隔震器底部連接板與縱向加勁肋連接；鋼板層和橡膠層形成疊層橡膠層，疊層橡膠層上部與疊層橡膠支座上連接板連接，疊層橡膠層下部與疊層橡膠支座下連接板連接；所述豎向隔震器底部連接板和疊層橡膠支座的上連接板貼合連接采用M30摩擦型高強螺栓；其中，在正常使用時下層連接板在底層彈簧的預壓力作用下被頂在中部限位塊上，保持靜止，不參與工作；當下層鋼塊與底部限位塊相互接觸時，下層連接板運動到極限位置，通過控制下層連接板是否運動來控制底層彈簧是否參與工作，從而起到變剛度作用。

2.如權利要求1所述的變剛度三維隔震裝置，其特征是，所述裝置的四周側板和縱向加勁肋通過焊接直接連接；四周側板和豎向隔震器底部連接板通過焊接直接連接；縱向加勁肋和豎向隔震器底部連接板通過焊接直接連接；

所述裝置的彈簧的固定方式為焊接或者螺紋連接；或不固定彈簧，僅讓彈簧與連接板之間在彈簧內力作用下緊密接觸連接；

所述裝置的上部限位塊和四周側板通過焊接直接連接；中部限位塊和四周側板通過焊接直接連接；底部限位塊和豎向隔震器底部連接板通過焊接直接連接；所有限位塊的制作均為外部包裹一層橡膠的鋼板；

所述裝置的下層連接板和下層鋼塊通過焊接直接連接。

3.一種變剛度三維隔震方法，其特征是，利用權利要求1或權利要求2所述的變剛度三維隔震裝置實現，其中，設置三維隔震裝置在豎向只承受恒載和活載，只有一層主彈簧參與工作；下層連接板在底層彈簧的預壓力作用下被頂在中部限位塊上，保持靜止，不參與工作，底層彈簧也不參與工作；中間層連接板在中間層彈簧的預壓力作用和一層主彈簧的壓力作用下保持靜止，中間層彈簧不參與工作；在上部結構受到向下的地震作用時，三維隔震裝置受到向下的力增大，當受到向下的力突破底層彈簧的預壓力時，下層連接板向下運動，底層彈簧和一層主彈簧形成串聯，同時工作，從而起到變剛度的作用；當下層鋼塊與底部限位塊接觸時，底層彈簧的運動到達極限位置，此時底層彈簧退出工作，一層主彈簧繼續工作，從而起到變剛度作用，限制裝置的豎向位移；在上部結構受到向上的地震作用時，三維隔震裝置受到向上的力，當中間層彈簧的預壓力和向上的地震力之和大于三維隔震裝置所承受的豎向恒載時，中間層連接板和下層連接板脫開，中間層彈簧和一層主彈簧形成串聯，同時工作，從而起到變剛度的作用；當中間層連接板與上部限位塊接觸時，中間層彈簧的運動到達極限位置，此時中間層彈簧退出工作，一層主彈簧繼續工作，從而起到變剛度作用，限制裝置的豎向位移；四周側板用于限制豎向隔震器的水平運動，其中，在正常使用時下層連接板在底層彈簧的預壓力作用下被頂在中部限位塊上，保持靜止，不參與工作；當下層鋼塊與底部限位塊相互接觸時，下層連接板運動到極限位置，通過控制下層連接板是否運動來控制底層彈簧是否參與工作，從而起到變剛度作用。

4.如權利要求3所述的變剛度三維隔震方法，其特征是，所述方法是利用不同彈簧的組合從而改變豎向隔震器的豎向剛度，達到變剛度控制效果；在正常使用階段，只有一層主彈簧參與工作，支座的豎向剛度通過下式進行計算；

K₁ = nk₁

式中，K₁表示只有一層主彈簧工作時的支座的豎向剛度；隨著地震作用的變化，底層彈簧/中間層彈簧參與工作，支座的豎向剛度也發生改變，此時根據下式計算支座的豎向剛度：

式中，K₂表示底層彈簧/中間層彈簧參與工作時支座的豎向剛度，k₁表示一層主彈簧的剛度，n表示一層主彈簧的總數，k₂表示底層彈簧/中間層彈簧的剛度，m表示底層彈簧/中間層彈簧的總數。