本發(fā)明涉及一種建筑防振動(dòng)(或震動(dòng))裝置，具體涉及一種由夾層鋼板橡膠墊與豎向隔震支座串聯(lián)的三維隔震裝置。

背景技術(shù)：

隔震裝置是設(shè)在建筑與基礎(chǔ)之間的防震隔離裝置。早期的隔震裝置主要是由橡膠與薄鋼板交替疊合構(gòu)成的二維隔震支座(疊層橡膠隔震支座)，只能隔離地震波的水平分量。隨著人們對(duì)地震多維特性認(rèn)識(shí)的提高，三維隔震裝置逐漸受到本領(lǐng)域研究者的重視。最常見的三維隔震裝置就是由疊層橡膠隔震支座與既有的豎向隔震支座串聯(lián)而成。

公開號(hào)為CN 102409777 A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種結(jié)構(gòu)三維隔震和抗傾覆裝置，該裝置的主體機(jī)構(gòu)由疊層橡膠隔震支座14與彈簧隔震支座15串聯(lián)構(gòu)成，所述主體結(jié)構(gòu)的上、下側(cè)分別設(shè)置有上連接板1和下連接板18，其特征在于：所述上連接板1和下連接板18之間設(shè)置有繞主體結(jié)構(gòu)四周錯(cuò)位均布的抗拉鋼絲繩16，所述抗拉鋼絲繩16沿水平方向的極限變形量大于主體機(jī)構(gòu)的水平剪切彈性變形量。該專利申請(qǐng)所述方案雖然可提高三維隔震裝置的抗拉強(qiáng)度,以抵御地震中高層建筑物的搖擺甚至傾覆所產(chǎn)生的巨大拉力，但仍然存在以下的不足：1、所述的彈簧隔震支座只能壓縮耗能減震，不能拉伸耗能減震；2、所述的彈簧隔震支座不能預(yù)設(shè)早期剛度，不便于預(yù)設(shè)地震烈度降低隔震成本。

公開號(hào)為CN1932324A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種“可調(diào)節(jié)碟形彈簧機(jī)械式減震阻尼器”，該阻尼器包括外殼、設(shè)在外殼內(nèi)的載荷連接桿和兩組碟形彈簧，所述，所述載荷連接桿的中部設(shè)有與之固連的調(diào)節(jié)齒輪，所述調(diào)節(jié)齒輪兩側(cè)的載荷連接桿上分別設(shè)有與載荷連接桿螺紋配合的左旋螺母和右旋螺母，所述兩組碟形彈簧分別設(shè)在所述左旋螺母和右旋螺母的外側(cè)，并分別被夾持在所述左旋螺母或右旋螺母與外殼端部的封板之間。只需撥轉(zhuǎn)載荷連接桿上的調(diào)節(jié)齒輪，使所述左旋螺母和右旋螺母相互靠攏或遠(yuǎn)離即可調(diào)節(jié)兩組碟形彈簧的預(yù)緊力從而調(diào)節(jié)阻尼器的阻尼系數(shù)，以滿足不同頻率和不同振幅的使用需求。然而該發(fā)明仍具有如下不足：1、所述載荷連接桿是在兩組碟形彈簧的共同作用下保持平衡的，兩組碟形彈簧的預(yù)緊力雖然能夠調(diào)節(jié)，但是無論如何調(diào)節(jié)，兩組碟形彈簧對(duì)載荷連接桿的作用力都是一組大小相等，方向相反的力，只需在載荷連接桿上施加任何外力都會(huì)破壞這種平衡，使兩組碟形彈簧發(fā)生變形，所以所述的阻尼器無法預(yù)設(shè)早期剛度；2、該發(fā)明中必須配合使用兩組碟形彈簧，才能在阻尼器受到壓或拉荷載時(shí)都提供阻尼，這不僅造成了一定的浪費(fèi)，還使得阻尼器的長度大大的增加。

公開號(hào)為CN101457553A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種“彈簧剛度可調(diào)式調(diào)諧質(zhì)量減振器”，該減振器是一種復(fù)合阻尼器，通過改變質(zhì)量塊的厚度改變其特征頻率，通過改變粘滯阻尼器的工作介質(zhì)的流量改變其阻尼比，通過改變彈簧的有效工作長度改變其剛度，其中改變彈簧的有效工作長度的手段有三種，一是采用固化材料將彈簧位于固化筒內(nèi)的一段固化，二是往螺旋彈簧的中心內(nèi)塞入約束塊，并二者過盈配合，使與約束塊接觸的一段彈簧失效，三是在約束塊表面設(shè)置螺旋狀凸起，將螺旋狀凸起卡在彈簧絲之間，使彈簧絲之間卡有螺旋狀凸起的一段彈簧失效。由此可見，該專利申請(qǐng)方案中的彈簧雖然可改變剛度，但所述的彈簧不僅有效工作長度明顯縮短，而且只能壓縮耗能減振，不能拉伸耗能減振。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種豎向早期剛度能調(diào)節(jié)的三維隔震支座，該三維隔震支座不僅既可壓縮耗能減振，又可拉伸耗能減振，而且還保持了豎向隔震支座中彈簧的有效工作長度。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

一種豎向早期剛度能調(diào)節(jié)的三維隔震支座，該三維隔震支座包括上下依次串接的疊層橡膠隔震支座和豎向隔震支座；其中，

所述的疊層橡膠隔震支座包括上連接板、下連接板、夾持在上下連接板之間的疊層橡膠墊和至少三根均布在疊層橡膠墊四周的抗拉鋼索；所述抗拉鋼索的一頭固定在上連接板上，另一頭固定在下連接板上，且上下兩固定點(diǎn)的連線平行于所述疊層橡膠墊的中軸線；

所述的豎向隔震支座包括底座，該底座的上表面設(shè)有向上延伸的導(dǎo)向套；所述導(dǎo)向套內(nèi)部同軸設(shè)有彈簧，該彈簧的上頭設(shè)有驅(qū)動(dòng)壓板；所述的疊層橡膠隔震支座的下連接板的中部向所述導(dǎo)向套內(nèi)凹陷形成一凸起，該凸起的下端與所述的驅(qū)動(dòng)壓板固定連接；

其特征在于，

所述的彈簧為圓柱形橡膠彈性體，該圓柱形橡膠彈性體的外徑小于導(dǎo)向套的內(nèi)徑，二者之間形成一環(huán)形空間；

所述豎向隔震支座的導(dǎo)向套內(nèi)還設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括數(shù)量分別至少為三根的兩組預(yù)壓鋼索、兩塊浮動(dòng)壓板和數(shù)量為所述兩組預(yù)壓鋼索之和的索具螺旋扣，其中，

所述的兩塊浮動(dòng)壓板，一塊設(shè)在所述驅(qū)動(dòng)壓板與圓柱形橡膠彈性體之間，另一塊設(shè)在底座與圓柱形橡膠彈性體之間；

所述的兩組預(yù)壓鋼索分別繞導(dǎo)向套的軸線以直線狀態(tài)對(duì)稱分布于所述環(huán)形空間內(nèi)，且，一組預(yù)壓鋼索的一頭分別固定在與驅(qū)動(dòng)壓板相鄰的浮動(dòng)壓板上，另一頭分別穿過與底座相鄰的浮動(dòng)壓板固定在底座上；另一組預(yù)壓鋼索的一頭分別固定在與底座相鄰的浮動(dòng)壓板上，另一頭分別穿過與驅(qū)動(dòng)壓板相鄰的浮動(dòng)壓板固定在驅(qū)動(dòng)壓板上；

所述的索具螺旋扣串接在所述預(yù)壓鋼索的中部；

所述的浮動(dòng)壓板上在穿過所述預(yù)壓鋼索的位置分別設(shè)有穿過該預(yù)壓鋼索的通孔，該通孔的孔徑大于所穿設(shè)的預(yù)壓鋼索的直徑；

所述的導(dǎo)向套與兩塊浮動(dòng)壓板之間分別采用動(dòng)配合；

張緊兩組預(yù)壓鋼索，使兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離等于將圓柱形橡膠彈性體壓縮至預(yù)設(shè)豎向早期剛度的長度；

將所述抗拉鋼索張緊，為疊層橡膠墊提供等于設(shè)計(jì)靜載荷的預(yù)壓力。

上述方案中，所述的抗拉鋼索和預(yù)壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預(yù)應(yīng)力鋼鉸線。

上述三維隔震支座豎向隔震的工作原理如下：當(dāng)豎向動(dòng)載荷沿導(dǎo)向套的軸線相對(duì)作用時(shí)，壓力經(jīng)由疊層橡膠隔震支座傳遞到驅(qū)動(dòng)壓板，使之下移壓縮圓柱形橡膠彈性體；當(dāng)動(dòng)載荷沿導(dǎo)向套的軸線相背作用時(shí)，拉力經(jīng)由抗拉鋼索傳遞到驅(qū)動(dòng)壓板，驅(qū)動(dòng)壓板上移，而兩組預(yù)壓鋼索則分別牽拉兩塊浮動(dòng)壓板相對(duì)移動(dòng)壓縮圓柱形橡膠彈性體。由此可見，軸向動(dòng)載荷無論相對(duì)還是相背作用在三維隔震支座上，都能壓縮圓柱形橡膠彈性體，使其發(fā)生彈性變形而耗能。

由上述工作原理可見，工作過程中所述的預(yù)壓鋼索與所述浮動(dòng)壓板上的通孔的孔壁不能產(chǎn)生摩擦，否則就會(huì)干擾浮動(dòng)壓板的上下移動(dòng)，因此所述通孔直徑比所述預(yù)壓鋼索的直徑大多少，應(yīng)以不干擾和影響浮動(dòng)壓板的上下移動(dòng)為宜。

本發(fā)明所述的豎向早期剛度能調(diào)節(jié)的三維隔震支座，其中所述的預(yù)壓鋼索兩頭可采用常規(guī)的方法錨固，也可采用類似于吊環(huán)螺釘或由鋼筋彎曲的U形構(gòu)件系接固定。

為防止所述圓柱形橡膠彈性體兩頭在所述浮動(dòng)壓板上滑動(dòng)，本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)方案是：所述兩塊浮動(dòng)壓板相對(duì)的表面上分別設(shè)有一定位環(huán)，所述圓柱形橡膠彈性體的兩頭分別嵌在所述的定位環(huán)內(nèi)。

本發(fā)明的豎向早期剛度能調(diào)節(jié)的三維隔震支座較現(xiàn)有技術(shù)具有以下效果：

(1)在豎直方向上，即可壓縮耗能減震，又可拉伸耗能減震；能有效的耗減高層建筑物由于搖擺而對(duì)建筑基礎(chǔ)產(chǎn)生的巨大拉力；且只需一只彈簧，豎向長度小，穩(wěn)定性好。

(2)當(dāng)豎向動(dòng)載荷大于預(yù)設(shè)的豎向早期剛度的抵御能力后，本發(fā)明中豎向隔震支座的雙向彈性變形對(duì)稱，因此不因豎向載荷的正負(fù)方向的變化而影響其壓縮變形耗能的效果；

(3)只要改變兩組預(yù)壓鋼索的長度即可改變整個(gè)裝置的豎向早期剛度，外力在克服該豎向早期剛度之前無法使隔震支座產(chǎn)生豎向變形，有效的抑制了建筑物在小地震和弱風(fēng)振的作用下產(chǎn)生晃動(dòng)，可預(yù)設(shè)建筑物的抗風(fēng)防震等級(jí)，顯著降低抗風(fēng)防震成本；

(4)調(diào)節(jié)所述索具螺旋扣，即可改變預(yù)壓鋼索的長度，進(jìn)而改變阻尼器早期剛度，但所述圓柱形橡膠彈性體的有效工作長度不變，不會(huì)改變圓柱形橡膠彈性體原有的特性參數(shù)。

(5)可有效緩沖建筑的物搖晃趨勢(shì)對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的拉伸和壓縮沖擊，進(jìn)一步降低建筑物傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1～7為本發(fā)明所述三維隔震支座的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1為主視圖(剖視)，圖2為圖1的A-A剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)，圖3為圖1的B-B剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)，圖4為C-C剖視圖，圖5為圖1中局部Ⅰ的放大圖，圖6為圖1中局部Ⅱ的放大圖，圖7為圖2中局部Ⅲ的放大圖。

圖8～10為本發(fā)明所述三維隔震支座的第二個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖8為主視圖(剖視)，圖9為圖8的D-D剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)，圖10為圖8的E-E剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)。

圖11～13為本發(fā)明所述三維隔震支座的第三個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖11為主視圖(剖視)，圖12為圖11的F-F剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)，圖13為圖11的G-G剖視圖(圖中省略索具螺旋扣)。

具體實(shí)施方式

例1

參見圖1，本例中的三維隔震支座由上下串聯(lián)的疊層橡膠隔震支座和豎向隔震支座組成。

參見圖1和圖4，所述的疊層橡膠隔震支座包括上連接板14、下連接板15、夾持在上下連接板之間的疊層橡膠墊17和六根抗拉鋼索16；其中，所述的上連接板14和下連接板15均呈圓盤狀，上連接板14的邊緣設(shè)有安裝孔13；所述疊層橡膠墊17的主體由一層橡膠17-1與一層鋼板17-2交替疊合后模壓硫化構(gòu)成，且在模壓硫化的過程中其周邊自然形成橡膠保護(hù)層17-3。所述疊層橡膠墊17主體的上下兩端面均設(shè)有與至硫化連接在一起的聯(lián)結(jié)鋼板17-4，所述兩塊聯(lián)結(jié)鋼板17-4分別與上連接板14和下連接板15通過螺釘固定連接在一起。所述的六根抗拉鋼索16繞疊層橡膠墊17的中軸線對(duì)稱分布在其四周，每一根抗拉鋼索16的一頭由吊環(huán)螺釘12固定在上連接板14上，另一頭由吊環(huán)螺釘12固定在下連接板15上。每一根抗拉鋼索16張緊，使六根抗拉鋼索16的張力之和等于本例所述三維隔震支座豎向的設(shè)計(jì)靜載荷，且張緊后，每一根抗拉鋼索16均平行于疊層橡膠墊17的中軸線。

參見圖1～7，所述豎向隔震支座包括導(dǎo)向套1、底座3、圓柱形橡膠彈性體4和反壓裝置。

參見圖1～3，所述的導(dǎo)向套1為圓管狀，其上端向設(shè)有起限位和導(dǎo)向作用的環(huán)形封蓋2。所述的底座3為圓盤狀，四周的邊緣設(shè)有安裝孔13，所述的導(dǎo)向套1下端通過螺釘固定在其上表面的中部。

參見圖1～3，所述圓柱形橡膠彈性體4由一塊圓柱形的實(shí)心橡膠塊4-1和設(shè)在實(shí)心橡膠塊兩端的兩塊端板4-2組成，所述兩塊端板4-2分別與實(shí)心橡膠塊4-1的兩頭硫化連接在一起。所述的圓柱形橡膠彈性體4同軸設(shè)在導(dǎo)向套1內(nèi)，該圓柱形橡膠彈性體4的上端設(shè)有與所述導(dǎo)向套1動(dòng)配合的驅(qū)動(dòng)壓板5。所述圓柱形橡膠彈性體4的外徑小于導(dǎo)向套1的內(nèi)徑，在兩者之間形成一環(huán)形空間。所述下連接板15的中部向所述導(dǎo)向套1內(nèi)凹陷形成一茶杯狀的凸起15-1，該凸起15-1的下端與所述的驅(qū)動(dòng)壓板5通過螺釘固定連接在一起。

參見圖1，下連接板15與環(huán)形封蓋2之間以及驅(qū)動(dòng)壓板5與環(huán)形封蓋2之間設(shè)有大于振幅的間隙。

參見圖1～7，所述的導(dǎo)向套1內(nèi)設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括兩組預(yù)壓鋼索、兩塊浮動(dòng)壓板和八只索具螺旋扣19；其中，所述的兩組預(yù)壓鋼索為由三根預(yù)壓鋼索組成的第一組預(yù)壓鋼索8和由五根預(yù)壓鋼索組成的第二組預(yù)壓鋼索9；所述的兩塊浮動(dòng)壓板為設(shè)在所述驅(qū)動(dòng)壓板5與圓柱形橡膠彈性體4之間的第一浮動(dòng)壓板6和設(shè)在底座3與圓柱形橡膠彈性體4之間的第二浮動(dòng)壓板7，該兩塊浮動(dòng)壓板分別與導(dǎo)向套1的內(nèi)壁動(dòng)配合；

參見圖1～7，所述兩組預(yù)壓鋼索分別以直線狀態(tài)繞導(dǎo)向套1軸線對(duì)稱分布在所述環(huán)形空間內(nèi)，每一根預(yù)壓鋼索均平行于導(dǎo)向套1軸線，且第一組預(yù)壓鋼索8距導(dǎo)向套軸線的距離等于第二組預(yù)壓鋼索9距導(dǎo)向套軸線的距離；其中，所述第一組預(yù)壓鋼索8的下頭分別由吊環(huán)螺釘12固定在第二浮動(dòng)壓板7上，上頭分別穿過第一浮動(dòng)壓板6由吊環(huán)螺釘12固定在所述驅(qū)動(dòng)壓板5上；所述第二組預(yù)壓鋼索9的上頭分別由吊環(huán)螺釘12固定在第一浮動(dòng)壓板6上，下頭穿過第二浮動(dòng)壓板7由吊環(huán)螺釘12固定在底座3上；所述第一浮動(dòng)壓板6上在每一根第一組預(yù)壓鋼索8穿過的位置設(shè)有供其穿越的第一通孔10，該第一通孔10的孔徑大于所述第一組預(yù)壓鋼索8的直徑；所述第二浮動(dòng)壓板7上在每一根第二組預(yù)壓鋼索9穿過的位置設(shè)有供其穿越的第二通孔11，該第二通孔11的孔徑大于所述第二組預(yù)壓鋼索9的直徑；所述的抗拉鋼索和預(yù)壓鋼索的兩頭由吊環(huán)螺釘固定在相應(yīng)構(gòu)件上的方法為：將吊環(huán)螺釘12固定在相應(yīng)的構(gòu)件上，然后將預(yù)壓鋼索的一頭系接在吊環(huán)螺釘?shù)牡醐h(huán)上，并由鋼絲繩夾(圖中未畫出)固定死。

參加圖1，所述的八只索具螺旋扣19分別串接在每一根預(yù)壓鋼索的中部，串接方法為：將每一根預(yù)壓鋼索自中部截?cái)?，然后將截?cái)嗨纬傻膬蓚€(gè)繩頭系接在相應(yīng)索具螺旋扣19兩頭的連接環(huán)上，并用鋼絲繩夾(圖中為畫出)固定死。

本例中的所述的抗拉鋼索和預(yù)壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，具體實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要自行選取。

參見圖1～3和圖6，所述第一浮動(dòng)壓板6和第二浮動(dòng)壓板7相對(duì)的表面均設(shè)有內(nèi)徑與圓柱形橡膠彈性體4的端板4-2外徑相匹配的定位環(huán)18，所述圓柱形橡膠彈性體4兩頭的端板4-2分別嵌在第一浮動(dòng)壓板6和第二浮動(dòng)壓板7上的定位環(huán)18內(nèi)。

參見圖1～3，為了實(shí)現(xiàn)可預(yù)設(shè)豎向早期剛度的目的，上述三維隔震支座安裝方法如下：(1)按圖1～7將本例所述阻尼器中的反壓裝置、驅(qū)動(dòng)壓板5、底座3和圓柱形橡膠彈性體4組裝好；(2)對(duì)步驟(1)所得的部件的兩頭施加壓力，使所述圓柱形橡膠彈性體4壓縮，同時(shí)檢測(cè)兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離；(3)當(dāng)兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離等于將圓柱形橡膠彈性體4壓縮至滿足豎向早期剛度的長度(此長度可根據(jù)圓柱形橡膠彈性體4的特性參數(shù)以及需預(yù)設(shè)的豎向早期剛度計(jì)算得到)時(shí)調(diào)節(jié)索具螺旋扣19，使每一根預(yù)壓鋼索張緊，然后撤消步驟(2)中所施加的壓力，所述兩組預(yù)壓鋼索就會(huì)將所述圓柱形橡膠彈性體4始終夾持在第一浮動(dòng)壓板6與第二浮動(dòng)壓板7之間；(4)套上導(dǎo)向套1，然后依次裝上環(huán)形封蓋2和疊層橡膠隔震支座的下連接板15；(5)最后按圖1和4將疊層橡膠隔震支座的其他部件安裝在所述下連接板15的上方，即得所述三維隔震支座。

預(yù)設(shè)豎向早期剛度時(shí)，兩組預(yù)壓鋼索的張力之和需大于等于所述三維隔震支座所承受的豎向靜載荷。

在理想的條件下，地震的豎向波通過隔震裝置向建筑傳遞時(shí)建筑物應(yīng)該不會(huì)發(fā)生位移。基于此，本例三維隔震支座豎向隔震的工作原理如下：參見圖1，當(dāng)?shù)卣鸬呢Q向波所產(chǎn)生的動(dòng)載荷克服了所述豎向早期剛度時(shí)，如果該動(dòng)載荷沿導(dǎo)向套1的軸線上推底座3，驅(qū)動(dòng)壓板5的反作用力便向下壓縮圓柱形橡膠彈性體4，底座3隨地面上移而建筑物不動(dòng)；如果該動(dòng)載荷沿導(dǎo)向套1的軸線下拉底座3，所述兩組預(yù)壓鋼索分別牽拉兩塊浮動(dòng)壓板相對(duì)移動(dòng)壓縮圓柱形橡膠彈性體4，而底座3則遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)壓板5隨地面下移，此時(shí)建筑物仍然不動(dòng)。由此可見，當(dāng)?shù)卣鹂v波使地面發(fā)生上下振動(dòng)時(shí)均可壓縮圓柱形橡膠彈性體產(chǎn)生彈性變形而耗能。同理，建筑物在風(fēng)振或水平地震波的作用下?lián)u晃時(shí)，無論對(duì)其對(duì)所述三維隔震支座產(chǎn)生的動(dòng)載荷是拉力還是壓力均可壓縮圓柱形橡膠彈性體產(chǎn)生彈性變形而耗能。

例2

本例與例1具有如下區(qū)別：

參見圖8～10，所述第一組預(yù)壓鋼索8和第二組預(yù)壓鋼索9均由三根預(yù)壓鋼索組成。所述索具螺旋扣19的數(shù)量減為六只，并分別串接在每一根預(yù)壓鋼索的中部。

參見圖8，為增加圓柱形橡膠彈性體4的承載能力，防止其由于軸向長度過大而在水平方向失穩(wěn)，本例中的圓柱形橡膠彈性體4由兩層實(shí)心橡膠塊4-1和一層鋼板4-3交替疊合硫化連接形成彈性體，彈性體的兩端設(shè)有端板4-2。

本例上述以實(shí)施方法與例1相同。

例3

參見圖11～13，本例與例2的區(qū)別在于所述第一組預(yù)壓鋼索8和第二組預(yù)壓鋼索9均由五根預(yù)壓鋼索組成。所述索具螺旋扣19的數(shù)量減為十只，并分別串接在每一根預(yù)壓鋼索的中部。

本例上述以外的其它實(shí)施方式與例2相同。