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調諧軌道式三維隔震裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510611475.9

申請日:

2015.09.24

公開號:

CN105257752A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):F16F 7/00申請公布日:20160120|||實質審查的生效IPC(主分類):F16F 7/00申請日:20150924|||公開
IPC分類號: F16F7/00 主分類號: F16F7/00
申請人: 西南科技大學
發明人: 孟慶利; 文祝
地址: 621010四川省綿陽市涪城區青義鎮青龍大道中段59號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510611475.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.19|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種適用于貴重浮放文物和設備的新型三維隔震裝置,主要包括上部水平隔震部分和下部豎向隔震部分,兩個部分通過四個導向構件和一個豎向受力構件連接。水平隔震部分利用兩組正交軌道將水平地震作用分解為兩個方向,每個方向有四條相互平行的弧形軌道將重力作為回復力進行滯回耗能,弧形軌道端部曲率增大并增設阻尼達到限位的目的;豎向隔震部分通過四個導向構件將中間板和底座板連接在一起,使水平隔震部分僅可以相對于底座板豎向運動,實現了水平和豎向的解耦,并利用減隔震效果良好的金屬橡膠進行豎向隔震。本發明不僅實現了三維隔震,同時考慮了限位保護,而且可以對三向隔震參數進行控制,具有很好的實用性。

權利要求書

1.本發明為一種新型調諧軌道式三維隔震裝置,主要包括上部水平隔震部分和下部豎向隔震部分,兩個部分通過四個豎向導向構件和一個豎向受力構件連接,所述上部水平隔震部分僅可以相對于底座板豎向運動,所以隔震裝置的豎向和水平向是解耦的,可對各個方向的隔震參數進行設計;所述豎向隔震材料選用減隔震效果良好的金屬橡膠構件。2.所述水平隔震部分通過兩組正交弧形軌道將水平地震作用分解為兩個方向,利用重力作為回復力進行滯回耗能,增大各弧形軌道端部曲率并增設阻尼達到限位的目的。

說明書

調諧軌道式三維隔震裝置

技術領域

本發明涉及一種新型的三維隔震裝置,適用于貴重浮放文物或精密浮放設備的防震保護。

背景技術

地震是一種突發性自然災害,一次大地震會對一個地區甚至一個國家的社會、經濟造成巨大沖擊并深刻影響許多人的生活,因此往往會引起全國乃至全世界的高度重視。在進行歷次地震災害損失評估中發現,經濟損失不僅包括建筑的損毀,道路、橋梁、電站等基礎設施和生命線工程的破壞,還包括建筑內各種精密儀器、貴重設備、展陳文物等的震損甚至破壞。如2008年發生的汶川地震中,據國家文物局統計,由于大地震波及的省份基本都屬于我國文化遺產的密集地區,全國多處重點文物保護單位(其中2處已列入世界遺產名錄)受到不同程度損害,共有2766件館藏文物(其中292件珍貴文物)受損;又如1975年,海城發生7.3級地震,海城變電所的設備全被破壞,營口地區通信電纜毀壞,通信阻斷,工業設備也損失嚴重,經濟損失總計約8.1億元。

這些貴重文物和設備出于展陳、使用或方便的原因一般浮放在展柜或地面上,因而在地震中極易損壞,其本身又非常貴重,某些設備還擔負著數據存儲和通信聯絡等重要功能,因此從它們在社會影響、生產、安全、科研、通信、醫療等方面的重要作用來看,其價值往往要超過建筑物本身的價值,因此對于貴重浮放文物和設備的防震保護很重要。

國外針對浮放文物和設備的隔震裝置的研究已經很多,不斷涌現出滾輪式、滾軸式、滾珠式、摩擦擺等新型隔震裝置,在多次地震中被證實具有良好的防震保護效果;國內現有浮放文物或設備的隔震裝置多數是進口的,自主研發并應用的實例很少。當下全球地震頻發,貴重浮放設備和文物的抗震保護刻不容緩,因此針對其研究出有效、適用、經濟、可靠、耐久的隔震裝置的意義重大。

發明內容

現有的貴重文物或設備的隔震裝置多數也是僅水平的隔震裝置,沒有考慮地震豎向分量的影響,而且降低響應加速度峰值和限制響應位移幅值往往不能兼顧。考慮地震豎向分量的原因主要有三點:首先,地震動包括兩水平和一豎向三個分量,近斷層和震中附近區域的豎向分量峰值可能接近甚至超過水平分量峰值;其次,由于貴重浮放文物和設備一般放置在樓層中的展柜或支座上,地震作用豎向分量會有一定比例地放大;最后,由于貴重浮放文物和設備的質量較輕,在地震動的豎向分量影響下容易滑移和傾覆。綜上所述,本文考慮貴重浮放文物和設備的抗震保護特點,兼顧降低響應加速度和限制位移幅值的目的,發明出了能分別對豎向和水平進行有效控制的調諧軌道式三維隔震裝置。

本發明設計的調諧軌道式三維隔震裝置的技術方案如下:

本發明涉及的是一種新型調諧軌道式三維隔震裝置,主要包括放置在中間板上的上部調諧軌道水平隔震部分和連接著頂板和底座板的下部金屬橡膠豎向隔震部分,兩部分再利用四個豎向導桿連接。

該隔震裝置上部調諧軌道式水平隔震部分利用兩組正交的弧形軌道將水平地震作用分解為兩個方向,每個方向有四條相互平行的弧形軌道,利用重力作為回復力進行滯回耗能,而且中間為半徑較大的主弧,兩邊為半徑較小的短弧,并端部增加阻尼,通過在端部增加回復力和阻尼的方式達到限位的目的。

該隔震裝置下部結構首先利用四根導向桿將頂板和底座板連接在一起,導向桿使用的是直線軸承,達到軸向相對運動阻尼很小且能徑向傳力的要求,使水平隔震部分僅可以相對于底座板做豎向運動,實現了豎向和水平向的解耦。然后將金屬橡膠作為抗壓構件進行豎向隔震,由于有導向桿的存在,所以作為豎向隔震材料的金屬橡膠不會受水平力的影響,而且會將頂板以及其上部構件所受的地震作用的豎向分量全部作用在金屬橡膠上。金屬橡膠具有變剛度、變阻尼特性,隨激勵量級的增加,其“固有頻率”減小,因此具有良好的隔振效果,并且在共振區內阻尼顯著增大,能有效抑制共振峰值,在隔振區內阻尼迅速減小,因而具有優良的阻尼減振特性。

與現有針對貴重復方設備和文物的隔震裝置相比,該發明的優點在于:

1.該發明利用直線軸承作為導向桿,直線軸承軸向摩擦力很小且可控,徑向傳力可靠,實現了水平向和豎向的解耦,可以分別對水平向隔震參數和豎向隔震參數進行控制,使得隔震裝置的設計更為有理有據;

2.該發明通過調諧軌道進行水平向隔震,利用重力作為回復力進行滯回耗能,并且在端部增大軌道曲率、增設阻尼,實現了降低被隔震結構的響應加速度峰值的同時限制其位移幅值的目的;

3.該發明利用正交軌道將水平向地震作用分解,每個軌道弧分別對應一個滾輪,實現了同一方向各滾輪在弧面上的同步,保證了隔震裝置臺面在運動過程中的水平,這對于防止浮放物傾覆、滑移很重要;

4.為了保護貴重浮放文物和設備,不允許使用橡膠、油等可能導致次生災害的材料,因此該發明選用金屬橡膠作為豎向隔震材料,其變剛度、變阻尼特性所帶來的優良減隔震效果對豎向隔震有利。

附圖說明:

圖1是本發明的第一個實施例的立體結構示意圖;

圖2是本發明的第一個實施例的導向桿剖面詳圖;

圖3是本發明的第一個實施例的金屬橡膠部分剖面詳圖;

圖4是本發明的第一個實施例的調諧軌道的詳圖;

圖5是本發明的第一個實施例的分解結構第一較佳視角的立體示意圖;

圖6是本發明的第一個實施例的分解結構第二較佳視角的立體示意圖;

圖7是本發明的第二個較佳實施例的立體結構示意圖,在隔震裝置上面放置有浮放物。

圖中:1.底座板;2.導向套筒(直線軸承);3.導向桿(圓柱軸);4.導向桿支座;5.螺栓;6.金屬橡膠固定槽;7.金屬橡膠;8.“氣門型”導桿;9.固定金屬橡膠的頂板;10.螺栓拉桿;11.“氣門型”導桿支座;12.中間板;13.X方向調諧軌道;14.中間板上的阻尼固定板;15.X方向阻尼塊;16.帶滾輪滑板;17.X方向H型滾輪;18.Y方向H型滾輪;19.帶滾輪滑板上的阻尼固定板;20.Y方向阻尼塊;21.X方向阻尼擋板;22.臺面板;23.Y方向調諧軌道;24.Y方向阻尼擋板。

具體實施方式

如圖1所示,本發明是調諧軌道式三維隔震裝置,按結構功能劃分主要分為三個部分,即底座板1和中間板12之間的豎向隔震部分以及中間板12和臺面板22之間的水平隔震部分。兩個部分通過位于四個角相同型號的導向部分連接,既實現了三維隔震,又實現了水平向和豎向隔震的解耦。

導向部分主要包括導向套筒2、導向桿3、導向桿支座4以及螺栓5,其結構剖面詳圖如圖2所示。首先利用螺栓5將導向套筒2固定在底座板1的四個角,然后利用導向桿支座4將導向桿3固定在中間板12底部四個角的對應位置。如此一來,當導向桿3插入導向套筒2的時候,中間板12以及以上構件僅能相對于底座板1做豎向運動,實現了豎向與水平向的解耦。

豎向隔震部分主要包括金屬橡膠固定槽6、金屬橡膠7、端部帶有金屬橡膠固定槽的“氣門型”導桿8、固定金屬橡膠的頂板9、可調節螺栓拉桿10和“氣門型”導桿支座11,其結構剖面詳圖如圖3所示。首先將金屬橡膠固定槽6固定在底座板1正中央,然后在其中放置其中一塊金屬橡膠7,然后利用將“氣門型”導桿支座11將端部帶有金屬橡膠固定槽的“氣門型”導桿8固定在中間板12底部相應位置,然后將“氣門型”導桿8放在已經固定好的金屬橡膠7上,“氣門型”導桿8端部上面金屬橡膠固定槽內固定另外一個金屬橡膠7,最后利用可調節螺栓拉桿10緊固固定金屬橡膠的頂板9,使得兩塊金屬橡膠7夾緊“氣門型”導桿8的端部。如此一來,連接著“氣門型”導桿8的中間板12以及上部結構所受的豎向地震作用就能通過金屬橡膠7進行隔震。

如圖1所示是本發明的第一個實施例的立體結構示意圖,定義其左右方向為調諧軌道的X方向,另一個則為Y方向。在中間板12上面沿著X方向兩側固定有X方向的調諧軌道13,在其每個弧面上均有X方向H型滾輪17可以沿著弧面在X方向滾動,在這些滾輪中間固定著帶滾輪的滑板16。帶滾輪滑板16的另一方向兩側固定著Y方向H型滾輪18,因此下面固定有Y方向調諧軌道23的臺面板22就可以在Y方向H型滾輪18上沿著Y方向滑動。這樣就形成了在已進行豎向隔震的中間板12上面,利用調諧軌道13、23將水平向地震作用進行正交分解,通過延長自振周期和利用摩擦滯回耗能的方式實現水平隔震。

如圖4所示是調諧軌道弧面的立面詳圖,軌道弧面由兩種弧組成,分別是位于中間的半徑較大的主弧面A以及位于兩端半徑較小的小弧面B,主弧面A和小弧面B的交點相切,保證滾輪運動的連續性,也使得當滾輪運動到小弧面上時,由于弧面的曲率增大,滾輪受到的回復力也增大,對位移有一定的限制作用。與此同時各方向設計有阻尼塊(X方向阻尼塊15和Y方向阻尼塊20),與調諧軌道一起,對水平過大位移進行限位并且耗能。

如圖5、6所示是本發明的第一個實施例的分解結構的立體示意圖,立體展示了各構件的相互組合以及運動關系。按結構組成構件劃分,從下往上主要分為六個構件,第一個是底座板構件,在底座板1四個角點用螺栓5在固定導向套筒2,在其中間固定金屬橡膠固定槽6并預留可調節螺栓拉桿10;第二個是金屬橡膠構件,共有兩塊金屬橡膠7,用于受壓進行隔震;第三個是固定金屬橡膠的構件,通過可調節螺栓拉桿10固定其中金屬橡膠7,并使得金屬橡膠7夾住“氣門型”導桿8的端部,使得上部所受的豎向地震作用通過金屬橡膠進行隔震;第四個是中間板構件,在中間板12的下面四角利用導向桿支座4固定導向桿3,在其下面中央用“氣門型”導桿支座11固定端部帶有金屬橡膠固定槽的“氣門型”導桿8,使得中間板12以及上部構件僅相對于底座板1做豎向運動,且通過金屬橡膠7進行隔震。在中間板12上面沿X方向兩側固定X方向調諧軌道13,再在中央固定中間板上的阻尼固定板14以及X方向阻尼塊15,使得帶滾輪滑板以及其上結構可以相對于中間板構件沿X方向滑動,并在位移過大時通過X方向阻尼進行限位和耗能;第五個是帶滾輪的滑板構件,在其下面X方向兩端固定有X方向阻尼擋板21以及四個X方向H型滾輪17,在其Y方向兩端固定有四個Y方向H型滾輪18,在其上面固定有Y方向阻尼固定板19以及Y方向阻尼塊20,使得其在相對于下部結構進行X方向滑動的同時允許其上部構件進行Y方向的相對滑動,同時各方向的位移通過阻尼進行限位;第六個是臺面板構件,在臺面板22下面固定Y方向調諧軌道23,在其Y方向邊緣固定Y方向阻尼當班24,使得臺面板構件能相對于下面的帶滑輪滑板構件做Y方向的運動,且不超過一定的位移幅值。

如圖7所示是本發明的第二個較佳實施例的立體結構示意圖,在隔震裝置上面放置有花瓶,立體展示了隔震裝置在隔震過程中的效果。

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調諧 軌道 三維 裝置
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