变刚度隔震支座
技术领域
本发明涉及建筑工程、桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于建筑工程结构、桥梁结构的变刚度隔震支座。
背景技术
在建筑结构设计中，设置隔震、减震支座能有效减轻地震灾害。
按国家标准GB50011-2001《建筑抗震设计规范》的要求，通常采用橡胶隔震支座作为隔震装置。现有的隔震支座一般包括叠层橡胶及设置在叠层橡胶上下方的上隔板、下隔板，隔震支座的上隔板、下隔板分别通过上下连接板与建筑物连接。
现有的隔震支座水平刚度固定，即隔震支座开始发生变形时的水平力是固定的，且其发生变形时所产生的阻尼力也是固定的。如果建筑物使用水平刚度较大的隔震支座，在发生等级较小的地震时，隔震支座受到的外力小于能发生变形的最小的力，隔震支座不发生变形，不能起到隔震、减震作用；如果建筑物使用水平刚度较小的隔震支座，当在发生等级较大的地震时，隔震支座受到的外力可能大于其能承受的最大力，隔震支座发生过度变形甚至毁坏，危及建筑物的安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种变刚度的隔震支座，能够根据地震等级的不同提供相应的水平刚度和阻尼力，即在较小地震时提供较小的水平刚度和阻尼力、在较大地震时提供较大的水平刚度和阻尼力。
为了解决上述问题，本发明提供了一种变刚度隔震支座，包括上连接板、下连接板、设置在上连接板与下连接板之间的内支座以及套设在内支座外的外支座，内支座和外支座之间留有空隙；内支座的下端和外支座的下端均与下连接板固定连接；内支座的上端与上连接板固定连接；外支座的上端通过摩擦型滑板与上连接板滑动连接，其中摩擦型滑板包括上下贴合的上滑板与下滑板，上滑板与上连接板固定连接，下滑板与外支座的上端固定连接。
为了增大变刚度隔震支座的阻尼力，内支座中部安装有铅芯和/或外支座内嵌套有横截面为环状的铅芯。
为了增强变刚度隔震支座的抗拉能力，内支座中部安装有与所述上连接板和所述下连接板连接的抗拉杆。为了同时增大阻尼力，作为优选，外支座内还嵌套有横截面为环状的铅芯。
为了进一步增强变刚度隔震支座的抗拉能力，在内支座中部安装有抗拉杆，同时绕外支座的外围均匀设置有多个抗拉杆，所述多个抗拉杆均与所述上连接板和所述下连接板连接。为了增大变刚度隔震支座的阻尼力，作为优选，外支座内还嵌套有横截面为环状的铅芯。
为了增强变刚度隔震支座的抗拉能力，绕外支座的外围均匀设置有多个抗拉杆，所述多个抗拉杆均与所述上连接板和所述下连接板连接。为了增大其阻尼力，作为优选，还可以在内支座中部安装有铅芯和/或外支座内嵌套有横截面为环状的铅芯。
如上所述的外支座外设置有多个抗拉杆的变刚度隔震支座，所述多个抗拉杆为四个或八个，均匀设置在外支座体外，并与上连接板和下连接板连接。
本发明的变刚度隔震支座可以在不同受力状态下提供不同的水平刚度和阻尼力，可满足中高层建筑在遇到不同等级地震时的隔震、减震需求，能有效降低地震灾害的影响，保障生命财产安全。
附图说明
图1为本发明的变刚度隔震支座的实施例1的纵剖面结构示意图；
图2为图1的A1-A1向截面示意图；
图3为本发明的变刚度隔震支座的实施例1的内支座发生变形时的纵剖面结构示意图；
图4为本发明的变刚度隔震支座的实施例1的内、外支座均发生变形时的纵剖面结构示意图；
图5为本发明的变刚度隔震支座的实施例2(内支座中部有铅芯)的纵剖面结构示意图；
图6为图5的A2-A2向截面示意图；
图7为本发明的变刚度隔震支座的实施例3(外支座内有铅芯)的纵剖面结构示意图；
图8为图7的A3-A3向截面示意图；
图9为本发明的变刚度隔震支座的实施例4(内支座中部有铅芯、外支座内有铅芯)的纵剖面结构示意图；
图10为图9的A4-A4向截面示意图；
图11为本发明的变刚度隔震支座的实施例5(内支座中部有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图12为图11的B1-B1向截面示意图；
图13为本发明的变刚度隔震支座的实施例6(外支座外有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图14为图13的B2-B2向截面示意图；
图15为本发明的变刚度隔震支座的实施例7(内支座中部有抗拉杆、外支座外有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图16为图15的B3-B3向截面示意图；
图17为本发明的变刚度隔震支座的实施例8(内支座中部有抗拉杆、外支座内有铅芯)的纵剖面结构示意图；
图18为图17的C1-C1向截面示意图；
图19为本发明的变刚度隔震支座的实施例9(内支座中部有抗拉杆、外支座外有抗拉杆，外支座内有铅芯)的纵剖面结构示意图；
图20为图19的C2-C2向截面示意图；
图21为本发明的变刚度隔震支座的实施例10(内支座中部有铅芯、外支座外有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图22为图21的C3-C3向截面示意图；
图23为本发明的变刚度隔震支座的实施例11(外支座内有铅芯、外支座外有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图24为图23的C4-C4向截面示意图；
图25为本发明的变刚度隔震支座的实施例12(内支座中部有铅芯、外支座内有铅芯、外支座外有抗拉杆)的纵剖面结构示意图；
图26为图25的C5-C5向截面示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。
实施例1
如图1、图2所示，本发明的变刚度隔震支座的实施例1，包括上连接板3、下连接板4，设置在上连接板3与下连接板4之间的内支座1及套设在内支座1外的外支座2，内支座1和外支座2之间留有空隙；内支座1的下端和外支座2的下端均与下连接板3固定连接；内支座1的上端与上连接板3固定连接；外支座2的上端通过摩擦型滑板7与上连接板3滑动连接，其中摩擦型滑板7包括上下贴合的上滑板71与下滑板72，上滑板71与上连接板3固定连接，下滑板72与外支座2的上端固定连接。其中，内支座1和外支座2通过下隔板6固定连接在与下部建筑物相连的下连接板4上；内支座1通过上隔板5固定连接在与上部建筑物相连的上连接板3上。
实施例1中的内支座1为圆柱状，外支座2为圆环状，内支座1和外支座2均为叠层橡胶支座，当然内支座1和外支座2也可以为其它形状，只要能实现本发明的目的即可。
以下结合附图详细说明本发明实施例1的变刚度隔震支座实现在不同等级的地震时提供不同的水平刚度的工作过程。如图3所示，本发明的变刚度隔震支座在遇到低等级地震或者风载荷作用时，上连接板3和下连接板4之间发生水平位移，带动固定连接在上连接板3和下连接板4之间的内支座1发生变形，此时，连接在上连接板3与外支座2之间的摩擦型滑板7的上滑板71与下滑板72之间发生滑动，从而起到缓冲冲击的作用。如图4所示，当外力持续增大时，内支座1持续变形，与内支座1相连的上隔板5被外支座2上的下滑板72阻挡，此时内支座1和外支座2共同起到缓冲作用，发生变形，其水平刚度就是内支座1和外支座2的水平刚度之和，从而能够提供更强的减震能力。当然，当内支座1与上连接板3之间直接连接，不设置上隔板5时，受到外力时，内支座1发生变形直至靠在外支座2上端的下滑板72上，内支座1与外支座2共同起到缓冲作用，发生变形。
从以上对本发明的变刚度隔震支座实施例1的工作过程的描述可以看到，当外力较小时，水平尺寸较小的内支座1发生变形，提供较小的水平刚度和阻尼力；当外力较大时，内支座1和外支座2共同发生变形，提供较大的水平刚度和阻尼力，从而实现根据地震等级的不同提供相应的水平刚度和阻尼力。
实施例2-4
实施例2-4是增加了阻尼装置(铅芯)的变刚度隔震支座。
为了增大变刚度隔震支座的阻尼力，增强其在遇到地震时的耗能能力，在内支座1中部安装有铅芯8和/或外支座2内嵌套有横截面为环状的铅芯10。如图5和图6所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例2，实施例2与实施例1的区别在于内支座1中部有铅芯8。如图7和图8所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例3，实施例3与实施例1的区别在于外支座2内嵌套有横截面为环状的铅芯10。铅芯8能够为内支座1提供更大的阻尼力，横截面为环状的铅芯10能够为外支座2提供更大的阻尼力。
如图9和图10所示的本发明的变刚度隔震支座实施例4，实施例4与实施例1的区别在于内支座1中心有铅芯8、同时外支座2内嵌套有横截面为环状的铅芯10。铅芯8和横截面为环状的铅芯10能同时增大内支座1和外支座2在发生变形时的阻尼力，从而进一步提高其消耗能量的能力，进一步增强减震效果。
实施例5-7
实施例5-7是增加了阻尼装置(抗拉杆)的变刚度隔震支座。
为了提高变刚度隔震支座的抗拉能力，保护其在受到竖直方向的拉力时不被损坏，可在内支座1中部安装有抗拉杆9和/或绕外支座2的外围均匀设置有多个抗拉杆9。如图11和图12所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例5，实施例5与实施例1的区别在于内支座1中部有抗拉杆9。如图13和图14所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例6，实施例6与实施例1的区别在于绕外支座2的外围均匀设置有四个抗拉杆9，抗拉杆9分别与上连接板3和下连接板4固定连接。抗拉杆9能够提高变刚度隔震支座的抗拉能力，保护其在受到竖直方向的拉力时不被损坏。如图15和图16所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例7，实施例7与实施例1的区别在于内支座1中部有抗拉杆9，同时绕外支座2的外围均匀设置有四个抗拉杆9，抗拉杆9分别与上连接板3和下连接板4固定连接。在内支座1中部和外支座2外都设置抗拉杆9，能进一步提高变刚度隔震支座的抗拉能力，保护其在受到竖直方向的拉力时不被损坏。
实施例8-12
实施例8-12是同时增加了阻尼装置(铅芯)和抗拉装置(抗拉杆)的变刚度隔震支座。
为了同时增强变刚度隔震支座的阻尼力和抗拉能力，使得变刚度隔震支座具有减震和抗拉的双重效果，可以在实施例1的变刚度隔震支座中同时增设阻尼装置(铅芯8和/或横截面为环状的铅芯10)和抗拉装置(抗拉杆9)。
如图17和图18所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例8，实施例8与实施例1的区别在于，内支座1中部安装有抗拉杆9，抗拉杆9分别与上连接板3和下连接板4连接，并且外支座2内嵌套有横截面为环状的铅芯10。横截面为环状的铅芯10能够为外支座2提供更大的阻尼力，从而能在外支座2发生变形时消耗更多的能量；抗拉杆9能够提高变刚度隔震支座的抗拉能力，保护其在受到竖直方向的拉力时不被损坏。抗拉杆9和横截面为环状的铅芯10能起到同时增强变刚度隔震支座的阻尼力和抗拉能力的作用，使得变刚度隔震支座具有减震和抗拉的双重效果。如图19和图20所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例9，实施例9与实施例8的区别在于，绕外支座2的外围均匀设置有四个抗拉杆9，并分别与上连接板3和下连接板4连接。外支座2外的抗拉杆9能进一步增强变刚度隔震支座的抗拉能力，保护其不被竖直方向的外力损坏。
实施例10-12是在实施例2-4的基础上分别在外支座外设置多个抗拉杆而形成的。
如图21和图22所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例10，实施例10与实施例2的区别在于，外支座2外设有多个抗拉杆9。
如图23和图24所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例11，实施例11与实施例3的区别在于，外支座2外设有多个抗拉杆9。
如图25和图26所示的本发明的变刚度隔震支座的实施例12，实施例12与实施例4的区别在于，外支座2外设有多个抗拉杆9。
实施例10-12中，所述抗拉杆9为四个，绕外支座2的外围均匀设置，并分别与上连接板3和下连接板4固定连接。铅芯8和/或横截面为环状的铅芯10能进一步提高增强变刚度隔震支座的阻尼力，提高其消耗能量的能力，同时抗拉杆9又能起到增强抗拉能力的作用，使得变刚度隔震支座具有减震和抗拉的双重效果。
实施例2-12中的变刚度隔震支座在遇到外力时的工作过程与实施例1类似，只是通过在内支座中增设铅芯8，增大了其在较小外力时的阻尼力；在外支座2内增设横截面为环状的铅芯10，增大了其在较大外力时的阻尼力。
本发明的变刚度隔震支座可以在受到较小载荷如风载荷或者发生小地震时，通过内支座1提供较小的隔震、减震能力，在发生较大地震时，通过内支座1和外支座2共同提供较大的隔震、减震能力，可满足中高层建筑不同情形下的隔震需求。应用在建筑、桥梁工程领域，能有效降低地震灾害的影响，保障生命财产安全。
当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。