无附加侧移刚度的抗拉隔震支座

技术领域

本发明涉及建筑结构工程领域，特指一种无附加侧移刚度的抗拉隔震支座。

背景技术

传统叠层橡胶隔震支座是由一层钢板和一层橡胶层层叠合起来，并经过特殊工艺将橡胶与钢板牢固地粘结在一起而形成，被广泛的应用于工程结构隔震领域。但是传统的叠层橡胶隔震支座存在如下的缺陷：一是支座抗拉能力不足：叠层橡胶隔震支座的轴向压缩刚度较大，而拉伸刚度很小，只为压缩刚度的1/5～1/10，其抗拉强度很小，现行规范也因此限制支座拉力的产生，然而，实际隔震结构中，支座拉力在很多情况下难以避免。二是水平限位能力不足：当压应力较大时，在水平力作用下，叠层橡胶支座产生的弯曲变形占总变形的主要部分，随着剪切变形角的增大，叠层橡胶隔震支座会出现剪应力下降的现象，即失稳破坏，这导致地震作用下支座产生过大水平位移而难以自复位，甚至可能因为二次弯矩而导致结构倾倒。

为解决上述传统叠层橡胶隔震支座存在的缺陷，现有技术文献(预应力厚层橡胶支座隔震性能研究[J].邹立华，饶宇，黄凯等，建筑结构学报，2013,34(2)：76-82页)、(带预应力橡胶支座相邻隔震结构碰撞分析[J].邹立华，郭润，黄凯等，振动与冲击，2014,33(9)：131-136页)提供了一种预应力橡胶隔震支座，参见图1所示，在支座10截面周边留设孔洞，孔洞贯穿顶板11、底板12以及设于顶板11和底板12之间的叠层橡胶支座13，在孔洞内穿设柔性预应力索14，在支座10承受上部结构传来的竖向荷载前，紧固该柔性预应力索14对叠层橡胶支座13施加竖向预压应力。这样的结构可提高支座抗拉能力；支座平移变形后有较强的自复位能力，水平限位能力较强；橡胶层厚度大于传统的普通叠层橡胶隔震支座，用以减小水平刚度及其预应力索的偶连。而上述的预应力橡胶隔震支座在实际应用中存在预应力索提供过大水平附加刚度，增加非线性，削弱了叠层橡胶支座的隔震性能，不利于结构设计的缺陷。如图2所示，图2中的RB为普通橡胶隔震支座，PRB为预应力隔震支座。由于预应力索会限制支座的水平变形，因而会提供很大的水平附加刚度，导致支座的水平刚度随着支座侧向位移的增大而增大。一方面，使隔震支座拥有较小的刚度是发挥其隔震作用的基本要求，较大地增加隔震支座刚度将可能降低其隔震性能；另一方面，该预应力隔震支座的水平刚度不平稳，具有很大的非线性，这对结构设计增加了很大的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种无附加侧移刚度的抗拉隔震支座，解决现有的预应力橡胶隔震支座存在的预应力索提供过大水平附加刚度而削弱隔震性能的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种无附加侧移刚度的抗拉隔震支座，包括相对设置的上支座板和下支座板以及连接于所述上支座板和所述下支座板之间的叠层橡胶支座，所述抗拉隔震支座还包括：

开设于所述下支座板上的调节孔；

穿过所述调节孔并拉结连接所述下支座板和所述上支座板的拉索，所述拉索与所述调节孔的孔壁之间留设有调节间隙；以及

对应所述调节孔设置的滑动板，所述滑动板套设于所述拉索并夹设于所述下支座板和所述拉索对应端部的紧固件之间，所述滑动板可相对于所述下支座板滑动，且所述拉索可于所述调节孔内移动调节以使得所述拉索保持竖直状。

本发明的抗拉隔震支座设置了调节间隙和滑动板，从而使得拉索在支座剪切变形时能够进行移动调节而保持竖直状态，不对支座产生附加侧移刚度，保证了叠层橡胶支座的隔震性能，解决了现有的预应力橡胶隔震支座存在的预应力索提供过大水平附加刚度而削弱隔震性能的问题。当支座的剪切变形很大时，拉索因调节间隙和滑动板位移的限制而不再保持竖直状态并产生变形，使得叠层橡胶支座的侧移刚度逐渐变大，起到了限制水平变形，防止剪切失稳的作用。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述拉索设于所述叠层橡胶支座的外侧。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述拉索在所述抗拉隔震支座安装于设定位置后通过位于所述拉索端部的紧固件张紧，且所述紧固件的张紧力小于等于所述叠层橡胶支座受到的压应力。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述拉索沿所述叠层橡胶支座的外侧的圆周均匀布设。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述滑动板和所述下支座板之间涂有润滑油。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述滑动板和所述下支座板之间夹设有滚珠。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述上支座板和所述下支座板均包括相对设置的第一连接板和第二连接板以及支撑连接于所述第一连接板和所述第二连接板之间的撑板；

所述上支座板和所述下支座板中的第二连接板与所述叠层橡胶支座和所述拉索连接。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述拉索设有外螺纹，所述紧固件为紧固螺母。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述拉索为钢绞线。

本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的进一步改进在于，所述调节孔为圆形孔。

附图说明

图1为现有技术中预应力橡胶隔震支座的结构示意图。

图2为现有技术中预应力橡胶隔震支座和普通橡胶隔震支座的刚度曲线。

图3为本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的结构示意图。

图4为本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的侧视图。

图5为图4中的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图3，本发明提供了一种无附加侧移刚度的抗拉隔震支座，在上支座板和下支座板之间拉结连接拉索，通过设置调节孔和滑动板令拉索有一定的移动范围，可在抗拉隔震支座剪切变形的一定范围内，该拉索通过移动调节而保持竖直状态，不对抗拉隔震支座产生附加侧移刚度，保证了叠层橡胶支座的隔震性能，在抗拉隔震支座受到很大的剪切变形时，拉索因滑动板和调节孔的限制而不再保持竖直状态并产生变形，使得隔震支座的侧移刚度逐渐变大，起到了限制水平变形，防止剪切失稳的作用。下面结合附图对本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座进行说明。

参阅图3，显示了本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座的结构示意图。下面结合图3，对本发明无附加侧移刚度的抗拉隔震支座进行说明。

如图3所示，本发明的无附加侧移刚度的抗拉隔震支座20包括相对设置的上支座板21和下支座板22以及连接在上支座板21和下支座板22之间的叠层橡胶支座23，该叠层橡胶支座23包括相互交叠的多层钢板和多层橡胶层。本发明的抗拉隔震支座20还包括调节孔24、拉索25以及滑动板26，调节孔24开设于下支座板22上，拉索25穿过调节孔24并拉结连接下支座板22和上支座板21，拉索25和调节孔24的孔壁之间留设有调节间隙；滑动板26对应调节孔24设置，滑动板26套设在拉索25上并夹设于下支座板22和拉索25对应端部的紧固件27之间，滑动板26可相对于下支座板22滑动，且拉索25可于调节孔24内移动调节以使得拉索25保持竖直状。

抗拉隔震支座20在使用时，通过上支座板21和下支座板22来安装到需隔震的结构上，结构受到震动荷载(比如地震或风震)时，荷载对上支座板21和下支座板22施加沿水平方向移动的作用力(通常表现为上支座板21因荷载而相对于下支座板22水平移动)，该作用力作用于上支座板21和下支座板22之间的叠层橡胶支座23上，叠层橡胶支座23上的橡胶层会发生剪切变形从而消耗该作用力，起到隔震的效果。

如图1所示，而图1中的预应力橡胶隔震支座10其上预先张紧的柔性预应力索14，对叠层橡胶支座13提供了很大的水平附加刚度，在叠层橡胶支座13水平变形时会受到柔性预应力索14的限制，从而削弱了叠层橡胶支座13的隔震性能。

为解决图1中设置的柔性预应力索14存在的限制叠层橡胶支座13水平变形的问题。如图3和图5所示，本发明的抗拉隔震支座20在下支座板22上为拉索25开设了调节孔24，调节孔24的孔壁和拉索25的外表面之间留设有调节间隙，通过设置调节间隙而使得该拉索25可于调节孔24内进行移动调节，进一步地为实现拉索25的移动调节，在下支座板22和拉索25的连接处垫设滑动板26，该滑动板26夹设在下支座板22和对应的紧固件27之间，通过滑动板26相对于下支座板22的移动而实现拉索25在调节孔24内的移动调节。具体地，在隔震的结构受到荷载而对上支座板21施加水平作用力时，上支座板21在该水平作用力的作用下而平移，进而带动了拉索25与上支座板21连接的端部而平移，拉索25的下部通过滑动板26的平移而在调节孔24内随着上支座板21一同平移，从而该拉索25能够保持竖直状，不会对叠层橡胶支座23施加附加的侧移刚度，进而该叠层橡胶支座23能够发挥其隔震性能，通过橡胶层的剪切变形来消耗上支座板21受到的荷载。通过上述分析可知，本发明的拉索25通过设置调节孔24和滑动板26能够解决图1中的预应力橡胶隔震支座10存在的预应力索提供过大水平附加刚度，增加非线性，不仅削弱隔震性能，还不利于结构设计的问题。本发明的拉索25在调节孔24内留设的调节间隙的范围内实现了一定程度的调节功能，在抗拉隔震支座20剪切变形的一定范围内，拉索25通过移动调节而保持竖直状态，不会产生附加侧移刚度，保证了叠层橡胶的隔震性能。在抗拉隔震支座20剪切变形很大时，拉索25因调节孔24和滑动板26位移的限制而不再保持竖直并产生变形，使得抗拉隔震支座20的侧移刚度逐渐变大，起到了限制水平变形，防止剪切失稳的作用。

作为本发明的一较佳实施方式，拉索25在抗拉隔震支座20安装于设定位置后通过位于拉索25端部的紧固件27张紧，且紧固件27的张紧力小于等于叠层橡胶支座20受到的压应力。

如图1所示，图1中的预应力橡胶隔震支座10还存在这样一个问题：支座承受较大压应力，且橡胶层较厚，降低了橡胶层的剪切稳定性。预应力橡胶隔震支座10先通过张紧预应力索14对叠层橡胶支座13的橡胶层施加一定的预压力σ_p，当施加上部结构荷载后(设上部结构荷载传来的平均压力为σ_q)，荷载由预应力索松弛来抵消，橡胶层压应力几乎保持σ_p不变，为了保证预应力索14有效需满足σ_p>σ_q，也即橡胶层承受的实际压应力大于上部结构传递下来的荷载压力；此外，由于预应力隔震支座10的橡胶层较厚，一次形状系数S1和二次形状系数S2都较小，其中的一次形状系数S1为橡胶层的直径除以4倍的单层橡胶层的厚度，二次形状系数S2为橡胶层的直径除以所有橡胶层的厚度之和。当叠层橡胶支座13的橡胶层的压应力较大，一次形状系数S1和二次形状系数S2都较小时，橡胶层产生的弯曲变形占总变形的主要部分，总变形包括剪切变形和弯曲变形，其中的剪切变形是指橡胶层受到水平方向的作用力而产生的变形，而弯曲变形是指橡胶层受到集中作用于某一部分的竖直方向的作用力而发生的变形，比如发生倾斜变形。橡胶层的剪应力在大剪切变形状态下会出现软化的现象，即当剪切变形达到某临界值时，剪切刚度随剪切角增大而减小，这将导致制作出现失稳破坏。

为解决图1中的预应力橡胶隔震支座存在的支座承受较大压应力，且橡胶层较厚，降低了橡胶层的剪切稳定性的问题，如图3至图5所示，本发明的拉索25两端的紧固件27采用后张紧的方式紧固，即在上支座板21和下支座板22安装到对应的结构上之后，再通过紧固件27张紧拉索25，这样既能够保证拉索发挥抗拉作用，又可以减小叠层橡胶支座23的橡胶层承受额外的压应力，进一步地，该紧固件27的张紧力小于等于叠层橡胶支座23受到的压应力。为确保拉索25的抗拉作用，施加于紧固件27的张紧力小于叠层橡胶支座20受到的压应力应理解为张紧力略小于压应力，且本发明采用后张紧的方式，对紧固件27施加的张紧力可较容易的调整到与压应力相等，所以较佳的张紧拉索25时施加的张紧力等于叠层橡胶支座23受到的压应力，进而实现了不对叠层橡胶支座23的橡胶层施加额外的应力，同时还保证了滑动板26能够滑移。

进一步地，本发明的拉索25采用后张紧，使得本发明的叠层橡胶支座23内的橡胶层无需设置较厚，本发明的叠层橡胶支座23可采用现有的普通的叠层橡胶支座，从而本发明的抗拉隔震支座20的橡胶层受到的压应力较小(仅为上部结构荷载传来的压应力)，一次形状系数S1和二次形状系数S2相对于图1中的预应力橡胶隔震支座10都较大，这样使得本发明的抗拉隔震支座20的橡胶层产生的剪切变形占总变形的主要部分，橡胶层的剪应力在大剪切变形状态下会出现应变硬化的现象，即剪切刚度在大变形时随剪切角增大而增大，这是一种稳定的状态，使得抗拉隔震支座20拥有稳定的自复位能力。

作为本发明的另一较佳实施方式，如图3至图5所示，拉索25设于叠层橡胶支座23的外侧。这样提高了抗拉隔震支座20的抵抗弯曲变形的能力，大幅提高了叠层橡胶支座23的抗弯截面模量，提高了叠层橡胶支座23的抗弯能力，增加了抗拉隔震支座20的抗失稳能力。

进一步地，拉索25沿叠层橡胶支座23的外侧的圆周均匀布设。

作为本发明的又一较佳实施方式，滑动板26和下支座板22之间涂有润滑油。通过设置润滑油使得滑动板26的滑动较为顺利。

作为本发明的再一较佳实施方式，滑动板26和下支座板22之间夹设有滚珠，通过设置滚珠使得滑动板26的滑动较为顺利。在设置滚珠时，在下支座板22上对应设置容置滚珠的嵌槽，使得滚珠安装于嵌槽内且滚珠有部分露出嵌槽的槽口，从而滑动板26贴设在滚珠露出的部分上，通过滚珠的滚动以方便滑动板26的滑动。

作为本发明的再又一较佳实施方式，如图3和图4所示，本发明的抗拉隔震支座20的上支座板21包括相对设置的第一连接板211和第二连接板212以及支撑连接在第一连接板211和第二连接板212之间的撑板213，撑板213包括位于第一连接板211中部的环形撑板和沿第一连接板211的对角线设置的斜撑板，环形撑板和斜撑板均支撑连接于第一连接板211和第二连接板212，通过设置的撑板213使得第一连接板211和第二连接板212之间有一定的间距，形成了操作空间，通过该操作空间可方便装配拉索和上支座板21上的紧固连接件。

下支座板22的结构与上支座板21的结构相同，下支座板22包括相对设置的第一连接板221和第二连接板222以及支撑连接在第一连接板221和第二连接板222之间的撑板223，撑板223包括位于第一连接板221中部的环形撑板和沿第一连接板221的对角线设置的斜撑板，环形撑板和斜撑板均支撑连接于第一连接板221和第二连接板222，通过设置的撑板223使得第一连接板221和第二连接板222之间有一定的间距，形成了操作空间，通过该操作空间可方便装配拉索和下支座板22上的紧固连接件。

上支座板21的第二连接板212和下支座板22的第二连接板222与叠层橡胶支座23和拉索25连接。在叠层橡胶支座23的顶部和底部均设置有封板，上支座板21的第二连接板212和下支座板22的第二连接板222和对应的封板相贴并通过螺钉固定连接。

结合图4和图5所示，由于第二连接板222上开设调节孔24，所以将第二连接板222的尺寸设计成大于第一连接板221的尺寸，从而在第二连接板222的侧部为调节孔24提供设置的空间。

如图3所示，在上支座板21的第一连接板221上设置有多个装配孔，通过装配孔中穿过紧固连接件而将该上支座板21的第一连接板221安装到需隔震的结构上。同样地，在下支座板22的第一连接板221上也设置了用于安装的多个装配孔。

作为本发明的再又一较佳实施方式，拉索25设有外螺纹，紧固件27为紧固螺母。拉索25的一端穿过上支座板21的第二连接板212并螺合紧固螺母，从而将拉索25的端部连接在第二连接板212上；拉索25的另一端从第二连接板222的调节孔24穿过并螺合紧固螺母，在螺合紧固螺母之前先在该端部处套设滑动板26，通过紧固螺母将拉索25的端部连接在第二连接板222上。初始时，两个紧固螺母可均不拧紧，在上支座板21和下支座板22安装到指定的结构上之后，再将两个紧固螺母拧紧，以将拉索25张紧。

较佳地，拉索25为钢绞线。

进一步地，为提高拉索25的稳定性，在上支座板21上用于连接拉索25连接孔内嵌入密封圈，从而使得拉索25与上支座板21紧密连接，而不会发生相对位移。而调节孔24内为拉索25留设了调节间隙，使得拉索25与下支座板21连接端部位置可调，当然调节间隙的调节范围不能无限大，较佳地，该调节间隙(即拉索25的外表面距调节孔24孔壁的距离)的最大值等于叠层橡胶支座23中橡胶层总厚度的一半，其中橡胶层总厚度应扣除叠层橡胶支座23中钢板的厚度。

较佳地，调节孔24为圆形孔。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。