【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程振动控制，特别是涉及一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置。
技术介绍
1、城市建设飞快与轨道交通发展迅速，造成了建筑与轨道交通不可避免的空间交叉，轨道交通运行过程中产生的振动与噪声，对建筑正常使用功能的干扰是目前轨道交通毗邻建筑设计不可忽视的重要问题之一。同时，我国地处亚欧板块与太平洋板块的交界处，地震的防御与减轻是我国建筑工程领域无可回避的重要课题。
2、目前针对我国日益常见的轨道交通临近建筑工程，尚未有可靠实用的振震双控技术，能够同时解决地震灾害防御与轨道交通振动控制的两个重大工程问题，现有技术往往仅以地震灾害防御与轨道交通振动控制其中的一个问题为主，要么仅能降低正常使用下的地铁振动影响，要么仅能减小地震下的破坏，对另一个重大问题缺乏有效的控制，难以切实保证轨道交通临近建筑的安全性与功能性的协调统一(如cn106869568a公开的一种三维隔震减振装置及其隔震减振方法，cn112575920a公开的基于金属弹簧和橡胶支座并联的多功能震振双控隔震支座，cn114687601a公开的一种多维隔震_振滑板支座以及cn116716988a公开的具备水平滑动和竖向隔振的三维隔震_振支座及成型方法等等)；当下振震双控技术发展不充分，更别提有效的振震双控装置，而性能可靠稳定的装置对于实现真正的振震双控意义重大。
3、因此，需要新的技术方法，以至少部分解决现有技术中存在的不足。
技术实现思路
1、为了克服现有技术手段无法协调解决地震灾害防御与轨
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，包括大线径弹簧、小线径弹簧、碟形弹簧、金属橡胶、带中间板的厚型高阻尼橡胶、盖板、中间板、底板、弹性垫板以及限位螺栓；其中，大线径弹簧、小线径弹簧、碟形弹簧、金属橡胶的上、下端分别与盖板、中间板连接；带中间板的厚型高阻尼橡胶位于中间板、底板之间；
4、所述大线径弹簧沿盖板周边对称呈矩形布置，所述碟形弹簧位于金属橡胶上、下空腔内并中心对齐，所述碟形弹簧与盖板中心重合，所述小线径弹簧沿金属橡胶外围呈环形布置，即小线径弹簧位于周边大线径弹簧与中心碟形弹簧之间；限位螺栓下端固定于中间板的上表面，其上端穿过盖板及四个角部位置的大线径弹簧，并通过盖板上表面设置的螺栓及弹性垫板拧紧固定。
5、进一步地，所述盖板上表面还设置有承载板；所述承载板呈网格状布置。
6、进一步地，所述振震双控装置通过限位螺栓、弹性垫板、盖板及中间板可实现竖向装配预压变形量的最大值为12mm～15mm，此时蝶形弹簧及金属橡胶的上端与盖板下表面接触顶紧。
7、进一步地，工程应用时，上部荷载作用通过承载板传递至所述大承载振震双控装置；正常使用工况下，所述大线径弹簧、小线径弹簧、碟形弹簧、金属橡胶产生竖向变形，此时竖向承载刚度主要由大线径弹簧及小线径弹簧提供，上述弹簧的整体竖向压缩变形17mm～20mm，此时体系的竖向频率为3.5hz～3.8hz，可有效隔离轨道交通振动，碟形弹簧、金属橡胶的变形不大于5mm，通过碟形弹簧之间的摩擦及金属橡胶竖向变形提供阻尼，进一步减小轨道交通运行产生的振动。
8、进一步地，当地震发生时，所述大线径弹簧、小线径弹簧的整体竖向变形超过20mm，此时碟形弹簧变形逐步加大直至压并状态，此时振震双控装置的竖向刚度主要由压并后的碟形弹簧提供，且其刚度大于所述大线径弹簧及小线径弹簧的刚度之和，同时叠合放置的碟形弹簧之间的摩擦作用、金属橡胶的变形更明显，提供有效竖向阻尼，消耗了地震能量；所述限位螺栓及弹性垫板用于避免竖向地震下出现的弹簧元件受拉，保护弹簧安全。
9、进一步地，水平地震作用下，大承载振震双控装置的水平变形主要发生在带中间板的厚型高阻尼橡胶，通过水平柔性延长体系自振周期，形成水平隔振体系，显著降低水平地震能量输入，减小水平地震作用。
10、进一步地，所述大承载振震双控装置的整体刚度计算方法为：正常使用工况下，竖向整体刚度计算方法为∑ed大4/16nd大3(1+ν)+∑ed小4/16nd小3(1+ν)，其中d为弹簧线径，d为中径，ν为泊松比取0.3；地震工况下整体竖向刚度为∑ea/h等效，a为碟簧压并后的投影面积，h等效为碟簧压并后的等效厚度。
11、进一步地，所述大线径弹簧、小线径弹簧、碟形弹簧的具体的数量或尺寸的设置方法为：大线径弹簧数量为12个，沿盖板周边均匀对称呈矩形布置，高度不大于300mm，线径不小于50mm，中径为170mm～200mm；小线径弹簧数量为8个，沿金属橡胶呈环形布置，高度与大线径弹簧一致，线径不小于25mm，中径为60～80mm；碟形弹簧沿金属橡胶的上下空腔对称布置，上下各7个，呈对合布置，每个碟簧自由高度18～20mm，内锥高度5mm～6mm，外径230mm～250mm，内径120～130mm，厚度12mm～14mm。
12、进一步地，所述大线径弹簧、小线径弹簧、碟形弹簧、金属橡胶构成上部竖向隔震装置；带中间板的厚型高阻尼橡胶与上部竖向隔震装置刚度优化方法：厚型高阻尼橡胶的竖向刚度不低于上部竖向隔振装置正常使用刚度的10倍。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、1、利用大线径弹簧与小线径弹簧的有效组合，显著提升了竖向承载能力，实现了建筑工程大承载低频竖向隔振，同时利用碟形弹簧变形过程中的摩擦、金属橡胶材料的变形提供竖向阻尼耗能，进一步减小竖向振动。
15、2、通过大线径弹簧、小线径弹簧组合与碟形弹簧二者在不同变形状态的竖向刚度贡献形成变刚度，利用碟形弹簧摩擦、金属橡胶材料变形及高阻尼橡胶水平大变形提供稳定耗能，有效隔离轨道交通振动的同时，有效减小地震下整个装置的竖向变形，形成了安全稳定的三维隔振体系，可靠实现了对轨道交通振动、竖向地震两种振动工况的协调统一控制，保证了轨道交通毗邻建筑的功能性与安全性。
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1.一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，包括大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)、带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)、盖板(7)、中间板(8)、底板(9)、弹性垫板(10)以及限位螺栓(11)；其中，大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)的上、下端分别与盖板(7)、中间板(8)连接；带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)位于中间板(8)、底板(9)之间；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述盖板(7)上表面还设置有承载板(6)；所述承载板(6)呈网格状布置。
3.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述振震双控装置通过限位螺栓(11)、弹性垫板(10)、盖板(7)及中间板(8)可实现竖向装配预压变形量的最大值为12mm～15mm，此时蝶形弹簧(3)及金属橡胶(4)的上端与盖板(7)下表面接触顶紧。
4.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：工程应用时，上部荷载作用
5.根据权利要求4所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：当地震发生时，所述大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)的整体竖向变形超过20mm，此时碟形弹簧(3)变形逐步加大直至压并状态，此时振震双控装置的竖向刚度主要由压并后的碟形弹簧(3)提供，且其刚度大于所述大线径弹簧(1)及小线径弹簧(2)的刚度之和，同时叠合放置的碟形弹簧(3)之间的摩擦作用、金属橡胶(4)的变形更明显，提供有效竖向阻尼，消耗了地震能量；所述限位螺栓(11)及弹性垫板(10)用于避免竖向地震下出现的弹簧元件受拉，保护弹簧安全。
6.根据权利要求5所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：水平地震作用下，大承载振震双控装置的水平变形主要发生在带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)，通过水平柔性延长体系自振周期，形成水平隔振体系，显著降低水平地震能量输入，减小水平地震作用。
7.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述大承载振震双控装置的整体刚度计算方法为：正常使用工况下，竖向整体刚度计算方法为∑Ed大4/16nD大3(1+ν)+∑Ed小4/16nD小3(1+ν)，其中d为弹簧线径，D为中径，ν为泊松比，取0.3；地震工况下整体竖向刚度为∑EA/h等效，A为碟簧压并后的投影面积，h等效为碟簧压并后的等效厚度，E是弹性模量。
8.根据权利要求7所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)的具体的数量或尺寸的设置方法为：大线径弹簧(1)数量为12个，沿盖板(7)周边均匀对称呈矩形布置，高度不大于300mm，线径不小于50mm，中径为170mm～200mm；小线径弹簧(2)数量为8个，沿金属橡胶(4)呈环形布置，高度与大线径弹簧(1)一致，线径不小于25mm，中径为60～80mm；碟形弹簧(3)沿金属橡胶(4)的上下空腔对称布置，上下各7个，呈对合布置，每个碟簧自由高度18～20mm，内锥高度5mm～6mm，外径230mm～250mm，内径120～130mm，厚度12mm～14mm。
9.根据权利要求8所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)构成上部竖向隔震装置；所述带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)与上部竖向隔震装置刚度优化方法：带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)的竖向刚度不低于上部竖向隔振装置正常使用刚度的10倍。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，包括大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)、带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)、盖板(7)、中间板(8)、底板(9)、弹性垫板(10)以及限位螺栓(11)；其中，大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)的上、下端分别与盖板(7)、中间板(8)连接；带中间板的厚型高阻尼橡胶(5)位于中间板(8)、底板(9)之间；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述盖板(7)上表面还设置有承载板(6)；所述承载板(6)呈网格状布置。
3.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：所述振震双控装置通过限位螺栓(11)、弹性垫板(10)、盖板(7)及中间板(8)可实现竖向装配预压变形量的最大值为12mm～15mm，此时蝶形弹簧(3)及金属橡胶(4)的上端与盖板(7)下表面接触顶紧。
4.根据权利要求1所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：工程应用时，上部荷载作用通过承载板(6)传递至所述大承载振震双控装置；正常使用工况下，所述大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)、碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)产生竖向变形，此时竖向承载刚度主要由大线径弹簧(1)及小线径弹簧(2)提供，上述弹簧的整体竖向压缩变形17mm～20mm，此时体系的竖向频率为3.5hz～3.8hz，可有效隔离轨道交通振动，碟形弹簧(3)、金属橡胶(4)的变形不大于5mm，通过碟形弹簧(3)之间的摩擦及金属橡胶(4)竖向变形提供阻尼，进一步减小轨道交通运行产生的振动。
5.根据权利要求4所述的一种基于多阶竖向刚度的大承载振震双控装置，其特征在于：当地震发生时，所述大线径弹簧(1)、小线径弹簧(2)的整体竖向变形超过20mm，此时碟形弹簧(3)变形逐步加大直至压并状态，此时振震双控装置的竖向刚度主要由压并后的碟形弹簧(3)提供，且其刚度大于所述大线径弹簧(1)及小线径弹簧(2)的刚度之和，同时叠合放置的碟形弹簧(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：付仰强，唐贞云，马枝淳，杜修力，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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