一种具有自复位功能的抗拉、抗扭转的组合隔震装置制造方法【技术领域】[0001]本发明属于结构工程减震与隔震【技术领域】，涉及到一种摩擦系数很小的滚柱式直线导轨，并且设置上下两层垂直的导轨，从而可以满足多个方向的隔震要求，同时设置能提供结构刚度和可以使上部结构自复位的减震拉簧组成一种完善的组合隔震装置。该发明成本低廉、具有很强的抗拉、抗扭转、抗倾覆能力，同时具有自复位功能，隔震效果突出、施工方便，实用于高柔设备、高柔结构的基底隔震，具有良好的发展前景。[0002]在国内外土木领域中，中低高度建筑的隔震技术趋近于成熟，主要技术有:叠层橡胶铅芯支座隔震、摩擦滑移支座隔震、滚动隔震、滑板支座。但是目前的国内外的这些隔震装置有一定的局限性，如:橡胶支座的抗拉能力、抗扭转能力，竖向承载能力较低；摩擦滑移隔震支座和滚动隔震支座强度较低，动、静摩擦系数、弧面形状等参数不好确定，并且加工工艺复杂、一般只适用于中低高度的建筑。针对于橡胶支座的竖向刚度低和阻尼小的问题，一些专家又研制出了夹层橡胶垫和铅芯橡胶垫，这两种隔震装置虽然竖向刚度和阻尼提高了，但是抗拉能力和抗扭能力没有得到好的改善，仍然不适用于高层建筑和一些高柔的结构和设备。然而，目前国内外的研究对工业高柔设备(薄壁圆筒结构的酒精炉)的减震、军工高柔设备(火箭、导弹)的减震比较重视，这些结构由于长细比(长度和截面宽度之比)很大，一般都大于10，因此，基底的拉力、倾覆力很大，上述的隔震支座不能满足隔震要求。因此开发一种适合高柔设备具有较强的抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力的隔震装置，在地震中降低结构的地震响应具有重大的工程意义。
[0003]本发明给出了一种能双向(纵向、横向)滑动的滚柱式直线导轨形式的隔震支座、减震拉簧、刚性支撑台座等组成的组合隔震装置，发明目的在于通过限位滑块和直线导轨之间的机械咬合力来提供上部结构的抗拉能力和抗扭转能力、抗倾覆能力，通过减震拉簧来提供整个结构的水平刚度和控制结构的水平位移和使结构自动复位，通过刚性支撑台座来支撑上部结构的自重，在地震时，直线导轨、减震拉簧协同工作，形成良好的隔震机制，从而降低上部结构的地震响应。此装置隔震效果好，易于施工和维护、更换，成本较低。[0004]本发明的技术方案如下:[0005]一种具有自复位功能的抗拉、抗扭转的组合隔震装置，包括高柔设备(I)、刚性支撑台座2、横向限位滑块3、底部横向隔震直线导轨4、横向减震拉簧5、横向减震拉簧支撑6、分层隔板7、纵向限位滑块8、底部纵向隔震直线导轨9、纵向减震拉簧支撑10，纵向减震拉簧(11)。其采用双向工字型直线导轨组成的隔震支座；将加工预制好的底部横向隔震直线导轨4、底部纵向隔震直线导轨9沿上下两层布置，两层导轨之间设置分层隔板7，分层隔板7上部和横向隔震直线导轨4连接，分层隔板7下部和纵向限位滑块8连接，刚性支撑台座2与横向隔震直线导轨4之间设置横向限位滑块3 ;横向减震拉簧支撑6与分层隔板7之间设置横向减震拉簧5，纵向减震拉簧支撑10与分层隔板7之间设置纵向减震拉簧11 ;构件自上而下的连接方式为:上部的高柔设备I和刚性支撑台座2用焊接连接，高柔设备I和刚性支撑台座2之间传递剪力和弯矩；刚性支撑台座2和横向限位滑块3采用螺栓连接，刚性隔震台座2和横向限位滑块3之间传递剪力和弯矩；横向限位滑块3和横向隔震直线导轨4用滑块的截面间的构造连接，横向限位滑块3和横向隔震直线导轨4之间传递纵向的剪力和弯矩，但不传递横向的剪力和弯矩；刚性支撑台座2与横向减震拉簧支撑6之间焊接；上部高柔设备1、刚性支撑台座2、横向限位滑块3、横向减震拉簧支撑6作为整体可沿位于上层横向隔震直线导轨4横向滑动；横向隔震直线导轨4和分层隔板7采用螺栓连接，横向减震拉簧5两端分别和横向减震拉簧支撑6、分层隔板7铰接，铰接之间不传递弯矩，只传递轴力；分层隔板7与纵向限位滑块8采用螺栓连接，纵向限位滑块8和纵向隔震直线导轨9采用滑块的截面间的构造连接，纵向限位滑块8和纵向隔震直线导轨9之间传递纵向的剪力和弯矩，但不传递横向的剪力和弯矩；纵向限位滑块8和纵向隔震直线导轨9之间的截面间的连接同横向限位滑块3和横向隔震直线导轨4 ;上部高柔设备1、刚性支撑台座2、横向限位滑块3、横向隔震直线导轨4、横向减震拉簧支撑6、分层隔板7、纵向限位滑块8作为整体沿下层纵向隔震直线导轨9纵向滑动；纵向减震拉簧支撑10与纵向隔震直线导轨9和地面采用螺栓连接，纵向减震拉簧11两端分别和纵向减震拉簧支撑10、分层隔板7铰接，铰接之间不传递弯矩，只传递轴力。
[0006]所述的高柔设备I为长细比大于8的结构及设备，包括钢薄壁圆筒形式的工业酒精炉、火箭、导弹。
[0007]在横向减震拉簧支撑6和分层隔板7之间设置横向减震拉簧(5)，在纵向减震拉簧支撑10和分层隔板7之间设置纵向减震拉簧11 ;根据隔震层的位移a选择满足要求的直线导轨长度L，确定好限位滑块和直线导轨边缘的距离S，使a < S，避免限位滑块滑出导轨；减震拉簧的长度选用L/2，将其拉伸至L长度后安装，以便能提供恢复力使高柔设备I自动复位；根据隔震后高柔设备I的周期T、质量M，通过K=M/T2确定减震拉簧的刚度K。
[0008]横向限位滑块4、纵向限位滑块8和导轨之间的连接采用截面形状的机械咬合来连接，滑块和导轨的摩擦面在加工光滑，精度为微米级，接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之一到千分之五之间，以保证上部高柔设备I能够沿导轨滑动。
[0009]横向减震拉簧5、纵向减震拉簧11、横向隔震直线导轨4、纵向隔震直线导轨9的受力有明确的分工，横向隔震直线导轨4、纵向隔震直线导轨9只承受上部结构的竖向荷载和提供抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力；横向减震拉簧5、纵向减震拉簧11只提供水平方向的刚度，在地震作用时，使高柔设备I自动复位；根据高柔设备I的隔震要求可以通过调整横向减震拉簧5、纵向减震拉簧11的刚度和长度来控制结构的刚度，从而达到预期的隔震周期。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0011](I)在地震时，对于高层结构、高柔设备，该组合隔震装置相比传统的隔震支座通过限位滑块和直线导轨的截面的机械咬合能提供更大的抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力。
[0012](2)在正常使用情况下，该组合隔震装置相比传统的隔震支座通过直线导轨来承受竖向荷载具有更大的竖向承载能力。
[0013](3)在正常使用情况下，该组合隔震装置相比传统的隔震支座，各个构件的受力有明确的分工，直线导轨只承受上部结构的竖向荷载和提供抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力，减震拉簧只提供水平方向的刚度。这种组合隔震装置不但能够充分利用各个构件的材料性能，而且克服了橡胶支座抗拉能力弱和竖向承载能力弱的缺点。
[0014](4)在指导隔着设计时，可以通过调整弹簧的直径、材料、弹簧的线径，弹簧的圈数来调整减震拉簧的刚度，从而来调整高层结构、高柔设备的刚度，这相比传统的隔震支座有更大的刚度调整范围，对高层结构、高柔设备的周期延长更明显，隔震要求的范围更大，隔震效果更显著。
[0015](5)在地震发生时，减震拉簧提供上部结构的水平刚度可以使结构自动复位，同时对上部结构可以起到限制水平位移的作用，在大震时，可以避免结构或者设备基底发生大的位移从而导致结构滑出导轨和结构与基坑壁相撞。
[0016](6)在地震后，只需要更换直线导轨和减震拉簧即可实现结构的加固和维修。
[0017](7)所用材料成本低廉，构造简单，隔震效果良好。



[0018]附图1是组合隔震装置的A-A截面的剖视图。
[0019]附图2是组合隔震装置的B-B截面的剖视图
[0020]附图3是组合隔震装置中刚性支撑台座的C-C截面剖视图
[0021]附图4是组合隔震装置中横向隔震直线导轨、横向限位滑块平面布置示意图(D-D截面剖视图)。
[0022]附图5是组合隔震装置中横向隔震直线导轨、分层隔板、横向减震拉簧、横向减震拉簧支撑平面布置示意图(E-E截面剖视图)。
[0023]附图6是组合隔震装置中纵向隔震直线导轨、纵向限位滑块、纵向减震拉簧、分层隔板、纵向减震拉簧支撑平面布置示意图(F-F截面剖视图)。
[0024]附图7是组合隔震装置中纵、横向隔震直线导轨、限位滑块剖面构造示意图。
[0025]附图8是组合隔震装置中纵、横向隔震直线导轨、限位滑块、分层隔板三维侧视图。
[0026]图中:
[0027]I—高柔设备，2—刚性支撑台座，3—横向限位滑块，4一横向隔震直线导轨，5—横向减震拉簧，6—横向减震拉簧支撑，7—分层隔板，8—纵向限位滑块，9一纵向隔震直线导轨，10—纵向减震拉簧支撑，11 一纵向减震拉簧

[0028]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式:
[0029]对于整体隔震装置的技术要求如下:
[0030]首先根据上部高柔设备I的荷载确定出刚性支撑台座2的截面尺寸，使其能够有足够大的承载能力，并且采用组合式的钢结构，使其有足够大的刚度，提高刚性支撑台座本身的自振频率(30-50HZ)，远离上部高柔设备的频率(0.1-2HZ)，从而减小台座对上部高柔设备I的影响。
[0031]根据上部高柔设备I的荷载和刚性支撑台座2的自重之和确定底部横向隔震直线导轨4、底部纵向隔震直线导轨9、分层隔板7的截面尺寸，以及横向限位滑块3和纵向限位滑块8的数量，使其有足够的承载能力，横向隔震直线导轨4和底部纵向隔震直线导轨9采用工字型钢；底部纵向隔震直线导轨9位于导轨的下层，为了更稳定地支撑上层的横向隔震直线导轨4，采用六组组合形式的工字钢的钢轨，每组钢轨由两根直线导轨组成；为了使上部高柔设备I能够沿多个方向运动，将横向隔震直线导轨4、纵向隔震直线导轨9分别沿上下两层布置，上部高柔设备1、刚性支撑台座2、横向限位滑块3、横向减震拉簧支撑6作为整体可以沿上层横向隔震直线导轨4横向滑动；上部高柔设备1、刚性支撑台座2、横向限位滑块3、横向隔震直线导轨4、横向减震拉簧支撑6、分层隔板7、纵向限位滑块8作为整体沿下层纵向隔震直线导轨9纵向滑动；横向限位滑块4、纵向限位滑块8和导轨之间的连接采用截面形状的机械咬合来连接，滑块和导轨的摩擦面在加工时尽量光滑，精度必须达到微米级，接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之一到千分之五之间，以保证上部高柔设备I能够沿导轨滑动。
[0032]根据需要达到的隔震效果，选用刚度、长度适宜的横向减震拉簧5和纵向减震拉簧11，以便提供高柔设备I的水平刚度和控制结构的位移行程以及使上部高柔设备(I)在地震时自动复位；根据隔震层的位移(a)选择满足要求的直线导轨长度(L)，确定好限位滑块和直线导轨边缘的距离(S)，使a < S，避免限位滑块滑出导轨；减震拉簧的长度选用L/2,将其拉伸至L长度后安装，以便能提供恢复力使高柔设备I自动复位；根据隔震后高柔设备I的周期T、质量M，通过K=M/T2确定减震拉簧的刚度。
[0033]具体实施时，首先根据上部高柔设备I的荷载及自重确定出刚性支撑台座2的截面尺寸；根据上部高柔设备I的荷载和刚性隔震台座2的自重荷载之和确定底部纵向隔震直线导轨9、底部横向隔震直线导轨4、横向限位滑块3、纵向限位滑块8的截面尺寸及数量，分层隔板7的尺寸；根据需要达到的隔震效果，选用能提供结构的水平刚度适宜的横向减震拉簧5、纵向减震拉簧11 ;根据隔震层的位移，确定好限位滑块离直线导轨的边缘距离，避免限位滑块滑出直线导轨。
[0034]选好并预制好适宜的截面尺寸构件后开始安装整个隔震装置，安装顺序为自下而上。首先，布置纵向隔震直线导轨9和纵向减震拉簧支撑10，直线导轨采用工字型钢，如果需要满足承载力的要求和整体稳定性要求时，可采用工字型钢的组合结构，底部纵向隔震直线导轨9的下翼缘与基础通过螺栓连接，上翼缘与纵向限位滑块8通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与纵向限位滑块的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯，纵向减震拉簧支撑10与基础通过螺栓连接；纵向限位滑块8与分层隔板通过螺栓连接，纵向减震拉簧11两端分别与纵向减震拉簧支撑10、分层隔板7铰接；底部横向隔震直线导轨4的下翼缘与分层隔板7通过螺栓连接，上翼缘与横向限位滑块3通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与横向限位滑块3的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯；横向限位滑块3和刚性支撑台座2通过螺栓连接；横向减震拉簧5的两端分别与横向减震拉簧支撑6、分层隔板4的上翼缘铰接；上层高柔设备与刚性支撑台座刚接。上述构件组装后完成了具有自复位功能的抗拉、抗扭转的组合隔震装置。