一种抗拔斜面三维隔震支座

技术领域

本发明涉及隔震控制技术领域，尤其是涉及一种抗拔斜面三维隔震支座。

背景技术

19世纪八十年代美国加州大学伯克利分校研发了摩擦摆隔震装置，称之为摩擦摆系统/支座(Friction Pendulum System/Bearing,简称FPS/FPB)。该装置既有平面滑移隔震装置的对地震激励频率范围的低敏感性和高稳定性，也因其特有的圆弧滑动使其具有自复位功能，工作时可做类似钟摆运动，延长隔震结构自振周期，避开地震的卓越周期，同时通过支座摩擦副将动能转化为热能，降低地震对结构的影响，但仍存在支座残余位移难以消除的问题。随着隔震技术的发展，斜面摩擦支座兼具摩擦摆的诸多优点和稳定的恢复力与完全消除残余位移的特点，越来越成为研究的热点。

对于支柱型电气设备，支撑绝缘子的底部弯矩、结构顶部位移和关键构件应力是评价安全性的关键参数，例如采用底部支撑结构的柔性直流换流阀等。尤其对于选址在高烈度地区的支柱型电气设备，高重心导致其对振动非常敏感，强震下水平与竖向振动的耦合作用易导致结构顶部位移过大、支柱绝缘子底部弯矩超出限值和功率模块的损坏。为满足结构的安全性要求，设计人员多选择增大支撑结构的截面面积，但是这又导致结构建造成本的急剧提高，难以实现经济可靠的目标。

现有的摩擦隔震支座为了解决上述问题，采用三维隔震支座，吸取了摩擦摆装置的诸多优点。例如2023/01/06公开的中国专利CN115573474A，公开了一种三维隔震支座，利用在抗拔拉扣板上开设凹槽，在上座板和上连接钢板上设置凸边，利用凹槽和凸边的嵌合连接，通过扣板实现抗拔拉效果。但是这类现有技术的缺点是，扣板的凹槽是直线槽，上座板的凸边是直边，使得抗拔拉扣板虽然起到了抗拔拉效果，但导致上座板只能沿着该直线方向滑移运动，阻碍了上座板与隔振器之间沿凹弧形面发生相对滑移和自复位的滑移隔震效果。使得支座的滑移性能和抗拔性能之间出现抵触效果，造成支座抗拔性能不足，不能满足电气设备对隔震支座的抗拔和三维减隔震性能的需求，易造成强震下电气设备的损坏，严重影响隔震技术在电气隔震领域的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拔斜面三维隔震支座，能够震后完全自复位、抗拔、三维减隔震和降低支撑结构弯矩。可有效降低支柱型电气设备支撑结构的弯矩失效概率，提高整体结构的安全性，降低高烈度地区因增大支柱绝缘子的截面尺寸产生的高昂代价。当隔震层发生提离趋势时，滑块与底座限位结构配合阻止上下底座的进一步脱离，从而提供抗拔功能。

本发明提供一种抗拔斜面三维隔震支座，包括：上底座，底部设有倒V形滑轨，所述上底座的两侧分别设有倒V形挡块，所述倒V形挡块与所述倒V形滑轨之间形成倒V形槽；下底座，顶部设有V形滑轨，所述下底座的两侧分别设有V形挡块，所述V形挡块与所述V形滑轨之间形成V形槽；上滑块，顶部设有倒V形斜面，所述倒V形斜面抵接所述倒V形滑轨，所述上滑块的两侧分别设有上限位块，所述上限位块嵌入所述倒V形槽内；下滑块，底部设有V形斜面，所述V形斜面嵌合所述V形滑轨，所述下滑块的两侧分别设有下限位块，所述下限位块嵌入所述V形槽内；所述倒V形滑轨和所述V形滑轨成正交方向，所述上滑块与所述下滑块之间通过竖向隔震结构柔性连接。

进一步地，所述上底座包括至少两个并列设置的倒V形滑轨，两个倒V形滑轨的相离外侧设有单侧限位板，两个倒V形滑轨的相邻内侧之间设有双侧限位板，所述单侧限位板和所述双侧限位板邻近所述倒V形滑轨的一侧分别设有所述倒V形挡块。

进一步地，所述上滑块的数量至少为两个且并列设置，两个所述上滑块的两侧分别设有所述上限位块，两个所述上滑块分别对应嵌入两个所述倒V形滑轨中，所述上限位块嵌入所述倒V形槽中。

进一步地，所述下底座包括至少两个并列设置的V形滑轨，两个V形滑轨的相离外侧设有单侧限位板，两个V形滑轨的相邻内侧设有双侧限位板，所述单侧限位板和所述双侧限位板邻近所述V形滑轨的一侧分别设有所述V形挡块。

进一步地，所述下滑块的数量至少为两个且并列设置，两个所述下滑块的两侧分别设有所述下限位块，两个所述下滑块分别对应嵌入两个所述V形滑轨中，所述下限位块嵌入所述V形槽中。

进一步地，所述上限位块和所述下限位块均为菱形结构，且中部向两侧的厚度渐变减小。

进一步地，所述竖向隔震结构包括水平叠层橡胶和倾斜叠层橡胶，所述水平叠层橡胶位于所述上滑块与所述下滑块的中部之间，所述倾斜叠层橡胶连接在所述下滑块顶部和所述上滑块底部，且多个所述倾斜叠层橡胶环绕在所述水平叠层橡胶四周。

进一步地，所述上滑块和所述下滑块之间还通过自由度解耦装置连接。

进一步地，自由度解耦装置包括螺孔和螺栓，上层的不同所述倾斜叠层橡胶上设有所述螺孔或所述螺栓，下层的不同所述倾斜叠层橡胶上设有所述螺孔或所述螺栓；上层所述倾斜叠层橡胶上的所述螺栓插入下层所述倾斜叠层橡胶上的所述螺孔内，下层所述倾斜叠层橡胶上的所述螺栓插入上层所述倾斜叠层橡胶上的所述螺孔内。

进一步地，所述倒V形滑轨与所述倒V形斜面之间设有摩擦材料，所述V形滑轨与所述V形斜面之间设有摩擦材料。

本发明的技术方案中，上底座和上滑块，下底座和下滑块之间，通过V形结构的滑轨和斜面接触滑移，使得支座在发生滑移后可以完全自行复位；且在V形滑轨两侧设置了相应形状的V形挡块，形成V形槽结构，而滑块两侧的限位块插入V形槽结构中，使得支座发生受拉或提离现象时，能够及时提供抗拔性，且同时不影响支座滑移性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的上滑块和下滑块结构示意图；

图3为本发明的竖向隔震结构和自由度解耦装置结构示意图；

图4为本发明的下底座结构示意图；

图5为本发明的双侧限位板结构示意图。

附图标记说明：

1-上底座、101-倒V形滑轨；

2-下底座、201-V形滑轨、202-V形槽；

3-上滑块、301-倒V形斜面、302-上限位块；

4-下滑块、401-V形斜面、402-下限位块；

5-单侧限位板、6-双侧限位板、7-V形挡块；

8-竖向隔震结构、801-水平叠层橡胶、802-倾斜叠层橡胶；

9-自由度解耦装置、901-螺栓、902-螺孔；

10-摩擦材料、11-固定角钢。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图5所示，本发明提供一种抗拔斜面三维隔震支座，包括：上底座1，底部设有倒V形滑轨101，上底座1的两侧分别设有倒V形挡块7(未示出，可参考V形挡块7，方向相反)，倒V形挡块7与倒V形滑轨101之间形成倒V形槽202(未示出，可参考V形槽202，方向相反)；下底座2，顶部设有V形滑轨201，下底座2的两侧分别设有V形挡块7，V形挡块7与V形滑轨201之间形成V形槽202；上滑块3，顶部设有倒V形斜面301，倒V形斜面301抵接倒V形滑轨101，上滑块3的两侧分别设有上限位块302，上限位块302嵌入倒V形槽202内；下滑块4，底部设有V形斜面401，V形斜面401嵌合V形滑轨201，下滑块4的两侧分别设有下限位块402，下限位块402嵌入V形槽202内；倒V形滑轨101和V形滑轨201成正交方向，上滑块3与下滑块4之间通过竖向隔震结构8柔性连接。

具体的，本装置中，上滑块3的倒V形斜面301向上抵接上底座1的倒V形滑轨101，下滑块4的V形斜面401向下抵接下底座2的V形滑轨201，且倒V形滑轨101和V形滑轨201成正交方向，上底座1固定连接上部固定结构，下底座2固定连接地面。从而本装置支座可以在整个二维平面内进行滑移，当地震发生时，上滑块3和下滑块4分别沿着相应方向的滑轨进行一定距离的滑移，以避免结构损坏，并且在该滑移过程中，由于重力作用和斜面爬升耗能，整个设备越向(倒)V形滑轨201的两侧高位滑移，其耗能就越高，从而避免整个支座装置发生过大幅度的滑移导致支撑的设备发生过大幅度的晃动。且当地震结束后，在重力作用下，由于V形滑轨201的导向作用，上滑块3和下滑块4将分别自动复位到最初的抵接位置，使支撑的设备同时复位。

倒V形挡块7设置在倒V形滑轨101的两侧下方，并与倒V形滑轨101之间有一端间距，这段间距即形成倒V形槽202；同样的，V形挡块7设置在V形滑轨201的两侧上方，并与V形滑轨201之间有一端间距，这段间距即形成V形槽202。上滑块3两侧对应于倒V形槽202的位置设置上限位块302，上限位块302插入倒V形槽202内，下滑块4两侧对应于V形槽202的位置设置下限位块402，下限位块402插入V形槽202内；当支座发生受拉或提离时，上限位块302会随着滑移过程在倒V形槽202内移动，并且碰撞/抵接倒V形槽202的上/下壁，从而起到抗拔拉的效果；同理下限位块402会随着滑移过程在V形槽202内移动，并且碰撞/抵接V形槽202的上/下壁，从而起到抗拔拉的效果。

所以本装置主要通过上限位块302/下限位块402在倒V形槽202/V形槽202内沿着V形方向运动使保持支座滑移性能，并同时通过上限位块302/下限位块402在倒V形槽202/V形槽202内上下受限的碰撞/抵接使保持支座抗拔拉性能。相对于下底座2的静止状态，上底座1存在相互垂直的双向自由度和竖向自由度，为上部结构提供双向隔震和竖向隔震的功效。

(倒)V形滑轨201的四周设有边缘凸起，其一方面使滑轨内部形成滑槽结构避免滑块脱出，另一方面与(倒)V形挡块7共同形成(倒)V形槽202。

上滑块3和下滑块4之间的柔性连接主要通过竖向隔震结构8实现，竖向隔震结构8允许上滑块3和下滑块4之间发生一定距离的竖向拔离并进行吸能隔震，为上部支撑结构提供竖向隔震力。竖向隔震结构8具体可以选择叠层橡胶。

实施例2

如图1-图2、图4-图5所示，上底座1包括至少两个并列设置的倒V形滑轨101，两个倒V形滑轨101的相离外侧设有单侧限位板5，两个倒V形滑轨101的相邻内侧之间设有双侧限位板6，单侧限位板5和双侧限位板6邻近倒V形滑轨101的一侧分别设有倒V形挡块7。上滑块3的数量至少为两个且并列设置，两个上滑块3的两侧分别设有上限位块302，两个上滑块3分别对应嵌入两个倒V形滑轨101中，上限位块302嵌入倒V形槽202中。下底座2包括至少两个并列设置的V形滑轨201，两个V形滑轨201的相离外侧设有单侧限位板5，两个V形滑轨201的相邻内侧设有双侧限位板6，单侧限位板5和双侧限位板6邻近V形滑轨201的一侧分别设有V形挡块7。下滑块4的数量至少为两个且并列设置，两个下滑块4的两侧分别设有下限位块402，两个下滑块4分别对应嵌入两个V形滑轨201中，下限位块402嵌入V形槽202中。

具体的，本实施例2中，主要使上底座1和上滑块3成两个并列滑轨和斜面结构，起到在非滑移方向运动趋势的平衡作用。上底座1的两个并列倒V形滑轨101之间设置双侧限位板6以隔离，双侧限位板6的两侧均有倒V形滑轨101，所以两侧均设置倒V形挡块7，而单侧限位板5只在有倒V形滑轨101的一侧设置倒V形挡块7；下底座2不再赘述。

单侧限位板5和上底座1、下底座2均通过固定角钢11固定连接上部支撑或地面，其上有孔用于连接固定。

实施例3

如图1-图5所示，上限位块302和下限位块402均为菱形结构，且中部向两侧的厚度渐变减小。

具体的，上限位块302和下限位块402为扁平状的菱形结构，包括沿纵向的短轴和沿横向的长轴，沿纵向的短轴部位于倒V形槽202和V形槽202的中部之间。当上限位块302/下限位块402在倒V形槽202/V形槽202内滑动，遇到改变滑移方向的情况时，重力作用下菱形结构的上限位块302和下限位块402更容易向该改变方向的位置倾倒，从而更快的改变为沿着倒V形槽202/V形槽202滑动的姿态。从而上限位块302和下限位块402具有方便在倒V形槽202/V形槽202内改变滑移姿态的效果。

实施例4

如图1-图3所示，竖向隔震结构8包括水平叠层橡胶801和倾斜叠层橡胶802，水平叠层橡胶801位于上滑块3与下滑块4的中部之间，倾斜叠层橡胶802连接在下滑块4顶部和上滑块3底部，且多个倾斜叠层橡胶802环绕在水平叠层橡胶801四周。上层的不同倾斜叠层橡胶802上设有螺孔902或螺栓901，下层的不同倾斜叠层橡胶802上设有螺孔902或螺栓901；上层倾斜叠层橡胶802上的螺栓901插入下层倾斜叠层橡胶802上的螺孔902内，下层倾斜叠层橡胶802上的螺栓901插入上层倾斜叠层橡胶802上的螺孔902内。

具体的，竖向隔震结构8具体为水平叠层橡胶801和倾斜叠层橡胶802组成，与下滑块4和上滑块3高温硫化连接，震中通过水平叠层橡胶801竖向变形延长上部结构的竖向自振周期，减少地震效应；倾斜叠层橡胶802轴向变形吸能减少上部支撑结构底部弯矩，倾斜叠层橡胶802可释放支座的部分倾斜刚度，倾斜叠层橡胶802压缩吸能，提供恢复力矩来抵抗地震引起地倾覆力矩，并提供反作用力矩使支撑结构重新定心，降低强震下支撑结构的底部弯矩，进而降低支撑结构弯矩失效概率，提高整体结构的安全性。

自由度解耦装置9具体通过在倾斜叠层橡胶802上的螺栓901和螺孔902限制叠层橡胶隔震组件的水平自由度，并将增大隔震支座的整体刚度并便于隔震支座结构设计。通过自由度解耦装置9，将滑块水平向自由度与叠层橡胶竖向隔震装置的竖向自由度解耦，有效延长结构的自振周期，阻止地震振动能量向上部结构的传递，完全消除残余位移。

实施例5

如图2和图3所示，倒V形滑轨101与倒V形斜面301之间设有摩擦材料10，V形滑轨201与V形斜面401之间设有摩擦材料10。

具体的，摩擦材料10具体为若干摩擦片或摩擦块，间隔均匀的嵌入倒V形斜面301或V形斜面401上，通过V形斜面401与V形滑轨201的摩擦，将地震能量转化为热能耗散掉。摩擦材料10具体可以选择聚四氟乙烯。

本装置的原理：

本发明通过上底座1与上滑块3，下底座2与下滑块4之间均为双向对称V型斜面滑动构造，上滑块3、下滑块4可在上底座1、下底座2上滑动，改变隔震结构的水平自振周期，降低传递给上部结构的最大加速度和剪力，并提供稳定的水平恢复力，利用自重实现震后隔震支座零残余位移的自复位需求；通过V形挡块7和V形滑轨201形成的V形槽202结构，限制下限位块402在V形槽202内沿着V形槽202滑移保持支座滑移性能，并受V形槽202止挡保持支座抗拔拉性能。

通过水平叠层橡胶801的竖向变形增大隔震结构的竖向振动周期，减小隔震结构的竖向振动响应；强震下，在支撑结构塑性变形过大时，倾斜叠层橡胶802屈服压缩吸能，吸收地震波传递的能量，增大结构底部节点的变形能力、耗能能力和延性，并提供恢复力矩来抵抗地震引起地倾覆力矩，提供反作用力矩使支撑结构重新定心，降低强震下支撑结构的底部弯矩，降低支撑结构弯矩失效概率，最终提高整体结构的安全性。

通过自由度解耦装置9限制叠层橡胶隔震组件的水平自由度，并将增大隔震支座的整体刚度并便于隔震支座结构设计，有效延长结构的自振周期，阻止地震振动能量向上部结构的传递和完全消除残余位移。

通过滑块和滑轨之间的摩擦材料10，将地震能量转化为热能耗散掉。并且整个支座采用装配式结构，便于震后易损零件的更换，适用于对振动敏感、易倾覆和需要三维隔震的电气设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。