纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座

技术领域

本发明涉及工程结构抗震技术领域，尤其涉及一种纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座。

背景技术

近年来随着我国城市化与社会现代化进程快速推进，社会各界对工程结构抗震性能的关注显著增加。然而，在过去的地震中，均出现中低层建筑大面积破坏倒塌的现象，也因此有关这类建筑的研究成为近十年来工程结构抗震领域的热点问题。

地震灾害主要源于地面运动引起的结构受迫振动，为了提升结构抗震能力，隔震技术从上世纪60年代起逐步应用于工程并已发展为减震控制领域最成熟的技术手段。其基本原理是通过设置隔震装置，减小结构水平刚度、延长结构自振周期、增大结构阻尼，从而有效降低结构地震响应。目前工程上已应用较多的隔震装置包括叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等。

常见叠层橡胶支座的构造是将橡胶板与钢板交替叠合而成，制作方法主要是将未硫化的橡胶片与钢板采用胶粘处理并高温一体硫化。此类支座因钢板限制橡胶支座变形，其竖向刚度大，稳定性强，在高层隔震建筑中已广泛推广应用。但其成本高、重量大，对于预算较少的中低层建筑而言代价过大。

鉴于传统的叠层橡胶支座的上述问题，国内外多位学者提出采用纤维布或工程纤维塑料替代夹层钢板，以解决成本与重量的问题。但因为纤维布质软、易弯曲、无面外抗弯刚度，此类纯纤维夹层橡胶支座存在竖向刚度与抗弯刚度过低的缺陷，应用于工程中容易导致变形大与变形不均匀，因此目前仍少见实际工程应用的案例。

发明内容

本发明提供一种纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，用以解决现有技术中竖直刚度和抗弯刚度过低以及重量重的缺陷，通过采用纤维层、薄钢板和橡胶板混合叠加的结构形式，实现竖直刚度和抗弯刚度的显著提升且重量减轻。

本发明提供一种纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，包括：纤维层、薄钢板与橡胶板，所述纤维层与所述橡胶板水平分层叠置，所述薄钢板插放在所述纤维层之间，所述薄钢板和所述纤维层形成纤维-钢板混合夹层，所述薄钢板的数量小于等于纤维-钢板混合夹层的数量的三分之一。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述纤维层的材料为碳纤维或玻璃纤维或织物纤维。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述织物纤维为尼龙或涤纶。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述薄钢板在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的竖直方向上均匀分布。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述薄钢板为N层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的N+1等分点的位置。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述薄钢板为一层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的中心位置。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述薄钢板为二层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的三分点的位置。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述纤维层、所述薄钢板和所述橡胶板上均有胶层，并且所述纤维层、所述薄钢板和所述橡胶板硫化在一起。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，在与所述纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的平面中，所述纤维层、所述薄钢板或所述橡胶板截取的截面呈对称图形。

根据本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，所述对称图形为圆形或矩形。

本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，通过薄钢板和纤维层形成纤维-钢板混合夹层，薄钢板的数量小于等于纤维-钢板混合夹层的数量的三分之一。实现纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座在其竖向刚度与抗弯刚度较纯叠层纤维支座应有显著提升，其重量与成本较叠层钢板橡胶支座应具有明显优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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是本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座分层示意图之一；

图2是本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座分层示意图之二；

图3是本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座分层示意图之三；

图4是本发明提供的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座分层示意图之四；

附图标记：

100：纤维层； 200：薄钢板；

300：橡胶板； 101：第一组四层纤维；

102：第二组四层纤维； 103：第三组四层纤维；

201：第一组三层纤维； 202：第二组双层纤维；

203：第三组双层纤维； 204：第四组三层纤维。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图4，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。

本发明提供了一种纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座，包括纤维层100、薄钢板200与橡胶板300。纤维层100与橡胶板300水平分层叠置，薄钢板200插放在纤维层100之间，薄钢板200和纤维层100形成纤维-钢板混合夹层。其中，薄钢板200的数量小于等于纤维-钢板混合夹层的数量的三分之一。

换句话说，薄钢板200的数量小于等于薄钢板200的数量与纤维层100的数量的总和的三分之一。

换句话说，薄钢板200的数量小于等于纤维层100的数量的二分之一。即薄钢板200的数量远小于纤维层100的数量。以保证纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座重量、成本均较传统板式橡胶支座具有足够的优势。

在本发明的一个实施例中，薄钢板200在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的竖直方向上均匀分布。该竖直方向为纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的高度方向。

在一个实施例中，薄钢板200为N层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的N+1等分点的位置。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，薄钢板200为一层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的中心位置。本实施例中所举例的纤维层200的数量为12层，纤维层200被薄钢板200分为等分的上下两部分。上部分的数量为6层，下部分的数量为6层，薄钢板200置于上下两部分的中间。

当然应当理解的是，本实施例中所举例的纤维层200的数量为12层，但是不仅仅限制于本实施例所举出的数量，只要满足薄钢板200的数量小于等于薄钢板200的数量与纤维层100的数量的总和的三分之一的条件均可以。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，薄钢板200为二层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的三分点的位置。即纤维层100被分为三等份。

本实施例中所举例的纤维层200的数量为12层，即每份的纤维层100的数量为4，即每4层纤维层100之间铺设有薄钢板200。

换句话说，该实施例中纤维层100整体被分隔为第一组四层纤维101、第二组四层纤维102及第三组四层纤维103。进一步，薄钢板200插设在第一组四层纤维101和第二组四层纤维102之间以及第二组四层纤维102和第三组四层纤维103之间。

同时应满足，在每层纤维层100的上下相邻层均为橡胶板300，薄钢板200的上下相邻层也为橡胶板300。纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的上封顶层为橡胶板300，下封底层为橡胶板300。

具体地分层结构为：橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、薄钢板200、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、薄钢板200、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100、橡胶板300、纤维层100。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，薄钢板200为三层，且布置在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的四分点的位置。即纤维层100被分为四等份。

本实施例中所举例的纤维层200的数量为12层，即每份的纤维层100的数量为3，即每3层纤维层100之间铺设有薄钢板200。

当然本发明的实施例的薄钢板200的数量不限于一层、二层和三层，也可以是其它层。根据纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的具体工作情况而确定，本实施例不一一列举。

在本发明的一个实施例中，纤维层100的材料为碳纤维或玻璃纤维或织物纤维。当然，也不仅限于本实施例所列举的纤维种类，其它纤维种类也在本发明的保护范围内。

在本发明的一个实施例中，织物纤维为尼龙或涤纶。当然，也不仅限于本实施例所列举的织物纤维种类，其它织物纤维种类也在本发明的保护范围内。

在本发明的一个实施例中，纤维层100的厚度一般均小于1mm。薄钢板200指的是厚度在1mm-4mm的钢板，橡胶板300的厚度在3mm-10mm之间。

本发明的一个实施例中，薄钢板200的厚度为1mm。

在本发明的一个实施例中，纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的水平截面形式为圆形或矩形。

具体地，在与纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的高度方向垂直的平面中，纤维层100或薄钢板200截取的截面呈对称图形。其中，对称图形可以为轴对称也可为中心对称。具体的说，可以为圆形或矩形。

在本发明的一个实施例中，相邻橡胶板300之间分布有纤维层100或薄钢板200。纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的上封顶层为橡胶板300，纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的下封底层为橡胶板300。具体的可以理解为，纤维层100和薄钢板200是没有直接接触的，其中间隔有橡胶板300。同时，可以理解为，橡胶300与橡胶300之间，纤维层100之间与纤维层100和薄钢板200与薄钢板200之间是没有直接接触的。换句话说，纤维层100的相邻上下层为橡胶板300，薄钢板200的相邻上下层为橡胶板300。

在本发明的一个实施例中，纤维层100、薄钢板200和橡胶板300上均有胶层，并且纤维层、薄钢板和橡胶板硫化在一起。其中一个实施例包括以下步骤：

步骤1：根据设计需要，准备合适数量与尺寸的橡胶板300、纤维层100和薄钢板200；

步骤2：在橡胶板300、纤维层100和薄钢板200表面涂抹工业用胶粘剂，形成胶层。然后根据设计图纸将三者根据分隔后的分层顺序水平叠置于模具之中；

步骤3：将模具置于硫化机中，在高温高压下按照标准硫化工艺静置，直至纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座粘接成型。

在本发明的一个实施例中，纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座粘接成型后，其竖向刚度与抗弯刚度较纯叠层纤维支座应有显著提升，其重量与成本较叠层钢板橡胶支座应具有明显优势。

在本发明的一个实施例中，薄钢板200的层数为N层，纤维层100被薄钢板200分隔成N+1组。被薄钢板200分隔的多组纤维层100的层数之间两两互相作差的差值小于等于1，其中N为正整数。此种分隔方式主要是让薄钢板200尽可能地可以均布在纤维层100之间。换句话说，薄钢板200尽可能地均布在纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座中。因为存在纤维层100的数量无法被薄钢板200等分的情况。

在本发明的一个实施例中，具体的：当薄钢板200的层数N＝3，纤维层100的层数M＝10。因此，纤维层100被薄钢板200分为4组，并且需要满足，被薄钢板200分隔的多组纤维层100的层数之间两两互相作差的差值小于等于1，其中N为正整数。因此，可以得出确切的纤维层100被分隔的组数为：2、2、3、3。

换句话说，该实施例中纤维层100整体被分隔为第一组三层纤维201、第二组双层纤维202、第三组双层纤维203及第四组三层纤维204。进一步，薄钢板200插设在第一组三层纤维201和第二组双层纤维202之间，第二组双层纤维202和第三组双层纤维203之间，第三组双层纤维203和第四组三层纤维204之间。

同时应满足，在每层纤维层100的上下相邻层均为橡胶板300，薄钢板200的上下相邻层也为橡胶板300。纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的上封顶层为橡胶板300，下封底层为橡胶板300。

最后，得出本实施例中纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的具体分布情况，其中一种实施例的示意图如图4。该实施例中，竖直方向上纤维层100的层数依次是：3、2、2、3。当然，在本发明的其他实施例中，也可以2、2、3、3或2、3、2、3等其它顺序进行排列。

根据以上实施例所举例的分隔方式对薄钢板200位置进行尽可能的均匀分配，不在举例其它实施例进行赘述。

该纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座采用纤维层替代传统钢板橡胶支座中的薄钢板，但为了显著提高其竖向刚度与抗弯刚度，满足实际工程对于纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座的高刚度、低变形的要求，进一步地提出保留少量薄钢板，由此形成本申请的纤维-钢板混合夹层叠层橡胶支座。

最后应说明的是：以上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精神和范围。