环形弹簧复合锥形铅垫双级变刚度竖向隔振支座及振震双控支座的制作方法

本发明属于建筑结构，尤其涉及建筑隔振/震技术，特别是一种环形弹簧复合锥形铅垫双级变刚度竖向隔振支座及振震双控支座。

背景技术：

1、随着我国城市建设的蓬勃发展，城市土地资源愈发紧张，地铁因其运量大、全天候、节能安全、快速便捷等优点，已经成为大城市交通的重要组成部分。地铁修建的成本很高，很多城市的地铁建设都面临巨大的负债压力，地铁车站、区间线和地下空间来进行物业开发不仅可以提高城市用地的使用效率，而且能有效降低地铁建设的成本。近年来，各城市率先利用地铁车辆段上部空间进行物业开发，成功的提高城市土地资源的利用率，发挥了地铁沿线的交通优势，因此可以说地铁上盖物业开发是土地资源的二次开发和高效利用。

2、然而，地铁线路距离建筑结构越来越近，地铁高速运行、制动刹车、启动加速等均会引发临近的建筑结构竖向振动和噪声超限等问题，导致地铁线路的临近建筑或上盖建筑的建筑功能受到限制、结构的舒适度难以满足相关规范要求。除了地铁振动影响之外，水平地震的影响依旧不可忽视，因此实际工程结构既面临抗震需求，又面临抗振需求，需要发明一种结构体系既要降低上部结构的水平地震作用，又能降低竖向地铁振动的影响。以同时保证上部建筑在地铁振动时可正常使用、在地震发生时避免上部建筑发生严重的地震损伤。

3、目前，地铁上盖建筑结构的水平隔震方案的主要形式为在建筑结构的适当位置增设一层隔震层。通过在隔震层布置水平隔震支座，实现减小隔震层上部结构水平地震作用的水平隔震效果。布置在隔震层中的水平隔震支座常见的有天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、弹性滑板橡胶支座、摩擦摆支座等。以上这些支座一般在水平的两个方向(x向和y向)的刚度较小，而其竖向(z向)的刚度较大，因此隔震支座变形主要为水平方向的变形，通过设置隔震支座，可以降低结构水平向的刚度，从而降低上部结构水平向地震作用。

4、目前，应用于地铁上盖建筑结构的竖向隔振方案的主要形式为在建筑结构的适当位置增设一层隔振层。通过在隔振层布置竖向隔振支座，实现减小隔振层上部结构竖向振动作用的竖向隔振效果。布置在隔震层中的竖向隔振支座常见的有厚肉橡胶支座、螺旋钢弹簧支座、碟形钢弹簧支座等。

5、现有振动控制技术及结构隔震技术已经多年的发展历史，然而对于建筑结构的竖向振动和地震作用的双重控制问题，当前实际工程中尚未出现技术成熟的可广泛应用的控制装置。该问题的技术瓶颈与制约主要表现在：

6、(1)现有的隔震支座竖向刚度较大，无法降低结构竖向刚度，无法降低隔震结构的竖向地震作用和竖向振动作用，不具备隔离竖向振动作用的效果，相反甚至会放大结构的竖向地震作用和竖向振动。

7、(2)现有的隔振支座(如厚肉橡胶支座、钢螺旋弹簧支座)在竖向的承载能力有限，导致采用这种隔振支座时，上部结构仅限于于低矮楼层建筑；当上部结构楼层较高时，隔振部件(厚肉橡胶、钢螺旋弹簧)无法承载过大的竖向压力而失去稳定(厚肉橡胶鼓曲)或发生破坏(钢螺旋弹簧断裂)。

8、(3)现有的振震双控支座用于竖向振动控制的隔振部件(如厚肉橡胶)的隔振频率与下部结构梁、柱构件的一阶竖向自振频率接近，无法达到理想的隔振频率比，导致对地铁振动波的隔振效率低。

9、(4)现有的振震双控支座的竖向耗能能力有限，由于共振效应，地铁振动波将在振震双控支座竖向自振频率点上出现振动响应放大的不利现象。在设计隔振支座时需要与阻尼器配合使用。

10、(5)现有的振震双控支座由于缺少自复位能力，在地震时用于高宽比较大的建筑物会出现摇摆现象，甚至支座受拉至屈服，导致结构发生整体倾覆破坏。

11、(6)现有的振震双控支座无法兼顾地震和竖向振动的控制需求。因地震动和来自轨道交通、地面交通的环境振动具有不同的振动特性，前者幅值高，频谱广，但是频率低，后者幅值低，频谱窄，但是频率高。既有的一些振震双控支座往往只能在某一方面起到较好的控制作用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，本发明提出一种环形弹簧复合锥形铅垫双级变刚度竖向隔振支座及振震双控支座，解决目前对竖向隔振和水平向地震作用控制的不足。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明首先提供一种环形弹簧复合锥形铅垫双级变刚度竖向隔振支座，用于隔离竖向振动作用，包括：支座上部连接单元，用于与上部结构连接固定；支座下部连接单元，布置于所述支座上部连接单元的下方，用于与下部结构连接固定；双级变刚度竖向隔振单元，安装于所述支座上部连接单元和支座下部连接单元之间，包括上部内圈环簧复合锥形铅垫、下部内圈环簧复合锥形铅垫和外圈环簧，上部内圈环簧复合锥形铅垫和下部内圈环簧复合锥形铅垫分别由上部和下部部分地内嵌于所述外圈环簧内；并且所述双级变刚度竖向隔振单元在第一级竖向加载时，锥形铅垫受压变形，隔振单元为第一级竖向刚度，在第二级竖向加载时，锥形铅垫锁死，内圈环簧发生向内的环向压缩变形，外圈环簧发生向外的环向膨胀变形，隔振单元为第二级竖向刚度，并且所述第一级竖向加载小于第二级竖向加载，所述第一级竖向刚度小于第二级竖向刚度。借助环形弹簧与锥形铅垫的组合隔振单元，在初始第一级加载范围内，隔振单元竖向刚度较低，在第二级加载范围内，隔振单元的竖向刚度变大，实现双阶变刚度竖向振动控制，显著提升隔振效果。

4、本发明进一步提供一种振震双控支座，包括所述的竖向隔振支座，以及水平向隔震支座，所述水平向隔震支座包括水平向隔震单元和支座底部连接单元；并且所述竖向隔振支座与水平向隔震支座串联布设，竖向隔振支座布置于水平向隔震支座的上部，所述竖向隔振支座的支座上部连接单元与上部结构柱墩连接固定，所述竖向隔振支座的支座下部连接单元与所述水平向隔震单元连接固定。借助本发明提供的振震双控支座，能够实现同时隔离竖向振动作用和水平向地震作用，这对高地震设防地区城市地下轨道交通沿线临近建筑结构尤为必要。

5、有益效果：本发明提出的一种环形弹簧复合锥形铅垫双级变刚度竖向隔振支座及振震双控支座，与普通的竖向隔振支座及振震双控支座相比，至少具有以下优点：

6、(1)双级变刚度竖向隔振：通过环形弹簧与锥形铅垫的组合隔振单元，在初始第一级加载范围内，隔振单元竖向刚度较低，在第二级加载范围内，隔振单元的竖向刚度变大，实现双阶变刚度竖向振动控制，显著提升隔振效果。

7、(2)减振耗能能力强：通过环形弹簧与锥形铅垫的组合隔振单元组合受力，在竖向一次加卸载循环中能消耗约三分之二的能量，适用于空间尺寸受限制而又要求吸收大量能量，或者需要相当衰减力及要求强力隔振、缓冲的场合。

8、(3)自复位能力强：通过环形弹簧与锥形铅垫的组合隔振单元组合受力，利用环形弹簧竖向受压时具有很强的自复位功能，性能稳定可重复，有助于恢复振后结构的构造，使隔振结构保持无损伤的弹性变形阶段。

9、(4)有效地降低竖向隔振部件的竖向刚度及竖向隔振频率，显著提升针对地铁振动的竖向隔振效率。

10、(5)解决竖向隔振部件承载力不足的问题，显著提升振震双控支座的竖向承载能力，保证支座在多层和高层建筑均可使用。

11、(6)解决水平向隔震支座和竖向隔振支座在组合使用时水平向和竖向变形耦合效应对造成水平向隔震效果和竖向隔振效果的不利影响。

12、(7)材料利用率高：采用环形弹簧与锥形铅垫的组合隔振单元组合受力，利用环形弹簧单位体积材料的储能能力比其他类型弹簧大，能够节约装置所需空间，经济性好。

13、(8)可设计性灵活：工程师可以按照上部建筑的隔振和减震要求，改变环簧界面之间的润滑剂、环簧直径、环簧厚度、圆锥角角度、铅垫厚度、铅垫弹性模量等设计参数获得合适的特性线，以达到最佳的竖向隔振效果。

14、应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。