本發明涉及一種建筑防振動(或震動)裝置，具體涉及一種由夾層鋼板橡膠墊與豎向隔震支座串聯的三維隔震裝置。

背景技術：

隔震裝置是設在建筑與基礎之間的防震隔離裝置。早期的隔震裝置主要是由橡膠與薄鋼板交替疊合構成的二維隔震支座(疊層橡膠隔震支座)，只能隔離地震波的水平分量。隨著人們對地震多維特性認識的提高，三維隔震裝置逐漸受到本領域研究者的重視。最常見的三維隔震裝置就是由疊層橡膠隔震支座與既有的豎向隔震支座串聯而成。

公開號為CN 102409777 A的發明專利申請公開了一種結構三維隔震和抗傾覆裝置，該裝置的主體機構由疊層橡膠隔震支座14與彈簧隔震支座15串聯構成，所述主體結構的上、下側分別設置有上連接板1和下連接板18，其特征在于：所述上連接板1和下連接板18之間設置有繞主體結構四周錯位均布的抗拉鋼絲繩16，所述抗拉鋼絲繩16沿水平方向的極限變形量大于主體機構的水平剪切彈性變形量。該專利申請所述方案雖然可提高三維隔震裝置的抗拉強度,以抵御地震中高層建筑物的搖擺甚至傾覆所產生的巨大拉力，但仍然存在以下的不足：1、所述的彈簧隔震支座只能壓縮耗能減震，不能拉伸耗能減震；2、所述的彈簧隔震支座不能預設早期剛度，不便于預設地震烈度降低隔震成本。

公開號為CN1932324A的發明專利申請公開了一種“可調節碟形彈簧機械式減震阻尼器”，該阻尼器包括外殼、設在外殼內的載荷連接桿和兩組碟形彈簧，所述，所述載荷連接桿的中部設有與之固連的調節齒輪，所述調節齒輪兩側的載荷連接桿上分別設有與載荷連接桿螺紋配合的左旋螺母和右旋螺母，所述兩組碟形彈簧分別設在所述左旋螺母和右旋螺母的外側，并分別被夾持在所述左旋螺母或右旋螺母與外殼端部的封板之間。只需撥轉載荷連接桿上的調節齒輪，使所述左旋螺母和右旋螺母相互靠攏或遠離即可調節兩組碟形彈簧的預緊力從而調節阻尼器的阻尼系數，以滿足不同頻率和不同振幅的使用需求。然而該發明仍具有如下不足：1、所述載荷連接桿是在兩組碟形彈簧的共同作用下保持平衡的，兩組碟形彈簧的預緊力雖然能夠調節，但是無論如何調節，兩組碟形彈簧對載荷連接桿的作用力都是一組大小相等，方向相反的力，只需在載荷連接桿上施加任何外力都會破壞這種平衡，使兩組碟形彈簧發生變形，所以所述的阻尼器無法預設早期剛度；2、該發明中必須配合使用兩組碟形彈簧，才能在阻尼器受到壓或拉荷載時都提供阻尼，這不僅造成了一定的浪費，還使得阻尼器的長度大大的增加。

公開號為CN101457553A的發明專利申請公開了一種“彈簧剛度可調式調諧質量減振器”，該減振器是一種復合阻尼器，通過改變質量塊的厚度改變其特征頻率，通過改變粘滯阻尼器的工作介質的流量改變其阻尼比，通過改變彈簧的有效工作長度改變其剛度，其中改變彈簧的有效工作長度的手段有三種，一是采用固化材料將彈簧位于固化筒內的一段固化，二是往螺旋彈簧的中心內塞入約束塊，并二者過盈配合，使與約束塊接觸的一段彈簧失效，三是在約束塊表面設置螺旋狀凸起，將螺旋狀凸起卡在彈簧絲之間，使彈簧絲之間卡有螺旋狀凸起的一段彈簧失效。由此可見，該專利申請方案中的彈簧雖然可改變剛度，但所述的彈簧不僅有效工作長度明顯縮短，而且只能壓縮耗能減振，不能拉伸耗能減振。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種豎向早期剛度可調節的三維隔震裝置，該三維隔震裝置不僅既可壓縮耗能減振，又可拉伸耗能減振，而且還保持了豎向隔震支座中圓柱形螺旋壓縮彈簧的有效工作長度。

本發明解決上述技術問題的技術方案是：

一種豎向早期剛度可調節的三維隔震裝置，該三維隔震裝置包括上下依次串接的疊層橡膠隔震支座和豎向隔震支座；其中，

所述的疊層橡膠隔震支座包括上連接板、下連接板、夾持在上下連接板之間的疊層橡膠墊和至少三根均布在疊層橡膠墊四周的抗拉鋼索；所述抗拉鋼索的一頭固定在上連接板上，另一頭固定在下連接板上，且上下兩固定點的連線平行于所述疊層橡膠墊的中軸線；

所述的豎向隔震支座包括底座，該底座的上表面設有向上延伸的導向套；所述導向套內部同軸設有圓柱形螺旋壓縮彈簧，該圓柱形螺旋壓縮彈簧的上頭設有驅動壓板；所述的疊層橡膠隔震支座的下連接板的中部向所述導向套內延伸一圓管狀的連接構件，該連接構件與所述的驅動壓板固定連接；

其特征在于，

所述豎向隔震支座的導向套內還設有反壓裝置，該反壓裝置包括數量分別至少為三根的兩組預壓鋼索、兩塊浮動壓板和數量為所述兩組預壓鋼索數量之和的鋼索自鎖張緊錨具，其中，

所述的兩塊浮動壓板，一塊設在所述驅動壓板與圓柱形螺旋壓縮彈簧之間，另一塊設在底座與圓柱形螺旋壓縮彈簧之間；

所述的鋼索自鎖張緊錨具由第一自定心鎖緊夾具、第二自定心鎖緊夾具、防扭壓縮彈簧和平面軸承組成，其中：

A)所述的第一自定心鎖緊夾具具有一連接座，該連接座一端的中部設有軸向延伸的圓柱形凸臺，該凸臺的體內沿軸心線設有由3～5瓣爪片組成的第一錐形夾爪，外周面套設有張緊螺套；其中，所述第一錐形夾的小頭指向連接座，所述張緊螺套的外周面為正六邊形；

B)所述的第二自定心鎖緊夾具具有一錐套，該錐套的體內沿軸線依次設有由3～5瓣爪片組成的第二錐形夾爪和空心螺栓，其中，所述的空心螺栓的頭部與第二錐形夾爪的大頭相對，所述錐套的外周面為正六邊形；

C)所述的平面軸承由滾珠—保持架組件和分別設在張緊螺套與錐套相對的端面上的環形滾道構成，其中所述的環形滾道與滾珠—保持架組件中的滾珠相匹配；

D)所述第二自定心鎖緊夾具位于所述張緊螺套頭部的外側，且第二錐形夾爪小頭與第一錐形夾爪小頭的指向一致；所述的平面軸承位于所述張緊螺套與錐套之間，所述的防扭壓縮彈簧設在張緊螺套的內孔中；當預壓鋼索由第一錐形夾爪的爪片之間經防扭壓縮彈簧與平面軸承的中心孔以及第二錐形夾爪的爪片之間穿出后，在預壓鋼索張力作用下，所述防扭壓縮彈簧的一頭作用在第一錐形夾爪上，另一頭作用在錐套上；

所述的兩組預壓鋼索分別繞導向套的軸線以直線狀態對稱分布于所述圓柱形螺旋壓縮彈簧的中心孔內，且，一組預壓鋼索的一頭分別固定在與驅動壓板相鄰的浮動壓板上，另一頭分別穿過與底座相鄰的浮動壓板由所述的鋼索自鎖張緊錨具錨固在底座上；另一組預壓鋼索的一頭分別固定在與底座相鄰的浮動壓板上，另一頭分別穿過與驅動壓板相鄰的浮動壓板由所述的鋼索自鎖張緊錨具錨固在驅動壓板上；

所述的浮動壓板上在穿過所述預壓鋼索的位置分別設有穿過該預壓鋼索的通孔，該通孔的孔徑大于所穿設的預壓鋼索的直徑；

張緊兩組預壓鋼索，使兩塊浮動壓板之間的距離等于將圓柱形螺旋壓縮彈簧壓縮至預設豎向早期剛度的長度；

將所述抗拉鋼索張緊，為疊層橡膠墊提供等于設計靜載荷的預壓力。

上述方案中，所述的抗拉鋼索和預壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預應力鋼鉸線。

上述三維隔震裝置豎向隔震的工作原理如下：當豎向動載荷沿導向套的軸線相對作用時，壓力經由疊層橡膠隔震支座傳遞到驅動壓板，使之下移壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧；當動載荷沿導向套的軸線相背作用時，拉力經由抗拉鋼索傳遞到驅動壓板，驅動壓板上移，而兩組預壓鋼索則分別牽拉兩塊浮動壓板相對移動壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧。由此可見，軸向動載荷無論相對還是相背作用在三維隔震裝置上，都能壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧，使其發生彈性變形而耗能。

由上述工作原理可見，工作過程中所述的預壓鋼索與所述浮動壓板上的通孔的孔壁不能產生摩擦，否則就會干擾浮動壓板的上下移動，因此所述通孔直徑比所述預壓鋼索的直徑大多少，應以不干擾和影響浮動壓板的上下移動為宜。

本發明所述的豎向早期剛度可調節的三維隔震裝置，其中所述的預壓鋼索固定在浮動壓板上的一頭可采用常規的方法錨固，也可采用類似于吊環螺釘或由鋼筋彎曲的U形構件系接固定。

本發明的豎向早期剛度可調節的三維隔震裝置較現有技術具有以下效果：

(1)在豎直方向上，即可壓縮耗能減震，又可拉伸耗能減震；能有效的耗減高層建筑物由于搖擺而對建筑基礎產生的巨大拉力；且只需一只圓錐形螺旋壓縮彈簧，豎向長度小，穩定性好。

(2)當豎向動載荷大于預設的豎向早期剛度的抵御能力后，本發明中豎向隔震支座的雙向彈性變形對稱，因此不因豎向載荷的正負方向的變化而影響其壓縮變形耗能的效果；

(3)只要改變兩組預壓鋼索的長度即可改變整個裝置的豎向早期剛度，外力在克服該豎向早期剛度之前無法使隔震裝置產生豎向變形，有效的抑制了建筑物在小地震和弱風振的作用下產生晃動，可預設建筑物的抗風防震等級，顯著降低抗風防震成本；

(4)預設早期剛度過程中，所述圓柱形螺旋壓縮彈簧的有效工作長度不變，不會改變圓柱形螺旋壓縮彈簧原有的特性參數。

(5)采用鋼索自鎖張緊錨具錨固將預壓鋼索的另一頭，一是可對預壓鋼索的長度進行調節，二是利用防扭壓縮彈簧和第一自定心鎖緊夾具的聯合作用，可有效防止預壓鋼索在進行長度調節的過程中扭動而改變鋼索的特性參數。

(6)可有效緩沖建筑的物搖晃趨勢對建筑物基礎產生的拉伸和壓縮沖擊，進一步降低建筑物傾覆的風險。

附圖說明

圖1～6為本發明所述三維隔振裝置的一個具體實施例的結構示意圖，其中，圖1為主視圖(剖視)，圖2為圖1的A-A剖視圖，圖3為圖1的B-B剖視圖，圖4為C-C剖視圖，圖5為圖1中局部Ⅰ的放大圖，圖6為圖1中局部Ⅱ的放大圖。

圖7～11為圖1～6所示實施例中鋼索自鎖張緊錨具的結構示意圖，其中，圖7為主視圖(剖視)，圖中虛線表示預壓鋼索，圖8為仰視圖，圖9為圖7的D-D剖面圖，圖10為圖7的E-E剖面圖，圖11為圖7的F-F剖視圖。

圖12～14為本發明所述三維隔震裝置的第二個具體實施例的結構示意圖，其中，圖12為主視圖(剖視)，圖13為圖12的G-G剖視圖，圖14為圖12的H-H剖視圖。

圖15～17為本發明所述三維隔振裝置的第三個具體實施例的結構示意圖，其中，圖15為主視圖(剖視)，圖16為圖15的I-I剖視圖，圖17為圖15的J-J剖視圖。

具體實施方式

例1

參見圖1，本例中的三維隔震裝置由上下串聯的疊層橡膠隔震支座和豎向隔震支座組成。

參見圖1和圖4，所述的疊層橡膠隔震支座包括上連接板14、下連接板15、夾持在上下連接板之間的疊層橡膠墊17和六根抗拉鋼索16；其中，所述的上連接板14和下連接板15均呈圓盤狀，上連接板14的邊緣設有安裝孔13；所述疊層橡膠墊17的主體由一層橡膠17-1與一層鋼板17-2交替疊合后模壓硫化構成，且在模壓硫化的過程中其周邊自然形成橡膠保護層17-3。所述疊層橡膠墊17主體的上下兩端面均設有與至硫化連接在一起的聯結鋼板17-4，所述兩塊聯結鋼板17-4分別與上連接板14和下連接板15通過螺釘固定連接在一起。所述的六根抗拉鋼索16繞疊層橡膠墊17的中軸線對稱分布在其四周，每一根抗拉鋼索16的一頭由吊環螺釘12固定在上連接板14上，另一頭由吊環螺釘12固定在下連接板15上。每一根抗拉鋼索16張緊，使六根抗拉鋼索16的張力之和等于本例所述三維隔振裝置豎向的設計靜載荷，且張緊后，每一根抗拉鋼索16均平行于疊層橡膠墊17的中軸線。

參見圖1～6，所述豎向隔震支座包括導向套1、底座3、圓柱形螺旋壓縮彈簧4和反壓裝置。

參見圖1～3，所述的導向套1為圓管狀，其上端向內徑向收縮形成起限位和導向作用的環形翼緣2，下端向外徑向延伸形成一法蘭盤。所述的底座3的中部向上隆起呈倒置的臉盆狀，四周的邊緣設有安裝孔13，所述的導向套1通過下端所設的法蘭盤固定在其隆起的中部的上表面。

參見圖1～3，所述的圓柱形螺旋壓縮彈簧4設在導向套1內，該圓柱形螺旋壓縮彈簧4的上端設有與所述導向套1動配合的驅動壓板5，所述下連接板15的中部向所述導向套1內延伸一圓管狀的的連接構件15-1，該連接構件15-1的下端與所述的驅動壓板5通過螺釘固定連接在一起。

參見圖1，下連接板15與環形翼緣2之間以及驅動壓板5與環形翼緣2之間設有大于振幅的間隙。

參見圖1～6，所述的導向套1內設有反壓裝置，該反壓裝置包括兩組預壓鋼索、兩塊浮動壓板和七只鋼索自鎖張緊錨具18；其中，所述的兩組預壓鋼索為由三根預壓鋼索組成的第一組預壓鋼索8和由四根預壓鋼索組成的第二組預壓鋼索9；所述的兩塊浮動壓板為設在所述驅動壓板5與圓柱形螺旋壓縮彈簧4之間的第一浮動壓板6和設在底座3與圓柱形螺旋壓縮彈簧4之間的第二浮動壓板7，該兩塊浮動壓板分別與所述的導向套1的內壁動配合。

參見圖7～11，每一鋼索自鎖張緊錨具18由第一自定心鎖緊夾具、第二自定心鎖緊夾具、防扭壓縮彈簧18-1和平面軸承18-2組成，其中：

所述的第一自定心鎖緊夾具具有一連接座18-3，該連接座18-3的邊緣設有安裝孔18-12，下端的中部設有軸向延伸的圓柱形凸臺18-4，該凸臺18-4的體內沿軸心線設有第一錐孔18-5，該錐孔內設有由3瓣爪片組成的第一錐形夾爪18-7，所述凸臺18-4的外周面套設有張緊螺套18-6，二者之間螺紋連接；其中，所述第一錐形夾18-7的小頭指向連接座18-3，所述張緊螺套18-6的外周面為正六邊形；

所述的第二自定心鎖緊夾具具有一錐套18-8，該錐套18-8的體內沿軸線依次設有一段第二錐孔18-13和一段螺紋孔；其中，第二錐孔18-13內設有由3瓣爪片組成的第二錐形夾爪18-9，所述的螺紋孔內設有空心螺栓18-10，空心螺栓18-10的頭部與第二錐形夾爪18-9的大頭相對，所述錐套18-8的外周面為正六邊形；

所述的平面軸承18-2由滾珠—保持架組件18-11和分別設在張緊螺套18-6與錐套18-8相對的端面上的環形滾道構成，其中所述的環形滾道與滾珠—保持架組件18-11中的滾珠相匹配；

所述第二自定心鎖緊夾具位于張緊螺套18-6頭部的外側，且第二錐形夾爪18-9的小頭與第一錐形夾爪18-7小頭的指向一致；所述的平面軸承18-2位于所述張緊螺套18-6與錐套18-8之間，所述的防扭壓縮彈簧18-1設在張緊螺套18-6的內孔中。當預壓鋼索由第一錐形夾爪18-7的爪片之間經防扭壓縮彈簧18-1與平面軸承18-2的中心孔以及第二錐形夾爪18-9的爪片之間穿出后，在預壓鋼索張力作用下，所述防扭壓縮彈簧18-1的一頭作用在第一錐形夾爪18-7上，另一頭作用在錐套18-8上。

參見圖1～6，所述兩組預壓鋼索分別以直線狀態繞導向套1軸線對稱分布在所述圓柱形螺旋壓縮彈簧4的中心孔內，每一根預壓鋼索均平行于導向套1軸線，且第一組預壓鋼索8距導向套軸線的距離小于第二組預壓鋼索9距導向套軸線的距離；其中，所述第一組預壓鋼索8的下頭分別由吊環螺釘12固定在第二浮動壓板7上，上頭分別穿過第一浮動壓板6由吊環螺釘12由一只鋼索自鎖張緊錨具18錨固在所述驅動壓板5上；所述第二組預壓鋼索9的上頭分別由吊環螺釘12固定在第一浮動壓板6上，下頭穿過第二浮動壓板7由吊環螺釘12由一只鋼索自鎖張緊錨具18錨固在底座3上。所述第一浮動壓板6上在每一根第一組預壓鋼索8穿過的位置設有供其穿越的第一通孔10，該第一通孔10的孔徑大于所述第一組預壓鋼索8的直徑；所述的驅動壓板5上，在每一根第一組預壓鋼索8穿過位置均設有錨固該第一組預壓鋼絲繩8的第一錨固孔5-1。所述第二浮動壓板7上在每一根第二組預壓鋼索9穿過的位置設有供其穿越的第二通孔11，該第二通孔11的孔徑大于所述第二組預壓鋼索9的直徑；所述的底座3上，在每一根第二組預壓鋼索9穿過位置均設有錨固第二組預壓鋼絲繩9的第二錨固孔3-1。所述的抗拉鋼索和預壓鋼索的一頭由吊環螺釘固定在相應構件上的方法為：將吊環螺釘12固定在相應的構件上，然后將預壓鋼索的一頭系接在吊環螺釘的吊環上，并由鋼絲繩夾(圖中未畫出)固定死。

參見圖1，所述鋼索自鎖張緊錨具18的連接座18-3由螺釘固定在第底座3的下表面或驅動壓板5的上表面。

本例中的所述的抗拉鋼索和預壓鋼索可以是鋼絲繩，也可以是預應力鋼鉸線，具體實施時，可根據實際需要自行選取。

參見圖1～3，為了實現可預設豎向早期剛度的目的，上述三維隔震裝置安裝方法如下：(1)先根據預設的豎向早期剛度和圓柱形螺旋壓縮彈簧4的特性參數，計算出圓柱形螺旋壓縮彈簧4滿足豎向早期剛度時的長度；(2)按圖1將豎向隔震支座以及疊層橡膠隔震支座的下連接板15組裝好，使每一根預壓鋼索的另一頭自相應的鋼索自鎖張緊錨具18的第一錐形夾爪18-7、第二錐形夾爪18-9和空心螺栓18-10的中心孔中穿出；然后，(3)把露出的預壓鋼索的繩頭系接在牽引張拉機上，并在牽引張拉的同時監視圓柱形螺旋壓縮彈簧4的壓縮量(即為張拉距離)，以便確定兩塊浮動壓板之間的距離；當兩塊浮動壓板之間的距離等于圓柱形螺旋壓縮彈簧4壓縮至滿足豎向早期剛度的長度時，向前挪動第二自定心鎖緊夾具，同時調節擰動張緊螺套18-6，使得平面軸承18-2被緊緊夾在所述張緊螺套18-6與錐套18-8之間，且防扭壓縮彈簧18-1被壓縮，其所產生的張力推動第一錐形夾爪18-7前移將預壓鋼索夾緊，爾后擰動所述的空心螺栓18-10將位于第二錐形夾爪18-9內預壓鋼索夾死；最后，移除牽引張拉機，截斷多余的預壓鋼索，即可將圓柱形螺旋壓縮彈簧4始終夾持在兩塊浮動壓板之間。(4)最后按圖1和4將疊層橡膠隔震支座的其他部件安裝在所述下連接板15的上方，即得所述三維隔震裝置。

預設豎向早期剛度時，兩組預壓鋼索的張力之和需大于等于所述三維隔震裝置所承受的豎向靜載荷。

參見圖1和圖7～11，在安裝三維隔震裝置的施工過程中或日常維護過程中，如果發現某預壓鋼索的張力不足，即可擰動鋼索自鎖張緊錨具18中的張緊螺套18-6進行調節。

在理想的條件下，地震的豎向波通過隔震裝置向建筑傳遞時建筑物應該不會發生位移。基于此，本例三維隔震裝置豎向隔震的工作原理如下：參見圖1，當地震的豎向波所產生的動載荷克服了所述豎向早期剛度時，如果該動載荷沿導向套1的軸線上推底座3，驅動壓板5的反作用力便向下壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧4，底座3隨地面上移而建筑物不動；如果該動載荷沿導向套1的軸線下拉底座3，所述兩組預壓鋼索分別牽拉兩塊浮動壓板相對移動壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧4，而底座3則遠離驅動壓板5隨地面下移，此時建筑物仍然不動。由此可見，當地震縱波使地面發生上下振動時均可壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧產生彈性變形而耗能。同理，建筑物在風振或水平地震波的作用下搖晃時，無論對其對所述三維隔震裝置產生的動載荷是拉力還是壓力均可壓縮圓柱形螺旋壓縮彈簧產生彈性變形而耗能。

例2

本例與例1具有如下區別：

參見圖12～14，所述第一組預壓鋼索8和第二組預壓鋼索9均由三根預壓鋼索組成。并且，第一組預壓鋼索8距導向套軸線的距離等于第二組預壓鋼索9距導向套軸線的距離。所述的鋼索自鎖張緊錨具18的數量為六只，分別用于固定每一根預壓鋼索的另一頭。

本例上述以實施方法與例1相同。

例3

參見圖15～17，本例與例2的區別在于所述第一組預壓鋼索8和第二組預壓鋼索9均由五根預壓鋼索組成。所述的鋼索自鎖張緊錨具18的數量為十只，分別用于固定每一根預壓鋼索的另一頭。

本例上述以外的其它實施方式與例2相同。