本发明涉及地铁车站内的隔震结构技术领域，具体涉及一种弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座。
背景技术：
已有地下结构的震害最早可以追朔到1923年的日本关东大地震，东京城里的供水管道在地震中受到严重破坏，南无谷隧道衬砌裂缝遍及全洞(袁勇等，2014)。我国1976年的唐山大地震中唐山北郊水厂地下清水池内多根柱子的柱脚被震酥，水泥剥落，钢筋外露。1985年墨西哥地震后研究人员也观察到地铁车站及隧道的一些轻微裂缝，这些裂缝主要分布于地铁区间隧道和车站结构的连接处，以及刚度急剧变化的位置。尤其是1995年日本阪神地震中，大规模地铁地下车站及其区间隧道的严重破坏给人们敲响了警钟，学者开始对强震中地铁地下结构抗震性能的研究重视起来，开始认识到强震中城市地铁地下结构的抗震性能对于维护其结构安全与功能以及对生命安全、震后修复与重建等都至关重要。
传统的抗震设计方法多利用结构的塑性变形吸收地震输入的能量，确保其地震安全性。但是，隔震结构能大幅度降低建筑物上部加速度反应，所以结构不需要发生塑性变形，能够保证其结构及其内部设施和设备正常发挥功能。因此，结构的减隔震技术已经被认为对地震工程有重要影响的先进技术，同时更能符合我国未来建设“韧性城市”对提高建(构)筑物防震减灾的总体要求。但是，基于刚性地基假定的减隔震结构主被动控制理论和方法很难实用于地下结构减隔震的具体要求。同时，地下结构很难采用隔震装置使其与周围地基土完全分离，通过延长地下结构周期达到降低其地震反应的方法也是很难做到的。
综上所述，鉴于城市地铁地下车站结构所处工程场地的特殊性、自身抗震性能以及地震破坏机理的复杂性，急需研发地铁地下车站结构的减隔震措施，建立适用于地铁地下车站结构的减隔震控制理论与实用设计方法。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，能够保证强地震中结构在水平向和竖向的隔震效果，因此提高结构的整体抗震性能。为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，包括：上连接板，底部设有至少三个环形挡板，每两个相邻的所述环形挡板之间形成环形凹槽；高阻尼橡胶块，紧密贴合在所述上连接板下表面，所述高阻尼橡胶块的上端设有环形凸块，所述环形凸块位于所述环形凹槽的正下方，所述环形凸块嵌于所述环形凹槽内；所述高阻尼橡胶块的外周设置橡胶保护层；以及下连接板，设置于所述高阻尼橡胶块的下端；其中，所述高阻尼橡胶块设有一个圆柱形的通孔，所述通孔内设置一弹簧；所述弹簧上端与所述上连接板的底面连接，所述弹簧的下端与所述下连接板的顶面连接。
进一步地，所述通孔、所述高阻尼橡胶块以及所述弹簧同轴线设置。
进一步地，所述上连接板与所述下连接板为金属材料，所述上连接板与所述下连接板的厚度为1～3cm；所述环形凹槽的槽宽为1～3cm，所述环形凹槽的深度为1～3cm。
进一步地，所述高阻尼橡胶块由所述高阻尼橡胶材料组成，所述高阻尼橡胶材料杨氏模最为0.1～1mpa。
进一步地，所述通孔的直径d1为10～35cm；所述弹簧的直径d2为d1～d1(-1)mm。
进一步地，所述弹簧的轴向刚度变化范围f1为300～500kn/mm，所述弹簧的横向刚度为1/2f1。
进一步地，所述隔震支座的转角小于0.015rad。
进一步地，所述隔震支座的竖向承载力为200kn-25000kn。
进一步地，所述隔震支座等效阻尼比大于8％，应用温度范围-20～50℃。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，所述高阻尼橡胶块的顶端嵌于所述上连接板下表面，形成锯齿式错缝连接结构，保证所述隔震支座的抵抗水平力的能力的同时，能够使得在拉应力下高阻尼橡胶不受拉应力，保证高阻尼橡胶不产生受拉破坏。同时，所述高阻尼橡胶块的中心设置刚性弹簧，提高了所述高阻尼橡胶水平变形后的恢复能力，同时提供足够的竖向受拉和受压能力，保证高阻尼橡胶不产生过度的拉压破坏。所述弹簧上下设置，且于所述上连接板以及所述下连接板固定连接，保证了所述隔震支座的抗拉抗压能力。
(2)本发明的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，将所述防震支座应用于地铁地下车站中柱连接结构后，可以显著的提高地下车站抗剪切以及中柱的抗拉抗压能力。有效的填补地下结构减震技术的不足，减小地铁地下车站结构的中柱和隔震支座本身的地震破坏风险，提高地铁车站结构的整体抗震性能，减轻地铁地下车站结构地震破坏带来的巨大经济损失和人员伤亡。并有力地推动我国城市轨道交通这一重大城市生命线工程防震减灾工作的快速发展，为我国“韧性城市”建设中提高地下空间“韧性”提供重要的科学依据和技术保障。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座的剖视图；
图2所示为本发明一实施例的高阻尼橡胶块的俯视图；
图3所示为本发明一实施例的所述上连接板的仰视图。
附图标记
1上连接板、11环形挡板、12环形凹槽、2高阻尼橡胶块、21环形凸块、22橡胶保护层、23通孔、3下连接板、4弹簧、5安装孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，包括：上连接板1、高阻尼橡胶块2、下连接板3以及弹簧4。
所述上连接板1为金属材料制得，优选硬质钢板，保证在受力过程中能够与车站主体结构保持很好的链接而不变形。所述上连接板1底部设有至少三个环形挡板11，每两个相邻的所述环形挡板11之间形成环形凹槽12。所述上连接板1的厚度为1～3cm。所述环形凹槽12的槽宽为1～3cm，所述环形凹槽12的深度为1～3cm。
所述高阻尼橡胶块2由高阻尼橡胶材料组成，所述高阻尼橡胶材料的杨氏模最为0.1～1mpa。所述高阻尼橡胶块2紧密贴合在所述上连接板1的下表面，所述高阻尼橡胶块2的上端设有环形凸块21，所述环形凸块21位于所述环形凹槽12的正下方，所述环形凸块21嵌于所述环形凹槽12内。所述环形凸块21与所述环形凹槽12形成锯齿式错缝连接，保证了所述高阻尼橡胶块2和上连接板1的水平剪切力传递，同时保证在竖向受拉时所述高阻尼橡胶块2和上连接板1不产生拉力传递。所述高阻尼橡胶块2的外周设置橡胶保护层22，用于防止在使用的过程中所述高阻尼橡胶块2与空气长期接触而发生损坏或老化等技术问题，影响使用性能。
所述高阻尼橡胶块2设有一个圆柱形的通孔23，所述通孔23内设置一弹簧4。在地震发生时，所述弹簧4限制高阻尼橡胶的过度剪切变形，并使得所述隔震支座具有很好的限位和剪切变形自恢复能力。所述弹簧4上端与所述上连接板1的底面连接，优选焊接方式。所述弹簧4的下端与所述下连接板3的顶面连接，优选焊接方式。当地震发生时，在所述弹簧4的作用下所述隔震支座提高了竖向抗拉能力，防止在地震竖向拉力所述地下车站结构中柱被损坏。所述通孔23、所述高阻尼橡胶块2以及所述弹簧4优选同轴线设置，确保受力均匀。所述通孔23的直径d1为10～35cm。所述弹簧4的直径d2为d1～d1(-1)mm，所述弹簧4的外壁抵接在所述通孔23的内壁，保证所述弹簧4与所述高阻尼橡胶块2具有很好的水平剪切变形协调能力。所述弹簧4的轴向刚度变化范围f1为300～500kn/mm，所述弹簧4的横向刚度为1/2f1。
所述下连接板3为金属材料制得，优选硬质钢板。所述下连接板3设置于所述高阻尼橡胶块2的下端。所述下连接板1的厚度为1～3cm。所述隔震支座的转角小于0.015rad。所述隔震支座的竖向承载力为200kn-25000kn。所述隔震支座等效阻尼比大于8％，应用温度范围-20～50℃。
使用时需要通过所述上连接板1以及所述下连接板3上的安装孔5将所述隔震支座与地下车站待连接部位固定连接。当地震发生时，地震对地下车站的破坏力可以分为水平破坏力和竖向破坏力。在水平破坏力的作用下所述高阻尼橡胶块2受到水平向剪切力，所述高阻尼橡胶块2以通过弹性剪切形变抵消部分地震水平破坏力，所述锯齿形错缝结构保证上连接板1与高阻尼橡胶块2的水平弹性变形，使得所述高阻尼橡胶块2与上连接板1的水平剪切力传递。所述弹簧4能够有限限制所述高阻尼橡胶块2的过渡剪切变形，保证其具有很好的水平剪切自恢复能力。
在竖向破坏力作用下，因为所述弹簧4与所述上连接板1以及所述下连接板3固定连接，在竖向拉力的作用下，高阻尼橡胶块2与上连接板1之间不能传递拉力，由弹簧4提供受拉，保护高阻尼橡胶块2不受拉力破坏。在竖向压力的作用下，通过弹簧4和高阻尼橡胶块2共同承担竖向压力，保证高阻尼橡胶块2不产生过度受压破坏，通过高阻尼橡胶块2的竖向受压变形，抵消部分地震竖向破坏力，为地下车站结构中柱提供了很好的竖向抗震性能。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，包括：
上连接板(1)，底部设有至少三个环形挡板(11)，每两个相邻的所述环形挡板(11)之间形成环形凹槽(12)；
高阻尼橡胶块(2)，紧密贴合在所述上连接板(1)下表面，所述高阻尼橡胶块(2)的上端设有环形凸块(21)，所述环形凸块(21)位于所述环形凹槽(12)的正下方，所述环形凸块(21)嵌于所述环形凹槽(12)内；所述高阻尼橡胶块(2)的外周设置橡胶保护层(22)；以及
下连接板(3)，设置于所述高阻尼橡胶块(2)的下端；
其中，所述高阻尼橡胶块(2)设有一个圆柱形的通孔(23)，所述通孔(23)内设置一弹簧(4)；所述弹簧(4)上端与所述上连接板(1)的底面连接，所述弹簧(4)的下端与所述下连接板(3)的顶面连接。
2.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述通孔(23)、所述高阻尼橡胶块(2)以及所述弹簧(4)同轴线设置。
3.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述上连接板(1)与所述下连接板(3)为金属材料，所述上连接板(1)与所述下连接板(3)的厚度为1～3cm；所述环形凹槽(12)的槽宽为1～3cm，所述环形凹槽(12)的深度为1～3cm。
4.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述高阻尼橡胶块(2)由所述高阻尼橡胶材料组成，所述高阻尼橡胶材料杨氏模最为0.1～1mpa。
5.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述通孔(23)的直径d1为10～35cm；所述弹簧(4)的直径d2为d1～d1(-1)mm。
6.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述弹簧(4)的轴向刚度变化范围f1为300～500kn/mm，所述弹簧(4)的横向刚度为1/2f1。
7.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述隔震支座的转角小于0.015rad。
8.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述隔震支座的竖向承载力为200kn-25000kn。
9.根据权利要求1所述的弹簧芯高阻尼橡胶隔震支座，其特征在于，所述隔震支座等效阻尼比大于8％，应用温度范围-20～50℃。
技术总结