CN101413297B - 大吨位竖向隔震减震装置 - Google Patents

Abstract

大吨位竖向隔震减震装置是一种用于土木工程结构和机械工程竖向抗振(震)的隔减震装置，该装置包括铅挤压阻尼器(1)和钢板弹簧(2)、上钢板(3)、下钢板(4)；在总体结构上，中间是钢板弹簧(2)，四周对称布置多个铅挤压阻尼器(1)，各阻尼器(1)的上部分别与上钢板(3)相连接，各阻尼器(1)的下部与下钢板(4)相连接，使所有阻尼器(1)连接成一个整体；中间的钢板弹簧(2)其上部通过滚珠(5)与上钢板(3)相连，钢板弹簧(2)的下部与钢块(9)采用螺栓(6)连接，钢块(9)与下钢板(4)连接。本发明结合铅挤压阻尼器(1)与钢板弹簧(2)的优点形成了大吨位竖向隔减震装置。该装置具有良好的竖向隔震和减震能力，且价格低廉、制作方便。

Description

大吨位竖向隔震减震装置

技术领域

本发明是一种用于土木工程和机械工程结构的竖向隔震和减震装置，尤其是针对大吨位的竖向承重结构。

背景技术

地震竖向作用在设计时经常是需要考虑的，许多的地震震害现象表明，在高烈度地震区，地震动竖向加速度分量对建筑破坏状态和破坏程度的影响是明显的。根据国内外已经取得的大量的强震记录，在地震时，竖向加速度峰值很可能达到甚至超过水平加速度峰值。因此，《抗震规范》规定，8度和9度时的大跨结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。此外，许多震害现象还表明，大型机械设备在地震中都发生了上跳移位现象；对于机械设备除了地震作用会出现上跳移位现象外，由于许多的机械设备工作时本身就是振动的，也会产生强烈的竖向振动。所以，对于土木结构和机械设备的竖向实施抗振(震)保护措施是必要的。结构的隔减震控制是一种新型的抗振(震)保护方式，即利用隔震或减振装置隔离或消耗外部激励能量，以达到减轻外部激励对主结构的破坏。普通的减震装置在竖向能够实现耗能，但是缺乏足够的竖向承载力。普通的隔震装置是橡胶支座，橡胶支座造价低廉，但缺乏耗能能力，而且橡胶支座不能应用到高温环境下，在特殊环境下橡胶支座易老化，失去功效。研究一个在竖向具有良好耗能能力和较大的竖向承载力的既隔震又减震的装置是一个前沿性的课题。本发明专利正是针对普通减震装置和普通隔震装置的各自缺点开发研究的，它是一种新型性能优良、价格低廉、具有高耗能大吨位特性的竖向隔减震装置。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉、制作方便的高耗能大吨位竖向隔减震装置。

技术方案：本发明的大吨位竖向隔减震装置由铅挤压阻尼器(也可以为粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器或金属阻尼器)和钢板弹簧相结合而构成，中间是钢板弹簧，四周对称布置多个铅挤压阻尼器。各阻尼器的上部与上钢板相连接，各阻尼器的下部与下钢板相连接，使所有阻尼器连接成一个整体；钢板弹簧与上钢板采用滚轮连接，下部与钢块通过螺栓连接，钢块与下钢板整体浇铸在一起。

其中，所述的铅挤压阻尼器由外钢筒和位于其内部的钢棒组成，端部钢板位于外钢筒中并与外钢筒固定连接，将外钢筒分成上腔体和下腔体两部分，位于外钢筒内的钢棒上设有一钢棒突起，在上腔体122内灌注有铅，下腔体是空腔，保证了钢棒的运动空间，外钢筒的下部与下钢板连接，钢棒的上部与上钢板连接。铅挤压阻尼器具有高耗能的特性，在竖向起到很好的减震作用。

所述的钢板弹簧由几束(由实际中的需求而定)向上屈曲的钢板(钢板的形状见图1：大吨位竖向隔减震装置俯视图)和一块水平的厚钢板组合而成。几束向上屈曲的钢板通过钢箍简易的连接在一起。上面与上钢板通过滚轮连接，下部与钢块通过螺栓连接，钢块与下钢板整体浇铸在一起。在上钢板上开了一圆洞，在钢板弹簧的最下面设置了水平的钢板和在下部设置了钢块，当竖向的激励过大时，保证了在上部的钢板弹簧变形到水平时，钢板弹簧开始向下屈曲，水平的厚钢板能够提供足够的刚度来阻止进一步的大变形，以此来保证钢板弹簧的极限工作能力。钢板弹簧在竖向具有很好的承载力，解决了竖向隔减震承载力不足的缺点，同时钢板弹簧在竖向同主体结构相比是刚度软弱处，起到隔震的效果。

将大吨位竖向隔减震装置加设于柱脚与基础之间或者大型机械设备与基础之间。当结构或机械设备因振动而发生变形时，钢板弹簧向上下弯曲振动，带动铅挤压阻尼器工作，对于铅挤压阻尼器，结构振动导致铅阻尼器的挤压轴往复运动，套筒内的铅发生塑性流动变形，提供较大的阻尼力，同时吸收、消耗外部输入的能量。其次由于使用了受温度影响很小的铅挤压阻尼器和钢板弹簧，大大削弱了温度对该装置的影响程度，装置可以应用到高温环境。同时，装置由铅挤压阻尼器和钢板弹簧组成，不会老化失效。

由此可以看出，大吨位竖向隔减震装置具有竖向承载力大、竖向隔振和高耗能能力、温度影响小、不会老化失效且制作简单的优点。

有益效果：本发明的大吨位竖向隔减震装置具有以下优点：

(一)铅挤压阻尼器和钢板弹簧同时提供了较大的竖向承载力，解决了其它竖向减震装置吨位小的问题；同时钢板弹簧在结构与基础之间形成刚度软弱层，达到竖向隔振的目的。

(二)结构振动导致铅阻尼器的挤压轴往复运动，套筒内的铅发生塑性流动变形，提供较大的阻尼力，同时吸收、消耗外部输入的能量；充分利用了铅的剪切挤压滞回变形耗散能量，具有很好的滞回性能和阻尼特性；同时钢板弹簧具有很好的恢复特性，改善了整个装置的恢复特性。

(三)铅挤压阻尼器和钢板弹簧均不受环境温度的影响，故该装置可应用于高温环境。

(四)铅挤压阻尼器和钢板弹簧均为金属材料，不会老化失效，使用年限长。

(五)试件制作简单方便、造价低廉。该隔减震装置可广泛地用于桥梁结构和大型机械设备等土木机械结构的竖向隔减震控制中。

附图说明

图1：大吨位竖向隔减震装置俯视图，

图2：大吨位竖向隔减震装置剖面图。

具体实施方式

本发明的大吨位竖向隔减震装置由铅挤压阻尼器1(也可以为粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器或金属阻尼器)和特制的钢板弹簧2相结合而构成。在总体结构上，中间是钢板弹簧2，四周对称布置多个铅挤压阻尼器1。各阻尼器1的上部与上钢板3相连接，各阻尼器1的下部与下钢板4相连接，使所有阻尼器1连接成一个整体；中间的钢板弹簧2其上部与上钢板3通过滚珠5相连，下部与钢块9采用螺栓6连接，钢块9与下钢板4整体浇铸在一起。铅挤压阻尼器1由外钢筒12和位于其内部的钢棒11组成，端部钢板13位于外钢筒12中并与外钢筒12固定连接，将外钢筒12分成上腔体122和下腔体123两部分，位于外钢筒12内的钢棒11上设有一钢棒突起111，在上腔体122内灌注有铅121，下腔体123是空腔，保证了钢棒的运动空间，外钢筒12的下部与下钢板4连接，钢棒11的上部与上钢板3连接。钢板弹簧2由几束(根据实际需求而定)向上屈曲的钢板21(钢板的形状见图1：大吨位竖向隔减震装置俯视图)和一块水平的厚钢板22组合而成。几束向上屈曲的钢板21通过钢箍7连接在一起。上面与上钢板3通过滚轮5连接，下部与钢块9通过螺栓6连接。钢块9与下钢板4整体浇铸在一起。在上钢板上开了一圆洞8，在钢板弹簧2的最下面设置了水平的钢板22和在下部设置了钢块9，当竖向的激励过大时，保证了在上部的钢板弹簧2变形到水平时，钢板弹簧2开始向下屈曲，水平的厚钢板22能够提供足够的刚度来阻止进一步的大变形，以此来保证钢板弹簧2的极限工作能力。

当结构振动时，钢板弹簧2通过滚轮5沿着上钢板3上的轨道上下弯曲振动，带动铅挤压阻尼器1工作，对于铅挤压阻尼器1，结构振动导致铅阻尼器的挤压轴钢棒11往复运动，外钢筒22内的铅发生塑性流动变形，提供较大的阻尼力，同时吸收、消耗外部输入的能量。其次由于使用了受温度影响很小的铅挤压阻尼器和钢板弹簧，大大削弱了温度对该装置的影响程度，装置可以应用到高温环境。同时，装置由铅挤压阻尼器和钢板弹簧组成，不会老化失效。当装置安装到结构中，钢板弹簧2和铅挤压阻尼器1在竖向上形成了弹簧粘壶并联的隔震系统，能对结构产生竖向隔震效应。该装置结合了铅挤压阻尼器1和钢板弹簧2大吨位高耗能受环境温度影响小的的优点，具有良好的应用前景。

Claims (2)

1.一种大吨位竖向隔震减震装置，其特征在于该装置包括铅挤压阻尼器(1)和钢板弹簧(2)、上钢板(3)、下钢板(4)；在总体结构上，中间是钢板弹簧(2)，四周对称布置多个铅挤压阻尼器(1)，各阻尼器(1)的上部分别与上钢板(3)相连接，各阻尼器(1)的下部与下钢板(4)相连接，使所有阻尼器(1)连接成一个整体；中间的钢板弹簧(2)其上部通过滚珠(5)与上钢板(3)相连，钢板弹簧(2)的下部与钢块(9)采用螺栓(6)连接，钢块(9)与下钢板(4)连接；

所述的铅挤压阻尼器(1)包括外钢筒(12)和位于其内部的钢棒(11)，端部钢板(13)位于外钢筒(12)中并与外钢筒(12)固定连接，将外钢筒(12)分成上腔体(122)和下腔体(123)两部分，位于外钢筒(12)内的钢棒(11)上设有一钢棒突起(111)，在上腔体(122)内灌注有铅(121)，下腔体(123)是空腔，保证了钢棒的运动空间，外钢筒(12)的下部与下钢板(4)连接，钢棒(11)的上部与上钢板(3)连接；

所述的钢板弹簧(2)由几束向上屈曲的钢板(21)和一块水平的厚钢板(22)叠放而成，几束向上屈曲的钢板(21)通过钢箍(7)连接在一起，上面与上钢板(3)通过滚珠(5)连接；钢板弹簧(2)下部与钢块(9)通过螺栓(6)连接。

2.根据权利要求1所述的大吨位竖向隔震减震装置，其特征在于所述的铅挤压阻尼器(1)替换为粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器或金属阻尼器。

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