CN101824862A - 一种三维耗能减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维耗能减震装置。本装置解决了现有三维减震装置存在抗倾覆能力差，竖向阻尼不易实现的缺点。本装置分上、下两部分组成，其下部为常用的水平橡胶支座，其上部主要由一种聚合物阻尼材料、夹层钢板、铅阻尼棒以及附加碟形弹簧组成，上下部通过两块连接板刚接。聚合物阻尼材料、夹层钢板、阻尼棒以及外部导向传力套筒构成竖向主减震体系，结合碟形弹簧，二者并联在连接板中央的芯柱上，共同承担上部竖向荷载，具有较高的承载能力，竖向阻尼大，阻尼易于实现，耗能能力强。该聚合物材料横向受夹层钢板约束，压缩模量大幅提升，能够稳定地抵抗由于结构及地震动不确定性引起的倾覆。本发明结构科学合理，具有良好的水平及竖向刚度及阻尼耗能能力，抗弯能力及稳定性好，加工方便，性能稳定。

Description

一种三维耗能减震装置

技术领域

本发明涉及一种土木工程领域使用的减震装置，具体涉及一种具有合理刚度以及较强的阻尼耗能能力的三维耗能减震装置。

背景技术

地震通常给人类带来巨大人员伤亡和经济损失，人们也在不断寻求能够抵抗或减弱地震灾害的有效方法。目前在土木工程领域已经形成被动控制、半主动控制与主动控制三大结构震动控制技术，其中以隔震技术应用最为成熟，世界各主要地震国家均已将其纳入规范，这些技术主要以水平向地震控制为主。然而，地震工程学研究表明，地震具有多维性，对于一些重要性结构以及空间、大跨、桥梁等结构，以及某些对振动较为敏感的结构，考虑包括竖向减震的三维减震是十分必要的。目前虽已有一些三维装置被开发出来，但多数存在竖向刚度小，竖向阻尼难以实现或者稳定性、实用性差的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有三维减震装置竖向承载能力差，阻尼耗能能力弱以及抗倾覆性能差的缺点，提供一种具有合理刚度，优秀的阻尼耗能能力以及整体稳定性好的三维减震装置。

实现上述发明目的的技术方案是：一种三维耗能减震装置，包括底板、顶板、水平夹层钢板橡胶垫，该水平夹层钢板橡胶垫下部与底板、上部与下连接板固定连接构成水平减震器，水平减震器通过螺栓与一块上连接板连接，一个芯柱固定在所述上连接板中间，所述芯柱上部设置一个竖向主减震器，该竖向主减震器由聚合物材料与夹层钢板竖向交叠硫化而成，该竖向主减震器中间沿周向设置阻尼棒，该竖向主减震器与一个外部导向传力套筒固定连接在一起，该导向传力套筒与所述上连接板之间设置一个弹簧，该弹簧固定套在所述芯柱上，所述导向传力套筒上部与所述顶板固定连接在一起，所述顶板下表面与所述芯柱顶端之间留有有效间距Y。

所述聚合物材料为高阻尼聚合物弹性材料。

所述弹簧为组合碟形弹簧。

所述阻尼棒为铅阻尼棒；在竖向主减震器内部沿周向均匀设置二至四根阻尼棒。

本发明采用聚合物材料所构成的竖向主减震器与碟形弹簧共同构成竖向减震系统。由于聚合物材料被夹层钢板约束，外部被导向传力套筒约束，并与碟形弹簧共同设置在芯柱上，故水平向被严格限制住，仅能在竖直方向产生变形。竖向减震体系具有合理的刚度，并能通过调节聚合物的厚度以及碟形弹簧的数量进行调整；同时，根据实际情况需要，可调节聚合物的厚度以及铅阻尼棒的大小及数量控制竖向阻尼比的大小。竖向减震系统通过连接板与水平减震器固结，共同构成三维耗能减震系统。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：一、竖向减震系统中采用聚合物阻尼弹性材料，辅以铅阻尼棒，增强了装置的阻尼耗能能力，解决了以往竖向减震装置阻尼不易发挥的缺点；二、由聚合物材料构成的竖向主减震器与碟形弹簧并联共同构成竖向减震器，提高了装置的竖向刚度，使装置的承载能力大为提高，装置的适用范围更广；三、聚合物材料横向受钢板约束，使其压缩刚度得到改善，在导向传力套筒与芯柱共同约束下，装置的整体性与稳定性提高，抗倾覆能力强；四、水平减震器可直接采用现成橡胶支座，仅需简单加工就能与竖向减震器固结组合，组合方便，实用性强；五、该装置加工方便，性能稳定，耐久性好。

附图说明

图1为本发明的立面构造图。

图2为图1的A-A剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例做详细描述：

实施例一：参见图1和图2，本三维耗能减震装置，包括底板1、顶板11、水平夹层钢板橡胶垫2，该水平夹层钢板橡胶垫2下部与底板1、上部与下连接板3连接构成水平减震器，它还包括一个芯柱6、一个竖向减震支座系统和一个导向传力套筒10，所述水平减震器与一块上连接板4通过螺栓固结，一个芯柱6固定在所述上连接板4中间，所述芯柱6上部设置一个竖向主减震器，该竖向主减震器由聚合物材料9与夹层钢板7竖向交叠硫化而成，该竖向主减震器中间沿周向设置阻尼棒8，该竖向主减震器与一个外部导向传力套筒10固定连接在一起，该导向传力套筒10与所述上连接板4之间设置一个弹簧5，该弹簧5固定套在所述芯柱6上，所述导向传力套筒10上部与所述顶板11固定连接在一起，所述顶板11下表面与所述芯柱6顶端之间留有有效间距Y。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：聚合物材料9为高阻尼聚合物弹性材料。弹簧5为组合碟形弹簧。阻尼棒8为铅阻尼棒，在竖向主减震器内部沿周向均匀设置二至四根阻尼棒8。

实施例三：本三维耗能减震装置分两个主要部分，其中下部为本装置的水平减震器，采用目前常用的夹层钢板橡胶垫2，其直径、高度以及中间有无铅芯设置按整体需要以及上部承载的荷载选用，夹层钢板橡胶垫2通过下部的底板1与基础(下部结构)固结在一起，其上部与下连接板3硫化固定。下连接板3上部为竖向减震系统，首先将芯柱6焊接在上连接板4正中央，再套入碟形弹簧5，碟形弹簧5的规格及数量可按照承载力要求进行调整，但需要保证碟形弹簧5的外径刚好处于导向传力套筒10的内径与外径之间，以使碟形弹簧5的竖向力通过导向传力套筒10进行传导。将聚合物材料9与夹层钢板7通过交叠排列方式高温硫化固定在一起形成竖向主减震器，其中，聚合物材料9每层厚度根据竖向刚度需要以及竖向阻尼需要确定；再在竖向主减震器中部沿周向挖出铅阻尼棒位置孔，至少对称设置两个，本例对称设置四个，将铅阻尼棒8压入竖向主减震器中；再将竖向主减震器与外围的导向传力套筒10以及已经套上碟形弹簧5的芯柱6硫化固定在一起，硫化时保持芯柱6上顶面与导向传力套筒10上顶面之间的距离为Y，该距离应根据竖向减震器的振幅要求进行预留；将顶板11与导向传力套筒10上顶面焊接牢固，从而形成稳定的竖向减震体系。竖向减震系统通过上连接板4用螺栓与水平减震器固定，竖向减震系统上端通过顶板11与上部结构固定连接。

工作原理是：在水平向地震作用下，基础(下部结构)通过底板1将水平力传给水平减震器2，由于水平减震器(2)具有较小的水平刚度以及良好的阻尼耗能能力，能够很好地消耗地震能量，隔震水平地震作用，同时由于竖向减震系统水平刚度大及水平向稳定性好，水平地震下其可视为一刚体随上部结构一起平动；竖向地震作用下，竖向力通过水平减震器2传给上部竖向减震系统，其中一部分由碟形弹簧5承担，经导向传力套筒10传给上部结构，另一部分由芯柱6传递给由聚合物材料9构成的竖向主减震器并经导向传力套筒10传给上部结构，同时聚合物竖向主减震器发生竖向位移并带动铅阻尼棒8一起运动，从而达到双重耗能作用，消耗地震能量，从而隔离竖向地震作用，最终达到三维耗能减震的目的。

Claims (4)

1.一种三维耗能减震装置，包括底板(1)、顶板(11)、水平夹层钢板橡胶垫(2)，该水平夹层钢板橡胶垫(2)下部与底板(1)、上部与下连接板(3)连接构成水平减震器，其特征在于：它还包括一个芯柱(6)、一个竖向减震支座系统和一个导向传力套筒(10)，所述水平减震器与一块上连接板(4)通过螺栓固结，一个芯柱(6)固定在所述上连接板(4)中间，所述芯柱(6)上部设置一个竖向主减震器，该竖向主减震器由聚合物材料(9)与夹层钢板(7)竖向交叠硫化而成，该竖向主减震器中间沿周向设置阻尼棒(8)，该竖向主减震器与一个外部导向传力套筒(10)固定连接在一起，该导向传力套筒(10)与所述上连接板(4)之间设置一个弹簧(5)，该弹簧(5)固定套在所述芯柱(6)上，所述导向传力套筒(10)上部与所述顶板(11)固定连接在一起，所述顶板(11)下表面与所述芯柱(6)顶端之间留有有效间距(Y)。

2.根据权利要求1所述的一种三维耗能减震装置，其特征在于：所述聚合物材料(9)为高阻尼聚合物弹性材料。

3.根据权利要求1所述的一种三维耗能减震装置，其特征在于：所述弹簧(5)为组合碟形弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种三维耗能减震装置，其特征在于：所述阻尼棒(8)为铅阻尼棒；在竖向主减震器内部沿周向均匀设置二至四根阻尼棒(8)。

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