CN102912723A

CN102912723A - 具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置

Info

Publication number: CN102912723A
Application number: CN2012104256535A
Authority: CN
Inventors: 闫维明; 马裕超; 何浩祥; 石鲁宁
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102912723B

Abstract

本发明涉及一种具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，属于土木工程技术领域。本发明包括粘弹性阻尼材料、环形箱体、环形钢板、密封挡板、加劲板、环形连接角钢和连接螺栓。装置环型箱体与结构相连，环型钢板与支座下板相连，整体协同工作。在外荷载作用下结构在支座处产生相对位移，环型钢板在箱体内做往复运动，使得箱体内粘弹性阻尼材料发生剪切变形从而耗散能量，起到耗能减震的作用。同时环形箱体与环形钢板可以作为限位装置发挥作用，防止结构发生侧滑倾覆等震害，保证其稳定性和可靠性。

Description

具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置

技术领域

本发明涉及一种具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，属于土木工程技术领域。

背景技术

各种形式的支座在土木工程领域有着广泛的应用。在桥梁工程当中，支座连接桥梁的上部结构和下部桥墩桥台等基础部分，主要传递内力与位移。支座从允许变形上分为固定支座、单向活动支座、多向活动支座。从支座材料上分为钢支座、滑动支座（聚四氟乙烯支座）、橡胶支座等。在建筑结构中应用最为广泛的是橡胶隔震支座，支座连接结构上部和基础，在地震作用下提供足够的水平变形，避免上部结构产生较大的破坏甚至倒塌。随着结构振动控制技术的快速发展和应用，结构耗能原件特别是连杆活塞式阻尼器的开发和应用，有效的耗散地震作用能量，降低结构的动力反应，从而保证了结构主体的安全。目前在工程上主要采用阻尼器和支座分离工作的形式，优点是原件生产加工简单，受力简明，但工程应用中也存在很多不足之处，比如结构安装空间有限，连接节点数目多、构造复杂，造价高等。

从优化结构耗能原件方面考虑，设计一种新型具有限位功能的阻尼装置与结构支座整体协同工作，克服上述工程应用中遇到的问题和不足，为结构优化设计提供多样性的技术支持，具有重大的工程意义。

发明内容

本发明为了克服上述问题，提供了一种具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，该装置属于被动控制技术，具有无需外部能源、限制最大位移、安装制作简单、节省空间、成本低廉等特点。在地震、风荷载、汽车制动力等作用下支座上下连接板产生相对位移，本装置中的环形钢板在环形箱体里的粘弹性阻尼材料内做往复运动，使粘弹性阻尼材料发生剪切变形，达到耗散地震能量，减小结构的动力响应的目的。当支座上下连接板相对位移很大时，环形箱体能够起到限位的作用。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：包括粘弹性阻尼材料、环形箱体、环形钢板、环形连接角钢、密封挡板、加劲板和连接螺栓；所述环形箱体与上部结构相连，所述环形箱体内径端设置有密封挡板，所述环形钢板通过密封挡板内插于环形箱体之内，所述环形钢板与环形连接角钢通过安装螺栓可靠连接；所述环形连接角钢与连接上部结构的支座的支座下板通过连接螺栓相连；所述环形箱体内部存储粘弹性阻尼材料，环形钢板可在箱体内作水平面运动；所述环形箱体外缘均布有加劲板。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，粘弹性阻尼材料存放于环形箱体内，环形钢板可以在任意水平方位内做往复运动。确保结构在任意方向外力作用下装置都能产生阻尼力，可以结合多向活动支座协同工作。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，环形箱体内的粘弹性阻尼材料是一种高分子聚合物，它的力学特性介于粘性液体和弹性固体之间，材料成分是以下几种材料之一：橡胶型高分子聚合物、沥青型高分子聚合物、石墨型高分子聚合物。粘弹性阻尼材料可以在应力应变条件下耗散输入结构的能量，减小结构的动力响应，从而提高主体结构的安全性。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，环形钢板和环形箱体可以根据不同结构方向对应的刚度及所需的阻尼力大小，平剖面可为椭圆形或正圆形。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，环形箱体的最小内短轴（对应椭圆形）或内径（对应正圆形）应大于上部结构或构件下部支座直径的1.2倍，以满足安装要求，环形箱体最小外短轴（对应椭圆形）或外径（对应正圆形）应为支座直径、环形钢板宽度、支座最大位移三者之和，当相对位移超过支座最大位移时，环形箱体可以阻止环形钢板的继续运动，以实现支座限位功能，防止结构发生侧滑倾覆等震害，保证其稳定性和可靠性。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，密封挡板可以采用高性能钢材或高强度树脂类材料对环形箱体进行密封，确保粘弹性阻尼材料的完整性。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，环形连接角钢应与支座下板进行可靠连接，确保能够传递多方向阻尼力。

所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，环形钢板宽度可以灵活选择，根据不同结构形式所需的阻尼力大小，确定环板宽度，但不宜大于支座直径的2倍，以满足阻尼器能够在各方向均匀出力。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明中的环型箱体和环型钢板的优化结合，为结构提供来自各个方向的阻尼力，实现了活塞式阻尼器无法做到的多向阻尼力输出。

2）本发明中的环形钢板在环型箱体内运动，可以作为支座的限位装置，限位方向也是多向性的，防止结构发生侧滑倾覆等震害，保证其稳定性和可靠性。

3）本发明采用环形阻尼器与支座结合为一体共同工作，受力合理，充分利用支座周边空间，不占用结构其他部位，减少了连接节点。

4）本发明构造连接简单，所用材料成本较低，可以与支座同时进行施工安装。

附图说明

图1 为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置侧剖面示意图；

图2为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置水平剖面示意图；

图3为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置安装在自锚式悬索桥上的侧面示意图；

图4为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置安装在自锚式悬索桥上的平面示意图；

图5为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置安装在自锚式悬索桥上的桥塔正面示意图；

图6为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置安装在建筑结构隔震层的正面示意图；

图7为本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置安装在建筑结构隔震层的平面示意图；

图中：1—粘弹性阻尼材料，2—环形箱体，3—环形钢板，4—环形连接角钢，5—密封挡板，6—加劲板，7—连接螺栓，8—支座，9—支座上板，10—支座下板，11—上部结构，12—具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，13—桥墩，14—桥塔，15—桥面，16—吊索，17—隔震结构上部，18—结构基础。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

悬索桥作为常见的桥梁结构形式，因其跨越能力大，受力性能好，轻盈美观等特点，在我国桥梁工程项目中占有重要的比例。如图3，图4, 图5所示，某自锚式悬索桥主跨165m，副跨135m，主塔高126.5m，桥面恒荷载和活荷载主要由安装在桥塔14上的主缆和吊索16承担，桥面15则通过支座8连接在桥墩13或桥台之上。对于自锚式悬索桥的吊索体系，在地震、风雨激励、汽车荷载等作用下，桥面15会在纵桥向和横桥向产生比较大的位移，因此自锚式悬索桥的减振控制是非常重要的。传统的作法是在桥墩13安装支座，起减振控制作用的阻尼器在桥面15侧向另行安装。而使用本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12后，阻尼器和支座在同一位置安装，避免了阻尼器安装在侧向所占空间，同时可以向各方向提供阻尼力，使桥面在外荷载作用下能够满足位移和过桥舒适度要求。当遭遇罕遇地震作用下，桥面位移量超过设计最大值时，环形箱体2与环形钢板3将作为限位装置发挥作用，防止自锚式悬索桥在大震下发生侧滑落梁等震害。

本实施例的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置包括粘弹性阻尼材料1、环形箱体2、环形钢板3、环形连接角钢4、密封挡板5、加劲板6和连接螺栓7；环形箱体2与上部结构-桥面15相连，环形箱体2内径端设置有密封挡板5，环形钢板3通过密封挡板5内插于环形箱体2之内，环形钢板3与环形连接角钢4通过安装螺栓可靠连接；环形连接角钢4与支座8的支座下板10通过连接螺栓7相连；环形箱体2内部存储粘弹性阻尼材料1，环形钢板3可在箱体内作水平面运动；环形箱体2外缘均布有加劲板6。

首先，根据实际桥梁的结构特性（质量，刚度等）、支座参数和工程需求，设计桥梁支座8采用直径800mm的盆式橡胶支座8，支座最大位移200mm，粘弹性阻尼材料采用橡胶型高分子聚合物，环形箱体2和环形钢板3采用椭圆形，椭圆内(外) 短轴与椭圆内(外)长轴之比取为1：1.25，内短轴为960mm，外短轴为1700mm，环形钢板3宽250mm。并制作具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12的各个组成部分。

其次，将具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12拼装环套在支座8上，并与桥面15可靠连接，可采用预埋钢板焊接或高强螺栓连接，环形钢板3与连接角钢4采用安装螺栓连接。

之后，将具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12安装在桥梁多个支座8处，并使其环形连接角钢4与支座下板10相连接。确保具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12与支座8的整体工作。

实施例2：

在房屋建筑结构中，隔震结构逐渐在工程中得到发展和应用，特别是在高烈度地区多层房屋结构中使用较多。如图6，图7所示，某隔震建筑，上部结构11为框架结构，底层共12根柱子，柱网尺寸3m×4m。所有柱底由500mm×900 mm的纵横向梁连接组成隔震层。每根柱下安装夹层橡胶隔震支座8，增设一定数量的阻尼器，达到耗能减震作用，为了防止结构整体倾覆，在隔震层周边安装限位装置。传统的结构设计会造成隔震层元件安装复杂，空间占用严重，也不便于后期维护修复。如果使用本发明的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12，可以同时实现上述功能，使隔震层的受力简单明确，安装维护方便，实现各方向均匀受力。

本实施例的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置包括粘弹性阻尼材料1、环形箱体2、环形钢板3、环形连接角钢4、密封挡板5、加劲板6和连接螺栓7；环形箱体2与隔震结构上部17相连，环形箱体2内径端设置有密封挡板5，环形钢板3通过密封挡板5内插于环形箱体2之内，环形钢板3与环形连接角钢4通过安装螺栓可靠连接；环形连接角钢4与隔震支座8的支座下板10通过连接螺栓7相连；环形箱体2内部存储粘弹性阻尼材料1，环形钢板3可在箱体内作水平面运动；环形箱体2外缘均布有加劲板6。

首先，根据实际结构隔震层的特性（质量，刚度等）、支座参数和工程需求，设计柱下隔震支座8采用直径600mm的夹层橡胶支座8，支座8最大位移100mm，粘弹性阻尼材料采用沥青型高分子聚合物，环形箱体2和环形钢板3采用圆形，内直径为750mm，外直径为1300mm，环形钢板3宽150mm。并制作具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12的各个组成部分。

其次，将具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12拼装环套在支座8上，并与隔震结构上部17可靠连接，可采用预埋钢板焊接或高强螺栓连接，环形钢板3与环形连接角钢4采用安装螺栓连接。

之后，将具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12安装在隔震层结构基础18上多个支座8处，并使其环形连接角钢4与支座下板10相连接。确保具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置12与支座8的整体工作。

以上为本发明的2个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims

1.具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置包括粘弹性阻尼材料（1）、环形箱体（2）、环形钢板（3）、环形连接角钢（4）、密封挡板（5）、加劲板（6）和连接螺栓（7）；所述环形箱体（2）与上部结构（11）相连，所述环形箱体（2）内径端设置有密封挡板（5），所述环形钢板（3）通过密封挡板（5）内插于环形箱体（2）之内，所述环形钢板（3）与环形连接角钢（4）通过安装螺栓可靠连接；所述环形连接角钢（4）与连接上部结构的支座（8）的支座下板（10）通过连接螺栓（7）相连；所述环形箱体（2）内部存储粘弹性阻尼材料（1），环形钢板（3）可在箱体内作水平面运动；所述环形箱体（2）外缘均布有加劲板（6）。

2.根据权利要求1所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：所述粘弹性阻尼材料（1）存放于环形箱体（2）内，环形钢板（3）可在环形箱体（2）内任意水平方位内做往复运动。

3.根据权利要求1所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：所述粘弹性阻尼材料（1）材料成分是以下几种材料之一：橡胶型高分子聚合物、沥青型高分子聚合物、石墨型高分子聚合物。

4.根据权利要求1所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：所述环形钢板（3）和环形箱体（2）的平剖面为椭圆形或正圆形。

5.根据权利要求4所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：所述环形箱体（2）的最小内短轴或内径大于所述支座（8）直径的1.2倍；所述环形箱体（2）的最小外短轴或外径为所述支座（8）直径、环形钢板（3）宽度、所述支座（8）最大位移三者之和。

6.根据权利要求5所述的具有限位功能的环形粘弹性阻尼装置，其特征在于：环形钢板（3）的宽度不大于支座（8）直径的2倍。