CN106894666B - 一种u型钢板-粘弹性隔减震装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种U型钢板‑粘弹性隔减震装置，该装置包括圆形上钢板(1)、下钢板(2)、上钢筒(3)、外钢筒(4)、内钢筒(5)、粘弹性材料(6)、U型钢板(7)；上钢筒与上钢板固定，外钢筒、内钢筒与下钢板固定；上钢板、下钢板、上钢筒、外钢筒、内钢筒同轴设置，上钢筒位于外钢筒、内钢筒之间，上钢筒与外钢筒、内钢筒通过粘弹性材料高温高压硫化粘结成整体，组成粘弹性阻尼器，竖向振动下剪切耗能；多个U型钢板开口朝向该装置轴心，对称排布于外钢筒周围，组成外围金属耗能装置，U型钢板下端与下钢板连接，上端自由，与上钢板留有一定的间距。在各种振动环境下均具有较好的隔减振效果。

Description

一种U型钢板-粘弹性隔减震装置
技术领域
本发明涉及一种新型的复合型被动隔减震耗能装置，具体涉及一种新型的U型钢板-粘弹性隔减震装置。
背景技术
近年来，我国在建筑物结构采用振动控制减轻地震灾害等方面的研究越来越活跃，具体的技术和手段日益增多，并被大量应用于工程实践。结构振动控制技术是指在结构中安装隔振或减振构件，当结构因外界激励而发生振动时，隔减振元件隔离或耗散振动能量，以保护主体结构不受损坏。
粘弹性阻尼器是最为常见和最受关注的减震装置之一，在较小相对变形下就可达到较好的振动控制效果。但粘弹性阻尼器的耗能性能受环境温度和激励频率影响，同时在要求较大阻尼力时往往需要很大的尺寸，加工时需要较大模具和硫化机，硫化时中心温度不易控制，这严重约束了其大面积工程应用。
U型钢板工作温域较宽，受环境影响较小，同时能提供较大的初始刚度和出力，可对结构位移进行限制；在较大变形及载荷作用下发生弹塑性变形，具有较好的滞回耗能能力。因此，如果能充分利用粘弹性阻尼器和U型钢板各自的优点，选用合理的构造形式，便可以得到一种性能更加优良的隔减震装置。
发明内容
技术问题：本发明要解决的问题是提供一种新型的U型钢板-粘弹性隔减震装置，具有较好的适用性和优良的工作性能。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
该装置包括圆形上钢板、下钢板、上钢筒、外钢筒、内钢筒、粘弹性材料、U型钢板；上钢筒与上钢板固定，外钢筒、内钢筒与下钢板固定；上钢板、下钢板、上钢筒、外钢筒、内钢筒同轴设置，上钢筒位于外钢筒、内钢筒之间，上钢筒与外钢筒、内钢筒通过粘弹性材料高温高压硫化粘结成整体，组成粘弹性阻尼器，竖向振动下剪切耗能；多个U型钢板开口朝向该装置轴心，对称排布于外钢筒周围，组成外围金属耗能装置，U型钢板下端与下钢板连接，上端自由，与上钢板留有一定的间距。
其中，U型钢板材质为普通钢材或软钢。在较大竖向位移下进入塑性状态，发生弹塑性压缩变形和恢复，滞回耗散能量；U型钢板具有较大刚度和宽度时，可沿全长开设槽口，以降低钢板刚度，增大变形。
其中，外围金属耗能装置由四组U型钢板十字型分布于外钢筒周围，每组有5个U型钢板组成，平行排列，间距1到5mm。
其中，外围金属耗能装置还可以由12个U型钢板组成，环绕排布于外钢筒周围，每个U型钢板沿全长开有两条平行槽口，间距1到5mm，相邻U型钢板间夹角为30度。
外围金属耗能装置整体竖向刚度、出力和滞回特性可以通过改变U型钢板的数量和排布方式调节，也可以通过改变单个U型钢板的尺寸、弧度、材质以及槽口的面积进行调节。
小震或者小风的情况下，上钢筒与下部钢筒相互错动，粘弹性材料发生剪切变形耗散能量；随着激励增大，结构振幅逐步增加到一定程度时，结构向下运动与U型钢板上端接触，刚度增加，变形和损伤受到抑制；大震或者强风等条件下，结构变形较大，U型钢板进入塑性耗能状态，与粘弹性阻尼器共同作用，对上钢板的竖向运动进行限制，使粘弹性材料得到一定的保护。U型钢板能够在较大的温度区间内工作；在各种振动环境下均具有较好的隔减振效果。
有益效果：本发明装置将金属耗能装置和粘弹性阻尼器很好的结合起来，当遭遇小震或者小风激励时，主要由粘弹性阻尼器剪切耗能；振幅逐步增加到一定程度时，U型钢板与上钢板接触，U型钢板的工作使得结构的刚度增加，变形降低，损伤减少；当遭遇大震或者强风激励时，结构变形较大，U型钢板进入塑性耗能状态，与粘弹性阻尼器共同耗散振动能量，同时U型钢板对粘弹性阻尼器的竖向大变形具有限位作用，防止粘弹性材料剪切变形超出极限。U型钢板-粘弹性隔减震装置能够在较大的温度区间内工作；在各种振动环境下均具有较好的隔减振效果。
附图说明
图1为本发明中U型钢板-粘弹性隔减震装置轴向剖面示意图。
图2为U型钢板-粘弹性隔减震装置实施例一的三维构造示意图。
图3为U型钢板-粘弹性隔减震装置实施例二的三维构造示意图。
图中有：圆形上钢板1、圆形下钢板2、上钢筒3、外钢筒4、内钢筒5、粘弹性材料6、U型钢板7、槽口8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明U型钢板-粘弹性隔减震装置为对称结构，包括粘弹性阻尼器和金属耗能装置，具体构造包括圆形上钢板1、下钢板2、上钢筒3、外钢筒4、内钢筒5、粘弹性材料6、U型钢板7。
其中上钢筒3与上钢板1固定，外钢筒4、内钢筒5与下钢板2固定，均采用螺纹连接或焊接。上钢板1、下钢板2、上钢筒3、外钢筒4、内钢筒5同轴设置。上钢筒3、外钢筒4为空心钢筒，内钢筒5为实心。
其中，上钢筒3与外钢筒4、内钢筒5通过粘弹性材料6高温高压硫化粘结成整体，组成粘弹性阻尼器，竖向振动下剪切耗能。其耗能能力可通过选用不同种类的粘弹性材料，改变钢筒竖向相对运动下粘弹性材料的剪切面积来调节。
如图2和图3所示，外围金属耗能装置由一定数量的U型钢板7组成，开口朝向装置轴心，对称排布于外钢筒4周围。下端与下钢板2通过螺栓连接或焊接，上端自由，与上钢板1留有一定的间距。U型钢板7材质为普通钢材或软钢。
图2所示外围金属耗能装置由四组U型钢板7十字型分布于外钢筒4周围，每组有5个U型钢板7组成，平行排列，间距1到5mm。
图3所示外围金属耗能装置由12个U型钢板7组成，环绕排布于外钢筒4周围，每个U型钢板7沿全长开有两条平行槽口，间距1到5mm，相邻U型钢板7间夹角为30度。
U型钢板7在宽度较窄、柔性较大的情况下可以不开槽口，绕粘弹性阻尼器密集对称排布，在刚度、宽度较大的情况下，可沿全长开设槽口，以降低刚度，增加钢板的竖向变形与耗能，绕粘弹性阻尼器分散排布。外围金属耗能装置的竖向刚度、出力和滞回特性可以通过改变U型钢板7的数量和排布方式调节，也可以通过调整单个U型钢板的尺寸、弧度、材质以及槽口的面积进行调节。
本发明装置中钢材和粘弹性材料的种类可根据建筑钢材规范和高分子材料手册选取。
本发明装置利用粘弹性材料的剪切变形耗散能量，竖向激励下，上部钢筒与下部内、外钢筒相互错动引起与之硫化固结的粘弹性材料剪切耗能。
本发明装置利用外围金属耗能装置/U型钢板的竖向塑性变形耗散能量，低碳钢具有优良的变形和恢复能力，在塑性状态下发生竖向弯曲屈服耗能。
本发明U型钢板-粘弹性隔减震装置可用于地震、风振等各种不同条件下的消能减振，可与梁、斜撑、墙体或节点等结构相配合。
本发明装置将U型钢板和粘弹性阻尼器很好的结合起来，当遭遇小震或者小风激励时，主要由粘弹性阻尼器剪切耗能；振幅逐步增加到一定程度时，U型钢板与上钢板接触，U型钢板的工作使得结构的刚度增加，变形降低，损伤减少；当遭遇大震或者强风激励时，结构变形较大，U型钢板进入塑性耗能状态，与粘弹性阻尼器共同耗散振动能量，同时U型钢板对粘弹性阻尼器的竖向大变形具有限位作用，防止粘弹性材料剪切变形超出极限。U型钢板-粘弹性隔减震装置能够在较大的温度区间内工作；在各种振动环境下均具有较好的隔减振效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种U型钢板-粘弹性隔减震装置，其特征在于：该装置包括圆形上钢板(1)、下钢板(2)、上钢筒(3)、外钢筒(4)、内钢筒(5)、粘弹性材料(6)、U型钢板(7)；上钢筒(3)与上钢板(1)固定，外钢筒(4)、内钢筒(5)与下钢板(2)固定；上钢板(1)、下钢板(2)、上钢筒(3)、外钢筒(4)、内钢筒(5)同轴设置，上钢筒(3)位于外钢筒(4)、内钢筒(5)之间，上钢筒(3)与外钢筒(4)、内钢筒(5)通过粘弹性材料(6)高温高压硫化粘结成整体，组成粘弹性阻尼器，竖向振动下剪切耗能；多个U型钢板(7)开口朝向该装置轴心，对称排布于外钢筒(4)周围，组成外围金属耗能装置；所述的外围金属耗能装置，由12个U型钢板(7)组成，环绕排布于外钢筒(4)周围，每个U型钢板(7)沿全长开有两条平行槽口，间距1到5mm，相邻U型钢板(7)间夹角为30度；U型钢板(7)下端与下钢板(2)连接，上端自由，与上钢板(1)留有一定的间距。
2.根据权利要求1所述的一种U型钢板-粘弹性隔减震装置，其特征在于：所述的U型钢板(7)，其材质为普通钢材或软钢。
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