CN106988212A - 复合阻尼橡胶减震支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合阻尼橡胶减震支座。由高强细密钢丝网、高阻尼橡胶层、上封板、细软钢棒、多级配混合填充料和下封板组成，多级配混合填充料由细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体混合配比组成；细软钢棒上端固定于上封板，并嵌入多级配混合填充料中；高强细密钢丝网及高阻尼橡胶层预留孔道，以便填入多级配混合填充料。本发明所述的阻尼体系中，各组成构件可以充分发挥自身优势，实现各构件之间功能上的有机结合，使得复合阻尼橡胶减震支座具有超高阻尼性能，因而无需配置如阻尼器等其他辅助减震设备，可以大大降低工程成本投入，降低设计及施工难度。本发明具高性能、低碳环保、经济合理和维养方便等特点，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体涉及一种具有复合阻尼体系的复合阻尼橡胶减震支座。
背景技术
目前板式橡胶支座因其构造简单、造价低、安装方便等特点在中小跨度桥梁中使用广泛。但是板式橡胶支座因其阻尼比较低（大约在2%～4%之间）、耗能能力低下，因此需要对其进行性能上的优化，特别是提高阻尼性能，增强耗能能力。
目前市场上现有产品主要是通过优化某些构件来达到提高普通板式橡胶支座的阻尼性能。具体来说主要有两种思路，其一是直接优化支座中某一构件的力学性能，采用高性能材料，如改进橡胶配方，采用具有高阻尼性能的高阻尼橡胶材料，如目前广泛使用的高阻尼橡胶支座；其二是通过在普通板式橡胶支座中加入具有良好力学性能的构件，为支座提供弹塑性屈服耗能能力，如在橡胶中心嵌入铅芯，如铅芯橡胶支座。但是从过去的震害表明，即使采用上述优化后的橡胶减震支座，桥梁在地震时仍然会有几率发生较大的水平位移，导致上部结构出现移位、落梁等破坏现象，严重威胁了震后生命线的安全。造成这个问题的主要原因首先是上述支座在上下底板上设置有固定用钢板，分别与墩顶和主梁底部固结，该类型支座在脉冲型强震作用下易发生共振，进而激起结构更大的地震响应。其次在于阻尼性能方面，单凭基于构件层次的优化设计对于支座阻尼性能的提升空间十分有限，无论是高阻尼橡胶支座还是铅芯橡胶支座，其阻尼比都不超过20%（在12% ~ 18%之间）。此外，使用铅芯橡胶支座大量使用铅芯这种环境污染性材料，会带来严重的环境问题，不符合当今环保趋势。
因此有必要提出新的支座性能优化设计思想，在采用环保材料的前提下，提升橡胶支座的抗震性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有橡胶支座阻尼性能不足的缺点，克服上述现有橡胶支座阻尼性能优化设计思想的局限，提出建立橡胶支座阻尼体系的设计思想，提供一种内部采用复合阻尼系统、整体具有超高阻尼性能的复合阻尼橡胶减震支座。
本发明提出的一种具有复合阻尼系统的复合阻尼橡胶减震支座，由高强细密钢丝网、高阻尼橡胶层、上封板、细软钢棒、多级配混合填充料和下封板组成，所述多级配混合填充料由细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体混合配比组成，高强细密钢丝网和高阻尼橡胶层交替分布叠放，经充分粘合，硫化形成可靠粘结的支座主体，所述支座主体的中部开有孔道，所述孔道为非贯穿孔道，所述孔道内填充有多级配混合填充料，多级配混合填充料上端设有上封板，下端设有下封板，细软钢棒嵌入多级配混合填充料内，与多级配混合填充料进行充分接触；细软钢棒顶部固定于上封板下方；支座主体采用高强细密钢丝网作为加劲板，可以保证支座具有较强的剪切变形及转角变形的能力；在支座主体变形的过程中，细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体之间，以及多级配混合填充料与细软钢棒之间会产生大量摩擦耗能。
本发明中，所述多级配混合填充料中细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体的粒径比范围为5:1至20:1，填充时首先在孔道中填满相对粒径较大的细颗粒阻尼材料，随后以粒径较小的细橡胶弹性球体填满细颗粒阻尼材料之间的空隙，直至整个孔道填充密实。
本发明中，所述上封板和下封板均采用软钢板，所述细软钢棒可以随上封板２共同参与支座主体变形。
本发明中，所述支座主体的中部开有的孔道为一个或若干个，所述孔道呈对称布置。
本发明中，所述细软钢棒为一根或多根，其布置及尺寸可根据设计需要进行调整。
本发明中，所述高强细密钢丝网与高阻尼橡胶层经充分粘合，硫化形成可靠粘结，不仅可以提高支座的竖向刚度，更重要的是可以提高支座的剪切变形及转角变形的能力。
本发明中，所述多级配混合填充料由细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体混合组成，一方面可以使多级配混合填充料在随支座变形的过程中在内部发生细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体之间的滑动摩擦，产生摩擦耗能；另一方面可以使多级配混合填充料与细软钢棒之间具有较大的摩擦系数，提高摩擦耗能能力。
本发明中，所述上封板与下封板的材料为软钢板，并与高阻尼橡胶通过硫化形成可靠粘结，使得其可以随周围的高阻尼橡胶层共同移动，参与支座剪切变形。上封板与下封板也可以采用其他软性材料，其形状与尺寸可根据设计需要进行调整。
本发明中，所述多级配混合填充料中细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体的配比、粒径等可根据设计需要进行调整。
本发明中，所述高强细密钢丝网的层数、钢丝直径及间距可根据设计需要进行调整。
本发明的工作原理为：在所提出的复合阻尼支座内部形成一套复合阻尼系统。复合阻尼系统中不同构件之间相互协调、有机结合共同工作，其阻尼由多方面共同提供。一方面支座主体采用高强细密钢丝网与高阻尼橡胶层硫化形成可靠粘结、成为整体，高强细密钢丝呈网状结构可以弯曲，对支座的剪切变形和转角变形具有很强的适应性，因此支座可以实现非常大的水平位移并具有非常强的剪切变形能力。在此基础上，多级配混合填充料本身可以充分发挥支座的剪切变形能力，在随支座位移发生变形时，其内部的细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体会发生相互挤压并相互摩擦，产生摩擦耗能，为支座提供大量阻尼；同时，多级配混合填充料与嵌入其中的细软钢棒也可以充分发挥支座的剪切变形能力，在支座发生位移变形时发生相对位移并相互摩擦，由于多级配混合填充料与嵌入其中的细软钢棒之间本身具有较大的摩擦系数，在这个过程中二者可以产生大量的摩擦耗能，从而可以显著提高支座的阻尼性能及耗能能力。此外，在支座的构件层次，高阻尼橡胶层及多级配混合填充料中的细颗粒阻尼材料本身就具有阻尼性能，也可以为支座提供一定的阻尼。
本发明主要提供了如下的优点：
1)本发明所提供的复合阻尼橡胶减震支座通过建立橡胶支座阻尼体系的思想设计而成，具有超高阻尼性能，其阻尼性能大大超过了目前现有橡胶支座所能达到的最高水平。
2)在支座内部设计了一套复合阻尼系统，使各组成构件充分发挥自身优势，实现构件之间有机结合、协同工作，使得支座整体所具有的阻尼性能远超过各组件阻尼性能的简单相加。
3)本发明所提供的装置内部所嵌入的所有材料均为软性材料，一方面不会改变橡胶支座原有的刚度；另一方面有利于随支座发生变形，产生摩擦耗能，提高阻尼性能。
4)本发明提供的装置充分贯彻减震理念，不需要通过上下板分别固定于主梁及桥墩，可以充分地延长结构周期，降低结构响应，提高结构位移容许值。
5)本发明提供的复合阻尼橡胶减震支座不需要较大的轴压力就可以实现耗能功能。
6)本发明提供的复合阻尼橡胶减震支座的阻尼比等阻尼性能可以通过主动控制进行调节，具有广泛适用性。
7)本发明所提供的装置可以满足大部分工程对于阻尼的需求，无需配置如阻尼器等其他辅助设备，可以大大降低工程成本投入，降低设计及施工难度。
8)本发明所提供的装置全部采用环保材料，解决了制约减震技术发展的一大问题，实现可持续发展。
9)本发明所提供的装置简单易用，不包含复杂的加工技术，几何尺寸灵活可控，各部分均采用常见的工程材料，有利于控制工程成本。
附图说明
图1为本发明的整体剖视图。
图2为本发明的立面剖视图。
图3为本发明的平面剖视图。
图中标号：1为高强细密钢丝网、2为高阻尼橡胶层、3为上封板、4为细软钢棒、5为多级配混合填充料、51为细颗粒阻尼材料、52为细橡胶弹性球体、6为下封板。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明。
实施例1：请见图1、图2和图3，一种复合阻尼橡胶减震支座，内部由高强细密钢丝网1、高阻尼橡胶层2、上封板3、细软钢棒4、多级配混合填充料5和下封板６组成；所述多级配混合填充料５由细颗粒阻尼材料51与细橡胶弹性球体52混合配比组成。其中，高强细密钢丝网1及高阻尼橡胶层2预留孔道，使得多级配混合填充料5可以填入高阻尼橡胶层2中；细软钢棒4上端固定于上封板3，细软钢棒4主体嵌入多级配混合填充料5中。
作为本发明的技术要点之一的强细密钢丝网1与高阻尼橡胶层2经充分粘合，硫化形成可靠粘结，不仅可以提高支座的竖向刚度，更重要的是可以提高支座的剪切变形及转角变形的能力。
作为本发明的技术要点之一的多级配混合填充料5由细颗粒阻尼材料51与细橡胶弹性球体52组成，本实施例中二者粒径比为10:1；其施工方法为先在孔道中填满相对粒径较大的细颗粒阻尼材料51，随后以粒径较小的细橡胶弹性球体52填满细颗粒阻尼材料51之间的空隙，直至整个孔道填充密实。
作为本发明的技术要点之一的多级配混合填充料5由细颗粒阻尼材料51与细橡胶弹性球体52混合组成，一方面可以使多级配混合填充料5在支座变形过程中内部发生细颗粒阻尼材料51与细橡胶弹性球体52之间的滑动摩擦，产生摩擦耗能；另一方面可以使多级配混合填充料5与细软钢棒4之间可以充分接触，同时二者之间具有较大的摩擦系数，可以充分利用细软钢棒4与多级配混合填充料5之间发生的相对滑动，产生摩擦耗能。
作为本发明要点之一的细软钢棒4上端固定于上封板3，其目的是使细软钢棒4可以随上封板3共同参与支座变形，从而使细软钢棒4在支座剪切变形过程中与多级配混合填充料5充分发生相对滑动。
作为本发明的技术要点之一的上封板3与下封板6的材料为软钢板，并与高阻尼橡胶层2通过硫化形成可靠粘结，使得其可以随周围的高阻尼橡胶层共2同移动，参与支座剪切变形。
作为本发明实施例的又一种变换，所述在高阻尼橡胶层2中可预留一个或多个孔道，并呈对称布置。
作为本发明实施例的又一种变换，所述多级配混合填充料5可以采用细颗粒阻尼材料51与细橡胶弹性球体52混合配比组成，也可以采用其他具有相同功能的材料组成。
作为本发明实施例的又一种变换，所述细软钢棒4可以为一根，也可以为多根，也可以采用其他与多级配混合填充料5具有高摩擦系数的细软材料，其布置、尺寸可根据设计需要进行调整。
作为本发明实施例的又一种变换，所述上封板3与下封板6也可以采用其他软性材料，其形状与尺寸可根据设计需要进行调整。
上述的对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，因此，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，任何依据本发明构思所做出的仅仅为形式上的而非实质性的各种修改和改进，都应视为落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有复合阻尼系统的复合阻尼橡胶减震支座，由高强细密钢丝网（1）、高阻尼橡胶层（2）、上封板（3）、细软钢棒（4）、多级配混合填充料（5）和下封板（6）组成，其特征在于：所述多级配混合填充料（5）由细颗粒阻尼材料（51）与细橡胶弹性球体（52）混合配比组成，高强细密钢丝网（1）和高阻尼橡胶层（2）交替分布叠放，经充分粘合，硫化形成可靠粘结的支座主体，所述支座主体的中部开有孔道，所述孔道为非贯穿孔道，所述孔道内填充有多级配混合填充料（5），多级配混合填充料（5）上端设有上封板（３），下端设有下封板（６），细软钢棒（４）嵌入多级配混合填充料（5）内，与多级配混合填充料（5）进行充分接触；细软钢棒（４）顶部固定于上封板（3）下方；支座主体采用高强细密钢丝网作为加劲板，可以保证支座具有较强的剪切变形及转角变形的能力；在支座主体变形的过程中，细颗粒阻尼材料（51）与细橡胶弹性球体（52）之间，以及多级配混合填充料（5）与细软钢棒（４）之间会产生大量摩擦耗能。
2.根据权利要求1所述的复合阻尼橡胶减震支座，其特征在于所述多级配混合填充料中细颗粒阻尼材料与细橡胶弹性球体的粒径比范围为5:1至20:1，填充时首先在孔道中填满相对粒径较大的细颗粒阻尼材料，随后以粒径较小的细橡胶弹性球体填满细颗粒阻尼材料之间的空隙，直至整个孔道填充密实。
3.根据权利要求1所述的复合阻尼橡胶减震支座，其特征在于所述上封板（２）和下封板（６）均采用软钢板，所述细软钢棒可以随上封板（２）共同参与支座主体变形。
4.根据权利要求1所述的复合阻尼橡胶减震支座，其特征在于所述支座主体的中部开有的孔道为一个或若干个，所述孔道呈对称布置。
5.根据权利要求1所述的复合阻尼橡胶减震支座，其特征在于所述细软钢棒（４）为一根或多根，其布置及尺寸可根据设计需要进行调整。
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