CN108360702A - 利用金属片屈服消能的减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用利用金属片屈服消能的减振器，包括减振器腔体、压片器、压片器伸臂杆、储片杆等。减振器腔体为无盖圆柱体或正方体，在减振腔体内含有若干储片杆，储片杆与压片器伸臂杆以及压片器伸臂杆与支撑平台均通过弹簧相连。腔体中心处的三角形支撑与储片杆支杆形成一个金属片运动的通道，通道下方有一平台支撑金属片。在微弱的振动下，主要由压片器伸臂杆与储片杆之间的弹簧以及金属片之间的软钢弹性拉伸吸能减振。当振动较剧烈时，金属片之间的软钢屈服拉伸，压片器通过挤压金属片变形屈服来吸收大量能量起到良好的消能减振效果。当振动消失后，所有装置恢复原位，开始下一次循环。具有较好的承受反复振动作用和减振的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用金属片屈服消能的减振器，在一个支撑平台下布置三个或多个由储片杆，弹簧，压片器和金属片等构成的的支撑装置，在微弱振动下由弹簧和金属片间低屈服点钢弹性拉伸起减振作用，在剧烈振动和冲击作用下，主要通过金属片屈服吸收能量，属于土木结构（包括高层建筑，高耸结构，桥梁结构等）的结构振动控制技术领域。
背景技术
强震和飓风一直在威胁着人类的生存，带给人们灾难。随着经济发展和城市化进程加速，土木工程结构朝着高度更高，跨度更大，结构更复杂的方向发展，随之而来的是一旦强震和飓风到来，将有可能带来更加重大的社会经济损失。因此，最大限度地减轻震灾与风灾造成的损失，是人类必须解决的一个重要问题。为了确保工程结构的安全性及与建筑，环境和使用要求的协调性，结构振动控制技术作为一种安全、经济、有效的措施便成了当前最佳选择之一。
传统的被动控制主要采用的是黏滞流体阻尼减振技术，其原理主要是由黏滞流体通过阻尼孔的流动来耗散能量的，然而在流体流过阻尼孔后，不具备自动恢复初始状态的能力，所以在承受反复振动作用时减振能力不足。
为了弥补传统黏滞流体阻尼器在反复振动作用下丧失减振能力不足的缺陷，本发明通过设置一定数量的金属片于储片杆中，在微弱反复振动作用下通过弹簧和金属片间低屈服点钢弹性拉伸起减振作用，在振动较为剧烈时，金属片间低屈服点钢屈服拉伸，压片器压缩金属片变形屈服吸收大量能量减振。然后在振动消失或改变方向后，设备在弹簧作用下恢复原状，可以接受新的振动循环。本发明有效利用了金属片屈服消能，起到良好的减振效果，并且可重复使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用金属片屈服消能的减振器。
本发明涉及一种利用金属片屈服消能的减振器，包括支撑平台1、减振器腔体2、支撑构件、三角形支撑5、金属片7、储片杆支杆8、金属片支撑平台9、弹簧和三棱柱支撑；其中：支撑构件由压片器伸臂杆3、压片器4、储片杆6及其储片杆支杆8组成，压片器伸臂杆3一端与压片器4一端连接，压片器伸臂杆3通过第二弹簧11连接储片杆6的中点，储片杆6另一端嵌入减振器腔体2内壁中；储片杆支杆8直接固定于减振器腔体2内底部，储片杆６通过储片杆支杆8支撑；支撑平台1为圆形或矩形结构，减振器腔体为无盖圆柱体或正方体，支撑平台1底部通过若干个支撑构件与减振器腔体2连接；减振器腔体２底部设有三角形支撑５，三角形支撑５与储片杆支杆８形成供金属片７运动通道，若干金属片７位于所述的运动通道内，金属片７一端与第四弹簧15一端连接，第四弹簧15另一端连接减振器腔体２侧壁；压片器４另一端位于金属片７上方；所述运动通道底部通过金属片支撑平台９支撑，所述金属片支撑平台９底部通过两根第三弹簧12与减振器腔体２底部相连，金属片7中间掏空；在微弱振动下，相邻金属片7之间的软钢联系在弹性范围内拉伸变形，由压片器伸臂杆3与储片杆6之间的弹簧11起减振作用；在剧烈振动或冲击作用下，金属片7之间的软钢联系屈服，第二弹簧11压缩，压片器4向下挤压金属片7，金属片7由于中间掏空，架空部分近似于弯曲变形，金属片7屈服后，吸收大量能量，起到良好减振效果。
本发明中，支撑平台1通过压缩性较小的第一弹簧10与压片器伸臂杆3相连，支撑点位于支撑平台１的1/4处。
本发明中，压片器伸臂杆3通过第二弹簧11与储片杆6相连，连接点位于储片杆6的1/2处；在微弱振动作用下，主要由弹簧发挥减振作用。压片器伸臂杆3的长度为减振器腔体2直径或边长的30%~35%，压片器伸臂杆3材料为高强度钢材。
本发明中，压片器4长度为压片器伸臂杆长度的30%~40%，压片器4下端处宽度与金属片７宽度相同，材料与压片器伸臂杆3相同。
本发明中，储片杆6长度为压片器伸臂杆3长度的90%，储片杆6嵌入减振器腔体2内1/2厚度；储片杆6所用材料与压片器伸臂杆3相同。
本发明中，金属片7为中间开孔的屈服点为140~180Mpa的低屈服点正方形钢片，两金属片7通过具有一定厚度的屈服点为80~120Mpa的低屈服点钢相连，在连接钢中线处，有一V形槽口以保证在钢片屈服拉伸到极限后沿此处断开；金属片7的边长为储片杆６截面边长的90%~70%，金属片7之间的连接钢片宽度为金属片7宽度的1/4~3/4，金属片7中间开孔处面积占未开孔金属片7面积的1/4~1/2。
本发明中，储片杆6内部上下侧均有一第四弹簧15，其自由长度为储片杆6长度的100%~120%。
本发明中，减振器腔体2底部中心处的三角形支撑5为可拆卸结构，其嵌入减振器腔体2内1/2腔体厚度，三角形支撑5高度为减振器腔体2高度的1/2。
本发明中，储片杆支杆8和三角形支撑5分别由第一三棱柱支撑13和第二三棱柱支撑14支撑在其侧面， 以保持其稳定。
本发明中，在三角形支撑5与储片杆支杆8之间形成的金属片运动通道底部，金属片支撑平台9通过两根刚度不同的弹簧12与减振器腔体2底部相连，金属片支撑平台9倾角在π/6~π/4之间。弹簧12压缩后的最短长度为储片杆支杆8高度的1/3~1/4。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.在反复的地震和飓风振动作用下，金属片不断的屈服消能，设备进行多次减振循环，具备良好消能减振效果。
2.当振动较为微弱时，仅通过弹簧以及金属片之间的软钢弹性连接就可以实现消能减振效果。
3.根据不同的使用环境，可以选择不同规格材质的金属片，以及改变金属片的开孔形状，以及之间连接件的宽度，厚度和材料，从而使减振器适用于不同的振动环境。
附图说明
图1为本发明利用金属屈服消能的减振器的半剖图。
图2为本发明利用金属屈服消能的减振器的俯视图。
图3为本发明利用金属屈服消能的减振器中储片杆的三视图。其中：(ａ)正视图，(ｂ)侧视图，（c）俯视图。
图4为本发明利用金属屈服消能的减振器中金属片的三视图。其中：(ａ)正视图，(ｂ)侧视图，（c）俯视图。
图5为本发明利用金属屈服消能的减振器中金属片支撑平台的三视图。其中：(ａ)正视图，(ｂ)侧视图，（c）俯视图。
图中标号：1为支撑平台、2为减振器腔体、3为压片器伸臂杆、4为压片器、5为三角形支撑、6为储片杆、7为金属片、8为储片杆支杆、9为金属片支撑平台、10、11、12、15分别为第一、第二、第三和第四弹簧、13、14分别为第一、第二三棱柱支撑。
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：如图1所示，为本发明的一种利用金属屈服消能的减振器实施例，其主要包括支撑平台1、减振器腔体2、压片器伸臂杆3、压片器4、三角形支撑5、储片杆6、金属片7、储片杆支杆8、金属片支撑平台9、第一弹簧10、第二弹簧11、第三弹簧12和第四弹簧15。
首先将减振器腔体2放入预留有凹槽的结构中间，其大小根据建筑规模确定，但要注其内构件也等比例变化。支撑平台1与减振器腔体2通过弹簧10相连，压片器伸臂杆3与减振器腔体2内壁铰接，铰接位置距减振器腔体2顶部为减振器腔体高度的1/4~1/5。压片器伸臂杆3与压片器4在端点铰接，压片器伸臂杆3通过硬质第二弹簧11与储片杆6中点相连，储片杆6嵌入减振器腔体2内壁中，深度为减振器腔体2内壁厚度的1/2，储片杆6由两个与减振器腔体底部直接固结的储片杆支杆8支撑，将若干金属片7放入储片杆6的中空通道中，在储片杆6中第四弹簧15的作用下，第一个金属片7进入通道中。在减振器腔体2底部，有一可拆卸三角形支撑5，与储片杆支杆8形成一个供金属片7运动的通道，在通道下方，金属片支撑平台9通过两根第三弹簧12与减振器腔体2底部相连。在微弱反复振动作用下通过第二弹簧11和金属片7间低屈服点钢弹性拉伸起减振作用，在振动较为剧烈时，金属片7间低屈服点钢屈服拉伸，压片器4压缩金属片7变形屈服吸收大量能量减振。然后在振动消失或改变方向后，已屈服的金属片7从倾斜金属片支撑平台9上滑落到减振器腔体内部，而新的金属片7在储片杆中第四弹簧15作用下重新进入通道中，压片器4和压片器伸臂杆3在弹簧作用下恢复原位，可以接受新的振动循环。
压片器伸臂杆3在支撑平台1的1/4处与其通过弹簧相连。压片器伸臂杆3的长度约为减振器腔体2直径或边长的30%~35%。储片杆6长度为压片器伸臂杆3长度的90%。金属片7的边长为储片杆6内截面边长的90%~70%，金属片7之间的连接钢片宽度为金属片7宽度的1/4~3/4，金属片7中间开孔处面积占未开孔金属片7面积的1/4~1/2。减振器腔体2底部中心处的三角形支撑5为可拆卸结构，以方面更换和清理金属片7，其嵌入减振器腔体2内约1/2腔体厚度，三角形支撑5高度为减振器腔体2高度的1/2~1/3，金属片支撑平台9倾角在π/6~π/5之间。
第一三棱柱支撑13、第二三棱柱支撑14的底边长为储片杆支杆8高度的1/3~1/4，与减振器腔体底部固结，与三角形支撑5和储片杆支杆8之间不固结。
支撑平台2、减振器腔体2,、压片器伸臂杆3、压片器4、三角形支撑5、储片杆6、储片杆支杆8、金属片支撑平台9、第一三棱柱支撑13、第二三棱柱支撑14的材料均采用高强度钢材。金属片7为中间开菱形孔的屈服点为140~180Mpa的低屈服点正方形钢片，两金属片7间的连接件采用的屈服点为80~120Mpa的低屈服点钢。
第一弹簧10、第二弹簧11、第三弹簧12、第四弹簧15与构件通过预留的弹簧连接孔连接。第一弹簧10采用变形范围较小的硬压缩弹簧、第二弹簧11采用硬压缩弹簧、第三弹簧12压缩后的最短长度为储片杆支杆8高度的1/3~1/4、储片杆6内部上下的第四弹簧15自由长度为储片杆6长度的100%~120%。
Claims (10)
1.一种利用金属片屈服消能的减振器，包括支撑平台（1）、减振器腔体（2）、支撑构件、三角形支撑（5）、金属片（7）、储片杆支杆（8）、金属片支撑平台（9）、弹簧和三棱柱支撑；其特征在于：支撑构件由压片器伸臂杆（3）、压片器（4）、储片杆（6）及其储片杆支杆（8）组成，压片器伸臂杆（3）一端与压片器（4）一端连接，压片器伸臂杆（3）通过第二弹簧（11）连接储片杆（6）的中点，储片杆（6）另一端嵌入减振器腔体（2）内壁中；储片杆支杆（8）直接固定于减振器腔体（2）内底部，储片杆（６）通过储片杆支杆（8）支撑；支撑平台（1）为圆形或矩形结构，减振器腔体为无盖圆柱体或正方体，支撑平台（1）底部通过若干个支撑构件与减振器腔体（2）连接；减振器腔体（２）底部设有三角形支撑（５），三角形支撑（５）与储片杆支杆（８）形成供金属片（７）运动通道，若干金属片（７）位于所述的运动通道内，金属片（７）一端与第四弹簧（15）一端连接，第四弹簧（15）另一端连接减振器腔体（２）侧壁；压片器（４）另一端位于金属片（７）上方；所述运动通道底部通过金属片支撑平台（９）支撑，所述金属片支撑平台（９）底部通过两根第三弹簧（12）与减振器腔体（２）底部相连，金属片（7）中间掏空；在微弱振动下，相邻金属片（7）之间的软钢联系在弹性范围内拉伸变形，由压片器伸臂杆（3）与储片杆（6）之间的弹簧（11）起减振作用；在剧烈振动或冲击作用下，金属片（7）之间的软钢联系屈服，第二弹簧（11）压缩，压片器（4）向下挤压金属片（7），金属片（7）由于中间掏空，架空部分近似于弯曲变形，金属片（7）屈服后，吸收大量能量，起到良好减振效果。
2.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：支撑平台（1）通过压缩性较小的第一弹簧（10）与压片器伸臂杆（3）相连，支撑点位于支撑平台（1）的1/4处。
3.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：压片器伸臂杆（3）通过第二弹簧（11）与储片杆（6）相连，连接点位于储片杆（6）的1/2处；在微弱振动作用下，主要由弹簧发挥减振作用，压片器伸臂杆（3）的长度为减振器腔体（2）直径或边长的30%~35%，压片器伸臂杆（3）材料为高强度钢材。
4.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：压片器（4）长度为压片器伸臂杆长度的30%~40%，压片器（4）下端处宽度与金属片（７）宽度相同，材料与压片器伸臂杆（3）相同。
5.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：储片杆（6）长度为压片器伸臂杆（3）长度的90%，储片杆（6）嵌入减振器腔体（2）内1/2厚度；储片杆（6）所用材料与压片器伸臂杆（3）相同。
6.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：金属片（7）为中间开孔的屈服点为140~180Mpa的低屈服点正方形钢片，两金属片（7）通过具有一定厚度的屈服点为80~120Mpa的低屈服点钢相连，在连接钢中线处，有一V形槽口以保证在钢片屈服拉伸到极限后沿此处断开；金属片（7）的边长为储片杆（６）截面边长的90%~70%，金属片（7）之间的连接钢片宽度为金属片（7）宽度的1/4~3/4，金属片（7）中间开孔处面积占未开孔金属片（7）面积的1/4~1/2。
7.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：储片杆（6）内部上下侧均有一第四弹簧（15），其自由长度为储片杆（6）长度的100%~120%。
8.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：减振器腔体（2）底部中心处的三角形支撑（5）为可拆卸结构，其嵌入减振器腔体（2）内1/2腔体厚度，三角形支撑（5）高度为减振器腔体（2）高度的1/2。
9.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：储片杆支杆（8）和三角形支撑（5）分别由第一三棱柱支撑（13）和第二三棱柱支撑（14）支撑在其侧面， 以保持其稳定。
10.根据权利要求1所述的利用金属片屈服消能的减振器，其特征在于：在三角形支撑（5）与储片杆支杆（8）之间形成的金属片运动通道底部，金属片支撑平台（9）通过两根刚度不同的弹簧（12）与减振器腔体（2）底部相连，金属片支撑平台（9）倾角在π/6~π/4之间，弹簧（12）压缩后的最短长度为储片杆支杆（8）高度的1/3~1/4。
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