CN108412067A - 一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器及其抗震方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器及其抗震方法，减震器包括：两个端部粘弹性减震器，两个端部粘弹性减震器同轴布置，在两个端部粘弹性减震器之间沿两个端部粘弹性减震器的轴线方向串接若干粘弹性减震器单元，其中，端部粘弹性减震器包括端部外筒和端部内筒，端部外筒的内壁和端部内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；每个粘弹性减震器单元均包括：单元外筒和单元内筒，单元外筒的内壁和单元内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；端部外筒和单元外筒之间、每两个单元外筒之间均可拆卸地连接以形成装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的刚性外筒；端部内筒和单元内筒之间、每两个单元内筒之间均通过弹性连接件弹性连接。

Description

一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器及其抗震方法

技术领域

本发明涉及一种减震器，尤其涉及一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，属于耗能减震技术领域。

背景技术

在风振和强震作用下，建筑结构分别要满足舒适度和“大震不倒”，建筑结构必须具有较好的耗能能力和变形能力，而传统建筑结构依靠结构自身消耗能量和提供变形，能力较为有限。设置减震器消耗能量减轻结构的风振和地震响应是一种经济、可行的方法。

现有的粘弹性减震器一般只能提供固定的刚度和阻尼性能，不能根据结构所需刚度和阻尼性能进行调节。

而建筑结构在风振、小震、中震和大震等不同外界激励下，其所需的阻尼力不同；基于性能的结构设计中，不同建筑结构在不同工况下所需减震器提供的阻尼力不同。减震器根据不同的外界激励及不同的设计工况均能够分别提供合适的阻尼力，才能更好的进行减震控制。

同时，现有的粘弹性减震器体型较大，在加工制造过程中所需要的成型模具和高温高压硫化机均需较大型号，且粘弹性减震器成型模具的重复利用率较低，容易造成资源的浪费、加工制造不经济且加工过程复杂。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，该减震器具备在不同激励下较好调整阻尼力（刚度和阻尼）的能力，既能有效减小结构在风振和小震下的振动响应，又能使减震器在中震和大震下产生良好的耗能能力；同时具备通过简易的拆卸和装配改变减震器整体阻尼性能及节约资源、加工制造经济的特点，满足不同性能的建筑结构在不同激励下所需的减震性能。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术手段为：

一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，包括：两个端部粘弹性减震器，两个端部粘弹性减震器同轴布置，在两个端部粘弹性减震器之间沿两个端部粘弹性减震器的轴线方向串接若干粘弹性减震单元，其中，

端部粘弹性减震器包括端部外筒和端部内筒，端部外筒的内壁和端部内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；

每个粘弹性减震单元均包括：单元外筒和单元内筒，单元外筒的内壁和单元内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；

端部外筒和单元外筒之间、每两个单元外筒之间均可拆卸地连接以形成装配式变刚度变阻尼粘弹性减震器的刚性外筒；

端部内筒和单元内筒之间、每两个单元内筒之间均通过弹性连接件弹性连接；

端部内筒的外端伸出端部外筒，并且与锚固板固定连接。

所述端部外筒的内壁上和端部内筒的外壁上设有加强粘弹性材料层与钢板之间粘结能力的加强机构。

所述加强机构包括设置在端部内筒外壁上的多个环形凸起和设置在端部外筒内壁上的多个环形凸起，各个环形凸起之间沿端部外筒和/或端部内筒轴线方向间隔布置。

端部外筒和单元外筒之间、每两个单元外筒之间均采用螺纹连接。

所述环形凸起高度是粘弹性材料层厚度的1/5~1/3，每个环形凸起之间沿端部外筒和/或端部内筒轴线方向间隔距离是40～100mm。

所述端部外筒的外端端面与端部内筒的外端端面的距离为40～160mm。

所述弹性连接件为弹簧。

本发明还公开了一种基于所述装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的抗震方法，将本装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器采用对角斜撑或人字形支撑布置于建筑结构层间；

在小震和风振下，仅端部内筒和端部外筒之间的粘弹性材料层发生剪切变形耗能；

在中震和大震下，端部内筒和端部外筒之间的粘弹性材料层、以及减震器单元中的粘弹性材料层共同产生剪切变形耗能，防止粘弹性材料层发生整体剪切破坏；随着地震激励的增大，离两个端部粘弹性减震器越远的粘弹性阻尼单元依次发挥作用，实现了变刚度和变阻尼，即刚度和阻尼逐渐变大。

进一步的，根据所需阻尼力性能的要求，整体阻尼力调节的大档位通过调节粘弹性减震单元的数量实现。

进一步的，根据所需阻尼力性能的要求，阻尼力调节的小档位通过调整粘弹性减震单元中粘弹性材料层的长度和厚度，以及通过调节弹性连接件的刚度与长度实现。

有益效果：

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明减震器具备在不同激励下自动较好调整阻尼性能的能力技术优点，根据所需阻尼力性能的要求，进行调节，具体是：

当阻尼力需要大档位调节时，可通过调节粘弹性减震单元的数量实现；

当阻尼力需要小档位调节时，可通过调整粘弹性减震单元中粘弹性材料层的长度和厚度，以及通过调节弹性连接件的弹性力大小实现。

在小震或风振作用下，端部粘弹性减震器中的粘弹性材料层开始工作耗能，且耗能性能和疲劳性能良好；此时，粘弹性减震单元中的粘弹性材料层不发生剪切，防止在风振作用下，粘弹性减震单元中的粘弹性材料层发生疲劳破坏。

在中震和大震作用下，端部粘弹性减震器中的粘弹性材料层和粘弹性减震单元中的粘弹性材料层同时工作，共同耗散地震能量，使减震器耗散能力显著提高，这既能保证减震器有效减小结构在风振和小震下的振动响应，又能使减震器在中震和大震下产生更好的耗能能力。

当在中震和大震作用下时，防止粘弹性材料层发生整体剪切破坏，显著提高了其延性能力。

本发明减震器在小震、风振和中震、大震下均能够对结构的振动起到很好的减震效果。

减震器同时具备通过简易的拆卸和装配改变减震器整体阻尼性能的特点，在基于性能的结构设计中，很容易满足不同类型及不同抗震设防建筑结构在不同工况下所需阻尼性能。其中，设置的环形凸起使粘弹性材料层与端部外筒和端部内筒之间的连接能力显著增强，防止端部内筒从端部外筒中拉脱，从而即使在过大位移下在端部粘弹性材料层破坏，粘弹性减震单元中的粘弹性材料层依然可以正常工作，使减震器形成多到防线。

另外，本发明减震器具备加工制造过程中所需粘弹性体成型模具和高温高压硫化机只需较小型号，且粘弹性体成模具的重复利用率较高、加工过程简单、节约资源及加工制造经济。

附图说明

图1为本发明装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的整体结构示意图；

图2为本发明粘弹性减震单元中单元内筒和单元外筒的剖面图；

图3为本发明粘弹性减震器中锚固板的结构示意图。

其中，1为弹簧；2为单元内筒；3为端部内筒；（4，5）为粘弹性材料层；6为单元外筒；7为端部外筒；8为螺纹；9为第一环形凸起；10为第二环形凸起；11为锚固板。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例

本发明装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，整体的大粘弹性减震器由多个粘弹性减震单元装配组成。由内向外依次包括设置在中心处的弹簧1、与弹簧1相连接的单元内筒2、端部内筒3、套设在单元内筒2外部的单元外筒6、套设在端部内筒3外的端部外筒7，单元内筒2与单元外筒6之间填充有粘弹性材料层4，端部内筒3与端部外筒7之间填充有粘弹性材料层5，粘弹性材料层4和单元内筒2、单元外筒6之间通过高温高压硫化方式连接；粘弹性材料层5和端部内筒3、端部外筒7之间通过高温高压硫化方式连接；

还包括锚固板11，所述锚固板11包括两个，两个锚固板11为圆形或方形，其中两个锚固板上均有连接锚孔，锚固板11与所述端部内筒3之间采用焊接或螺纹固定连接。

所述端部外筒7内壁设置第二环形凸起10和端部内筒3外壁设置第一环形凸起9。所述第一环形凸起9和第二环形凸起10用于增强连接能力，凸起厚度是粘弹性材料层5厚度的1/5~1/3，它们之间的距离是40～100mm，其使粘弹性材料层5与端部内筒3和端部外筒7之间的连接能力显著增强，防止端部内筒3从端部外筒7中拉脱。

所述弹簧1与单元内筒2、端部内筒3之间采用焊接或螺丝固定连接；端部内筒3与锚固板11之间采用螺纹或焊接固定连接；端部外筒7与单元外筒6之间采用螺纹8装配连接，相邻单元外筒6之间采用螺纹8装配连接。

所述单元外筒6、单元内筒2及粘弹性材料层4组成的粘弹性减震单元有多个，根据所需阻尼力性能的要求，整体阻尼力调节的大档位可通过调节小减震器数量实现；阻尼力调节的小档位可通过调整粘弹性减震单元中粘弹性材料层4的长度和厚度，以及通过调节弹簧1的刚度和长度实现。

所述单元外筒6的外端端面与对应锚固板11的内侧面的距离为40～160mm。

将本发明装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器采用对角斜向或人字形布置于建筑结构层间。在小震和风振下，仅粘弹性减震器的端部粘弹性材料层5产生剪切变形耗能（即环形端部内筒3和端部外筒7发生相对运动，粘弹性材料层5剪切耗能）；在中震和大震下，端部粘弹性减震器中的粘弹性材料层5和粘弹性减震单元中的粘弹性材料层4共同产生剪切变形耗能，防止粘弹性材料层发生整体剪切破坏，显著提高了其延性能力。

本发明减震器在小震、风振和中震、大震下均能够对结构的振动起到很好的减震效果。

在过大位移激励下第一环形凸起9和第二环形凸起10可使粘弹性材料层5与端部内筒3和端部外筒7外之间的连接能力显著增强，防止端部内筒从端部外钢筒中拉脱，使粘弹性减震单元中的粘弹性材料层4充分发挥剪切耗能作用，从而即使在过大位移下在端部粘弹性材料层5发生破坏，粘弹性减震单元中的粘弹性材料层4依然可以正常工作，使减震器形成多到防线。

本发明减震器为端部粘弹性减震器和中部多个粘弹性减震单元组成的串联系统，小位移下粘弹性减震器端部产生位移，在受拉、受压以及受扭时粘弹性材料产生剪切变形耗能，大位移下端部粘弹性减震器和粘弹性减震单元可以同时产生位移，使减震器中的粘弹性材料均产生剪切变形耗能。同时，减震器可通过简易的选择、拆卸和装配改变减震器整体阻尼性能的特点，在基于性能的结构设计中，很容易满足不同类型和不同抗震设防建筑结构在不同工况下所需阻尼性能。本发明粘弹性减震器适用于减水平方向的振动。

另外，本发明减震器具备加工制造过程中所需粘弹性体成型模具和高温高压硫化机只需较小型号，且粘弹性体成模具的重复利用率较高、加工过程简单、节约资源及加工制造经济等特点

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 (10)

1.一种装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于，包括：两个端部粘弹性减震器，两个端部粘弹性减震器同轴布置，在两个端部粘弹性减震器之间沿两个端部粘弹性减震器的轴线方向串接若干粘弹性减震器单元，其中，

端部粘弹性减震器包括端部外筒和端部内筒，端部外筒的内壁和端部内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；

每个粘弹性减震器单元均包括：单元外筒和单元内筒，单元外筒的内壁和单元内筒的外壁之间设置粘弹性材料层；

端部外筒和单元外筒之间、每两个单元外筒之间均可拆卸地连接以形成装配式变刚度变阻尼粘弹性减震器的刚性外筒；

端部内筒和单元内筒之间、每两个单元内筒之间均通过弹性连接件弹性连接；

端部内筒的外端伸出端部外筒，并且与锚固板固定连接。

2.根据权利要求1所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于，所述端部外筒的内壁上和端部内筒的外壁上设有加强粘弹性材料层与端部外筒、端部内筒之间粘结能力的加强机构。

3.根据权利要求2所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于，所述加强机构包括设置在端部内筒外壁上的多个环形凸起和设置在端部外筒内壁上的多个环形凸起，各个环形凸起之间沿端部外筒和/或端部内筒轴线方向间隔布置。

4.根据权利要求1所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于，端部外筒和单元外筒之间、每两个单元外筒之间均采用螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于：所述环形凸起高度是粘弹性材料层厚度的1/5~1/3，每个环形凸起之间沿端部外筒和/或端部内筒轴线方向间隔距离是40～100mm。

6.根据权利要求1所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于：所述端部外筒的外端端面与端部内筒的外端端面的距离为40～160mm。

7.根据权利要求1所述的装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器，其特征在于：所述弹性连接件为弹簧。

8.一种基于权利要求1所述装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的抗震方法，其特征在于，将本装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器采用对角斜撑或人字形支撑布置于建筑结构层间；

在小震和风振下，仅端部内筒和端部外筒之间的粘弹性材料层发生剪切变形耗能；

在中震和大震下，端部内筒和端部外筒之间的粘弹性材料层、以及减震器单元中的粘弹性材料层共同产生剪切变形耗能，防止粘弹性材料层发生整体剪切破坏；随着地震激励的增大，离两个端部粘弹性减震器越远的粘弹性阻尼单元依次发挥作用，实现了变刚度和变阻尼，即刚度和阻尼逐渐变大。

9.根据权利要求8所述基于权利要求1所述装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的抗震方法，其特征在于，根据所需阻尼力性能的要求，整体阻尼力调节的大档位通过调节粘弹性减震器单元的数量实现。

10.根据权利要求8所述基于权利要求1所述装配式变阻尼变刚度粘弹性减震器的抗震方法，其特征在于，根据所需阻尼力性能的要求，阻尼力调节的小档位通过调整粘弹性减震器单元中粘弹性材料层的长度和厚度，以及通过调节弹性连接件的刚度与长度实现。