CN108797310A - 一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，包括由高阻尼橡胶支座与上承台板、下承台板组成的高阻尼橡胶隔震结构和由滑动槽、聚四氟乙烯材料层、上连接件、下连接件、阻尼缸体、多重活塞、活塞杆、阻尼腔室、端盖、导向套、密封件、连接块组成的粘滞阻尼器减震结构。本发明提供的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，可为土木工程结构在复杂振动激励下进行水平各向有效的隔震减振，克服了传统橡胶支座耗能能力有限、阻尼力单一、精度、灵敏度低的缺陷和单一粘滞阻尼器隔震频率较窄、隔震方向单一的缺陷，与现有隔震器相比，可实现水平各方向的耗能减振，同时具有较宽的隔震频率，较强的耗能能力和灵敏度以及高速率抗冲的特性。

Description

一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器

技术领域

本发明涉及土木工程结构隔震技术领域，具体涉及一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器。

背景技术

地震作用给结构带来的破坏和日常环境中的振动给我们带来的影响已不容忽视，为了减少振动对结构带来的影响，不同于传统的以刚克刚的抗震技术，各种隔震减振手段应运而生。在应用中效果良好的，比如传统隔震支座使用的天然橡胶支座水平刚度较低，延长了结构的自振周期，可显著减少结构的水平加速度响应，但也存在许多问题，如其位移响应较大，耗能能力弱，后有学者提出高阻尼橡胶支座，通过高分子聚合物和橡胶按比例共混，得到了在宽频域下都有较高阻尼的高阻尼橡胶，其在地震响应中有一定的耗能能力，能显著减少结构的位移和加速度响应。在桥梁结构中也常在支座处布置粘滞阻尼器，其常为速度相关型粘滞阻尼器，在高频振动下，粘滞阻尼器能起到较高的减振耗能作用，但其通常隔震方向单一，且在低速载荷下不具备减振耗能能力。

近年来，剪切增稠材料在隔震技术上的使用越来越多，剪切增稠液（ShearThickening Fluid，简称STF）是性能优异的粘弹性材料，其对速度的响应非常迅速，速度较低时粘性很低，而当速度达到临界剪切速率时，STF的粘性急剧增加，表现为粘弹性，在高速冲击下，STF发生固化，粘度急剧上升，在阻尼器中能为活塞提供极大的阻尼力，吸收并耗散掉冲击能量，同时具有灵敏度高、可逆性好的特点。

中国专利（申请号201420524432.8）公开的“一种高阻尼橡胶支座”采用了高阻尼橡胶，其水平刚度较低，延长了结构自振周期，同时具有一定阻尼，能显著减少结构的位移和加速度响应，但其隔震效果单一，耗能能力有限。

中国专利（申请号201220637987.4）公开的“一种桥梁粘滞阻尼减震支座”，将粘滞阻尼器设计到隔震支座中，其采用中间盆板侧面设置的侧卡口卡住粘滞阻尼器阻尼缸的工作面，使得地震时产生的振动依次由支座底板、中间盆板、中间盆板的侧卡口传递至粘滞阻尼器，粘滞阻尼器再反向给予响应，以起到减振耗能作用，由此可知，中间盆板的侧卡口不仅具有导向作用，还对粘滞阻尼器提供一定的支撑力，在振动过程中易于损坏、变形，其对粘滞阻尼器的夹持导向会随着使用的时长而快速减小，甚至消失，因此，粘滞阻尼器给予的阻尼响应会不及时甚至不再具有减振耗能作用。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于剪切增稠材料、粘滞阻尼器与高阻尼橡胶支座并用的桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，可为土木工程结构在复杂振动激励下进行水平各向有效的隔震减振，剪切增稠液阻尼器的引入使得该装置在高频振动作用下有较高的耗能减振作用，中间部分为高阻尼橡胶支座，其主要承担竖向承载，同时在低频时也有减振耗能作用，高频时高阻尼橡胶支座与粘滞阻尼器协同作用减振耗能，具有较宽的隔震频率、高灵敏度及高速率抗冲的特性，可实现水平各方向的耗能减振，克服了传统橡胶支座耗能能力有限、阻尼力单一、精度及灵敏度低的缺陷和单一粘滞阻尼器隔震频率较窄、隔震方向单一的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，包括高阻尼橡胶隔震结构和粘滞阻尼器减震结构，高阻尼橡胶隔震结构包括上承台板、高阻尼橡胶支座以及下承台板；高阻尼橡胶支座位于上承台板与下承台板之间，且高阻尼橡胶支座的上端与上承台板的中部位置固定，下端与下承台板的中部位置固定；粘滞阻尼器减震结构包括四个粘滞阻尼器，各粘滞阻尼器均位于上承台板与下承台板之间，且其中两个粘滞阻尼器横向布置在高阻尼橡胶支座的两侧，余下两个粘滞阻尼器则纵向布置在高阻尼橡胶支座的两侧；

粘滞阻尼器包括阻尼缸体，阻尼缸体两端通过导向密封组件密封连接而形成阻尼腔室，阻尼腔室内充满剪切增稠液体；

阻尼腔室内安装有活塞，与活塞配装的活塞杆两端穿出阻尼缸体后，与下承台板固定；

阻尼缸体通过分体设置的上连接件、下连接件的配合连接而被抱箍住，形成一体；

上承台板与上连接件顶端对应的位置处设置有槽口向下的滑动槽，上连接件的顶端嵌装在滑动槽中，并与滑动槽的槽底存在间隙；

下连接件的下端直接置放在下承台板上，并与下承台板之间可滑动设置。

进一步的，所述滑动槽内各面均胶粘有聚四氟乙烯材料层。

进一步的，所述活塞设置成四重活塞，且形状为I字型，活塞上设有若干过流孔；各过流孔分成若干组，各组过流孔环向均布在活塞上，且每组过流孔具有两个过流孔。

进一步的，所述上承台板下表面和下承台板上表面均胶粘有聚四氟乙烯滑动层；下连接件的下端通过聚四氟乙烯滑动层置放在下承台板上方。

进一步的，所述上连接件和下连接件通过螺栓抱箍住阻尼缸体。

进一步的，所述高阻尼橡胶支座所用橡胶为最低频率在0.01Hz时阻尼比仍大于0.3的高阻尼橡胶。

进一步的，所述导向密封组件包括端盖、导向套和密封件，阻尼缸体的两端通过螺纹连接端盖；在端盖内侧的阻尼缸体中配装导向套，导向套通过螺栓与端盖固定，且导向套与活塞杆之间通过密封件密封，导向套和密封件通过螺栓固定在端盖处，分隔出阻尼腔室。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、针对现有橡胶支座隔震器存在的隔震频率单一、采用的粘滞阻尼器为速度相关型且低速载荷下不具备减振耗能能力等问题，本发明的阻尼腔室中采用液体为剪切增稠液体，其粘度对速度响应十分灵敏，粘度会随活塞速度增加而呈非线性的跃升，具有高耗能和高速率抗冲的特性，同时也提高了隔震支座的灵敏度。

2、本发明针对现有高阻尼隔震支座隔震效果单一、阻尼力单一、耗能能力有限的问题，采用高阻尼橡胶支座与粘滞阻尼器并联，提高了隔震支座的减振耗能能力，同时也拓宽了单一粘滞阻尼器使用时的减振频域。

3、本发明针对现有粘滞阻尼器支座隔震方向单一的问题，通过采用滑动槽的设计，并与橡胶支座并联，对水平各向的振动都有减振耗能效果。

4、支撑作用主要由橡胶支座承担，连接件在振动过程中不易损坏、变形，保证了隔震器更长的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的粘滞阻尼器的结构示意图；

图3为本发明的活塞的结构示意图；

图4为本发明的滑动槽的布置示意图；

图5为本发明的俯视图；

其中：1-上承台板；2 -高阻尼橡胶支座；3-滑动槽；4-聚四氟乙烯材料层；5-上连接件；6-下连接件；7 -阻尼缸体；8--活塞；9 -活塞杆；10-阻尼腔室；11-端盖；12-导向套；13-密封件；14-聚四氟乙烯滑动层；15-连接块；16 -下承台板；17-粘滞阻尼器减振结构；18 -螺栓孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-5所示，一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，包括上承台板1、高阻尼橡胶支座2、滑动槽3、聚四氟乙烯材料层4、上连接件5、下连接件6、阻尼缸体7、活塞8、活塞杆9、阻尼腔室10、端盖11、导向套12、密封件13、聚四氟乙烯滑动层14、连接块15、下承台板16和螺栓孔18，高阻尼橡胶支座2分别通过相适配的上、下封板与上承台板1和下承台板16螺栓连接，上承台板1、高阻尼橡胶支座2和下承台板16由上至下依次设置组成高阻尼橡胶隔震结构，粘滞阻尼器减震结构17包括四个位于上承台板1和下承台板16之间的粘滞阻尼器，其中两个粘滞阻尼器横向布置在高阻尼橡胶支座2的两侧，余下两个粘滞阻尼器纵向布置在高阻尼橡胶支座2的两侧，如图2所示，每个粘滞阻尼器均包括阻尼缸体7，阻尼缸体7两端通过导向密封组件密封连接形成阻尼腔室10，阻尼腔室10中填充满剪切增稠液体，阻尼腔室10内安装有活塞8，与活塞8配装的活塞杆9两端穿出阻尼缸体7后与下承台板16固定，阻尼缸体7通过适配的上连接件5和下连接件6的配合连接而抱箍住，形成一个整体，上承台板1底部开有滑动槽3，聚四氟乙烯材料层4通过表面处理后胶粘在滑动槽3内各面，上连接件5顶端嵌装在滑动槽3中，带动阻尼缸体7运动，上连接件5与滑动槽3的槽底存在间隙，滑动槽3的布置示意图见图4，下连接件6下端置放在下承台板16上并与下承台板16之间滑动设置，上、下承台板之间的水平各向运动转化为阻尼缸体7的水平两向运动。

高阻尼橡胶支座2位于上承台板1与下承台板16之间，且高阻尼橡胶支座2的上端与上承台板1的中部位置固定，高阻尼橡胶支座2的下端与下承台板16的中部位置固定，高阻尼橡胶支座2所用橡胶为最低频率在0.01Hz时阻尼比仍大于0.3的高阻尼橡胶，上承台板1与上连接件5顶端对应的位置处设置有槽口向下的滑动槽3，上连接件5和下连接件6通过螺栓抱箍住阻尼缸体7，与阻尼缸体7形成一个整体。

活塞8设置为四重活塞且形状均为I字型，其上设有若干组过流孔，各组过流孔环向均布在活塞8上，且每组过流孔均开有两个圆形的过流孔，用于提高剪切增稠效率，活塞8的示意图见图3，活塞杆9两端通过螺栓与连接块15和下承台板16固定连接，四个连接块15分别放置于下承台板16的四个角落，如图5所示，连接块15呈方形结构，如图1所示。

本发明的滑动槽3、聚四氟乙烯材料层4、上连接件5、下连接件6、阻尼缸体7、活塞8、活塞杆9、阻尼腔室10、端盖11、导向套12、密封件13、聚四氟乙烯滑动层14和连接块15组成粘滞阻尼器减震结构17，如图5所示。

优选的，导向密封组件包括端盖11、导向套12和密封件13，阻尼缸体7的两端通过螺纹连接端盖11，在端盖11内侧的阻尼缸体7中配装导向套12，导向套12通过螺栓与端盖11固定，且导向套12与活塞杆9之间通过设置适配的密封件13实现良好的密封，导向套12和密封件13通过螺栓固定在阻尼器端盖11处，分隔出阻尼腔室10，上承台板1下表面和下承台板16上表面分别胶粘有通过表面处理后的聚四氟乙烯滑动层14，下连接件6下端通过聚四氟乙烯滑动层14置放在下承台板16上方，上承台板1与下承台板16上均预留有一定数量的螺栓孔18，方便与外部结构连接。

本发明的工作原理：

上承台板1、下承台板16和高阻尼橡胶支座2组成高阻尼橡胶隔震结构，负责竖向承载力，并且在低频振动时也起到一定的减振耗能作用；滑动槽3开在上承台板1底部，聚四氟乙烯材料层4通过表面处理后胶粘在滑动槽3内各面，上连接件5和下连接件6通过螺栓抱箍住阻尼缸体7，上连接件5镶嵌在滑动槽3内，带动阻尼缸体7运动，滑动槽3的设计使上承台板1、下承台板16之间水平各向运动都转化为阻尼缸体7的水平两向运动，起到水平各方向的减振耗能作用，此外，上连接件5与滑动槽3顶部留有一定间隙，当上承台板1与下承台板16之间产生竖向相对位移时不损坏阻尼缸体7，确保上连接件5在振动过程中不被损坏或产生变形，使隔震器拥有更长的使用寿命，阻尼腔室10中填充满剪切增稠液体，剪切增稠液体的粘度对速度响应十分灵敏，其粘度会随速度增加而有非线性的跃升，同时可逆性也较好，对高频振动有较好的减振耗能作用，当工作在剪切增稠区间时，粘滞阻尼器表现出巨大的吸收和耗能能力，且具有高速率抗冲的特性，活塞杆9配有四重活塞8，采取I字型活塞，活塞8上设有一定数量的过流孔，可提高剪切增稠的效率。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，包括由上承台板（1）、高阻尼橡胶支座（2）和下承台板（16）由上至下依次设置形成的高阻尼橡胶隔震结构，负责竖向承载力，其特征在于，还包括粘滞阻尼器减震结构（17），粘滞阻尼器减震结构（17）包括四个位于上承台板（1）和下承台板（16）之间的粘滞阻尼器，其中两个粘滞阻尼器横向布置在高阻尼橡胶支座（2）的两侧，余下两个粘滞阻尼器纵向布置在高阻尼橡胶支座（2）的两侧，粘滞阻尼器包括阻尼缸体（7），阻尼缸体（7）两端通过导向密封组件密封连接形成阻尼腔室（10），阻尼腔室（10）中填充满剪切增稠液体，阻尼腔室（10）内安装有活塞（8），与活塞（8）配装的活塞杆（9）两端穿出阻尼缸体（7）后与下承台板（16）固定，阻尼缸体（7）通过适配的上连接件（5）和下连接件（6）的配合连接而抱箍住，形成一体，上承台板（1）底部开有滑动槽（3），上连接件（5）顶端嵌装在滑动槽（3）中，带动阻尼缸体（7）运动，下连接件（6）下端置放在下承台板（16）上并与下承台板（16）之间滑动设置，上、下承台板之间的水平各向运动转化为阻尼缸体（7）的水平两向运动。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述上承台板（1）与上连接件（5）顶端对应的位置处设置有槽口向下的滑动槽（3），上连接件（5）与滑动槽（3）的槽底存在间隙，上连接件（5）和下连接件（6）通过螺栓抱箍住阻尼缸体（7）。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述高阻尼橡胶支座（2）分别通过适配的上、下封板与上承台板（1）和下承台板（16）螺栓连接，高阻尼橡胶支座（2）的上端与上承台板（1）的中部位置固定，高阻尼橡胶支座（2）的下端与下承台板（16）的中部位置固定。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述活塞（8）设置为四重活塞且形状均为I字型，其上设有若干组过流孔，各组过流孔环向均布在活塞（8）上，且每组过流孔具有两个过流孔，可提高剪切增稠效率，活塞杆（9）两端通过螺栓与下承台板（16）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述高阻尼橡胶支座（2）所用橡胶为最低频率在0.01Hz时阻尼比仍大于0.3的高阻尼橡胶，滑动槽（3）内各表面均胶粘有聚四氟乙烯材料层（4）。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述导向密封组件包括端盖（11）、导向套（12）和密封件（13），阻尼缸体（7）的两端通过螺纹连接端盖（11），在端盖（11）内侧的阻尼缸体（7）中配装导向套（12），导向套（12）通过螺栓与端盖（11）固定，且导向套（12）与活塞杆（9）之间通过密封件（13）密封，导向套（12）和密封件（13）通过螺栓固定在端盖（11）处，分隔出阻尼腔室（10）。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述上承台板（1）下表面和下承台板（16）上表面分别胶粘有聚四氟乙烯滑动层（14），下连接件（6）下端通过聚四氟乙烯滑动层（14）置放在下承台板（16）上方。

8.根据权利要求1所述的一种桥梁高速率抗冲宽频域隔震器，其特征在于，所述上承台板（1）与下承台板（16）上分别预留有若干个螺栓孔（18），方便与外部结构连接。