CN109113407A - 一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置及其隔减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置及其隔减振方法，装置包括上、下承压钢板及设置在承压钢板之间的预压式筒形阻尼器和核心减振垫等部分。所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置中，分布在隔减振装置四周的预压式筒形阻尼器可以对竖直方向的振动作用进行减弱，设置在隔减振装置中心位置的核心减振垫可以对水平方向的振动作用进行隔离和减弱，从而实现在水平方向和竖直方向同时对振动作用进行隔离和减弱作用。此外，所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置具有较为优越的抗拉拔性能，可以有效的承受并消耗建筑物对隔减振装置所施加的拉拔力。

Description

一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置及其隔减振方法

技术领域

本发明涉及一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置及其隔减振方法。

背景技术

地震最为一种主要的自然灾害，长期以来对人类的生命安全和建筑物的安全服的构成了巨大的威胁，强烈的地震作用会对建筑物造成严重的破坏，甚至倒塌。隔减振技术作为一种优越的震动控制技术被有效的运用于地震作用的控制。

目前，对地震作用比较有效的一种控制隔振结构是在结构的底部与基础之间设置隔振装置，用以延长结构的自振周期，吸收地震能量，从而降低上部结构的地震反应。目前，隔振技术主要用于隔离水平地震作用。然而，地震震害现象表明，在高烈度地震区，地震动竖向加速度分量对建筑破坏状态和破坏程度的影响明显。所以在建筑结构的地震作用隔减振控制中，应充分考虑地震动竖向分量的震动作用，并对其进行有效的隔离和耗散。

为解决上述问题，多维隔减振装置可以在水平方向和竖直方向的地震作用同时起到隔离作用，是一种较为有效的多维地震作用控制装置。但是，传统多维隔减振装置在承受压力的过程可以较好的发挥作用，但是在承受拉力作用时效果不佳，有的隔减振装置甚至不能承受过大的拉拔力，其竖向抗拉拔性能较差，严重影响了多维隔减振对竖向地震作用对隔减振效果。因此，为解决传统多维隔减振装置在承受竖向拉力作用时抗拉拔性能差的问题，设计一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置是一项亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，该装置能够同时对水平方向和竖直方向的地震作用进行隔离，从而为建筑物提供更加有效的地震作用控制效果。此外，该装置具有较好的抗拉拔性能，可以满足多维隔减振装置在承受较大拉拔力作用时亦能表现出较为优越的隔减振作用，不会发生装置损坏失效现象。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，包括：

上承压钢板和下承压钢板，所述上承压钢板和下承压钢板之间相互平行设置；

核心减振垫，设置于上承压钢板和下承压钢板之间且位于上承压钢板和下承压钢板的中心处，用于耗散水平方向的振动能量，包括若干钢板，若干钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合；

预压式筒形阻尼器，包括多个，多个预压式筒形阻尼器沿竖直方向设置在上承压钢板和下承压钢板之间且均匀围绕在所述核心减振垫周围，用于隔离和耗散竖直方向的振动能量，预压式筒形阻尼器包括外围缸筒、预压弹簧、上活塞钢板、下活塞钢板、上传力杆、下传力杆和限位滑块，其中，外围缸筒内对称设有上活塞钢板和下活塞钢板，上活塞钢板和下活塞钢板将外围缸筒内腔分隔成从高往下依次设置的第一空腔、第二空腔以及第三空腔，其中，外围缸筒中部的第二空腔内设置预压弹簧，外围缸筒两端第一空腔和第三空腔内设置可压缩耗能材料；

上活塞钢板通过上传力杆与上承压钢板连接，下活塞钢板通过下传力杆与下承压钢板连接，其中，上承压钢板在上表面与上传力杆接触的位置设置限位滑槽，限位滑槽中心开设穿过上承压钢板的圆形孔洞，限位滑槽内设置限位滑块；在上承压钢板上面覆盖和承压钢板等面积的限位滑槽封板，限位滑槽封板和上承压钢板之间采用螺栓固定连接。

构成所述核心减振垫中粘弹性材料采用高耗散粘弹性材料；核心减振垫最上端的钢板与上承压钢板之间通过螺栓连接，最下端的钢板与下承压钢板之间通过螺栓连接。

所述外围钢筒的上端设置有上封闭钢板，外围钢筒的下端设置有下封闭钢板；所述上封闭钢板的中心处设有供上传力杆穿过的杆孔，下封闭钢板的中心处设有供下传力杆穿过的杆孔；

所述上活塞钢板和下活塞钢板对称设置在所述外围钢筒内部，其中，上活塞钢板的上端与传力杆一端焊接连接，上传力杆另一端穿过上承压钢板限位滑槽中心开设的孔洞，与限位滑块焊接，限位滑块放置在限位滑槽内，可在限位滑槽内沿水平方向左、右滑动；下传力杆一端与下活塞钢板焊接，另一端固定在下承压钢板上表面。

所述第一空腔和第三空腔的高度相同，均为外围钢筒高度的1/3~1/6，并在空腔内设置可压缩耗能材料。

所述可压缩耗能材料为粘弹性材料或泡沫铝。

所述预压弹簧自由放置在外围缸筒的第二空腔内，预压弹簧在预压后的长度为外围钢筒长度的1/3~2/3，弹簧直径略小于外围钢筒的内径。

本发明还公开了一种基于所述具有抗拉拔性能的多维隔减振装置的隔减振方法，上承压钢板用以支撑建筑物，并且和建筑物固定连接，下承压钢板固定在基础上，

当所述多维隔减振装置受到水平方向地震作用时，首先，核心减振垫发生水平方向的错动位移，有效的对水平方向的地震进行隔离；

核心减振垫中粘弹性材料具有较大的阻尼和良好的耗能能力，在水平地震作用下发生剪切变形而消耗地震输入的能量，减小地震对上部结构的影响，从而起到水平方向的隔振和减振双重作用；

上承压钢板上表面设置了限位滑槽，保证装置在水平地震作用下实现在水平方向上任何角度的滑移，保证了核心减振垫在水平方向的任何角度的错动位移，使得水平方向各个角度的地震作用都能有效地耗散和隔离；

在竖向地震作用下，核心减振垫中的粘弹性材料和预压式筒形阻尼器中的可压缩耗能材料会发生拉压变形而耗散振动能量，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器在竖向同主体结构相比会形成一个刚度薄弱层，这就会起到竖向隔振作用，因而多维隔减振装置可以起到竖向的隔振和减振作用；

当较大地震引起装置发生较大拉力时，预压式筒形阻尼器将承受大部分拉力，从而保护了中心的核心减振垫避免被拉坏，因而多维隔减振装置具有很强的抗拉拔能力；

此外，预压式筒形阻尼器中的弹簧在装置受压时可提供较大受压刚度，这增加了整个装置的受压刚度，有利于隔振装置的承压性能。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

一、外围预压式筒形阻尼器的使用，使得多维隔减振装置在受到竖向拉拔力时，预压式筒形阻尼器主要承担拉拔力，防止核心减振垫发生拉拔破坏，从而保障了多维隔减振装置能够在受到拉拔力时依旧可以正常工作，对竖直方向的振动作用起到减弱效果。

二、预压式筒形阻尼器内部设置有粘弹性材料和预压弹簧，构造合理，传力耗能机制明确。在受到竖直方向的地震作用时，粘弹性材料会产生拉伸或挤压变形而进行耗能，同时预压弹簧也会受拉而发生变形耗能。

三、当受到水平方向的振动作用时，限位滑块在限位滑槽中产生滑动位移，一方面限位滑槽可以保证限位滑块在水平方向的任何角度的滑移，且限制了水平方向位移不至过大，从而保护了多维隔减振装置的安全使用；另一方面，限位滑槽和限位滑块的接触面会因为水平位移的产生摩擦滑移，而摩擦滑移会消耗水平方向的产生的振动能量，从而在水平方向起到了减振耗能的作用。

四、本装置在上、下承压板之间的中心位置设置了高耗散核心减振垫。核心减振垫由粘弹性材料是由粘弹性材料和钢板通过高温高压间隔叠层而成，粘弹性材料和钢板构成了“三明治”结构。当隔减振装置发生水平方向的振动时，核心减振垫内的粘弹性材料会产生剪切变形，从而耗散了水平方向的振动能量，达到了隔振消能的作用。

附图说明

图1是本发明具有抗拉拔性能的多维隔减振装置的主视图；

其中，1、上承压钢板；2、下承压钢板；3、预压式筒形阻尼器；4、核心减振垫；5、限位滑槽；6、限位滑块；7、上传力杆；8、外围钢筒；9、上活塞钢板；10、粘弹性阻尼材料；11、预压弹黄；12、上封闭钢板；

图2是本发明预压式筒形阻尼器的主视图；

图3是本发明外围钢筒的俯视图；

其中，13、杆孔；14、限位滑槽封板; 15、螺栓；

图4是本发明上承压钢板上表面限位滑槽俯视图。

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。

如图1至图2所示，本发明所述的是一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置。所述抗拉拔多维隔减振装置由上承压钢板1、下承压钢板2、预压式筒形阻尼器3、核心减振垫4四个部分组成。所述上承压钢板1和下承压钢板2分别位于抗拉拔多维隔减振装置的上、下部位，上承压钢板用以支撑建筑物，下承压钢板固定在基础上。

实施例1

预压式筒形阻尼器3位于上、下承压钢板之间，共使用四个预压式筒形阻尼器，对称安装在核心减振垫的两侧。

核心减振垫4同样位于上、下承压钢板之间，并安装在上、下承压钢板的中心位置。其中，预压式筒形阻尼器3主要用来减弱竖直方向的振动作用，并且可以承受较大的拉拔力。核心减振垫4主要用来隔离和减弱水平方向的振动作用。

预压式筒形阻尼器3由限位滑块6、上传力杆7、外围钢筒8、上活塞钢板9、粘弹性材料10、预压弹簧11、上封闭钢板12、下传力杆15、下活塞钢板16构成。限位滑块6与上传力杆7一端焊接，限位滑块6安装在限位滑槽5内。上传力杆7另一端与上活塞钢板9焊接，并且焊接在活塞钢板的中心位置。上活塞钢板9、粘弹性材料10、预压弹簧11都位于外围钢筒8内，从上到下依次分布为粘弹性材料，上活塞钢板9，预压弹簧11，下活塞钢板16、粘弹性材料。外围钢筒8上、下部采用焊接封闭钢板的形式进行封闭设计，在封闭钢板中心开设直径稍大于传力杆的圆孔13。

上活塞钢板的上端与上传力杆7一端焊接焊接连接，上传力杆7另一端穿过上承压钢板与限位滑块焊接，限位滑块放置在限位滑槽内，上传力杆将预压式筒形阻尼器3和上承压钢板沿水平方向限位滑动支撑连接。

下传力杆15一端与下活塞钢板焊接，另一端固定在下承压钢板上表面。

本实施例中，上承压钢板1和下承压钢板2采用正方形钢板。上承压钢板1上表面设置的限位滑槽5，在限位滑槽5中心开设的孔洞，限位滑块6的直径略大于孔洞直径1~2mm，限位滑槽的深度和限位滑块的高度相同；限位滑槽上面采用滑槽封板14覆盖，滑槽封板14的面积与上承压钢板面积相等，滑槽封板14和上承压钢板对应位置开设螺栓孔，通过螺栓15将二者连接固定，螺栓15设在限位滑槽5左右两侧的位置，每个限位滑槽分别设置四个螺栓。

预压弹簧11采用预压性能较好的弹簧，预压弹簧11自由放置在上、下上活塞钢板之间。优选的，预压弹簧的在预压后的长度为外围钢筒8长度的1/3~2/3，直径略小于外围钢筒8的内径。

预压式筒形阻尼器3中，粘弹性材料的长度为外围钢筒8长度的1/3~1/6，其直径略小的外围钢筒8的内径。

核心减振垫4采用高耗散核心减振垫设计，其高度与预压式筒形阻尼器的长度相同，直径为上、下承压钢板边长的2/3，并将上下段分别与上、下承压钢板通过螺栓固定连接。

核心减振垫4由粘弹性材料和钢板间隔叠层硫化而成，将粘弹性材料通过高温高压硫化到钢板上，即粘弹性材料和钢板的布置规则是隔层布置，类似于“三明治”结构。

本发明实施例1一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置的工作方法是：

上承压钢板用以支撑建筑物，并且和建筑物固定连接，下承压钢板固定在基础上，

当所述多维隔减振装置受到水平方向地震作用时，首先，核心减振垫发生水平方向的错动位移，有效的对水平方向的地震进行隔离；

核心减振垫中粘弹性材料具有较大的阻尼和良好的耗能能力，在水平地震作用下发生剪切变形而消耗地震输入的能量，减小地震对上部结构的影响，从而起到水平方向的隔振和减振双重作用；

上承压钢板上表面设置了限位滑槽，保证装置在水平地震作用下实现在水平方向上任何角度的滑移，保证了核心减振垫在水平方向的任何角度的错动位移，使得水平方向各个角度的地震作用都能有效地耗散和隔离；

在竖向地震作用下，核心减振垫和预压式筒形阻尼器中的粘弹性材料会发生拉压变形而耗散振动能量，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器在竖向同主体结构相比会形成一个刚度薄弱层，这就会起到竖向隔振作用，因而多维隔减振装置可以起到竖向的隔振和减振作用；

当较大地震引起装置发生较大拉力时，预压式筒形阻尼器将承受大部分拉力，从而保护了中心的核心减振垫避免被拉坏，因而多维隔减振装置具有很强的抗拉拔能力；

此外，预压式筒形阻尼器中的弹簧在装置受压时可提供较大受压刚度，这增加了整个装置的受压刚度，有利于隔振装置的承压性能。

实施例2

本实施例中，所述预压式筒形阻尼器中的粘弹性材料替换为泡沫铝。

Claims (7)

1.一种具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，包括：

上承压钢板和下承压钢板，所述上承压钢板和下承压钢板之间相互平行设置；

核心减振垫，设置于上承压钢板和下承压钢板之间且位于上承压钢板和下承压钢板的中心处，用于耗散水平方向的振动能量，包括若干钢板，若干钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合；

预压式筒形阻尼器，包括多个，多个预压式筒形阻尼器沿竖直方向设置在上承压钢板和下承压钢板之间且均匀围绕在所述核心减振垫周围，用于隔离和耗散竖直方向的振动能量，预压式筒形阻尼器包括外围缸筒、预压弹簧、上活塞钢板、下活塞钢板、上传力杆、下传力杆和限位滑块，其中，外围缸筒内对称设有上活塞钢板和下活塞钢板，上活塞钢板和下活塞钢板将外围缸筒内腔分隔成从高往下依次设置的第一空腔、第二空腔以及第三空腔，其中，外围缸筒中部的第二空腔内设置预压弹簧，外围缸筒两端第一空腔和第三空腔内设置可压缩耗能材料；

上活塞钢板通过上传力杆与上承压钢板连接，下活塞钢板通过下传力杆与下承压钢板连接，其中，上承压钢板在上表面与上传力杆接触的位置设置限位滑槽，限位滑槽中心开设穿过上承压钢板的圆形孔洞，限位滑槽内设置限位滑块；在上承压钢板上面覆盖和承压钢板等面积的限位滑槽封板，限位滑槽封板和上承压钢板之间采用螺栓固定连接。

2.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，构成所述核心减振垫中粘弹性材料采用高耗散粘弹性材料；核心减振垫最上端的钢板与上承压钢板之间通过螺栓连接，最下端的钢板与下承压钢板之间通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，所述外围钢筒的上端设置有上封闭钢板，外围钢筒的下端设置有下封闭钢板；所述上封闭钢板的中心处设有供上传力杆穿过的杆孔，下封闭钢板的中心处设有供下传力杆穿过的杆孔；

所述上活塞钢板和下活塞钢板对称设置在所述外围钢筒内部，其中，上活塞钢板的上端与传力杆一端焊接连接，上传力杆另一端穿过上承压钢板限位滑槽中心开设的孔洞，与限位滑块焊接，限位滑块放置在限位滑槽内，可在限位滑槽内沿水平方向左、右滑动；下传力杆一端与下活塞钢板焊接，另一端固定在下承压钢板上表面。

4.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，所述第一空腔和第三空腔的高度相同，均为外围钢筒高度的1/3~1/6，并在空腔内设置可压缩耗能材料。

5.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，所述可压缩耗能材料为粘弹性材料或泡沫铝。

6.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的多维隔减振装置，其特征在于，所述预压弹簧自由放置在外围缸筒的第二空腔内，预压弹簧在预压后的长度为外围钢筒长度的1/3~2/3，弹簧直径略小于外围钢筒的内径。

7.一种基于权利要求1~6中任一所述具有抗拉拔性能的多维隔减振装置的隔减振方法，其特征在于，上承压钢板用以支撑建筑物，并且和建筑物固定连接，下承压钢板固定在基础上，

当所述多维隔减振装置受到水平方向地震作用时，首先，核心减振垫发生水平方向的错动位移，有效的对水平方向的地震进行隔离；

核心减振垫中粘弹性材料具有较大的阻尼和良好的耗能能力，在水平地震作用下发生剪切变形而消耗地震输入的能量，减小地震对上部结构的影响，从而起到水平方向的隔振和减振双重作用；

上承压钢板上表面设置了限位滑槽，保证装置在水平地震作用下实现在水平方向上任何角度的滑移，保证了核心减振垫在水平方向的任何角度的错动位移，使得水平方向各个角度的地震作用都能有效地耗散和隔离；

在竖向地震作用下，核心减振垫中的粘弹性材料和预压式筒形阻尼器中的可压缩耗能材料会发生拉压变形而耗散振动能量，同时核心减振垫和预压式筒形阻尼器在竖向同主体结构相比会形成一个刚度薄弱层，这就会起到竖向隔振作用，因而多维隔减振装置可以起到竖向的隔振和减振作用；

当较大地震引起装置发生较大拉力时，预压式筒形阻尼器将承受大部分拉力，从而保护了中心的核心减振垫避免被拉坏，因而多维隔减振装置具有很强的抗拉拔能力；

此外，预压式筒形阻尼器中的弹簧在装置受压时可提供较大受压刚度，这增加了整个装置的受压刚度，有利于隔振装置的承压性能。