CN109811638B - 一种基于stp的摩擦摆式自复位隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，涉及桥梁隔震技术领域。包括上承台板、高阻尼橡胶支座、上隔板、限位槽、聚四氟乙烯滑动层、带有通孔的蜂窝状筒体、空心套筒、STP腔室、不锈钢球面滑板、变曲率摩擦板、限位板、下隔板、下承台板。高阻尼橡胶支座与上承台板、下承台板组成高阻尼橡胶隔震部分。上隔板、带有通孔的蜂窝状筒体、空心套筒、STP腔室、不锈钢球面滑板、限位板、下隔板组成STP的摩擦摆式自复位隔震耗能部分。针对传统隔震支座耗能能力有限，阻尼力单一和不自复位的缺陷，本发明利用STP的率敏特性，并设计变曲率底座实现自复位，在隔震过程实现水平向多重抗冲及阻尼耗能。
Description
技术领域
本发明主要涉及桥梁隔震技术领域，涉及一种基于STP材料的摩擦摆式自复位隔震装置。
背景技术
为了减轻桥梁在地震中的震害，必须在桥梁的结构设计中考虑到地震、振动等对工程结构造成的影响，为此我们引入了减隔振技术，通过在基础结构和上部结构之间设置隔震装置来降低结构的耗能能力，同时控制隔震结构的位移幅度，从而降低结构的动力学响应，达到对结构的保护作用。
普通橡胶支座虽然隔震效果好，但是其阻尼较小，地震后产生变形难以恢复。高阻尼橡胶支座是在天然橡胶中加入各种配合剂，来提高阻尼性能，是一款是集竖向承载力、水平恢复力、阻尼三位于一体的性能较高的新型支座。
目前，剪切增稠塑性体(Shear thickening plastomer，简称STP)在隔震技术上应用前景很广阔，它是一种率敏智能的粘弹性材料，能够在受到外力作用时实时、主动地改变自身的刚度、阻尼性能。剪切增稠塑性体克服了剪切增稠液不易封装、不稳定易出现分层的缺陷。由于这种剪切增稠效应，其在相态转变过程中会吸收大量能量，刚度也会提高，有很好的抗冲击性能。
传统的球面摩擦摆隔震支座由于其曲率半径是固定值，使球摆在自复位的运动过程中，导致支座的隔震周期为不变常数，而在近断层常伴有长周期脉冲形地震波，这样容易与隔震结构发生低频共振。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，与现有桥梁隔震器相比，本发明设计STP腔室，同时设置限位槽使STP在不同位移阶段发挥作用，提高了耗能能力；采用高阻尼橡胶支座与STP的摩擦摆式自复位隔震装置并联，实现水平向多重耗能。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，包括上承台板和下承台板；所述上承台板与下承台板之间通过高阻尼橡胶支座层支撑；所述上承台板下端面开设有限位槽，上隔板的上端面设置在限位槽内，上隔板的下端面上垂直设置有带有通孔的蜂窝状筒体，带有通孔的蜂窝状筒体外侧套装有空心套筒；所述空心套筒一端设置在上隔板上开设的凹槽内，另一端与不锈钢球面滑板接触。
进一步的，所述限位槽与上隔板之间设置有聚四氟乙烯滑动层。
进一步的，所述高阻尼橡胶支座层包括上连接板、高阻尼橡胶支座和下连接板；高阻尼橡胶支座设置在上连接板与下连接板之间。
进一步的，所述空心套筒、带有通孔的蜂窝状筒体及上隔板三者形成的STP腔室内填充有STP。
进一步的，所述不锈钢球面滑板设置在变曲率摩擦板上。
进一步的，所述变曲率摩擦板外圈焊接设置有限位板，限位板与变曲率摩擦板组成变曲率底座，变曲率底座的腔室内填充有STP。
进一步的，所述带有通孔的蜂窝状筒体焊接在上隔板的下端面上。
进一步的，所述高阻尼橡胶支座层包括数个，且均匀的分布在上承台板与下连接板之间。
进一步的，所述空心套筒与上隔板之间通过STP密封件密封。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明针对传统隔震支座不能适应冲击荷载的缺陷，STP腔室中设计带有通孔的蜂窝状筒体，使STP的剪切增稠效率更高，具备抗冲耗能的功效，同时，筒体因受到水平力发生弯曲从而吸收地震能量。
2、本发明针对现有普通橡胶支座产生变形后难以复位的缺陷，通过设计变曲率摩擦板和限位板形成变曲率底座，使隔震装置在高速率冲击荷载下具有较好的自复位能力。
3、本发明针对现有隔震支座耗能较差的缺陷，采用STP的摩擦摆式自复位隔震装置与高阻尼橡胶支座层并联，使隔震器在不同的工作阶段都可以进行耗能减震，提高了隔震支座的耗能能力。
4.针对传统隔震支座耗能能力有限，阻尼力单一和不自复位的缺陷，本发明利用STP的率敏特性，并设计变曲率底座实现自复位，在隔震过程实现水平向多重抗冲及阻尼耗能。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为本发明图1的A-A剖面示意图；
图3为带有通孔的蜂窝状筒体结构剖面图。
附图标记如下：
1-上承台板；2-上连接板；3-上隔板；4-滑动槽；5-聚四氟乙烯滑动层；6-带有通孔的蜂窝状筒体；7-空心套筒；8-STP腔室；9-STP密封件；10-不锈钢球面滑板；11-聚四氟乙烯板；12-限位槽；13-限位板；14-高弹橡胶圈；15-变曲率摩擦板；16-下连接板；17-下隔板；18-高阻尼橡胶支座；19-下承台板；20-螺栓；21-螺栓孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，包括上承台板1和下承台板19；所述上承台板1与下承台板19之间通过高阻尼橡胶支座层支撑；所述上承台板1下端面开设有限位槽12，上隔板3的上端面设置在限位槽12内，上隔板3的下端面上垂直设置有带有通孔的蜂窝状筒体6，带有通孔的蜂窝状筒体6外侧套装有空心套筒7；所述空心套筒7一端设置在上隔板3上开设的凹槽内，另一端与不锈钢球面滑板10接触。所述空心套筒7、带有通孔的蜂窝状筒体6及上隔板3三者形成的STP腔室8内填充有STP。STP腔室8中设计带有通孔的蜂窝状筒体，使STP的剪切增稠效率更高，具备抗冲耗能的功效，同时，筒体因受到水平力发生弯曲从而吸收地震能量。针对传统隔震支座耗能能力有限，阻尼力单一和不自复位的缺陷，本发明利用STP的率敏特性，并设计变曲率底座实现自复位，在隔震过程实现水平向多重抗冲及阻尼耗能。
所述限位槽12与上隔板3之间设置有聚四氟乙烯滑动层5。设置聚四氟乙烯材料层的好处在于，其摩擦系数低，使得上隔板3更容易滑动。所述高阻尼橡胶支座层包括上连接板2、高阻尼橡胶支座18和下连接板16；高阻尼橡胶支座18设置在上连接板2与下连接板16之间。
所述不锈钢球面滑板10设置在变曲率摩擦板15上。所述变曲率摩擦板15外圈设置有限位板13。所述带有通孔的蜂窝状筒体6焊接在上隔板3的下端面上。所述高阻尼橡胶支座层包括数个，且均匀的分布在上承台板1与下承台板19之间。所述空心套筒7与上隔板3之间通过STP密封件9密封，防止液体漏出。
结合附图1和2，在小震作用下，隔震装置的刚度和阻尼性能较低，上承台板1连同高阻尼橡胶支座18发生小位移移动；中震情况下，上隔板3在移动到最大位移后与带有通孔的蜂窝状筒体6在空心套筒7中产生小位移；空心套筒7中的STP在剪切速率的提升下其粘度上升发生剪切增行为稠，产生较大的阻尼力；同时带有通孔的蜂窝状筒体6因受到水平力产生弯曲变形吸收能量；大震情况下，带有通孔的蜂窝状筒体6与空心套筒7在嵌有聚四氟乙烯板11的圆弧曲面上发生滑动位移；本发明利用变曲率底座的特性，使隔震装置在高速率冲击荷载下具有较好的自复位能力，提高水平向阻尼耗能能力并延长结构的自振周期。上承台板1与下承台板19均预留有一定数量的螺栓孔，方便与外部结构连接。
结合附图1所示的一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，上承台板1、上连接板2、高阻尼橡胶支座18、上隔板3、滑动槽4、聚四氟乙烯滑动层5、带有通孔的蜂窝状筒体6、空心套筒7、STP腔室8、STP密封件9、不锈钢球面滑板10、聚四氟乙烯板11、限位槽12、限位板13、高弹橡胶圈14、变曲率摩擦板15、下连接板16、下隔板17、下承台板19、螺栓20、螺栓孔21。内部结构图见图1。高阻尼橡胶支座18通过上连接板2、下连接板16与上承台板1、下承台板19螺栓20连接；上承台板1、下承台板19、高阻尼橡胶支座18组成高阻尼橡胶隔震部分，滑动槽4开在上承台板1下端面及上隔板3顶部，聚四氟乙烯滑动层5通过表面处理后胶粘在滑动槽4内各面；下隔板17与下承台板19通过螺栓20连接，下隔板17上设置变曲率摩擦板15和限位板13，变曲率摩擦板15和限位板13的端部采用焊接连接形成变曲率底座，变曲率底座作为一个腔体其内部填充STP，并用STP密封件9密封，防止液体漏出；STP密封件9的上表面设有聚四氟乙烯板11，限位板13上边缘向内凸出，与变曲率底座形成凹槽，变曲率底摩擦板15座和限位板13的凹槽间设置高弹橡胶圈14；带有通孔的蜂窝状筒体6、空心套筒7及上隔板3之间形成STP腔室8；空心套筒7与聚四氟乙烯板11之间设置有不锈钢球面滑板10；上隔板3、带有通孔的蜂窝状筒体6、空心套筒7、STP腔室8、变曲率摩擦板15和下隔板17组成了STP的摩擦摆式自复位隔震耗能部分。
工作原理：本发明通过STP的摩擦摆式自复位隔震装置与高阻尼橡胶支座层并联方式，使隔震装置实现多重工作。当小震作用时，隔震装置的刚度和阻尼耗能性能较低，上承台板1连同高阻尼橡胶支座18发生小位移移动；在中震作用下，上隔板3移动到最大位移后与带有通孔的蜂窝状筒体6在空心套筒7中发生小位移；空心套筒7中的STP在剪切速率提升下其粘度上升发生剪切增稠行为，产生较大的阻尼力；同时，带有通孔的蜂窝状筒体6因受到水平力发生弯曲变形吸收能量。大震情况下，带有通孔的蜂窝状筒体6与套筒7在嵌有聚四氟乙烯板的圆弧曲面上发生滑动位移；利用变曲率底座特性，隔震装置在大位移作用下具有较好的自复位能力，提高水平向阻尼耗能能力并延长结构的自振周期。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，包括上承台板(1)和下承台板(19)；所述上承台板(1)和下承台板(19)之间通过高阻尼橡胶支座层支撑；
所述上承台板(1)下端面开设有限位槽(12)，上隔板(3)的上端面设置在限位槽(12)内，上隔板(3)的下端面上垂直设置有带有通孔的蜂窝状筒体(6)，带有通孔的蜂窝状筒体(6)外侧套装有空心套筒(7)；
所述空心套筒(7)一端设置在上隔板(3)上开设的凹槽内，另一端与不锈钢球面滑板(10)接触；所述不锈钢球面滑板(10)设置在变曲率摩擦板(15)上；剪切增稠塑性体(Shearthickening plastomer，简称STP)，所述空心套筒(7)、带有通孔的蜂窝状筒体(6)及上隔板(3)三者形成的STP腔室(8)内填充有STP；所述变曲率摩擦板(15)外圈焊接设置有限位板(13)，限位板(13)与变曲率摩擦板(15)组成变曲率底座，变曲率底座的腔室内填充有STP。
2.根据权利要求1所述的基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，所述限位槽(12)与上隔板(3)之间设置有聚四氟乙烯滑动层(5)。
3.根据权利要求1所述的基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，所述高阻尼橡胶支座层包括上连接板(2)、高阻尼橡胶支座(18)和下连接板(16)；高阻尼橡胶支座(18)设置在上连接板(2)与下连接板(16)之间。
4.根据权利要求1所述的基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，所述带有通孔的蜂窝状筒体(6)焊接在上隔板(3)的下端面上。
5.根据权利要求3所述的基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，所述高阻尼橡胶支座层包括数个，且均匀的分布在上承台板(1)和下承台板(19)。
6.根据权利要求1所述的基于STP的摩擦摆式自复位隔震装置，其特征在于，所述空心套筒(7)与上隔板(3)之间通过STP密封件(9)密封。
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