CN109811921B - 一种基于stf的变阻尼三自由度隔震器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，涉及结构隔震减振技术领域，包括STF容器、活塞、活塞杆、圆柱支座、下底板、上盖板、聚四氟乙烯材料层、复合高阻尼材料、支撑块；其中STF容器、空心圆柱支座、环形活塞、活塞杆、聚四氟乙烯材料层、下底板组成了STF隔震腔；上盖板、复合高阻尼材料、支撑块、下底板组成了高阻尼橡胶支座隔震部分。针对传统橡胶支座水平向及扭转耗能能力低的缺陷，本发明STF隔震腔包括若干共同运动的环形片状活塞、剪切增稠液以及若干工作层的STF容器，同时STF容器可小角度扭转，可以应对地震作用下的扭转效应，实现隔震器三自由度较高的隔震耗能。
Description
技术领域
本发明主要涉及结构隔震减振技术领域，涉及一种基于剪切增稠材料和高阻尼橡胶材料的隔震器。
背景技术
随着科技的不断发展和进步，建筑工程的数量逐步上升，人们对建筑工程的舒适性和安全性愈加重视。现实生活中隔震装置的作用日益显著，人们对隔震装置的隔震耗能要求越来越高。
经过预硫化的丁基橡胶共混复合高阻尼材料结合了天然橡胶高弹性高强度的特点和丁基橡胶高阻尼的特性。建筑隔震橡胶支座应用较广泛，高阻尼橡胶支座是隔震橡胶支座的一种，它具有较高的阻尼，地震时具有隔震耗能双重功能。
剪切增稠液(Shear Thickening Fluid，简称STF)STF是一种处于固液混合状态的纳米粒子溶剂，通常状态下是以液态形式存在，呈现柔韧性，但是一旦受到冲击、压紧，STF就变成坚硬的固体，粘度迅速增强，呈现坚固性。外力撤销后，STF又恢复原来的状态，这是一种可逆的非牛顿流体行为。STF作为一种新的能量吸收和耗散型材料，可以有效地应用于抗冲击和隔震装置，具有很大的开发价值。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，克服了传统橡胶支座隔震器水平向及扭转耗能较差的缺陷。本发明STF隔震腔包括若干共同运动的环形片状活塞、剪切增稠液以及有若干工作层的STF容器，通过在圆柱支座外圈上开设的槽孔，使得活塞可以在剪切增稠液内小角度转转，从而实现STF容器可小角度转转，可以应对地震作用下的扭转效应，实现隔震器三自由度较高的隔震耗能。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，包括STF容器，STF容器为圆形环状结构，STF容器沿竖直方向上分成数层，且层与层之间填充有剪切增稠液，活塞的一端设置在剪切增稠液内，活塞的另一端设置在活塞杆的一端上，活塞杆的另一端设置在圆柱支座外圈上开设的槽孔内；活塞杆可绕槽孔活动；所述STF容器上端与下端分别设置在上盖板与下底板上。
进一步的，所述活塞为环形结构，且活塞均通过四根活塞杆支撑。
进一步的，STF容器沿竖直方向上分成数层，层与层之间等间距设置。
进一步的，所述STF容器下端与下底板之间设置有聚四氟乙烯材料层。
进一步的，所述圆柱支座为空心结构。
进一步的，圆柱支座内设置有通过复合高阻尼材料层连接的上支撑块与下支撑块。
进一步的，所述上支撑块通过螺栓连接在上盖板上，下支撑块通过螺栓连接在下底板上。
进一步的，复合高阻尼材料层由钢片层与复合高阻尼材料依次交叠组成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明针对传统橡胶支座隔震装置水平向耗能低的缺点，STF隔震腔采用多层阻尼关卡设计，STF隔震腔内装满剪切增稠液，高速震动下剪切增稠液下发生固化，粘度急速上升，在STF隔震腔的工作层内为环形片状活塞提供较大的阻尼力，实现隔震器水平方向较高的耗能。
2、本发明针对现有隔震器扭转耗能低的缺点，其STF容器可小角度转动，剧烈转动时STF容器内的剪切增稠液发生剪切增稠效应，产生较大的阻尼力，实现隔震器较高的扭转耗能。
3、本发明针对传统隔震支座耗能低，隔震耗能能力有限的缺点,采用STF隔震腔与高阻尼橡胶支座并联，提高了隔震装置的隔震耗能能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的STF隔震部分示意图；
图3为本发明图1的A-A剖面示意图；
图4为本发明图1中圆柱支座与活塞杆连接断面图。
附图标记如下：
1-上盖板；2-STF容器；3-圆柱支座；4-下支撑块；5-上支撑块；6-钢片层；7-剪切增稠液；8-活塞；9-活塞杆；10-聚四氟乙烯材料层；11-螺栓；12-下底板；13-螺栓孔；14-复合高阻尼材料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明：
结合附图1、2、3和4，一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，包括STF容器2，STF容器2为圆形环状结构，STF容器2沿竖直方向上分成数层，且层与层之间填充有剪切增稠液7，活塞8的一端设置在剪切增稠液7内，活塞8的另一端设置在活塞杆9的一端上，活塞杆9的另一端设置在圆柱支座3外圈上开设的槽孔内；活塞杆9可绕槽孔活动；
所述STF容器2上端与下端分别设置在上盖板1与下底板12上。
其中，所述活塞8为环形结构，且活塞8均通过四根活塞杆9支撑。STF容器2沿竖直方向上分成数层，层与层之间等间距设置。STF隔震腔包括若干共同运动的环形片状活塞、剪切增稠液以及有若干工作层的STF容器，通过在圆柱支座外圈上开设的槽孔，使得活塞可以在剪切增稠液内小角度扭转，从而实现STF容器可小角度扭转，可以应对地震作用下的扭转效应，实现隔震器三自由度较高的隔震耗能。
所述STF容器2下端与下底板12之间设置有聚四氟乙烯材料层10。设置聚四氟乙烯材料层的好处在于，保证STF容器能水平滑动。
所述圆柱支座3为空心结构。圆柱支座3内设置有通过复合高阻尼材料层连接的上支撑块5与下支撑块4。所述上支撑块5通过螺栓连接在上盖板1上，下支撑块4通过螺栓连接在下底板12上。复合高阻尼材料层由钢片层6与复合高阻尼材料14依次交叠组成。复合高阻尼材料层设置的好处在于，提高隔震器的隔震耗能能力和竖向承载力。
结合附图1所示的一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，它包括上盖板1、聚四氟乙烯材料层10、复合高阻尼材料14、上支撑块5、下支撑块4、STF容器2、活塞8、活塞杆9、圆柱支座3、下底板12，上盖板1与STF容器2通过螺栓11连接，带有活塞杆9的圆柱支座3通过螺栓11与下底板12连接，活塞杆9在圆柱支座3上可小角度转动，活塞杆9与活塞8通过焊接连接，聚四氟乙烯材料层10通过表面处理后粘接在下底板12表面；STF容器2、圆柱支座3、活塞8、活塞杆9、下底板12组成了STF隔震腔部分，STF隔震腔部分见图2；上支撑块5与上盖板1通过螺栓11连接在一起，下支撑块4通过螺栓11与下底板12连接在一起，复合高阻尼材料14与钢片层6、上支撑块5、下支撑块4通过硫化作用粘接在一起；上盖板1、复合高阻尼材料14、上支撑块5、下支撑块4、下底板12组成了高阻尼橡胶支座隔震部分。
带有活塞杆9的圆柱支座3通过螺栓与下底板12连接，活塞杆9在圆柱支座3上可小角度转动，活塞杆9与活塞8通过焊接连接，聚四氟乙烯材料层10通过表面处理后粘接下底板12表面；本发明通过将STF隔震腔和高阻尼橡胶支座并联的方式，形成一种新型基于STF的变阻尼三自由度隔震器。对于STF隔震腔部分，当上盖板1与下底板12产生相对位移时，上盖板1带动STF容器移动，剪切增稠液在活塞8与STF容器间隙内流动，当震动速度较大时，STF发生剪切增稠效应，产生较大的阻尼力，可消耗地震能量；对于高阻尼橡胶支座部分，上盖板1与下底板12产生相对位移时，圆柱支座3内的高阻尼橡胶支座通过自身变形可消耗部分地震能量；当结构在地震作用下产生扭转时，STF容器小角度转动，实现扭转耗能，减少扭转对上部结构的影响。
工作原理：本发明通过将STF隔震腔和高阻尼橡胶支座并联的方式，形成一种新型基于STF的变阻尼三自由度隔震器。对于STF隔震腔部分，当上盖板1与下底板12产生相对位移时，上盖板1带动STF容器2移动，剪切增稠液在活塞8与STF容器2间隙内流动，当震动速度较大时，STF发生剪切增稠效应，产生较大的阻尼力，可消耗地震能量；STF隔震腔具有若干工作层，形成多层阻尼关卡，提高了剪切增稠液的利用率和隔震器的耗能能力。对于高阻尼橡胶支座部分，上盖板1与下底板12产生相对位移，通过空心圆柱支座3内的高阻尼橡胶支座变形隔震耗能；当结构在地震作用下产生扭转时，STF容器2小角度转动，实现扭转耗能，减少扭转效应对结构的影响；本发明通过STF隔震腔与高阻尼橡胶支座的并联协调工作，提高隔震耗能能力。
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 (8)
1.一种基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，包括STF容器(2)，STF容器(2)为圆形环状结构，STF容器(2)沿竖直方向上分成数层，且层与层之间填充有剪切增稠液(7)，活塞(8)的一端设置在剪切增稠液(7)内，活塞(8)的另一端设置在活塞杆(9)的一端上，活塞杆(9)的另一端设置在圆柱支座(3)外圈上开设的槽孔内；活塞杆(9)可绕槽孔活动；所述STF容器(2)上端与下端分别设置在上盖板(1)与下底板(12)上。
2.根据权利要求1所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，所述活塞(8)为环形结构，且活塞(8)均通过四根活塞杆(9)支撑。
3.根据权利要求1所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，STF容器(2)沿竖直方向上分成数层，层与层之间等间距设置。
4.根据权利要求1所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，所述STF容器(2)下端与下底板(12)之间设置有聚四氟乙烯材料层(10)。
5.根据权利要求1所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，所述圆柱支座(3)为空心结构。
6.根据权利要求5所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，圆柱支座(3)内设置有通过复合高阻尼材料层连接的上支撑块(5)与下支撑块(4)。
7.根据权利要求6所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，所述上支撑块(5)通过螺栓连接在上盖板(1)上，下支撑块(4)通过螺栓连接在下底板(12)上。
8.根据权利要求6所述的基于STF的变阻尼三自由度隔震器，其特征在于，复合高阻尼材料层由钢片层(6)与复合高阻尼材料(14)依次交叠组成。
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