CN111005474A - 高耗能粘弹性阻尼墙及其制造方法 - Google Patents

高耗能粘弹性阻尼墙及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：包括外侧钢板、中间钢板以及被夹持在钢板中间的高耗能粘弹性体；所述高耗能粘弹性体通过硫化工艺与两侧钢板连接，高耗能粘弹性体由橡胶材料本体及添加材料混炼而成；两外侧钢板伸出中间钢板的一端与建筑结构上梁或下梁连接，中间钢板伸出两外侧钢板的一端与建筑结构下梁或上梁连接；两外侧钢板在超出所述中间钢板横向两侧的部分，通过若干定位螺栓进行相对位置固定。在建筑物结构发生层间变形时，固定在上下梁间的阻尼墙钢板中间所夹的粘弹性体产生剪切变形，通过粘弹性材料的滞回耗能，将建筑物的震动能量转换为热能，从而实现抑制减震物震动的目的。

Description

高耗能粘弹性阻尼墙及其制造方法
技术领域
本发明属于建筑结构耗能减振技术领域，具体涉及一种高耗能粘弹性阻尼墙及其制造方法。
背景技术
建筑结构耗能减震技术是一种通过在建筑结构中安装耗能减震装置，来减小主体结构地震和风振反应的结构振动控制技术。结构振动控制根据是否需要外部能源输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。其中被动控制根据耗能材料的不同，耗能减震装置可分为金属阻尼器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器。金属阻尼器利用金属材料进入弹塑性屈服状态进行滞回耗能；粘滞阻尼器利用液体的粘性提供阻尼来耗散振动能量；粘弹性阻尼器利用粘弹性材料的往返剪切滞回变形来耗散能量。
粘弹性阻尼器作为一种被动耗能减震装置，具有性能可靠、构造简单、制作方便的优点。与金属阻尼器、摩擦阻尼器等其他位移相关型阻尼器相比，粘弹性阻尼器在较小的振动条件下也能进行耗能。与主动控制和半主动控制装置相比，粘弹性阻尼器不改变结构的型式，也不需要外部能源输入提供动力。粘弹性阻尼器作为有效的被动控制装置，可应用多层、高层、超高层建筑和高耸结构、大跨度结构等。结构越高越柔、跨度越大，减震耗能效果越明显。因而这种减震技术也必将成为高柔结构抗风抗震的合理新途径。
但是，传统的粘弹性阻尼器存在如下缺陷：
传统粘弹性阻尼器中粘弹性材料耗能能力较弱，单位面积粘弹性材料在剪切变形时产出的滞回耗能较小。
传统粘弹性阻尼器由于粘弹性材料面积较小，提供阻尼力较小，阻尼器滞回曲线不够饱满，实际工程中需要使用较大数量的阻尼器。
传统粘弹性阻尼器变形能力较弱，在剪切变形较大情况下粘弹性材料会发生破坏导致阻尼器失效。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种高耗能粘弹性阻尼墙，该阻尼墙能解决现有技术中粘弹性阻尼器耗能能力不足，变形能力有限的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高耗能粘弹性阻尼墙，包括外侧钢板、中间钢板以及被夹持在钢板中间的高耗能粘弹性体，其中沿阻尼墙厚度方向依次连接外侧钢板、高耗能粘弹性、中间钢板、高耗能粘弹性体、外侧钢板；
所述高耗能粘弹性体通过硫化工艺与两侧钢板连接，高耗能粘弹性体由橡胶材料本体及添加材料混炼而成；
两外侧钢板伸出中间钢板的一端与建筑结构上梁连接，中间钢板伸出两外侧钢板的一端与建筑结构下梁连接；或者，两外侧钢板伸出中间钢板的一端与建筑结构下梁连接，中间钢板伸出两外侧钢板的一端与建筑结构上梁连接；
两外侧钢板在超出所述中间钢板横向两侧的部分，通过若干定位螺栓进行相对位置固定。
优选地，所述添加材料包括SIS嵌段共聚物、非晶态丙烯共聚物之一或任意组合。
优选地，所述高耗能粘弹性体厚度范围为5～20mm。
优选地，通过考量阻尼墙所产生的最大剪应变选定粘弹性体厚度。
优选地，在两外侧钢板超出所述中间钢板横向两侧的部分，设有若干吊装螺栓。
优选地，在两外侧钢板与所述中间钢板重叠的部分，通过若干临时固定螺栓进行临时连接固定。
优选地，在与所述中间钢板重叠处的两外侧钢板外侧设有防锈涂装。
优选地，所述防锈涂装包括两层，底层为环氧树脂，二层采用聚氨酯涂料。
优选地，两外侧钢板伸及中间钢板与建筑结构连接处分别预留有若干螺栓孔，通过高强螺栓与建筑结构相连。
为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种如前所述的高耗能粘弹性阻尼墙的制造方法，包括如下步骤：
S1、高耗能粘弹性体的制备，包括如下步骤：
S1.1、工厂从供货商获取粘弹性体原材料；
S1.2、原材料收货检查，包括确认原材料检验报告内容；
S1.3、混炼工程，包括粘度、比重的检测，质量、温度、时间的管理；
S1.4、性能检查，包括抽取测试件测试等效剪切模量，等效阻尼系数；
S1.5、材料成型，包括尺寸、质量管理；
S2、阻尼墙的加工，包括如下步骤：
S2.1、工厂从供货商获取钢板原材料；
S2.2、钢板收货检查，包括尺寸检查、钢板材质证明文件检查；
S2.3、粘接剂涂布在钢板上，包括粘接剂状态确认，涂布后粘接部表面状态确认，粘接剂厚度管理；再将步骤S1.5制得的高耗能粘弹性体粘在涂有粘接剂的钢板上；
S2.4、产品压制成型，包括模具形状管理，温度时间管理；
S2.5、性能检查，包括粘接性能检查；
S2.6、若性能检查合格，则进行阻尼墙的组装工程；
S2.7、尺寸检查；
S2.8、防锈处理；
S2.9、出厂检查；
S2.10、包装、出厂。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，是一种用于减小高层结构地震和风振响应的粘弹性阻尼器。在建筑物结构发生层间变形时，固定在上下梁间的阻尼墙钢板中间所夹的粘弹性体产生剪切变形，通过粘弹性材料的滞回耗能，将建筑物的震动能量转换为热能，从而实现抑制减震物震动的目的。
2、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，经过较多的试验测试和实践应用表明，该高耗能粘弹性阻尼墙具有较大的耗能能力，其最大等效阻尼比可达38％，是传统粘弹性阻尼器的2倍。在200％剪应变下等效阻尼比也可达30％以上。该阻尼墙极限剪切应变可达700％，在400％剪应变下高耗能粘弹体没有发生破坏，力学性能能保持稳定。在微小振动条件高耗能粘弹性体下也能产生剪切变形从而耗散能量。该高耗能阻尼墙在剪切变形0～400％范围内均具有耗能减震作用，因此对风振和地震作用引起的结构振动均能起到明显的控制效果，能实现风振和地震作用全覆盖。
3、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，与主体结构通过高强螺栓连接，构件生产在工厂完成，现场安装简便快捷，契合我国目前装配式建筑和绿色建筑的发展趋势。
4、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，该阻尼墙尺寸多样，也可根据实际需求进行定制，该阻尼墙是由墙体的形式安装在上下梁直接，不占用建筑物使用空间。
5、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，连接两个外侧钢板的定位螺栓起定位作用，防止两个侧钢板之间发生相对位移，从而保证粘弹性体沿厚度方向不发生变形，迫使高耗能粘弹性体在震动产生时仅产生循环剪切运动。
6、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，为现场安装方便，在外侧钢板边缘设置吊装螺栓5，方便阻尼墙起吊。
7、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，临时固定螺栓可防止高强螺栓拧紧前粘弹性体发生变形，在高强螺栓拧紧后，临时固定螺栓可拆除。
8、本发明的高耗能粘弹性阻尼墙，阻尼墙在组装完成后进行涂装，其中高强螺栓结合面不进行涂装；一次涂装底漆采用环氧树脂，二次涂装底漆采用聚氨酯涂料，从而起到了防腐防锈效果。
附图说明
图1用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的主视图。
图2用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的侧视图。
图3用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的俯视图。
图4用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的中间钢板主视图。
图5用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的外侧钢板主视图。
图6用于显示按照本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的制作流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
参见图1-5，图1显示了按照本发明的高耗能粘弹性阻尼器的组成结构。该阻尼墙包括外侧钢板1，中间钢板2以及被夹持在钢板中间的高耗能粘弹性体3。其中沿阻尼墙厚度方向依次连接第一外侧钢板、第一高耗能粘弹性层、中间钢板、第二高耗能粘弹性体层、第二外侧钢板。其中高耗能粘弹性体通过硫化工艺与钢板紧密连接。外侧钢板通过高强螺栓4和建筑结构上梁(或下梁)连接，中间钢板通过高强螺栓4和建筑结构下梁(或上梁，对应于前面的下梁)连接。两个外侧钢板通过定位螺栓6进行相对位置固定。当建筑结构受到风振或地震作用发生震动时，楼层间的上下梁之间会产生相对运动，阻尼墙外侧钢板和中间钢板会产生相对位移，从而带动高耗能粘弹性体发生循环剪切运动，从而通过高耗能粘弹性材料的滞回耗能来消耗输入建筑结构中的能量，达到消能减震的目的。
现有技术中，粘弹性材料的耗能能力较弱。本发明实施例通过对粘弹性材料进行改良，研发了一种具有高耗能能力的新型粘弹性材料，并且增大材料的使用面积，以墙体的型式安装在建筑结构中。这样解决了传统粘弹性阻尼器耗能能力不足的问题。同时，该新材料具有良好的剪切变形能力，在大变形(剪应变400％)情况也力学性能仍保持稳定，解决了传统阻尼器表现能力不足，大震情况下容易发生破坏进而失效的问题。由于高耗能粘弹性材料的良好的耗能能力和变形能力，该高耗能阻尼墙在剪切变形0～400％范围内均具有耗能减震作用，因此对风振和地震作用引起的结构振动均能起到明显的控制效果，能实现风振和地震作用全覆盖，几乎适用于所有震动工况。
该高耗能粘弹性体由橡胶材料本体及添加材料(包括SIS嵌段共聚物，非晶态丙烯共聚物等)通过一定质量比例混炼而成。
粘弹性体的厚度范围为5～20mm。通过考量阻尼墙所产生的最大剪应变选定粘弹性体厚度。
连接两个外侧钢板的4个M16定位螺栓6起定位作用，防止两个侧钢板之间发生相对位移，从而使得粘弹性体沿厚度方向不发生变形，确保高耗能粘弹性体在震动产生时仅循环剪切运动。
为现场安装方便，在外侧钢板边缘设置4个M12吊装螺栓5，方便阻尼墙起吊。
2个M16临时固定螺栓7是为了防止高强螺栓拧紧前粘弹性体发生变形，在高强螺栓拧紧后，临时固定螺栓可拆除。
高耗能粘弹性阻尼墙的使用温度为0℃～40℃。
阻尼墙在组装完成后进行防锈涂装，其中高强螺栓结合面不进行涂装。一次涂装底漆采用环氧树脂，二次涂装底漆采用聚氨酯涂料。
参见图6，本发明的高耗能粘弹性阻尼墙的制造方法，包括如下步骤：
S1、高耗能粘弹性体的制备，包括如下步骤：
S1.1、工厂从供货商获取粘弹性体原材料；
S1.2、原材料收货检查，包括确认原材料检验报告内容；
S1.3、混炼工程，包括粘度、比重的检测，质量、温度、时间的管理；
S1.4、性能检查，包括抽取测试件测试等效剪切模量，等效阻尼系数；
S1.5、材料成型，包括尺寸、质量管理；
S2、阻尼墙的加工，包括如下步骤：
S2.1、工厂从供货商获取钢板原材料；
S2.2、钢板收货检查，包括尺寸检查、钢板材质证明文件检查；
S2.3、粘接剂涂布在钢板上，包括粘接剂状态确认，涂布后粘接部表面状态确认，粘接剂厚度管理；再将步骤S1.5制得的高耗能粘弹性体粘在涂有粘接剂的钢板上；
S2.4、产品压制成型，包括模具形状管理，温度时间管理；
S2.5、性能检查，包括粘接性能检查；
S2.6、若性能检查合格，则进行阻尼墙的组装工程；
S2.7、尺寸检查；
S2.8、防锈处理；
S2.9、出厂检查；
S2.10、包装、出厂。
该高耗能粘弹性阻尼墙构件与主体结构通过高强螺栓连接，构件生产在工厂完成，现场安装简便快捷，契合我国目前装配式建筑和绿色建筑的发展趋势。
该阻尼墙尺寸多样，也可根据实际需求进行定制，该阻尼墙是由墙体的形式安装在上下梁直接，不占用建筑物使用空间。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：包括外侧钢板、中间钢板以及被夹持在钢板中间的高耗能粘弹性体，其中沿阻尼墙厚度方向依次连接外侧钢板、高耗能粘弹性、中间钢板、高耗能粘弹性体、外侧钢板；
所述高耗能粘弹性体通过硫化工艺与两侧钢板连接，高耗能粘弹性体由橡胶材料本体及添加材料混炼而成；
两外侧钢板伸出中间钢板的一端与建筑结构上梁连接，中间钢板伸出两外侧钢板的一端与建筑结构下梁连接；或者，两外侧钢板伸出中间钢板的一端与建筑结构下梁连接，中间钢板伸出两外侧钢板的一端与建筑结构上梁连接；
两外侧钢板在超出所述中间钢板横向两侧的部分，通过若干定位螺栓进行相对位置固定。
2.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
所述添加材料包括SIS嵌段共聚物、非晶态丙烯共聚物之一或任意组合。
3.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
所述高耗能粘弹性体厚度范围为5～20mm。
4.如权利要求3所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
通过考量阻尼墙所产生的最大剪应变选定粘弹性体厚度。
5.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
在两外侧钢板超出所述中间钢板横向两侧的部分，设有若干吊装螺栓。
6.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
在两外侧钢板与所述中间钢板重叠的部分，通过若干临时固定螺栓进行临时连接固定。
7.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
在与所述中间钢板重叠处的两外侧钢板外侧设有防锈涂装。
8.如权利要求7所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
所述防锈涂装包括两层，底层为环氧树脂，二层采用聚氨酯涂料。
9.如权利要求1所述的高耗能粘弹性阻尼墙，其特征在于：
两外侧钢板伸及中间钢板与建筑结构连接处分别预留有若干螺栓孔，通过高强螺栓与建筑结构相连。
10.如权利要求1-9任一项所述的高耗能粘弹性阻尼墙的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、高耗能粘弹性体的制备，包括如下步骤：
S1.1、工厂从供货商获取粘弹性体原材料；
S1.2、原材料收货检查，包括确认原材料检验报告内容；
S1.3、混炼工程，包括粘度、比重的检测，质量、温度、时间的管理；
S1.4、性能检查，包括抽取测试件测试等效剪切模量，等效阻尼系数；
S1.5、材料成型，包括尺寸、质量管理；
S2、阻尼墙的加工，包括如下步骤：
S2.1、工厂从供货商获取钢板原材料；
S2.2、钢板收货检查，包括尺寸检查、钢板材质证明文件检查；
S2.3、粘接剂涂布在钢板上，包括粘接剂状态确认，涂布后粘接部表面状态确认，粘接剂厚度管理；再将步骤S1.5制得的高耗能粘弹性体粘在涂有粘接剂的钢板上；
S2.4、产品压制成型，包括模具形状管理，温度时间管理；
S2.5、性能检查，包括粘接性能检查；
S2.6、若性能检查合格，则进行阻尼墙的组装工程；
S2.7、尺寸检查；
S2.8、防锈处理；
S2.9、出厂检查；
S2.10、包装、出厂。
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