CN111139946A - 一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，属于结构抗震与减震技术领域。当结构物在外界震动作用下发生快速振动时，黏弹性阻尼器在工作时阻尼材料受力情况单一，并且可能突然发生剪切破坏，威胁阻尼器的安全。本发明在聚氨酯中加入泡沫金属作为金属骨架，设计出一种复合型阻尼器，可发挥聚氨酯的黏弹性与金属骨架的支撑作用。外部荷载作用到阻尼器上时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块受剪切作用变形耗能，当剪切作用使阻尼器相对位移超过阻尼器位移预设值时，压缩室内的压缩内嵌金属骨架聚氨酯开始受轴向反复压卸载变形耗能。本发明结构简单，无需外部能量或复杂的构造，故其安全性和耐久性都很好，且其减震防护效果好。
Description
技术领域
本发明涉及结构抗震与减震工程阻尼器技术领域，特别是一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器。
背景技术
多次大地震后的灾后调查中表明，黏弹性阻尼器是一种有效的建筑结构阻尼保护装置，能够有效地减轻结构的地震反应。当地震来临时，黏弹性阻尼器特性可有效地增加结构阻尼，通过阻尼器消耗了大量地震输入能量，保护主结构。
地震作用下，黏弹性阻尼器两端产生相对运动，由此带动“三明治”结构中黏弹性材料发生反复的剪切变形而耗能。由于黏弹性阻尼器有一定的运动位移限制，当运动速度及运动幅度不大时，黏弹性阻尼器不会发生突然破坏。但当运动速度及运动幅度很大时，黏弹性阻尼器突然超过位移预设值，导致黏弹性阻尼器突然破坏。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种构造简单、可充分发挥阻尼材料性能的复合型阻尼器，它可有效地减小结构振动幅度，不仅能提高减震消能的效果，而且能提高结构的安全性和耐久性。本发明是一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，改进了阻尼器的结构。当外部荷载使阻尼器的剪切部分位移大于预设值时，可通过压缩内嵌金属骨架聚氨酯块提供新的阻尼，除了发挥内嵌金属骨架聚氨酯剪切块的剪切耗能外，还利用了其压缩耗能的能力，提高了阻尼器吸能能力。本发明包括上连接板、中枢钢板、内嵌金属骨架聚氨酯剪切块、压缩室、挡板、下连接板、压缩板、上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块及下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块，其特征在于：所述阻尼器两端发生相对变形时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块跟随产生往复剪切变形而耗能，当两端产生的相对变形大于预设值时，上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块或下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块受到压缩板挤压而耗能。中枢钢板分为两部分，中枢钢板的顶端与上连接板焊接，其底端与压缩板焊接，中枢钢板上部板宽与内嵌金属骨架聚氨酯剪切块宽度相同，下部板宽变窄，插入挡板预留的孔洞中。压缩室是一个由两侧长板和两侧短板围焊而成的整体，其底端与下连接板焊接，在短顶板与挡板焊接，两侧长板上方内测与内嵌金属骨架聚氨酯剪切块用强力胶胶结。挡板是一个中间预留有方孔的钢板，中枢钢板的下部插入该方孔后可上下滑动，它焊接在压缩室两侧短板的顶端。压缩板是一块钢板，其横截面尺寸略小于压缩室内横截面尺寸，可在压缩室内部发生上下移动，焊接在中枢钢板底端。上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块为中空的方环柱状，中间留下的方孔刚好可供中枢钢板的下半部穿过，其外边其横截面尺寸略小于压缩室内横截面尺寸，放置于压缩板上方的压缩室内部空间，其高度根据设计要求可充满该内部空间，也可留一定空隙。内嵌金属骨架聚氨酯压缩块是一块长方体，放置于压缩室内部的压缩板下方，其外边其横截面尺寸略小于压缩室内横截面尺寸，放置于压缩板下方的压缩室内部空间，其高度根据设计要求可充满该内部空间，也可留一定空隙。
采用上述结构后，产生以下有益效果：当阻尼器在受外部荷载延轴向作用时，使内嵌金属骨架聚氨酯剪切块受剪切作用变形耗能；当剪切作用使阻尼器相对位移超过阻尼器位移预设值时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块与压缩内嵌金属骨架聚氨酯同时工作，压缩室内的压缩内嵌金属骨架聚氨酯受轴向反复压卸载变形耗能。本发明可以充分发挥内嵌金属骨架聚氨酯的剪切耗能与压缩耗能的性能，可保证其滞回曲线稳定，减震效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期低成本使用。
本发明中所述内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器工作过程1如下：
当上连接板1向下连接板1方向产生运动时，带动中枢钢板2与压缩板7产生同向运动，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3由于中枢钢板2与压缩室4的相对运动发生剪切变形而耗能。在平衡条件下，压缩板7与下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9原本有一段预设的空隙，即只有运动幅度超过这个预设空隙时，才会产生压缩耗能。也就是，随着相对运动超过位移值后，压缩板7会压缩下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9，使结构在相对运动超过位移值后内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3与下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9共同吸收外部荷载能量。
本发明中所述内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器工作过程2如下：
当上连接板1向远离下连接板1方向产生运动时，带动中枢钢板2与压缩板7产生同向运动，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3由于中枢钢板2与压缩室4的相对运动发生剪切变形而耗能。在平衡条件下，压缩板7与上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8原本有一段空隙，即只有运动幅度超过这个预设空隙时，才会产生压缩耗能。也就是，随着相对运动超过位移值后，压缩板7会压缩上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8，使结构在相对运动超过位移值后内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3与上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8共同吸收外部荷载能量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器整体剖切图；
图2为内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器整体拆解图；
图3为内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器整体示意图；
图4为整体俯视图；
图5为整体主视图；
图6为整体左视图；
图7为工作过程1整体剖切示意图；
图8为工作过程2整体剖切示意图；
图9为上连接板、内嵌金属骨架聚氨酯剪切块、挡板、压缩板、上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块与中枢钢板连接示意图；
图10为下连接板与压缩室连接示意图。
在图1～图10中，1为上连接板；2为中枢钢板；3为内嵌金属骨架聚氨酯剪切块；4为压缩室；5为挡板；6为下连接板；7为压缩板；8为上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块；9为下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块。
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。
图2是按照本发明的内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器整体拆解图。如图2所示，该内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器主要包括上连接板1、中枢钢板2、内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3、压缩室4、挡板5、下连接板6、压缩板7、上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8及下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9。压缩板7设置在压缩室4中并将其隔开，两个空间中分别放置由阻尼器位移预设值确定尺寸的上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8与下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9，随着外部荷载的作用，阻尼器运动位移超过阻尼器位移预设值，即压缩板7在压缩室4内开始压缩上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8或下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3与上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8或下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9共同消耗，其特征在于其施工步骤如下：
(1)如图9所示，将工厂预制好的上连接板1与中枢钢板2顶端焊接，将两块内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3分别用强力胶水黏结到中枢钢板2两边，然后把挡板5穿到中枢钢板2的下半部，随后将上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8穿入中枢钢板2的下半部，最后把压缩板7焊接在中枢钢板2底端；
(2)如图10所示，下连接板6焊接在下压缩室4的底端；
(3)如图2所示，将下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9放入焊接了下连接板6的压缩室4中，然后把组装有上连接板1、内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3、挡板5和上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8的中枢钢板2从压缩室4上端开口放入压缩室4，后将按照阻尼器位移预设值用强力胶把内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3的另外两个宽面胶结在压缩室4的两个长板上，最后把挡板5焊接到压缩室4的短板顶端。
当按照本发明的内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器工作时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块3受剪切作用变形耗能，上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块8与下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块9受轴向压缩作用变形耗能。
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，对于其他类型的黏弹性阻尼器及复合型阻尼器同样适用，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 (8)
1.一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，包括上连接板(1)、中枢钢板(2)、内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)、压缩室(4)、挡板(5)、下连接板(6)、压缩板(7)、上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(8)及下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(9)，其特征在于：所述阻尼器两端发生相对变形时，内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)跟随产生往复剪切变形而耗能，当两端产生的相对变形大于预设值时，上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(8)或下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(9)受到压缩板(7)挤压而耗能。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述中枢钢板(2)分为两部分，中枢钢板(2)的顶端与上连接板(1)焊接，其底端与压缩板(7)焊接，中枢钢板(2)上部板宽与内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)宽度相同，下部板宽变窄，插入挡板(5)预留的孔洞中。
3.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)共有两块，把它们用强力胶分别与内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)和压缩室(4)的两侧长板胶结，形成“三明治”结构。
4.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述压缩室(4)是一个由两侧长板和两侧短板围焊而成的整体，其底端与下连接板(6)焊接，在短顶板与挡板(5)焊接，两侧长板上方内测与内嵌金属骨架聚氨酯剪切块(3)用强力胶胶结。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述挡板(5)是一个中间预留有方孔的钢板，中枢钢板(2)的下部插入该方孔后可上下滑动，它焊接在压缩室(4)两侧短板的顶端。
6.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述压缩板(7)是一块钢板，其横截面尺寸略小于压缩室(4)内横截面尺寸，可在压缩室(4)内部发生上下移动，焊接在中枢钢板(2)底端。
7.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述上内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(8)为中空的方环柱状，中间留下的方孔刚好可供中枢钢板(2)的下半部穿过，其外边其横截面尺寸略小于压缩室(4)内横截面尺寸，放置于压缩板(7)上方的压缩室(4)内部空间，其高度根据设计要求可充满该内部空间，也可留一定空隙。
8.根据权利要求1所述的一种内嵌金属骨架聚氨酯复合型阻尼器，其特征在于：所述下内嵌金属骨架聚氨酯压缩块(9)是一块长方体，放置于压缩室(4)内部的压缩板(7)下方，其外边其横截面尺寸略小于压缩室(4)内横截面尺寸，放置于压缩板(7)下方的压缩室(4)内部空间，其高度根据设计要求可充满该内部空间，也可留一定空隙。
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|---|---|---|---|---|
| CN113818559A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-12-21 | 东南大学 | 巨型框架结构及三维减震子结构 |
| CN114837486A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-08-02 | 安徽工业大学 | 一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器及抗震装置 |
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2020
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