CN112647595B - 一种复合型减振框架单元以及减振框架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型减振框架单元以及减振框架系统，属于土木工程技术领域，复合型减振框架单元包括矩形的支撑框架本体，其特征在于：所述支撑框架本体的顶角内侧设置具有声学黑洞构造的减振角件，所述支撑框架本体的端面内侧设置具有声学黑洞构造的振板件，所述支撑框架本体的端面设置减振薄膜，与所述支撑框架本体同一端面对应的减振板件、减振薄膜之间设置具有声学黑洞构造的减振柱件。本复合型减振框架单元具有高强度，高刚度，高抗振，高降噪的特性，多个复合型减振框架单元组合作用下，可以形成新的声学黑洞、薄膜振子结构，从而进一步提高建筑框架结构的减振降噪的效率。

Description

一种复合型减振框架单元以及减振框架系统

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种复合型减振框架单元以及减振框架系统。

背景技术

目前，建筑结构的主流形式是采用框架结构，即首先建立起框架结构的建筑骨架，然后再进行其它建筑施工。作为建筑的骨架，框架结构需要支撑整个建筑的重量，同时还要受到外部复杂激励的综合作用，如经常出现的人致激励、地震激励、噪声激励等等，因此，框架结构会在复杂的激励作用下出现疲劳、变形、裂纹等现象。在此基础上，人们对建筑的框架结构进行改进，为了提高框架结构的刚强度指标，采用了钢架结构支撑，提高了框架结构的刚强度。在框架式的钢架结构中，钢架结构是整个建筑的承载部分，受到建筑物自身的重力、自然环境下的环境激励以及复杂的人致激励力等作用。由于钢架结构自身具有良好的刚度、强度、稳定性等性能，能够在一定程度上增加框架结构的承载力，但是，由于钢架结构自身具有良好的传声传振能力，因此在减振降噪方面有待进一步的改善。振动作用的存在，影响到了建筑结构的寿命以及人们生活的舒适性，因此需要采取有效的措施，提高此类结构的减振降噪的性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决钢架结构减振降噪差的问题的复合型减振框架单元以及减振框架系统。

本发明是这样实现的，一种复合型减振框架单元，包括矩形的支撑框架本体，其特征在于：所述支撑框架本体的顶角内侧设置减振角件，所述支撑框架本体的端面内侧设置减振板件，所述支撑框架本体的端面设置减振薄膜，与所述支撑框架本体同一端面对应的减振板件、减振薄膜之间设置减振柱件；所述减振角件具有黑洞区域，所述减振角件的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大，所述减振角件具有与所述支撑框架本体的端面同平面的三个侧端面，所述减振角件的两相邻侧端面之间为与支撑框架本体结合的豁槽，所述减振角件与所述支撑框架本体之间设有角件减振填充材料；所述减振板件具有黑洞区域，所述减振板件的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大；所述减振柱件设于所述减振板件的中轴位置，所述减振柱件包括圆筒形柱件，所述圆筒形柱件的内侧设有柱件减振填充材料，所述圆筒形柱件内端与所述减振板件连接，所述圆筒形柱件的外端与所述减振薄膜连接。所述减振角件的外表面为内凹的球面，所述减振角件的黑洞区域的内表面为内凹的黑洞凹面。

本发明的效果是：

本发明所述减振单元依据声子晶体、声学黑洞以及薄膜振动理论，将减振填充材料、声学黑洞部件以及减振薄膜集成安装在钢架结构之中，提高了建筑物钢架结构减振降噪能力。

利用声子晶体周期性元胞结构具有的带隙性能，吸收建筑物结构的振动。具有声学黑洞区域的减振角件和减振板件相连，减振角件分别位于支撑框架本体的八个顶角内侧，减振板件位于支撑框架本体的六个端面内侧，一方面对框架结构起到支撑作用，提高了框架结构整体的刚度和强度，另一方面，可以对各个方向上传导的振动起到减振作用。具有声学黑洞区域的减振角件和减振板件相连，形成一个能量吸收链，对支撑框架本体的振动能量进行分配吸收。减振板件将支撑框架本体的振动吸收传递到中心位置，经具有黑洞区域的减振柱件以及填充在其内部柱件减振填充材料进行吸收，起到减振作用，同时，与其相连的元胞之间构成新的声学黑洞结构，即两个减振板件扣在一起，形成封闭的空间黑洞结构，如图10，提高了能量的吸收效率。减振柱件和其中的柱件减振填充材料与减振薄膜连接形成了薄膜振子结构，可以吸收高频噪声，起到隔绝噪声的作用。

综上所述，具有声学黑洞区域构造的减振角件、减振板件、减振柱件以及减振填充材料和减振薄膜与支撑框架本体共同组成了元胞式的复合型减振框架单元，本复合型减振框架单元具有高强度，高刚度，高抗振，高降噪的特性，多个复合型减振框架单元组合作用下，可以形成新的声学黑洞、薄膜振子结构，从而进一步提高建筑框架结构的减振降噪的效率。

在上述技术方案中，优选的，所述减振板件的黑洞区域的外表面为内凹的黑洞凹面。

在上述技术方案中，优选的，所述减振角件的中轴处具有通孔。

在上述技术方案中，优选的，所述减振角件还包括延伸区域，所述减振角件的延伸区域设置于所述减振角件的外缘位置，减振角件的延伸区域位于所述减振角件的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，所述减振角件的延伸区域的内、外表面之间距离不变。

在上述技术方案中，优选的，所述减振板件的中轴处设有通孔。

在上述技术方案中，优选的，所述减振板件还包括延伸区域，所述减振板件的延伸区域设置于所述减振板件的外缘位置，减振板件的延伸区域位于所述减振板件的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，所述减振板件的延伸区域的内、外表面之间距离不变。

在上述技术方案中，优选的，所述角件减振填充材料和柱件减振填充材料为多孔粘性泡沫材料。

本发明的另一目的，提供一种复合型减振框架系统，所述复合型减振框架系统由若干上述复合型减振框架单元固定组合构成。

附图说明

图1为本发明中复合型减振框架单元的结构示意图；

图2为本发明中支撑框架本体的结构示意图；

图3为本发明中减振角件的外侧结构示意图；

图4为本发明中减振角件的内侧结构示意图；

图5为本发明中角件减振填充材料填充后的结构示意图；

图6为本发明中减振板件的结构示意图；

图7为本发明中圆筒形柱件的结构示意图；

图8为本发明中柱件减振填充材料填充后的结构示意图；

图9是本发明中减振板件与圆筒形柱件的连接结构示意图；

图10是本发明中不同两减振框架单元中减振板件的结合结构图。

图中、1、支撑框架本体；2、减振角件；3、角件减振填充材料；4、减振板件、5、圆筒形柱件；6、柱件减振填充材料；7、减振薄膜。

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。

为解决钢架结构减振降噪差的问题，本发明特提供一种复合型减振框架单元以及减振框架系统，本复合型减振框架单元具有高强度，高刚度，高抗振，高降噪的特性。为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：

实施例一

请参阅图1-图2，一种复合型减振框架单元，包括矩形的支撑框架本体1，本实施例中，支撑框架本体1是横截面为矩形的钢材焊接构成的钢架结构。

请参阅图1、图3和图4，支撑框架本体1的顶角内侧设置减振角件2。具体的，在支撑框架本体1的八个顶角内侧分别设置减振角件2。减振角件2具有黑洞区域，减振角件2的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大。所述减振角件2的外表面为内凹的球面，所述减振角件2的黑洞区域的内表面为内凹的黑洞凹面。此黑洞凹面所处的圆周形区域即为减振角件2的黑洞区域，黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式h(x)＝εx^m,m≥2。减振角件2的中轴处具有通孔，减振角件还包括延伸区域，减振角件的延伸区域设置于减振角件的外缘位置，减振角件2的延伸区域位于减振角件2的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，减振角件2的延伸区域的内、外表面之间距离不变。

减振角件2具有与支撑框架本体1的端面同平面的三个侧端面，减振角件2的两相邻侧端面之间为与支撑框架本体1结合的豁槽。本实施例中，此豁槽是与横截面为矩形的钢材适配的直角豁槽。直角豁槽的槽面与构成支撑框架本体1的钢材外端面通过粘胶粘接。减振角件2分布在支撑框架本体1的八个角上，形成空间周期性减振智能超材料结构，能够有效的产生带隙作用，阻断振动的传导。

请参阅图1、图5，支撑框架本体1的端面内侧设置减振板件4，具体的，在支撑框架本体1的六个端面内侧设置分别减振板件4，减振板件4具有黑洞区域，减振板件4的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大。即减振板件4的黑洞区域的外表面为内凹的黑洞凹面。此黑洞凹面所处的圆周形区域即为减振板件4的黑洞区域，此黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式h(x)＝εx^m,m≥2。减振板件4的中轴处设有通孔，减振板件4还包括延伸区域，减振板件4的延伸区域设置于减振板件的外缘位置，减振板件4的延伸区域位于减振板件4的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，减振板件4的延伸区域的内、外表面之间距离不变。即在减振板件4的黑洞区域中心位置形成圆形孔洞结构，减振板件4的边缘形成微厚度区域，形成能量聚集位置。减振板件4的四角处具有形状与减振角件2的内侧球面适配的弧形豁槽口，此弧形豁槽口的槽面与减振角件2的内侧通过粘胶粘接，以此实现减振板件4和减振角件2之间的连接。减振板件4与减振角件2连接，形成相互支撑和振动能量分离结构。减振板件4的四边与支撑框架本体1平齐，减振角件2与支撑框架本体1紧密贴合，并与减振板件4外缘的外表面保持平齐。

请参阅图6-图9，支撑框架本体1的端面设置减振薄膜7，与支撑框架本体1同一端面对应的减振板件4、减振薄膜7之间设置减振柱件。减振柱件设于减振板件4的中轴位置，减振柱件包括圆筒形柱件5，圆筒形柱件5的筒壁上均布若干镂空结构，镂空孔由两曲线组成，曲线自曲线端点自中心方向与镂空孔中轴线之间的距离呈幂指数形式h(x)＝εx^m,m≥2变大，的曲线是遵循声学黑洞计算公式的，形成的曲线包络到圆柱面上。圆筒形柱件5内端与减振板件4连接，圆筒形柱件5的外端与减振薄膜7连接。本实施例中，具体的，圆筒形柱件5通过卡槽与减振板件4无缝连接，圆筒形柱件5的下端加工出圆周形状的槽作为卡槽，减振板件4中心的通孔卡入其中。圆筒形柱件5顶部与减振薄膜7接触形成薄膜振子结构。减振板件4与圆筒形柱件5无缝对接，将减振板件4中心收集的能量传递到圆筒形柱件5。圆筒形柱件5与减振薄膜7连接，形成薄膜振子结构，形成一定的阻尼，进一步吸收振动能量，吸收隔绝噪音。卡槽形成冲击环耦合结构，能够吸收较大的冲击振动。圆筒形柱件5同时与减振薄膜7形成了薄膜振子结构，能够吸收噪声。

减振角件2与支撑框架本体1之间设有角件减振填充材料3，圆筒形柱件5的内侧设有柱件减振填充材料6。本实施例中，角件减振填充材料3和柱件减振填充材料6为多孔粘性泡沫材料。减振角件2、圆筒形柱件5内部填充的多孔粘性泡沫材料，进一步吸收减振角件2和圆筒形柱件5吸收的结构振动能量。

本实施例中，减振角件2、减振板件4、圆筒形柱件5采用3D打印技术结合高精密加工工艺LIGA制造而成，减振角件2为不锈钢材质，减振板件4为轻质铝材，圆筒形柱件5为聚乙烯材料。其采用整体加工形式。减振角件2、减振板件4与支撑框架本体1连接为一个整体，对钢架结构起到加强作用。多孔粘性泡沫材料过盈填充到减振角件2和圆筒形柱件5中，产生阻尼作用，吸收声学黑洞结构聚集的振动能量。减振薄膜7与支撑框架本体1和胶结在一起，组成薄膜振子，吸收振动噪声。减振薄膜7为PVC材料。

通过3D打印技术结合高精密加工工艺LIGA制造而成三种声学黑洞结构，其利用了声学黑洞原理，横截面上的变化曲线遵循声学黑洞变化曲线。通过三种结构的壁厚以及曲线的长度、末端的截断厚度可以改变对振动能量的聚集能力，从而改变对振动的吸收能力。作为减振填充材料的多孔粘性泡沫材料位于两种声学超材结构中，随着声学超材料壁厚的变化而变化，起到对振动能量的吸收作用。可以通过改变多孔粘性泡沫材料的孔隙率来改变能量的吸收效果。对于薄膜振子结构，可以通过改变减振薄膜的厚度以及作为振子的圆筒形柱件、多孔粘性泡沫材料来改变噪声的吸收率。

实施例二

一种复合型减振框架系统，复合型减振框架系统由若干实施例一所述的复合型减振框架单元固定组合构成，复合型减振框架单元的支撑框架本体焊接。复合型减振框架单元的减振板件在支撑框架本体的六个方向形成周期性元胞单元结构，可以与其它单元形成周期性空间减振结构，吸收外部振动能量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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，例如支撑框架本体的型材横截面可以有不同的截面形状，减振角件、减振板件、圆筒形柱件可以有不同的安装和固定方式，各个部件的壁厚、多孔粘性泡沫材料的孔隙率、减振薄膜厚度等可以根据不同具体情况进行设计，减振填充材料可选用橡胶、聚脲材料等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合型减振框架单元，包括矩形的支撑框架本体(1)，其特征在于：所述支撑框架本体(1)的顶角内侧设置减振角件(2)，所述支撑框架本体(1)的端面内侧设置减振板件(4)，所述支撑框架本体(1)的端面设置减振薄膜(7)，与所述支撑框架本体(1)同一端面对应的减振板件(4)、减振薄膜(7)之间设置减振柱件；

所述减振角件(2)具有黑洞区域，所述减振角件(2)的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大，所述减振角件(2)具有与所述支撑框架本体(1)的端面同平面的三个侧端面，所述减振角件(2)的两相邻侧端面之间为与支撑框架本体(1)结合的豁槽，所述减振角件(2)与所述支撑框架本体(1)之间设有角件减振填充材料(3)；

所述减振板件(4)具有黑洞区域，所述减振板件(4)的黑洞区域的内、外表面之间距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变大；

所述减振柱件设于所述减振板件(4)的中轴位置，所述减振柱件包括圆筒形柱件(5)，所述圆筒形柱件(5)的内侧设有柱件减振填充材料(6)，所述圆筒形柱件(5)内端与所述减振板件(4)连接，所述圆筒形柱件(5)的外端与所述减振薄膜(7)连接；

所述减振角件(2)的外表面为内凹的球面，所述减振角件(2)的黑洞区域的内表面为内凹的黑洞凹面。

2.根据权利要求1所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述减振板件(4)的黑洞区域的外表面为内凹的黑洞凹面。

3.根据权利要求1所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述减振角件(2)的中轴处具有通孔。

4.根据权利要求3所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述减振角件(2)还包括延伸区域，所述减振角件(2)的延伸区域设置于所述减振角件(2)的外缘位置，减振角件(2)的延伸区域位于所述减振角件(2)的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，所述减振角件(2)的延伸区域的内、外表面之间距离不变。

5.根据权利要求2所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述减振板件(4)的中轴处设有通孔。

6.根据权利要求5所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述减振板件(4)还包括延伸区域，所述减振板件(4)的延伸区域设置于所述减振板件(4)的外缘位置，减振板件(4)的延伸区域位于所述减振板件(4)的黑洞区域的外侧且与此黑洞区域连接，所述减振板件(4)的延伸区域的内、外表面之间距离不变。

7.根据权利要求1所述的复合型减振框架单元，其特征在于：所述角件减振填充材料(3)和柱件减振填充材料(6)为多孔粘性泡沫材料。

8.一种复合型减振框架系统，其特征在于：所述复合型减振框架系统由若干权利要求1-7任一所述复合型减振框架单元固定组合构成。

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