CN113982345B - 一种复合型金属套管粘弹性阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型金属套管粘弹性阻尼器，所述复合型金属套管粘弹性阻尼器包括金属套管耗能装置和粘弹性阻尼器，所述金属套管耗能装置套设于所述粘弹性阻尼器外围，所述金属套管与所述粘弹性阻尼器底部固定。复合型金属套管粘弹性阻尼器具有优异的消能减振效果。

Description

一种复合型金属套管粘弹性阻尼器
技术领域
本发明涉及一种复合型消能减振技术, 具体涉及一种复合型金属套管粘弹性阻尼器，属于工程结构防震减灾与振动控制技术领域。
背景技术
地震等自然灾害严重威胁人类的生命和财产安全，高强度的地震导致建筑物大量破坏甚至倒塌。工程中的传统抗震体系一般通过增强结构自身的性能来“抵抗”地震作用，但并不能很好地避免地震造成的损伤。近些年发展起来的结构振动控制技术，通过采用结构振动控制理论与方法，改变结构系统的动力学性能或阻尼性能，来增加和改善结构的抗振能力，减震效果显著。被动控制因其装置构造简单，造价低廉，易于维护且无需外界能源支持等优点而得到了较广泛的应用。
以粘弹性材料为基础开发的各种耗能减震装置是被动控制技术的代表。粘弹性材料具有较大的存储剪切模量和损耗因子，因而具有较高的耗能能力，但环境温度和激励频率均影响其耗能特性；普通的粘弹性阻尼器剪切变形时，粘弹性材料与钢板的接触面积较小，导致阻尼耗能受到限制；本身刚度较小，大变形重复循环作用下，刚度会进一步退化；在遭遇强烈地震或者超出预期水准地震作用下，容易发生极限变形导致失稳破坏。
因此，在实际结构的减振控制中，需要对粘弹性阻尼器进行改进，对其性能进行优化。钢材受环境影响较小，温度适用范围较广；具有较好的耗能能力，在荷载作用下发生弯曲屈服和弹塑性滞回耗能，同时可以提供较大的刚度和恢复力，强震下对粘弹性阻尼器起到保护作用；因此，如能充分利用钢材和粘弹性材料各自的优点，采用合理的构造措施，便可以得到一种新型的阻尼装置，使其具有更好的耗能能力、更广的适用范围和更强的工作稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合型金属套管粘弹性阻尼器，以至少解决现有粘弹性阻尼器刚度不够、界面易破坏等问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种复合型金属套管粘弹性阻尼器，所述复合型金属套管粘弹性阻尼器包括金属套管耗能装置和粘弹性阻尼器，所述金属套管耗能装置套设于所述粘弹性阻尼器外围，所述金属套管与所述粘弹性阻尼器底部固定。
进一步地，所述粘弹性阻尼器包括U型板、第一T型板、第二T型板和粘弹性材料；所述第一T型板一端伸入所述U型板的槽内并通过所述粘弹性材料与所述U型板粘结成整体，所述第一T型板另一端位于所述金属套管耗能装置外与所述金属套管耗能装置留有一定间隙；所述第二T型板一端固定于所述U型板下侧，所述第二T型板另一端位于所述金属套管耗能装置外并通过固定件与所述金属套管耗能装置固定。
进一步地，所述复合型金属套管粘弹性阻尼器还包括弹性件，所述弹性件两端分别弹性抵持所述金属套管耗能装置及所述第一T型板位于所述金属套管耗能装置外的一端；所述第一T型板能够沿平行所述弹性件方向移动一定距离。
进一步地，所述U型板、第一T型板及第二T型板均为钢板，厚度均为10mm，宽度250mm；粘弹性材料尺寸为250mm×80mm×25mm；金属套管耗能装置长度为250mm，厚度为10mm，截面形状为矩形，截面外围尺寸250mm×160mm，侧面开有五个边长40mm的横向菱形孔洞，中间孔洞位于侧面中心位置，边缘4个孔洞竖向间距40mm，横向间距71.44mm，边距20mm。
进一步地，金属套管耗能装置长度为250mm，厚度为10mm，截面形状为椭圆形，截面外围尺寸为横向长轴300mm，竖向短轴160mm，侧面开有五个椭圆形孔洞，侧视投影横向长轴60mm竖向短轴40mm的，中间孔洞位于侧面中心位置，侧视投影边缘4个孔洞竖向间距40mm，边距20mm，横向间距100mm，边距15mm。
有益效果：本发明将金属套管耗能装置和粘弹性阻尼器较好地结合起来，在较小振动或弱风激励下，主要由粘弹性阻尼器剪切耗能，减振套管可提供较大的刚度和出力，对结构的位移进行限制；大幅振动和强风激励下，粘弹性阻尼器与减振套管共同耗散振动能量。金属耗能装置的温度适用范围较广，和粘弹性阻尼器结合后，极大改善了粘弹性阻尼器易受温度影响的弱点，应用范围得到拓展，在地震、风振以及机械振动等作用下均具有优异的消能减振效果。
附图说明
图1（a）为本发明实施例一复合型金属套管粘弹性阻尼器的剖示图。
图1（b）为图1（a）所示复合型金属套管粘弹性阻尼器的侧视图。
图2（a）为本发明实施例二复合型金属套管粘弹性阻尼器的剖示图。
图2（b）为图2（a）所示复合型金属套管粘弹性阻尼器的侧视图。
图中数字所代表元件：1、减振套管；2、U型板；3、第一T型板；4、粘弹性材料；5、第二T型板；6、固定件；7、弹性件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1（a）-图2（b）所示，本发明复合型金属套管粘弹性阻尼器，主要由外围的金属套管耗能装置和内部的粘弹性阻尼器构成。外围金属套管耗能装置为减振套管1，材质为普通钢材或软钢；粘弹性阻尼器主要由U型钢板型板2、第一T型板3和粘弹性材料4组成，U型板2和第一T型板3通过粘弹性材料4高温高压硫化粘结成整体，竖向振动下剪切耗能。减振套管1与粘弹性阻尼器第一T型板3、第二T型板5采用固定件6连接，U型板2与第二T型板5焊接连接；减振套管1与第二T型板5底部固定，与第一T型板3 固定件6连接部位留有间隙，间隙内安装低刚度弹性件7，避免减振套管1和第一T型板3直接碰撞。第一T型板3、第二T型板5穿过的相应位置开有槽口，第一T型板3可以在槽口内竖向移动，相对于U型板2产生错动变形耗散能量。
在图示实施例中，所述弹性件7为弹簧，固定件6为螺栓，弹性件7套设于固定件6。
其中减振套管1的截面形状、侧面孔洞形状、数量、尺寸和分布可根据阻尼器出力和尺寸要求进行设计。
实施例1：如图1（a）及图1（b）所示，其中粘弹性阻尼器中钢板厚度均为10mm，宽度250mm；粘弹性材料4尺寸为250mm×80mm×25mm。减振套管1长度为250mm，厚度为10mm。截面形状为矩形，截面外围尺寸250mm×160mm，侧面开有五个边长40mm的横向菱形孔洞，中间孔洞位于侧面中心位置，边缘四个孔洞竖向间距40mm，横向间距71.44mm，边距20mm。
实施例2：如图2（a）及图2（b），其中减振套管1长度为250mm，厚度为10mm，截面形状为椭圆形，截面外围尺寸横向长轴300mm，竖向短轴160mm，侧面开有五个椭圆形孔洞，侧视投影横向长轴60mm竖向短轴40mm，中间孔洞位于侧面中心位置，侧视投影边缘四个孔洞竖向间距40mm，边距20mm，横向间距100mm，边距15mm。
其中，减振套管横截面为椭圆或圆形曲面时，减振套管与第一T型板、第二T型板上、下底板连接部分需由曲面改造为平面，矩形截面无需改造。减振套管侧面孔洞可有效降低套管刚度增加塑性耗能。开孔及布置方式可为大尺寸稀疏分布，或小尺寸密集分布；受拉压时减振套管可提供较大的阻尼力，出力大小可通过选用不同强度的钢材进行调节，也可调节减振套管的构造，包括截面形状、厚度、长度，以及套管侧面开孔方式，孔口形状、尺寸和布置等。
减振套管材质为普通钢材或软钢，钢材在进入塑性状态后；具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中耗散能量。
本发明装置中钢材和粘弹性材料的种类可根据建筑钢材规范和高分子材料手册选取。
本发明装置利用粘弹性材料的剪切变形耗散振动能量；装置在发生拉压变形时，粘弹性阻尼器的U型板与第一T型板发生相对错动，与之硫化固结的粘弹性填充材料发生剪切变形，耗散振动能量。
本发明装置利用减振套管的拉压变形耗散振动能量；低碳钢具有优良的塑性变形能力，在塑性变形条件下，往复变形而不发生破坏；减振套管发生弯曲屈服和变形恢复，通过套管的弹塑性滞回变形消耗振动能量，从而减小结构的振动响应。
本发明复合型金属套管粘弹性阻尼器安装于结构底部或中部，也可以与立柱、斜撑等配合使用，可以用于结构竖向与水平向的隔减振控制。
本发明复合型金属套管粘弹性阻尼器将金属耗能装置和粘弹性阻尼器很好的结合起来，具有优良的耗能能力，小振弱风激励下，粘弹性阻尼器发生剪切变形耗能，降低结构响应；当振幅逐步增加到一定程度时，减振套管提供较大初始刚度，减小结构变形和位移，使结构状态稳定，对结构起到保护作用。大振强风等激励下，粘弹性阻尼器的变形受到减振套管约束，避免了其单独承受外部荷载，防止其超出极限变形发生破坏；同时由于粘弹性阻尼器和减振套管共同作用，使滞回耗能过程相对平缓，滞回曲线饱满。金属耗能装置的温度适用范围较广，和粘弹性阻尼器结合后，极大改善了阻尼器易受温度影响的弱点，具有较好的可靠性和适用性，在地震、风振以及机械振动等作用下均具有优异的消能减振效果。
显然，图中给出的实施例仅是为较清楚说明本发明进行的举例，而不是对本发明实施方式的限制。对于相关领域的工程技术人员和学者，可基于以上阐述进行其他不同形式的改造和变动。此处无法予以一一列举，但这些受本发明的启发所进行的显而易见的改动或变化仍旧处于本发明的权利保护范围以内。

Claims (3)

1.一种复合型金属套管粘弹性阻尼器，其特征在于：所述复合型金属套管粘弹性阻尼器包括金属套管耗能装置和粘弹性阻尼器，所述金属套管耗能装置为减振套管，所述金属套管耗能装置套设于所述粘弹性阻尼器外围，所述金属套管耗能装置与所述粘弹性阻尼器底部固定；所述粘弹性阻尼器包括U型板、第一T型板、第二T型板和粘弹性材料；所述第一T型板一端伸入所述U型板的槽内并通过所述粘弹性材料与所述U型板粘结成整体，所述第一T型板另一端位于所述金属套管耗能装置外与所述金属套管耗能装置留有一定间隙；所述第二T型板一端固定于所述U型板下侧，所述第二T型板另一端位于所述金属套管耗能装置外并通过固定件与所述金属套管耗能装置固定；所述复合型金属套管粘弹性阻尼器还包括弹性件，所述弹性件两端分别弹性抵持所述金属套管耗能装置及所述第一T型板位于所述金属套管耗能装置外的一端；所述第一T型板能够沿平行所述弹性件方向上下移动一定距离。
2.根据权利要求1所述的复合型金属套管粘弹性阻尼器，其特征在于：所述U型板、第一T型板及第二T型板均为钢板，厚度均为10mm，宽度250mm；粘弹性材料尺寸为250mm×80mm×25mm；金属套管耗能装置长度为250mm，厚度为10mm，截面形状为矩形，截面外围尺寸250mm×160mm，侧面开有五个边长40mm的横向菱形孔洞，中间孔洞位于侧面中心位置，边缘4个孔洞竖向间距40mm，横向间距71.44mm，边距20mm。
3.根据权利要求1所述的复合型金属套管粘弹性阻尼器，其特征在于：金属套管耗能装置长度为250mm，厚度为10mm，截面形状为椭圆形，截面外围尺寸为横向长轴300mm，竖向短轴160mm，侧面开有五个椭圆形孔洞，侧视投影横向长轴60mm竖向短轴40mm，中间孔洞位于侧面中心位置，侧视投影边缘4个孔洞竖向间距40mm，边距20mm，横向间距100mm，边距15mm。
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