CN113982346A - 一种界面增强粘弹性阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种界面增强粘弹性阻尼器,所述界面增强粘弹性阻尼器包括上传力板、下传力板、中间传力板、界面增强柱、反向扣和高耗散粘弹性材料;界面增强柱和反向扣形成粘弹性阻尼器界面增强构造,所述增强构造与上传力板、下传力板或中间传力板固定成整体结构;所述高耗散粘弹性材料在上部传力板、下部传力板、中间传力板及增强构造间硫化粘结成整体。界面增强粘弹性阻尼器的极限变形能力、界面安全性、可靠性、经济性和使用寿命均得到了较大提升,在传统建筑、桥梁等结构的地震隔减震、风致振动抑制等方面具有较好的抵抗大变形和消能减振能力,应用前景广阔。

Description

一种界面增强粘弹性阻尼器
技术领域
本发明涉及一种界面增强型被动消能减振技术,属于工程结构防震减灾与振动控制技术领域。
背景技术
地震会引起建筑结构灾变倒塌和大量人员伤亡。中国是多发地震国家,唐山大地震、汶川大地震等均造成了严重的人员伤亡和经济损失。随着我国经济的高速发展,各种新型、复杂的建筑结构日渐增多,对我国的防震减灾能力也提出了更高的要求。地震过程中建筑结构的倒塌是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。因此如何提升地震过程中结构的抗震性能、保证结构安全、避免建筑结构的倒塌破坏是一个亟需解决的热点问题。
粘弹性阻尼器是发展较早的一款被动消能减震装置,具有耗能性强、结构简单、安装方便、经济实惠等优点,在结构减震中广泛应用。大位移下常规粘弹性阻尼器阻尼层与传力板界面极易发生撕裂破坏,这严重影响了粘弹性阻尼器的工作稳定性和使用寿命,极大地制约了粘弹性阻尼器的推广应用。
为了解决粘弹性阻尼器界面处易于开裂破坏的问题,提升粘弹性阻尼器在大变形下的生存能力,扩大粘弹性阻尼器的应用范围,有必要从材料、构造、设计等方面入手,对粘弹性阻尼器界面进行改进增强。目前主要采用一些物理、化学方法对传力板表面进行改造,如刻槽、打孔、在界面处添加化学粘合剂等,一些学者在板式阻尼器整体厚度方向嵌入铆钉、铅芯等,虽然使粘弹性耗能层与传力板界面的连接性能得到提升,但阻尼器结构被整体约束,不利于粘弹性材料的剪切变形,阻尼器整体耗能机制变化较大,且铅芯等重金属材料会导致环境污染。因此,在前人研究的基础上,研究者考虑在传力板表面采用增强构造的设计,合理利用增强构造对界面附近粘弹性材料的限制和约束作用,以期得到一种界面连接强度更高、安全性和稳定性更好、使用寿命更长且较为环保的界面增强型粘弹性阻尼器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种界面增强粘弹性阻尼器,以至少解决现有粘弹性阻尼器界面极易发生撕裂破坏的问题。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种界面增强粘弹性阻尼器,所述界面增强粘弹性阻尼器包括上传力板(1)、下传力板(2)、中间传力板(3)、界面增强柱(4)、反向扣(5)和高耗散粘弹性材料(6);界面增强柱(4)和反向扣(5)形成粘弹性阻尼器界面增强构造,所述增强构造与上传力板(1)、下传力板(2)或中间传力板(3)固定成整体结构;所述高耗散粘弹性材料(6)在上部传力板(1)、下部传力板(2)、中间传力板(3)及增强构造间硫化粘结成整体。
进一步地,所述界面增强柱(4)截面形状为圆形、椭圆形或方形;所述反向扣(5)为槽型、漏斗型或半球壳型,所述界面增强柱(4)位于所述反向扣(5)内中心位置。
进一步地,所述增强构造采用焊接、激光烧结成形或3D打印固定于所述上传力板(1)、下传力板(2)或中间传力板(3)。
进一步地,所述高耗散粘弹性材料(6)尺寸为60mm×50mm×10mm,界面增强柱(4)为方形柱,其几何尺寸为1mm×1mm×2.7mm,所述反向扣(5)为槽型,槽深0.9mm,壁宽和底板厚度均为0.3mm,底面尺寸4mm×4mm,反向扣内底面尺寸3.7mm×3.7mm。
进一步地,所述高耗散粘弹性材料(6)尺寸为60mm×50mm×10mm,界面增强柱(4)为圆柱,其几何尺寸为ϕ 1mm×2.3mm,所述反向扣(5)为漏斗型,外表面半径2.18mm,厚度为0.3mm。
进一步地,所述增强构造材质为钢材。
有益效果:本发明借助传统机械加工减材制造方法或激光烧结成形、3D打印等新型增材制造技术,在界面处进行增强构造设计。阻尼器内、外侧传力板发生相对错动位移时,粘弹性材料层发生剪切变形耗散能量,同时粘弹性阻尼器界面增强柱和反向扣对界面附近粘弹性材料的变形和破坏进行限制,使界面不易发生开裂破坏,阻尼器极限变形和抗撕裂能力明显增强。粘弹性阻尼器的极限变形能力、界面安全性、可靠性、经济性和使用寿命均得到了明显提升,在传统建筑、桥梁等结构的地震隔减震、风致振动抑制等方面具有较好的抵抗大变形和消能减振能力,应用前景广阔。
附图说明
图1(a)为本发明实施例一中界面增强粘弹性阻尼器的分解示意图。
图1(b)为图1(a)所示界面增强粘弹性阻尼器的部分剖面示意图。
图2(a)为本发明实施例二中界面增强粘弹性阻尼器的分解示意图。
图2(b)为图2(a)所示界面增强粘弹性阻尼器的部分剖面示意图。
图中数字所代表元件:1、上部传力板;2、下部传力板;3、中间传力板;4、界面增强柱;5、反向扣;6、粘弹性材料。
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,本发明实施例的界面增强粘弹性阻尼器结构对称,详细结构包括两侧的上传力板1、下传力板2、中间传力板3、界面增强柱4、反向扣5和高耗散粘弹性材料6。上传力板1、下传力板2、中间传力板3由普通钢材制成;界面增强柱4和反向扣5共同组成粘弹性阻尼器界面增强构造。界面增强构造材质为钢材,可采用传统机械加工方法减材制造,在界面处与传力板焊接为整体;也可采用激光烧结成形或3D打印增材制造技术,使上部传力板1、下部传力板2、中间传力板3、界面增强构造一体化增材制造成型。
其中,对于尺寸较大的阻尼器装置,焊接方法对传力板界面产生的局部应力和变形影响较小,界面增强构造优先选用机械加工和焊接方法。构件尺寸较大时,3D打印方法经济性较差。
其中,传力板、界面增强构造和高耗散粘弹性材料通过高温高压硫化粘结为整体,形成界面增强粘弹性阻尼器;界面增强构造深入粘弹性耗能层内部,传力板与粘弹性耗能层界面处连接更加稳定;反向扣对界面增强柱端部附近粘弹性材料变形起到约束与限制作用。
如图1(a)-图2(b)所示,界面增强构造的形状、尺寸、数量和位置排布可以根据阻尼器出力和尺寸的变化调节。界面增强柱截面形状可选用圆形、椭圆形、正方形等,反向扣可选用槽型、漏斗型、半球壳型等不同构型,界面增强柱位于反向扣内中心位置。
实施例1:如图1(a)及图1(b)所示,其中粘弹性耗能层尺寸60mm×50mm×10mm,界面增强柱为方形柱,几何尺寸为1mm×1mm×2.7mm,反向扣为槽型,槽深0.9mm,壁宽和底板厚度均为0.3mm,底面尺寸4mm×4mm,反向扣内底面尺寸3.7mm×3.7mm。传力板的尺寸为100mm×50mm×7mm。
实施例2:如图2(a)及图2(b)所示,其中粘弹性耗能层尺寸60mm×50mm×10mm,界面增强柱为圆柱,几何尺寸为ϕ 1mm×2.3mm,反向扣为漏斗型,外表面半径2.18mm,厚度为0.3mm。粘弹性耗能层尺寸60mm×50mm×10mm,传力板的尺寸为 100mm×50mm×7mm。
本发明装置中钢材和粘弹性材料的类别可根据建筑钢材规范和高分子材料手册选取。
本发明装置利用阻尼器内、外侧传力板发生相对错动位移时,高耗散粘弹性材料层发生剪切变形耗散能量, 具有优良的耗能性能。
本发明装置中界面增强构造与传力板为整体性结构,大大提升了界面增强粘弹性阻尼器的剪切变形能力,阻尼器界面增强柱和反向扣对界面附近粘弹性材料的变形和破坏进行限制,使界面不易发生开裂破坏,阻尼器极限变形和抗撕裂能力明显增强。
本发明装置界面增强粘弹性阻尼器的极限变形能力、界面安全性、可靠性、经济性和使用寿命均得到了明显提升,在传统建筑、桥梁等结构的地震隔减震、风致振动抑制等方面具有较好的抵抗大变形和消能减振能力,应用前景广阔。
本发明借助传统机械加工减材制造方法或激光烧结成形、3D打印等新型增材制造工艺,在界面处进行增强构造设计。利用阻尼器内、外侧传力板发生相对错动位移时粘弹性材料层的剪切变形消能减振,同时粘弹性阻尼器界面增强柱和反向扣对界面附件粘弹性材料的变形和破坏起到约束与限制作用,使界面裂纹不宜产生和发展,阻尼器极限变形和抗撕裂能力明显增强。粘弹性阻尼器的极限变形能力、界面安全性和使用寿命明显提升,在建筑、桥梁等传统结构的地震隔减震、风致振动抑制、较大振动变形等实际工况下具有较好的消能减振能力,应用前景广阔。
本发明中图1(a)、图1(b)和图2(a)、图2(b)所示实施例一和实施例二仅是为较好阐释本发明而作的举例,本发明具体实施方式不受此限定。本领域相关学者、工程技术人员理论上能够基于以上发明介绍进行不同构造和形式的变化,比如十字型或花朵型反向扣设计、螺旋形增强柱、扇形传力板等,申请人无法也无需将所有实施方式在此一一列举,直至穷尽。但是基于本发明的思想作出的显而易见的变更和改动均仍处于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述界面增强粘弹性阻尼器包括上传力板(1)、下传力板(2)、中间传力板(3)、界面增强柱(4)、反向扣(5)和高耗散粘弹性材料(6);界面增强柱(4)和反向扣(5)形成粘弹性阻尼器界面增强构造,所述增强构造与上传力板(1)、下传力板(2)或中间传力板(3)固定成整体结构;所述高耗散粘弹性材料(6)在上部传力板(1)、下部传力板(2)、中间传力板(3)及增强构造间硫化粘结成整体。
2.根据权利要求1所述的一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述界面增强柱(4)截面形状为圆形、椭圆形或方形;所述反向扣(5)为槽型、漏斗型或半球壳型,所述界面增强柱(4)位于所述反向扣(5)内中心位置。
3.根据权利要求1所述的一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述增强构造采用焊接、激光烧结成形或3D打印固定于所述上传力板(1)、下传力板(2)或中间传力板(3)。
4.根据权利要求1所述的一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述高耗散粘弹性材料(6)尺寸为60mm×50mm×10mm,界面增强柱(4)为方形柱,其几何尺寸为1mm×1mm×2.7mm,所述反向扣(5)为槽型,槽深0.9mm,壁宽和底板厚度均为0.3mm,底面尺寸4mm×4mm,反向扣内底面尺寸3.7mm×3.7mm。
5. 根据权利要求1所述的一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述高耗散粘弹性材料(6)尺寸为60mm×50mm×10mm,界面增强柱(4)为圆柱,其几何尺寸为ϕ 1mm×2.3mm,所述反向扣(5)为漏斗型,外表面半径2.18mm,厚度为0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种界面增强粘弹性阻尼器,其特征在于:所述增强构造材质为钢材。
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