CN114857210B - 一种恒力弹簧型竖向隔震器 - Google Patents
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Abstract
一种恒力弹簧型竖向隔震器,属于工程结构减振控制领域。包括恒力弹簧、内部导轨、中间肋板、导向杆、刚度调节弹簧、滑块、滑块导轨、固定块、外部导轨、隔震器顶板、隔震器底板。原理为,利用恒力弹簧平衡上部结构重力,根据被隔震结构的重力选择合适的恒力弹簧,恒力弹簧的拉力应与上部结构的重力相近,选定合理的竖向隔震频率,利用刚度调节弹簧调整隔震器自振频率,整体结构在竖向地震作用下,刚度调节弹簧发挥隔震作用,恒力弹簧发挥平衡上部结构重力作用,既能减小结构竖向地震反应,又能解决竖向隔震中上部结构重力难以平衡的问题。
Description
技术领域:
本发明涉及一种恒力弹簧型竖向隔震器,属于工程结构减振控制领域。
背景技术:
用于文物展陈、电力设施的隔震器,国内外的研究主要集中于水平隔震器;竖向隔震器既要起隔震作用,又要平衡上部结构自重,设计与加工难度较大,目前国内外的竖向隔震器方案尚不成熟。
申请号CN201910797714.2的专利,公开了一种变刚度三维隔震方法和装置。该专利的竖向隔震系统部分是将5个弹簧组合发挥隔震作用,本质上为线性竖向隔震,而且装置设计较复杂,加工难度大。
申请号CN202010516172.X的专利,公开了一种可用于文物及展示柜的三向隔震装置,主要是利用拱形橡胶件实现竖向隔震功能,缺点为拱形橡胶件的弧度难以确定,不能准确的调整隔震器的频率。
申请号CN201910467583.1的专利,公开了一种用于空气弹簧-摩擦摆多维隔震装置。主要是利用空气弹簧实现竖向隔震功能,但空气弹簧长期处于充气状态,存在漏气的可能性,会影响装置的性能。
基于已有技术,我们提出在竖向隔震器中加入恒力弹簧,组成恒力弹簧型竖向隔震器,具有以下特点:(1)利用恒力弹簧平衡上部结构重力,根据被隔震结构的重力选择合适的恒力弹簧,恒力弹簧的拉力应与上部结构的重力相近,选定合理的竖向隔震频率,利用刚度调节弹簧调整隔震器自振频率;(2)刚度调节弹簧发挥隔震作用,恒力弹簧发挥平衡上部结构重力作用,既能减小结构竖向地震反应,又能解决竖向隔震中上部结构重力难以平衡的问题。
发明内容:
本发明涉及一种恒力弹簧型竖向隔震器,主要解决目前竖向隔震器效果普遍不理想的技术问题。
为实现上述目的,本发明的设计方案如下:
组成部件包括恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11。其连接方式为:恒力弹簧1固定于外部导轨9侧面,恒力弹簧1与中间肋板3相连,中间肋板3与内部导轨2相连,内部导轨2可以竖向伸缩,在伸缩的过程中带动导向杆4运动,同时导向杆4的运动带动滑块6沿滑块导轨7水平运动,滑块导轨7左右两端固定于固定块8,两端滑块6用刚度调节弹簧5连接,隔震器顶板10和隔震器底板11用外部导轨9相连,外部导轨9可以竖向伸缩运动。隔震器顶板10上放置被隔震物体。
恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、外部导轨9以隔震器顶板10、隔震器底板11的形心为中心,在四周中心对称均匀布置,数量不限。
导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8组合后,在隔震器底板11上表面平行布置,根据隔震器需要的竖向频率,确定需要布置的数量和刚度调节弹簧5的刚度。
恒力弹簧1提供的总竖向力与上部结构重力相等。
内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11的形状可为正方体、圆柱体、长方体。
制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢、铝合金。
外部导轨9起支撑作用,使内部导轨2、隔震器顶板10只发生竖直方向运动,无侧向运动。
附图说明:
图1一种恒力弹簧型竖向隔震器平面图
图中:恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、刚度调节弹簧(5)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11)。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
图1为一种恒力弹簧型竖向隔震器平面图,由恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11组成。恒力弹簧1固定于外部导轨9侧面,恒力弹簧1与中间肋板3相连,中间肋板3与内部导轨2相连,内部导轨2可以竖向伸缩,在伸缩的过程中带动导向杆4运动,同时导向杆4的运动带动滑块6沿滑块导轨7水平运动,滑块导轨7左右两端固定于固定块8,两端滑块6用刚度调节弹簧5连接,隔震器顶板10和隔震器底板11用外部导轨9相连,外部导轨9可以竖向伸缩运动。隔震器顶板10上放置被隔震物体。
恒力弹簧1提供的竖向力方向为竖直向上,与上部结构质量相等,上部结构质量应考虑内部导轨2、中间肋板3、隔震器顶板10、被隔震物体的总质量;调整刚度调节弹簧5刚度使隔震器有合理的竖向隔震频率,避开地震波卓越周期,发挥隔震作用。
所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器,其恒力弹簧1和刚度调节弹簧5的参数可按以下方式确定:
步骤一,确定上部结构的质量,根据上部结构质量确定恒力弹簧1的型号和参数;
步骤二,根据现有文献资料、试验数据等选定合理的竖向隔振频率ω;
步骤三,设内部导轨2质量为m1,中间肋板3质量为m2,隔震器顶板10质量为m3,被隔震物体质量为m4;
步骤三,根据单自由度体系自振频率的计算公式计算出刚度调节弹簧5刚度k2=ω2(m1+m2+m3+m4)。
恒力弹簧1、内部导轨2、中间肋板3、外部导轨9以隔震器顶板10、隔震器底板11的形心为中心,在四周中心对称均匀布置,数量不限。
导向杆4、刚度调节弹簧5、滑块6、滑块导轨7、固定块8组合后,在隔震器底板11上表面平行布置,根据隔震器需要的竖向频率,确定需要布置的数量和刚度调节弹簧5的刚度。
恒力弹簧1提供的总竖向力与上部结构重力相等或相近。
内部导轨2、中间肋板3、导向杆4、滑块6、滑块导轨7、固定块8、外部导轨9、隔震器顶板10、隔震器底板11的形状可为正方体、圆柱体、长方体。
制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢、铝合金。
外部导轨9起支撑作用,使内部导轨2、隔震器顶板10只发生竖直方向运动,无侧向运动。
Claims (3)
1.一种恒力弹簧型竖向隔震器,其特征在于:包括恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、刚度调节弹簧(5)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11);恒力弹簧、内部导轨、中间肋板、外部导轨以隔震器顶板、隔震器底板的形心为中心,在四周中心对称均匀布置;导向杆、刚度调节弹簧、滑块、滑块导轨、固定块组合后,在隔震器底板上表面平行布置;外部导轨起支撑作用,使内部导轨、隔震器顶板只发生竖直方向运动,无侧向运动;
恒力弹簧(1)固定于外部导轨(9)侧面,恒力弹簧(1)与中间肋板(3)相连,中间肋板(3)与内部导轨(2)相连,内部导轨(2)可以竖向伸缩,在伸缩的过程中带动导向杆(4)运动,同时导向杆(4)的运动带动滑块(6)沿滑块导轨(7)水平运动,滑块导轨(7)左右两端固定于固定块(8),两端滑块(6)用刚度调节弹簧(5)连接,隔震器顶板(10)和隔震器底板(11)用外部导轨(9)相连,外部导轨(9)可以竖向伸缩运动;隔震器顶板(10)上放置被隔震物体;恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、导向杆(4)、滑块(6)、固定块(8)和外部导轨(9)均至少有两个,且恒力弹簧(1)、内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、滑块(6)、固定块(8)、外部导轨(9)轴对称布置。
2.根据权利要求1所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器,其特征在于:内部导轨(2)、中间肋板(3)、导向杆(4)、滑块(6)、滑块导轨(7)、固定块(8)、外部导轨(9)、隔震器顶板(10)、隔震器底板(11)的形状为正方体、圆柱体或长方体。
3.根据权利要求1所述的一种恒力弹簧型竖向隔震器,其特征在于:制作各部件所用的材料为普通碳钢、不锈钢或铝合金。
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CN213869165U (zh) * | 2020-11-07 | 2021-08-03 | 单齐云 | 一种建筑结构设计用减震装置 |
CN114321248A (zh) * | 2021-12-11 | 2022-04-12 | 北京工业大学 | 一种动力平衡型竖向隔震器 |
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