CN116356975A - 一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器 - Google Patents

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曾显志
朱圣春
袁星
赵灿晖
徐腾飞
段佳宏
梁桓玮
汪钺宸
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Abstract

本发明公开了一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，多层的环形钢板同轴线设置，相邻两层环形钢板之间的环形空隙设有高阻尼黏弹性材料，高阻尼黏弹性材料固定在环形钢板上；间隔层叠的环形钢板和高阻尼黏弹性材料组成减震器主体；其中最外一层的环形钢板作为外套筒；外套筒后端比其他环形钢板长，在减震器主体内形成一段空腔；第一端部连接装置的内侧接头与减震器主体的最内一层环形钢板前端固定连接；第二端部连接装置的内侧接头与减震器主体的外套筒后端固定连接。本发明构造简单、性能可靠，可适应多种工程结构减震的使用场景。

Description

一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器
技术领域
本发明属于工程结构振动控制领域，尤其涉及一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器。
背景技术
我国地处世界两大地震带——环太平洋地震带和地震海-喜马拉雅地震带之间，工程结构面临严峻的震灾威胁。经过多年的发展，减隔震设计成为保障工程结构震灾安全的重要技术手段。然而，减隔震设计方案需要高性能、定制化的减震器作为支撑。不同建筑、桥梁结构，以及其他构筑物，对减震器的结构性能、安装条件都提出了各式各样的需求，故需要研发新型的高性能减震器，以适应不同结构的减隔震设计需求。
此外，随着轨道交通的发展，轨道沿线的建筑结构、及其内部设施都会受到轨道振动带来的影响。因此，为了保障建筑结构的舒适度、振动敏感型设施的工作性能，需要研发新型的隔振装置，减少大幅高频振动对工程结构、设备设施的影响。
发明内容
本发明目的是提供一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，通过叠层环形钢板的应用，形成高阻尼黏弹性材料的叠层筒式排布，在筒式减震器的轴向变形下，高阻尼黏弹性材料发生剪切变形，耗散工程结构的振动能量。同时，高阻尼粘弹性材料的刚度较小，可以有效阻隔大幅高频振动，达到工程结构、设备设施减振的目的。此外，多层高阻尼黏弹性材料的串联使用，可以更好地发挥不同厚度、不同材性的黏弹性材料的工作性能，实现筒式减震器宏观力学性能指标的合理控制。
本发明提供了如下的技术方案：
一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，包括：多层的环形钢板；
多层的环形钢板同轴线设置，相邻两层环形钢板之间的环形空隙设有高阻尼黏弹性材料，高阻尼黏弹性材料固定在环形钢板上；间隔层叠的环形钢板和高阻尼黏弹性材料组成减震器主体；
其中最外一层的环形钢板作为外套筒；所述的外套筒后端比其他环形钢板长，在减震器主体内形成一段空腔；
还包括一对端部连接装置，分别为第一端部连接装置和第二端部连接装置；
第一端部连接装置的内侧接头与减震器主体的最内一层环形钢板前端固定连接；
第二端部连接装置的内侧接头与减震器主体的外套筒后端固定连接。
本发明中，叠层的环形钢板是该减震器的主要结构，高阻尼黏弹性材料通过硫化工艺固定在叠层的环形钢板之间。叠层的环形钢板与高阻尼黏弹性材料的直径、层数、厚度等参数可以根据使用场景选择。不同位置的环形钢板长度可以不一致，可以根据高阻尼黏弹性材料的支承需求，选择不同位置处的环形钢板长度；
环形钢板可以制作成圆形截面，也可以制作成其他形状的截面，根据减震器的性能需求和安装条件确定。
高阻尼黏弹性材料的厚度、面积可以根据需要进行选择，各层材料并不需要完全一致。在筒式减震器的轴向变形下，该高阻尼黏弹性材料发生剪切变形，通过剪切变形耗散能量。高阻尼黏弹性材料的刚度较小，可将该减震器作为工业设备、精密装置的支座，实现隔绝场地、结构传来的高频振动.
端部连接装置可以将整个减震器的轴向变形，转化为内外侧环形钢板的相对剪切变形，进而带动高阻尼粘弹性材料发生剪切变形。在轴向变形下，该叠层筒式高阻尼黏弹性减震器可通过高阻尼黏弹性材料的剪切变形耗散能量，进而达到减轻结构振动响应的目的。
所述的端部连接装置的外侧接头，设有铰接头或者固定连接头。端部连接装置应根据使用场景进行独立设计，当构件较长时，建议采用铰接连接构造；当构件长度较短时，可采用固结作为连接。端部连接装置的承载力、疲劳性能需要优于高阻尼粘弹性材料，在往复荷载下不发生连接的破坏或者劣化；
优选的，所述的第二端部连接装置内侧接头通过转接装置与减震器主体连接。
所述的转接装置为圆形板，内侧面的边缘与减震器主体的最外一层环形钢板固定连接，所述的第二端部连接装置与转接装置外侧面固定连接。
或者所述的转接装置为骨架式结构，或者圆台式结构。具体形式可依据使用场景选择。
本发明提出的叠层筒式高阻尼粘弹性减震器的典型制造方法，包括以下步骤：
S1：将所述各层环形钢板固定在设计位置，为高阻尼黏弹性材料预留合适的空间；
S2：采用硫化工艺将高阻尼黏弹性材料固定在叠层的环形钢板之间，保障黏弹性材料和钢板的粘接强度；
S3：设计合适端部连接装置，通过焊接、螺栓连接等方法，将其与最内、外侧的环形钢板连接。
本发明提出的叠层筒式高阻尼粘弹性减震器，其整体刚度K可依据各层高阻尼黏弹性材料的力学性能按照串联模型进行计算，其计算式如式(1)所示。需要注意的是，当支撑用于罕遇地震的结构震灾防治时，高阻尼黏弹性材料在大变形条件下可能呈现出超弹性的力学特征，简单的串联分析模型在大变形下可能失效，需要进行足尺模型试验验证。
Figure BDA0004216305540000021
其中：K为叠层筒式高阻尼粘弹性减震器的整体刚度，ki为第i层高阻尼黏弹性材料的剪切刚度，n为高阻尼黏弹性材料的总层数。
相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
1.变形能力强。本发明将减震器的轴向变形转化为叠层黏弹性材料的剪切变形，可以根据变形需求，设置高阻尼黏弹性材料的层数和厚度，多层黏弹性材料的同时使用，可以增强减震器的变形能力。
2.简单可靠，该减震(振)装置主要利用高阻尼黏弹性材料自身的变形提供耗能、减小结构刚度，减震(振)效果好，并且构造形式简单，便于安装。
3.价格低廉，更换简单，该系统技术成本低、制造价格低廉，并且损坏后，便于更换。
附图说明
图1为本发明提供的实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例的剖面结构示意图；
图3为本发明提供的实施例的变形及刚度计算示意图；
图4为本发明提供的实施例的端部连接装置示意图；
图5为本发明提供的实施例在建筑结构抗震设计中的安装示意图；
图6为本发明提供的实施例在轨道板减振设计中的安装立体示意图；
图7为本发明提供的实施例在轨道板减振设计中的安装剖面示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1和图2所示，一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，包括：多层的环形钢板1；
多层的环形钢板1同轴线设置，相邻两层环形钢板1之间的环形空隙设有高阻尼黏弹性材料2，高阻尼黏弹性材料2固定在环形钢板1上；间隔层叠的环形钢板1和高阻尼黏弹性材料2组成减震器主体；
其中最外一层的环形钢板1作为外套筒11；所述的外套筒11后端比其他环形钢板1长，在减震器主体内形成一段空腔；
还包括一对端部连接装置，分别为第一端部连接装置3和第二端部连接装置5；
第一端部连接装置3的内侧接头与减震器主体的最内一层环形钢板11前端固定连接；
第二端部连接装置5的内侧接头与减震器主体的外套筒11后端固定连接。
所述的第二端部连接装置5内侧接头通过转接装置4与减震器主体连接。
如图1和图2所示，本实施例的所述的转接装置4为圆形板，内侧面的边缘与减震器主体的最外一层环形钢板固定连接，所述的第二端部连接装置5与转接装置4外侧面固定连接。
如图3所示，此实施例中，叠层筒式黏弹性减震器发生轴向整体压缩变形，其减震器内部的环形钢板1刚度大、变形小，整体变形主要由高阻尼黏弹性材料2承担，高阻尼黏弹性材料2发生明显剪切变形。此实施例的轴向刚度K可由下式计算：1/K＝1/k1+1/k2+1/k3。
如图4所示，所述的端部连接装置的外侧接头，设有铰接头或者固定连接头。
实施例1
如图5所示，此实施例中，叠层筒式黏弹性阻尼器20安装在框架结构21中，其支撑的长度较大，因此在端部连接装置做成铰接构造，叠层筒式黏弹性阻尼器20仅承受轴向变形。右上端的端部连接装置与上层框架结构的节点连接，左下端的端部连接装置与下层框架结构的节点连接。在地震作用下，框架结构21发生侧向变形，推动叠层筒式黏弹性阻尼器20发生轴向变形，进而其中的黏弹性材料发生剪切应变，耗散地震能量。
实施例2
如图6和图7所示，此实施例中，叠层筒式黏弹性减震器30安装在轨道板结构32下方的底座31上，用于减轻轨道振动对环境带来的影响。当用于轨道结构减振时，该叠层筒式黏弹性减震器30长度较短，端部连接装置可与轨道板固结。通过多层粘弹性材料的串联使用，减小叠层筒式黏弹性减震器30的支撑刚度，过滤轨道振动中的高频分量，有效隔绝轨道振动对周围环境的影响。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，其特征在于，包括：多层的环形钢板(1)；
多层的环形钢板(1)同轴线设置，相邻两层环形钢板(1)之间的环形空隙设有高阻尼黏弹性材料(2)，高阻尼黏弹性材料(2)固定在环形钢板(1)上；间隔层叠的环形钢板(1)和高阻尼黏弹性材料(2)组成减震器主体；
其中最外一层的环形钢板(1)作为外套筒(11)；所述的外套筒(11)后端比其他环形钢板(1)长，在减震器主体内形成一段空腔；
还包括一对端部连接装置，分别为第一端部连接装置(3)和第二端部连接装置(5)；
第一端部连接装置(3)的内侧接头与减震器主体的最内一层环形钢板(11)前端固定连接；
第二端部连接装置(5)的内侧接头与减震器主体的外套筒(11)后端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，其特征在于，所述的第二端部连接装置(5)内侧接头通过转接装置(4)与减震器主体连接。
3.根据权利要求2所述的一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，其特征在于，所述的转接装置(4)为圆形板，内侧面的边缘与减震器主体的最外一层环形钢板固定连接，所述的第二端部连接装置(5)与转接装置(4)外侧面固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，其特征在于，所述的转接装置(4)为骨架式结构，或者圆台式结构。
5.根据权利要求1所述的一种叠层筒式高阻尼黏弹性减震器，其特征在于，所述的端部连接装置的外侧接头，设有铰接头或者固定连接头。
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