CN209585328U - 一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，包括上、下承压钢板及设置在承压钢板之间的粘弹性仿生支撑和核心减震垫部分。其中，设置在隔减震装置中心位置的核心减震垫可以对水平方向的振动作用进行隔离和减弱，分布在核心减震垫四周的粘弹性仿生支撑可以同时对水平方向和竖直方向的振动作用进行减弱，从而实现在水平方向和竖直方向同时对振动激励的隔减震效果。此外，所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置具有较高的装配性，可以根据建筑物不同的隔减震需求选择不同的粘弹性仿生支撑构件参数，使多维隔减震装置的隔减震性能具有较好的可调性。

Description

一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置

技术领域

本实用新型涉及一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置。

背景技术

在建筑物服役期间，建筑结构中的振动作用给建筑物的安全服役造成较大的安全隐患。而振动来自多个方面，如地震动或地铁激励输入建筑结构的振动能量，风荷载输入大跨结构的振动能量，建筑物内部设备为建筑物带来的内部激励等等。

目前，用于建筑物振动控制的传统隔震技术主要针对单向的振动激励进行隔离和减小，如仅隔离水平向地震作用，或地铁的竖向激励振动，或者风荷载引起的竖向振动等等。

传统的隔震装置仅单纯地起到隔震作用，而减震装置也仅发挥减震作用，很少有装置能在起到隔震作用的同时，又具备减震作用，即对建筑结构的振动起隔震和减震的双重效果。此外，在兼备隔震和减震双重效果的同时，又能在多个方向对建筑结构的振动作用产生隔震和减震双重效果的装置则更为少见。

传统的隔震装置在承受压力时可以较好的发挥隔震作用，而在拉力作用下的隔震效果则不佳，有的隔震装置甚至不能承受过大的拉拔力，其竖向抗拉拔性能较差，严重影响了隔震装置在竖直方向的隔震效果。

传统的隔震装置在制造成型后，其力学性能和隔震性能亦随着确定。然而建筑物的振动特性会随建筑物自身结构参数的变化而变化，为适应不同建筑物的振动特性和隔震效果需求，隔震装置的性能应该随着建筑物的隔震效果需求具有一定的参数可调节性。

由上所述，设计一种具有抗拉拔性能的、同时具备隔震和减震双重效果的、且具有装置参数可调节性的多维隔减震装置是一项亟待解决的问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，该装置能够同时对建筑结构中水平方向和竖直方向的振动作用进行隔离和减小，从而为建筑结构提供更加有效的振动控制效果。此外，该装置具有较好的抗拉拔性能，可以使多维隔减震装置在承受较大拉拔力作用时亦能表现出较为优越的隔减震效果，不会发生装置损坏失效现象。菱形仿生支撑的设计使得装置可以实现隔减震性能的可调节性。

实用新型内容：为实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术手段为：

一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，包括：

上承压钢板和下承压钢板，所述上承压钢板和下承压钢板相互平行设置，上承压钢板和建筑物固定连接，用于支撑建筑物，下承压钢板固定在基础上，

粘弹性核心减震垫，设置于上承压钢板和下承压钢板之间的中心处，用于耗散水平方向和竖直方向的振动能量；

还包括四组结构一致的粘弹性仿生支撑，四组粘弹性仿生支撑沿竖直方向设置在上承压钢板和下承压钢板之间且围绕所述粘弹性核心减震垫对称布置，每组粘弹性仿生支撑均包括：长度相同的两根支腿单元，两根支腿单元组成菱形，且相邻的两个支腿单元之间通过销轴铰接，位于中间的两个销轴之间设有水平向布置的粘弹性阻尼器；

限位机构，设置在粘弹性阻尼器中，用于限制粘弹性阻尼器产生的剪切变形量；

所述上承压钢板的下表面和下承压钢板的上表面设置铰接机构，菱形支腿单元上、下两端的销轴通过所述铰接机构与上、下承压钢板进行铰接；

限位钢筒，所述限位钢筒竖向设置在粘弹性核心减震垫的外围，用于限制粘弹性核心减震垫的变形量，其高度比粘弹性核心减震垫高度低，限位钢筒的底端通过固定连接板和下承压钢板之间固定连接；

所述限位钢筒与仿生支撑之间的间隔距离为10~20cm。

所述构成所述核心减震垫中的粘弹性材料采用高耗散粘弹性材料，粘弹性核心减震垫的下端和下承压钢板通过胶粘连接或高温高压硫化连接；粘弹性核心减震垫上部嵌入上承压钢板下表面开设的凹槽中，粘弹性核心减震垫顶部和凹槽通过胶粘连接或高温高压硫化连接。

所述粘弹性核心减震垫为一整块粘弹性材料做成的圆柱体粘弹性垫。

所述圆棒体粘弹性核心减震垫为若干层圆形薄粘弹性材料层和薄钢板间隔叠层减震垫，即包括若干圆形钢板和等直径的薄圆柱体粘弹性材料，若干圆形钢板和薄圆柱体粘弹性材料依次交替叠合。

所述支腿单元由两块等长度的条形钢板构成，通过销钉将两块钢板端部连接。

所述粘弹性阻尼器为夹片式粘弹性阻尼器，所述夹片式粘弹性阻尼器是由两块长方形粘弹性材料层和三块长方形薄钢板通过胶粘连接或高温高压硫化连接而成，最中间的一块长方形薄钢板的端部和菱形支腿单元中一侧的销轴刚性连接，外侧两块长方形薄钢板的另一端和菱形支腿单元中另一侧的销轴刚性连接，每层长方形粘弹性材料层的厚度为1-10mm；

所述限位机构包括：限位滑杆和限位滑槽，其中，在外侧两层钢板的伸出部分上设有沿水平方向对称布置的两个限位滑槽，最中间一层钢板上临近限位滑槽一端的两侧对称固定连接两根伸出所述限位滑槽的限位滑杆，每根所述限位滑杆伸出限位滑槽后折弯90度延伸至最中间一层钢板的另一端再次折弯90度后与最中间一层钢板的侧壁相固定。

所述粘弹性阻尼器为筒式阻尼器。

所述铰接机构包括基板、圆柱形转轴、方转轴、转轴支撑钢块以及销轴连接板，其中，基板通过螺栓和承压钢板连接，基板上朝向粘弹性仿生支撑的一侧对称固定有两个转轴支撑钢块，每个转轴支撑钢块的中心位置开设一个直径大于圆柱形转轴直径的转轴导孔，方转轴设置在两个转轴支撑钢块之间，方转轴两端分别开设螺纹孔。

圆柱形转轴包括两个，每个圆柱形转轴的一端分别穿过转轴导孔后与方转轴端部的螺纹孔螺纹连接形成一个整体的转动棒体。

方转轴上朝向粘弹性仿生支撑的一侧固定连接所述销轴连接板，销轴连接板上焊接固定粘弹性仿生支撑的销轴。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

第一、该装置在竖向设置了粘弹性核心垫，当地震或振动激励作用时，在水平分量作用下发生剪切变形，耗散水平地震能量，起到耗能减震和隔震的双重作用；在竖向作用下，菱形仿生支撑会发生四边形变形，使板式阻尼器中的粘弹性材料发生剪切变形，从而对竖向方向的地震或振动激励作用进行减弱，起到减震作用。所以所述装置具有多维隔减震作用。

第二、在粘弹性核心减震垫的四周设置粘弹性仿生支撑，粘弹性仿生支撑中设置有粘弹性阻尼器，构造合理，传力耗能机制明确，在受到竖直方向的地震或振动激励作用时，粘弹性阻尼器会产生拉伸或挤压变形而进行耗能，从而使得粘弹性核心减震垫不会在过大的竖向拉拔力作用下破坏失效，保障了装置在竖向拉拔力作用下依旧可以安全工作，使装置具有抗拉拔性能。

第三、粘弹性仿生支撑上下端的铰接机构和上、下承压钢板之间为螺栓连接，而且粘弹性仿生支撑中各支腿单元之间都采用销钉连接，所以粘弹性仿生支撑中各支腿单元的尺寸和粘弹性阻尼器中粘弹性材料的厚度和剪切面积都可以调整，可以根据不同的隔减震需求选择组装合适的支腿单元杆件和粘弹性材料，从而使得装置具有隔减震性能的可调节性。

附图说明

图1是具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置的主视图；

其中：1、上承压钢板；2、下承压钢板；3、粘弹性仿生支撑；4、夹片式粘弹性阻尼器；5、粘弹性核心减震垫；6、限位钢筒；7、限位钢筒连接板；8、圆形凹槽；9、螺栓；10、粘弹性仿生支撑腿单元；11、铰接机构；12、粘弹性仿生支撑腿单元条形钢板；13、销钉；14、阻尼器连接板；15、铰接机构；16、长方形薄钢板；17、长方形粘弹性材料；18、限位滑槽；19、限位滑杆；20、连接杆；21圆柱形转轴；22、方转轴；23、转轴支撑钢块；24、基板；25、螺纹；26、转轴导孔；

图2是具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置的变形图；

图3是粘弹性仿生支撑装置主视图；

图4是粘弹性仿生支撑装置侧视图；

图5是夹片式粘弹性阻尼器主视图；

图6是夹片式粘弹性阻尼器侧视图；

图7是铰接机构主视图；

图8是铰接机构侧视图；

图9是铰接机构俯视图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

实施例1

如图所示，本实用新型所述的是一种具有抗拉拔性能的多维隔减震装置。所述抗拉拔多维隔减震装置由上承压钢板1、下承压钢板2、粘弹性仿生支撑3、粘弹性阻尼器4、粘弹性核心减震垫5，限位钢筒6六个部分组成。所述上承压钢板1和下承压钢板2分别位于抗拉拔多维隔减震装置的上、下部位，上承压钢板用以支撑和固定建筑物，下承压钢板固定在基础上。

粘弹性核心减震垫5设置于上承压钢板1和下承压钢板2之间，且位于上承压钢板和下承压钢板的中心处，用于耗散水平方向和竖直方向的振动能量；

限位钢筒6为圆柱形，设置在圆柱形粘弹性核心减震垫5外围，粘弹性核心减震垫的直径略小于限位钢筒6的直径，且底面与限位钢筒底面平齐，顶面略高出限位钢筒3～20mm的高度；所述限位钢筒下端设置连接板7，限位钢筒底部通过连接板和下承压钢板之间采用螺栓9固定。

所述粘弹性核心减震垫5下端和下承压钢板2通过胶粘连接或高温高压硫化连接；粘弹性核心减震垫5上部嵌入上承压钢板中，即在上承压钢板下表面开设一个与粘弹性核心减震垫等直径的圆形凹槽8，将粘弹性核心减震垫顶部和圆形凹槽进行胶粘连接或高温高压硫化连接。

粘弹性仿生支撑3沿竖直方向设置在上承压钢板和下承压钢板之间，共使用四个粘弹性仿生支撑，且围绕所述粘弹性核心减震垫均匀对称布置在粘弹性核心减震垫的四周，用于隔离和耗散水平方向和竖直方向的振动能量。

每个粘弹性仿生支撑3均由两支粘弹性仿生支撑腿单元10构成，每支粘弹性仿生支撑腿单元10由两块等长度的条形钢板12构成，通过销钉13将两块钢板端部连接，使其呈一种鸟类的腿部支撑结构，并且可以在平面内转动。

两支粘弹性仿生支撑腿单元10通过销钉13将上下两端连接，呈菱形布置。

粘弹性阻尼器4设置在粘弹性仿生支撑的水平对角线上，所述粘弹性仿生支撑的上端和下端分别与上承压钢板1和下承压钢板2通过铰接机构11连接。粘弹性仿生支撑3中间的两个节点上分别设置与粘弹性阻尼器连接的阻尼器连接板14，粘弹性仿生支撑3上、下两个节点处分别设置与上、下承压钢板相连接的铰接机构15。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述粘弹性阻尼器4为夹片式粘弹性阻尼器，设置在粘弹性仿生支撑腿单元的水平对角线上，所述夹片式粘弹性阻尼器是由三块长方形薄钢板16和两块长方形粘弹性材料17构成，长方形粘弹性材料17的宽度略小于长方形薄钢板16的宽度，厚度略小于长方形薄钢板16厚度；两块粘弹性材料17夹在三块长方形薄钢板16之间，呈三明治构造，长方形粘弹性材料17和长方形薄钢板16之间通过胶粘连接或高温高压硫化连接。

所述夹片式粘弹性阻尼器的三块长方形薄钢板16中，外围两块钢板在水平方向向一端伸出一定的长度，最中间的一层钢板在水平方向向另一端伸出一定的长度，且向两个方向伸出的钢板分别和设置在粘弹性仿生支撑中间的两个节点上的阻尼器连接板14进行焊接。所述限位机构包括：限位滑杆19和限位滑槽18，其中，在外侧两层钢板的伸出部分上设有沿水平方向对称布置的两个限位滑槽，最中间一层钢板上临近限位滑槽一端的两侧对称固定连接两根伸出所述限位滑槽的限位滑杆，每根所述限位滑杆伸出限位滑槽后折弯90度延伸至最中间一层钢板的另一端再次折弯90度后与最中间一层钢板的侧壁相固定。

设置在夹片式粘弹性阻尼器上的限位机构会限制夹片式粘弹性阻尼器中粘弹性材料的剪切变形量，保障夹片式粘弹性阻尼器不会由于过大的变形而发生破坏失效。

进一步的，作为本实用新型的一个优选实施例，所述上承压钢板1的下表面和下承压钢板2的上表面设置铰接机构11，粘弹性仿生支撑3和上、下承压钢板通过铰接机构11连接；所述铰接机构11包括基板24、圆柱形转21、方转轴22、转轴支撑钢块23以及销轴连接板，其中，基板24通过螺栓和承压钢板连接，基板24上朝向粘弹性仿生支撑的一侧对称固定有两个转轴支撑钢块23，每个转轴支撑钢块的中心位置开设一个直径大于圆柱形转轴直径的转轴导孔，方转轴设置在两个转轴支撑钢块之间，方转轴两端分别开设螺纹孔，圆柱形转轴包括两个，每个圆柱形转轴的一端分别穿过转轴导孔后与方转轴的端部螺纹连接形成一个整体的转动棒体；方转轴上朝向粘弹性仿生支撑的一侧固定连接所述销轴连接板，销轴连接板上焊接固定粘弹性仿生支撑的销轴。

本实用新型进一步公开了一种基于所述具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置的隔减震方法，在竖直方向，当没有地震作用时，在建筑物的自身荷载作用下，粘弹性核心减震垫中的粘弹性材料会受压变形，支撑建筑物，同时会产生一个预压刚度，有利于隔震支座的承压性能。

当装置受到竖向地震或振动激励作用时，粘弹性核心减震垫中粘弹性材料会在振动作用下发生挤压和拉伸，耗散振动能量，起到耗能减震的作用，限位钢筒的设置可以对粘弹性核心减震垫的变形进行约束，防止粘弹性核心减震垫发生变形量过大而失效。

同时，设置在粘弹性核心减震垫周围的粘弹性仿生支撑在竖向地震或振动激励作用下会发生四边形几何变形，从而挤压和拉伸粘弹性仿生支撑中水平方向设置的粘弹性阻尼器，使得粘弹性阻尼器中的粘弹性材料产生剪切变形而起到耗散竖直方向激励的振动能量的效果。

设置在粘弹性阻尼器中的限位机构则会限制粘弹性阻尼器的变形量，使得粘弹性仿生支撑不会产生过大的竖向拉拔变形而破坏失效，从而保证了隔减震装置在拉拔力作用时依旧可以实现多维隔减震效果。

当装置受到水平方向地震或振动激励作用时，首先，粘弹性核心减震垫部分会发生水平方向的错动位移，对水平方向的地震或振动激励进行隔离，限位钢筒的设置可以对粘弹性核心减震垫的变形进行约束，防止粘弹性核心减震垫发生变形量过大而失效。

同时，由于本装置粘弹性仿生支撑的上、下两端均通过铰接机构与上、下承压钢板连接，设置在粘弹性核心减震垫周围的四个粘弹性仿生支撑中的粘弹性阻尼器也会产生变形，实现耗散水平方向激励的振动能量的效果。

设置在粘弹性阻尼器中的限位机构则会限制粘弹性阻尼器的变形量，使得粘弹性仿生支撑不会产生过大的水平方向变形而破坏失效，从而保证了粘弹性阻尼器在拉拔力作用时依旧可以实现多维隔减震效果。

粘弹性仿生支撑上下端的铰接机构和上、下承压钢板之间为螺栓连接，且粘弹性仿生支撑中各支腿单元之间都采用销钉连接，根据不同的隔减震需求，对粘弹性仿生支撑中各支腿单元的尺寸和粘弹性阻尼器中粘弹性材料的厚度和剪切面积进行调整，从而使得装置具有隔减震性能的可调节性。

实施例2

本实施例中，所述夹片式粘弹性阻尼器替换为筒式阻尼器。

实施例3

本实施例中，所述圆棒体粘弹性核心减震垫替换为若干层圆形薄粘弹性材料层和薄钢板间隔叠层减震垫，通过高温高压硫化形成。

Claims (8)

1.一种具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，包括：

上承压钢板和下承压钢板，所述上承压钢板和下承压钢板相互平行设置，上承压钢板和建筑物固定连接，用于支撑建筑物，下承压钢板固定在基础上；

粘弹性核心减震垫，设置于上承压钢板和下承压钢板之间的中心处，用于耗散水平方向和竖直方向的振动能量；

其特征在于，还包括四组结构一致的粘弹性仿生支撑，四组粘弹性仿生支撑沿竖直方向设置在上承压钢板和下承压钢板之间且围绕所述粘弹性核心减震垫对称布置，每组粘弹性仿生支撑均包括：长度相同的两根支腿单元，两根支腿单元组成菱形，且相邻的两个支腿单元之间通过销轴铰接，位于中间的两个销轴之间设有沿水平方向的粘弹性阻尼器；

限位机构，设置在粘弹性阻尼器中，用于限制粘弹性阻尼器的剪切变形量；

所述上承压钢板的下表面和下承压钢板的上表面设置铰接机构，菱形支腿单元上、下两端的销轴通过所述铰接机构与上、下承压钢板进行铰接；

限位钢筒，所述限位钢筒竖向设置在粘弹性核心减震垫的外围，用于限制粘弹性核心减震垫的变形量，其高度比粘弹性核心减震垫高度低，限位钢筒的底端通过固定连接板和下承压钢板之间固定连接；

所述限位钢筒与仿生支撑之间的间隔距离为10~20cm。

2.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述核心减震垫中的粘弹性材料采用高耗散粘弹性材料，粘弹性核心减震垫的下端和下承压钢板通过胶粘连接或高温高压硫化连接；粘弹性核心减震垫上部嵌入上承压钢板下表面开设的凹槽中，粘弹性核心减震垫顶部和凹槽通过胶粘连接或高温高压硫化连接。

3.根据权利要求2所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述粘弹性核心减震垫为一整块粘弹性材料做成的圆柱体粘弹性垫。

4.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，圆棒体粘弹性核心减震垫为若干层圆形薄粘弹性材料层和薄钢板间隔叠层减震垫，即包括若干圆形钢板和等直径的薄圆柱体粘弹性材料，若干圆形钢板和薄圆柱体粘弹性材料依次交替叠合。

5.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述支腿单元由两块等长度的条形钢板构成，通过销钉将两块钢板端部连接。

6.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述粘弹性阻尼器为夹片式粘弹性阻尼器，所述夹片式粘弹性阻尼器是由两块长方形粘弹性材料层和三块长方形薄钢板通过胶粘连接或高温高压硫化连接而成，最中间的一块长方形薄钢板的端部和菱形支腿单元中一侧的销轴刚性连接，外侧两块长方形薄钢板的另一端和菱形支腿单元中另一侧的销轴刚性连接，每块长方形粘弹性材料层的厚度为1-10mm；

所述限位机构包括：限位滑杆和限位滑槽，其中，在外侧两层钢板的伸出部分上设有沿水平方向对称布置的两个限位滑槽，最中间一层钢板上临近限位滑槽一端的两侧对称固定连接两根伸出所述限位滑槽的限位滑杆，每根所述限位滑杆伸出限位滑槽后折弯90度延伸至最中间一层钢板的另一端再次折弯90度后与最中间一层钢板的侧壁相固定。

7.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述粘弹性阻尼器为筒式阻尼器。

8.根据权利要求1所述的具有抗拉拔性能的仿生多维隔减震装置，其特征在于，所述铰接机构包括基板、圆柱形转轴、方转轴、转轴支撑钢块以及销轴连接板，其中，基板通过螺栓和承压钢板连接，基板上朝向粘弹性仿生支撑的一侧对称固定有两个转轴支撑钢块，每个转轴支撑钢块的中心位置开设一个直径大于圆柱形转轴直径的转轴导孔，方转轴设置在两个转轴支撑钢块之间，方转轴两端分别开设螺纹孔；

圆柱形转轴包括两个，每个圆柱形转轴的一端分别穿过转轴导孔后与方转轴端部的螺纹孔螺纹连接形成一个整体的转动棒体；

方转轴上朝向粘弹性仿生支撑的一侧固定连接所述销轴连接板，销轴连接板上焊接固定粘弹性仿生支撑的销轴。