CN217379954U - 一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，装置由上钢筒、下钢筒、下部隔减震单元、上部隔减震单元和流体阻尼材料组成。在地震或振动作用时，水平方向由下部隔减震单元通过剪切变形隔震和减震，竖向通过弹簧和粘弹性垫的压缩变形隔离振动传递并消耗振动能量。此外，装置采用了流体阻尼材料，环向凸台，阻尼圆孔等创新性设计，增加了多方向的阻尼比，解决了抗拉拔和抗扭转等技术难题。本装置可有效应对工程结构服役期间普遍存在的多方向、宽频域复杂振动灾害，并具有受力过程明确，加工制造便捷等优势，易于在工程中推广应用。

Description

一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置

技术领域

本实用新型涉及隔减震技术，具体是一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置。

背景技术

有害振动是各类工程结构中存在的共性问题。地震、强风等多方向、大幅值、低频突发性振动会造成地面建筑、桥梁等重要基础设施的灾变破坏、倒塌和大量人员伤亡；地铁、高铁运行和机械设备运转产生的多方向、小幅值、高频持续性振动会影响建筑物的使用舒适性、导致设备使用性能的劣化。控制各类有害振动对维护人民生命安全、提升城市灾害防御水平至关重要。

隔减震技术应对工程结构有害振动的一类有效手段，通过在结构中附加子系统，改变受控结构的动力特性，可减少振动灾害对结构的危害。隔减震技术目前已被应用到建筑结构、大跨结构、大跨桥梁等众多工程结构的防灾减灾中。然而，工程中存在的各类有害振动往往具备多维度、宽频域、相耦合等复杂特点，现有隔减震装置存在诸多局限性。一方面，这些装置通常控制方向单一，只对水平方向的振动或地震起控制效果，难以应对多方向的复杂激励；另一方面，这些装置通常有效隔减振频带窄，无法满足多类型振动的抑振要求

多方向隔减震技术是上述问题的一种有效解决手段，其通过改变结构多方向的刚度和阻尼，以减小多维度振动灾害的影响。但现有多方向隔减震装置往往阻尼比较低、耗能能力弱，存在可调性能差、隔减振频带窄等问题，并且在设计时通常难以兼顾抗拉拔、抗扭转和抗倾覆等问题，这些问题也成为制约多方向隔减震装置进一步发展和推广工程应用的技术瓶颈。

因此，针对上述技术瓶颈，实用新型一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，极具工程价值和应用前景。该装置需要考虑各类有害振动特性的差异，可有效应对具有多方向、宽频域特点的振动灾害，同时装置还应具备较强抗拉拔和抗扭转能力，能保证极端情况下的适用性和可靠性。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，可有效应对工程结构中普遍存在的多方向振动灾害，并具有阻尼比大，隔减震频带宽、抗拉拔和抗扭转能力强、适用范围广的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术手段为：

一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，包括：上钢筒、下钢筒、下部隔减震单元、上部隔减震单元和流体阻尼材料，其中：

所述上钢筒和下钢筒沿同一轴线设置，上钢筒上端封闭，下端开口，筒体顶部与上部结构固结，开口端伸入下钢筒内腔；下钢筒下端封闭，上端开口，底部与结构基础固结；

所述下部隔减震单元同时设置于所述上钢筒和下钢筒内腔，底部与下钢筒封闭端固结，且位于下钢筒中心处，用于隔离和耗散水平方向的振动能量；

所述上部隔减震单元设置于所述上钢筒内腔中心处，顶部与上钢筒封闭端固结，底部与所述水平隔减震单元紧密接触，用于隔离和耗散竖向的振动能量，包括：

连接板，固定于所述下部隔减震单元顶部，并设有若干圆孔，连接板和上钢筒之间设有用于调节装置竖向刚度和阻尼的上部隔减震单元，包括：弹簧，包括若干，若干所述弹簧设置在上钢筒和连接板之间，且围绕所述连接板中心均匀对称布置，

多根导向杆，上端与所述上钢筒封闭端锚固，下端依次穿过所述弹簧和所述连接板的圆孔后，紧固于连接板底面；

粘弹性垫，包括若干，若干所述粘弹性垫设置在上钢筒和连接板之间，且围绕所述连接板中心均匀对称布置；

多对限位凹槽，分为上限位凹槽和下限位凹槽，所述上限位凹槽设置于所述上钢筒封闭端内表面，下限位凹槽设置在所述连接板顶面，所述粘弹性垫安装在上、下限位凹槽内；

所述流体阻尼材料填充在所述下钢筒内腔中，并环绕在所述下部隔减震单元外侧；

所述上钢筒底部开口端浸没于流体阻尼材料中，并在底部开口端沿开口端环向设置环形凸块，增大上钢筒的运动阻力。

所述下部隔减震单元为叠层橡胶核心垫，由若干层橡胶和钢板依次交替叠合构成；

所述橡胶层采用天然橡胶材料或高阻尼粘弹性材料，厚度为1~7mm间。

所述上部隔减震单元高度为所述下部隔减震单元的1/4~1/2；

所述弹簧为螺旋弹簧或蝶形弹簧；

所述粘弹性垫为高耗散粘弹性材料，形状为圆柱体，通过压缩变形提供刚度和阻尼。

所述流体阻尼材料为硅油、聚氨酯、酚醛树脂或粘弹性流体材料。

所述上钢筒底部位于所述环形凸块的上部沿环向开设一圈阻尼孔，所述通孔浸没在所述流体阻尼材料中，流体阻尼材料穿过阻尼孔时，提供水平方向的附加阻尼。

所述导向杆一端与所述上钢筒上端通过螺纹连接或焊接，另一端穿过所述连接板圆孔后，通过螺纹和高强螺母紧固于所述连接板底面；

所述连接板圆孔比所述导向杆直径大1~2mm。

所述上限位凹槽、下限位凹槽深度均为1mm~3mm，用于限制粘弹性垫的水平滑移。

所述下部隔减震单元顶部和底部分别设置上封板和下封板，所述上封板和所述连接板通过高强螺栓连接，所述下封板和所述下钢筒封闭端通过高强螺栓连接。

所述上钢筒外壁和所述下钢筒内壁间距离应不小于所述下部隔减震单元中粘弹性材料层厚度的两倍，确保装置能满足水平方向的变形要求。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

一、装置具备多方向的隔减震能力。在水平方向，装置主要发生叠层橡胶核心垫的剪切变形，在竖向，则主要发生弹簧和粘弹性垫的压缩变形，两者均会产生隔震和减震效果，同时，装置水平和竖向的运动时，流体阻尼材料也会提供附加阻尼，进一步增强减震能力，因此，装置克服了传统隔减震装置控制方向单一、阻尼比低等问题，可有效减轻多维复杂振动灾害对受控结构的影响。

二、装置可满足不同结构的竖向承载需求。静载时，装置中下部和上部隔减震单元串联工作，共同承担竖向荷载，其中，下部隔减震单元为叠层橡胶核心垫，具备较大竖向刚度和承载力，上部隔减震单元中的弹簧和粘弹性垫具有较强变形能力，同时，流体阻尼材料对环形凸台的阻力也会抵抗部分竖向荷载，因此，装置具备较强竖向承载能力，可满足不同类型工程结构的承载力要求。

三、装置具有宽频域的隔减震能力。一方面，装置由叠层橡胶的剪切变形提供水平方向阻尼，利用高阻尼粘弹垫的压缩变形产生竖向阻尼，另一方面，装置的上钢筒底部采用环向开孔和环形凸台的创新性设计，并通过硅油、聚氨酯等高流体阻尼材料的剪切和压缩变形提供水平和竖向的附加阻尼，因此，装置阻尼比高、耗能减震效果优异，可在较宽频域范围内有效应对不同类型的振动多源灾害。

四、装置具备较高稳定性和较强抗拉拔能力。装置中上钢筒底部采用了环形凸台的构造，当装置竖向受拉时，由于流体阻尼材料的阻碍效应，将提供较强的抗拉能力，避免装置核心元件的受拉破坏；同时，当装置受扭或受弯时时，流体阻尼同样会约束环形凸台对应方向的运动，产生抵抗扭矩或抵抗弯矩，因此，装置具备较高稳定性，可有效应对多方向振动耦合时受控结构的提离、扭转和倾覆。

五、装置在极端情况下具备变形限位功能。水平变形过大时，装置上钢筒外壁会和下钢筒内壁接触，限制水平方向变形；竖向变形过大时，装置上、下钢筒底部将互相接触，限制竖向变形，因此，装置具备自限位功能，可防止极端情况下因过度变形造成的破坏。

附图说明

图1为本实用新型一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置的详细构造图；

图2为本实用新型一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置的三维视图；

图3为本实用新型一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置的装配爆炸图；

图中，1、上钢筒；1-1、上钢筒环形凸台；1-2、上钢筒环向阻尼孔；2、下部隔减震单元；2-1、叠层橡胶或粘弹性材料；2-2、叠层钢板；2-3、核心垫封板；2-4、下部隔减震单元与上下构件的连接螺栓；3-1、连接板；3-2、弹簧；3-3、粘弹性垫；3-4、导向杆；3-4-1、导向杆上端螺纹；3-4-2、导向杆下端螺纹；3-5、导向杆端部螺母；3-6-1、下限位凹槽；3-6-2、上限位凹槽；4、流体阻尼材料；5、下钢筒。

具体实施方式

下面，结合说明书附图以及具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

如图1至3所示，本实用新型一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，主要包括上钢筒1、下钢筒2、水平隔减震单元3、竖向隔减震单元4和流体阻尼材料5。其中，水平隔减震单元为叠层橡胶核心垫，竖向隔减震单元包括连接板、多个弹簧和粘弹性垫、导向杆和约束钢筒。

实施例

实施例中，下部隔减震单元为高阻尼粘弹性核心支座，将多块钢板和粘弹性片依次叠合后，在高温高压下硫化成型，其中，钢板厚度为2~3mm，粘弹性片厚度为1~7mm，实际厚度依据有关规范和装置应用环境确定。硫化前，叠层橡胶核心垫上下各嵌入一块封板，封板上开设若干螺纹孔，用于连接上部和下部元件。

上部隔减震单元包括连接板、弹簧、粘弹性垫、导向杆和约束钢筒。其中，连接板和叠层橡胶核心垫上封板通过高强螺栓连接，连接板上开设多个圆孔，孔道直径略大于导向杆直径，实现和导向杆间滑动连接。

导向杆两端均开设螺纹，一端连接上钢筒顶板，另一端依次穿过弹簧和连接板圆孔后，通过外六角高强螺母紧固于连接板下表面。设置导向杆后，可限制竖向隔减震单元的水平变形，防止竖向受拉脱开。

弹簧选用金属螺旋弹簧，高度为粘弹性核心支座的1/4~1/2，主要提供竖向的承载和隔震作用，将弹簧套在导向杆上，约束其水平移动。

粘弹性垫采用具有高耗能能力和优异耐老化能力的粘弹性材料，在高温高压下硫化成型，形状为圆柱体，位于上部隔减震单元的限位凹槽内，并分别与上钢筒和连接板紧密接触，在地震或振动时，通过往复压缩变形消耗能量。

限位凹槽分别位于上钢筒封闭端内表明和下钢筒连接板顶面，深度为1~2mm，用于限制粘弹性垫的水平滑移。

上、下钢筒均为圆柱体，一端开口，一端封闭，并将开口端朝上放置，筒体内灌注高标号硅油，粘弹性核心支座安装在上钢筒内部，部分浸入高标号硅油中。

上钢筒支撑于上部隔减震单元上方，开口端朝下放置，其底部通过增大截面的方式设置环形凸台，并在环形凸台上方沿圆周方向开设阻尼孔。装配时，需保证环向凸台和阻尼孔均完全浸没在高标号硅油中，有效实现装置水平和竖向高阻尼特性，同时提升装置的抗拉拔和抗扭转能力。

装置中的各部分元件可同时加工，并依次装配成型。组装完成后，将装置上钢筒顶板与受控结构固结，下钢筒底板与结构基础固结，可实现装置在结构中的安装。

本实用新型实施例一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置的工作方法是：

通过在上部结构和下部振源间设置高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，可提供多方向、宽频域的隔震（振）和减震（振）能力，并且装置具备较强的抗拉拔能力，可有效应避免上部结构在极端情况下的提离效应和倾覆现象，提升结构对复杂振动灾害的防御水平。该装置的几何构造清晰，力学行为明确，根据不同的应用环境，主要分为四个阶段：

静载时，结构的重力由上部、下部隔减震单元和流体阻尼材料共同承担，其中，下部和上部隔减震单元串联工作，为主要的承重元件，同时，流体阻尼材料对上钢筒下端环形凸台的竖向运动存在阻碍作用，也会分担部分竖向荷载。

水平方向地震或振动作用时，由下部隔减震单元和流体阻尼材料共同发挥隔震和减震作用，其中，下部隔减震单元中的叠层橡胶核心垫发生剪切变形，隔绝振动向上传递并消耗部分振动能量；同时，在导向杆约束下，上部隔减震单元和上钢筒整体发生水平位移，下钢筒内腔中的流体阻尼材料将通过上钢筒底部孔道，进一步增强水平方向的减震能力。

竖向地震或振动作用时，上部隔减震单元中弹簧和粘弹性垫使装置形成竖向薄弱层，两者沿导向杆竖向运动，发挥隔震作用，粘弹性垫的通过压缩变形消耗能量，产生减震作用；同时，下钢筒内腔中的流体阻尼材料会阻碍上钢筒环形凸台的竖向运动，产生附加阻尼力，增强竖向的减震能力。

当上部结构发生扭转、摇摆和提离作用时，由于上钢筒底部采用了环形凸台的构造，流体阻尼材料均会阻碍其对应方向的运动。当发生扭转时，上钢筒和流体阻尼材料将承担大部分扭矩，避免装置中下部和上部隔减震单元受扭破坏；当发生摇摆时，流体阻尼材料的阻碍作用会使装置产生抵抗力矩，防止上部结构的倾覆；当装置受拉时，流体阻尼材料和上钢筒将承担绝大部分拉力，保护装置中核心元件不被拉坏，提升了抗拉拔能力。

Claims (9)

1.一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，包括：上钢筒、下钢筒、下部隔减震单元、上部隔减震单元和流体阻尼材料，其中：

所述上钢筒和下钢筒沿同一轴线设置，上钢筒上端封闭，下端开口，筒体顶部与上部结构固结，开口端伸入下钢筒内腔；下钢筒下端封闭，上端开口，底部与结构基础固结；

所述下部隔减震单元同时设置于所述上钢筒和下钢筒内腔，底部与下钢筒封闭端固结，且位于下钢筒中心处，用于隔离和耗散水平方向的振动能量；

所述上部隔减震单元设置于所述上钢筒内腔中心处，顶部与上钢筒封闭端固结，底部与所述水平隔减震单元紧密接触，用于隔离和耗散竖向的振动能量，其特征在于，包括：

连接板，固定于所述下部隔减震单元顶部，并设有若干圆孔，连接板和上钢筒之间设有用于调节装置竖向刚度和阻尼的上部隔减震单元，包括：弹簧，包括若干，若干所述弹簧设置在上钢筒和连接板之间，且围绕所述连接板中心均匀对称布置，

多根导向杆，上端与所述上钢筒封闭端锚固，下端依次穿过所述弹簧和所述连接板的圆孔后，紧固于连接板底面；

粘弹性垫，包括若干，若干所述粘弹性垫设置在上钢筒和连接板之间，且围绕所述连接板中心均匀对称布置；

多对限位凹槽，分为上限位凹槽和下限位凹槽，所述上限位凹槽设置于所述上钢筒封闭端内表面，下限位凹槽设置在所述连接板顶面，所述粘弹性垫安装在上、下限位凹槽内；

所述流体阻尼材料填充在所述下钢筒内腔中，并环绕在所述下部隔减震单元外侧；

所述上钢筒底部开口端浸没于流体阻尼材料中，并在底部开口端沿开口端环向设置环形凸块，增大上钢筒的运动阻力。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述下部隔减震单元为叠层橡胶核心垫，由若干层橡胶和钢板依次交替叠合构成；

所述橡胶层采用天然橡胶材料或高阻尼粘弹性材料，厚度为1~7mm间。

3.根据权利要求2所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述上部隔减震单元高度为所述下部隔减震单元的1/4~1/2；

所述弹簧为螺旋弹簧或蝶形弹簧；

所述粘弹性垫为高耗散粘弹性材料，形状为圆柱体，通过压缩变形提供刚度和阻尼。

4.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述流体阻尼材料为硅油、聚氨酯、酚醛树脂或粘弹性流体材料。

5.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述上钢筒底部位于所述环形凸块的上部沿环向开设一圈阻尼孔，所述阻尼孔浸没在所述流体阻尼材料中，流体阻尼材料穿过阻尼孔时，提供水平方向的附加阻尼。

6.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述导向杆一端与所述上钢筒上端通过螺纹连接或焊接，另一端穿过所述连接板圆孔后，通过螺纹和高强螺母紧固于所述连接板底面；

所述连接板圆孔比所述导向杆直径大1~2mm。

7.根据权利要求2所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述上限位凹槽、下限位凹槽深度均为1mm~3mm，用于限制粘弹性垫的水平滑移。

8.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述下部隔减震单元顶部和底部分别设置上封板和下封板，所述上封板和所述连接板通过高强螺栓连接，所述下封板和所述下钢筒封闭端通过高强螺栓连接。

9.根据权利要求1所述的一种高阻尼多方向宽频域抗拉拔隔减震装置，其特征在于，所述上钢筒外壁和所述下钢筒内壁间距离应不小于所述下部隔减震单元中粘弹性材料层厚度的两倍，确保装置能满足水平方向的变形要求。

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