大变形大吨位复合粘弹性阻尼器

摘要

大变形大吨位复合粘弹性阻尼器是一种用于土木工程结构抗振(震)的装置，该阻尼器由大变形粘弹性阻尼器(1)和铅挤压阻尼器(2)相结合而构成，中间是大变形粘弹性阻尼器(1)，四周对称布置多个铅挤压阻尼器(2)，各阻尼器的上部分别与上钢板(3)相连接，各阻尼器的下部分别与下钢板(4)相连接，使所有阻尼器连接成一个整体。本发明结合大变形粘弹性阻尼器与铅挤压阻尼器的优点形成了大变形大吨位复合粘弹性阻尼器。该阻尼器性能优良、价格低廉、制作方便。

说明书

技术领域

本发明是一种用于土木工程结构抗振(震)的装置，尤其是针对大变形大吨位的情况。

背景技术

地震力和风振力是建筑结构所承受的主要控制荷载，也是导致建筑结构发生破坏和倒塌的主要因素，准确地认识结构在动荷载作用下的受力机理和动力响应，并对其实施可靠的抗振(震)保护措施是一个前沿性的研究课题。结构耗能减振控制是一种新型的抗振(震)方式，即利用耗能减振装置消耗外部激励能量，以达到减轻外部激励对主结构的破坏。目前针对风振和地震开发研究的耗能减振装置主要有流体阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等。流体阻尼器利用流体的运动耗散振动能量，但在灌注过程中容易产生气泡，从而导致耗能曲线的颈缩现象，且具有易渗漏造价高昂的缺点；金属阻尼器和摩擦阻尼器制作方便、造价低廉，但其耗能性能具有滞变性，可能会对结构的加速度响应产生不利的影响，且金属阻尼器的耗能性能易受到金属特性、阻尼器形状等多种参数的影响；粘弹性阻尼器造价低廉，耗能能力强，是工程应用中最为广泛的减震装置之一，然而其性能受外界环境温度的影响较大，且变形能力受粘弹性层厚度的制约具有变形小的缺点，一般最大变形仅有60mm(300％应变幅值)，这是由于粘弹性层厚度最大为20mm，当厚度过大时，粘弹性层容易发生翘曲失稳，同时由于粘弹性层厚度的增大，粘弹性层所受的剪切承载力降低，阻尼器承受的吨位减小，为了扩展粘弹性阻尼器的应用范围与适用条件，加大粘弹性阻尼器的变形限值，增加粘弹性阻尼器的阻尼力，减小温度对粘弹性阻尼器的影响，本发明专利结合各种阻尼器的优点，研制开发了一种新型性能优良、价格低廉、具有大变形大吨位特性的复合粘弹性阻尼器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉、制作方便的大变形大吨位复合粘弹性阻尼器。

技术方案：本发明的大变形大吨位复合粘弹性阻尼器由大变形粘弹性阻尼器和铅挤压阻尼器相结合而构成，中间是大变形粘弹性阻尼器，四周对称布置多个铅挤压阻尼器，各阻尼器的上部分别与上钢板相连接，各阻尼器的下部分别与下钢板相连接，使所有阻尼器连接成一个整体。

其中，所述的大变形粘弹性阻尼器由内约束钢板、外约束钢板及粘弹性材料层组成；内约束钢板位于中间，在内约束钢板的两侧设有粘弹性材料层，在粘弹性材料层的两外侧设有外约束钢板，外约束钢板的下部与下钢板连接在一起；内约束钢板的上部与上钢板连接在一起。大变形粘弹性阻尼器中，采用在厚的粘弹性材料层中分层加设薄钢板，保证了其在大变形时具有良好的整体稳定性。

所述的铅挤压阻尼器由外钢筒和位于其内部的钢棒组成，端部钢板位于外钢筒中并与外钢筒固定连接，将外钢筒分成上腔体和下腔体两部分，位于外钢筒内的钢棒上设有一钢棒突起处，在上腔体部分的外钢筒上设有灌注口，下腔体是空腔，保证了钢棒的运动空间。外钢筒的下部与下钢板连接在一起，钢棒的上部与上钢板连接在一起。

将大变形大吨位复合粘弹性阻尼器加设于柱间支撑、梁柱节点、桁架下弦杆等可能产生较大变形的部位。当结构因振动而发生变形时，粘弹性阻尼器的内约束钢板和外约束钢板产生相对错动，粘弹性材料层发生剪切变形耗散振动能量，如果变形较大，由于在粘弹性材料层中分层设有薄钢板，它们保证了粘弹性层的整体刚度，粘弹性阻尼器不会发生翘曲失稳现象，这样无论是对于阻尼器的使用寿命还是对于其耗能能力都是有利的。当结构因振动而发生变形时，铅阻尼器与粘弹性阻尼器协同工作，对于铅挤压阻尼器，结构振动导致铅阻尼器的挤压轴往复运动，套筒内的铅发生塑性流动变形，提供较大的阻尼力，同时吸收、消耗外部输入的能量。同时由于使用了受温度影响很小的铅阻尼器，大大削弱了温度对单一粘弹性阻尼器的影响程度。

由此可以看出，该大变形大吨位复合粘弹性阻尼器具有高耗能、大变形、制作简单、温度影响小的优点。

有益效果：本发明的大变形大吨位复合粘弹性阻尼器具有以下优点：

(一)充分利用了铅的剪切挤压滞回变形及粘弹性材料的剪切滞回变形两种耗能机制，具有很好的滞回性能和阻尼特性；

(二)在粘弹性阻尼器的粘弹性层中采用加入分层薄钢板的方法，保证了在其提供较大变形的同时具有良好的整体稳定性；

(三)由于粘弹性阻尼器的共同作用改善了铅阻尼器耗能性能的滞变性；

(四)铅挤压阻尼器的使用使阻尼结构受环境温度的影响减小，同时提供了较大的阻尼力解决了粘弹性材料吨位小的问题；

(五)试件制作简单方便、造价低廉。该减震装置可广泛地用于毗邻建筑、桥梁结构和塔桅结构等可能产生大的变形和需要提供大的吨位的土木工程结构的抗风和抗震工程中。

附图说明

图1为本发明的立剖面结构示意图。

图2为本发明的平剖面结构示意图。

图中有：大变形粘弹性阻尼器1、内约束钢板10、粘弹性材料层11、薄钢板111、外约束钢板12；铅挤压阻尼器2、钢棒21、钢棒突起处211、外钢筒22、灌注口221、上腔体222、端部钢板23、下腔体223；上钢板3、下钢板4。

具体实施方式

本发明的大变形大吨位复合粘弹性阻尼器由大变形粘弹性阻尼器1和铅挤压阻尼器2相结合而构成，中间是大变形粘弹性阻尼器1，四周对称布置多个铅挤压阻尼器2，各阻尼器的上部分别与上钢板3相连接，各阻尼器的下部分别与下钢板4相连接，使所有阻尼器连接成一个整体。

其上所述的大变形粘弹性阻尼器1由内约束钢板10、外约束钢板12及粘弹性材料层11组成；内约束钢板10位于中间，在内约束钢板10的两侧设有粘弹性材料层11，在粘弹性材料层11的两外侧设有外约束钢板12，外约束钢板12的下部与下钢板4连接在一起；内约束钢板10的上部与上钢板3连接在一起。

铅挤压阻尼器2由外钢筒22和位于其内部的钢棒21组成，端部钢板23位于外钢筒22中并与外钢筒22固定连接，将外钢筒22分成上腔体222和下腔体223两部分，位于外钢筒22内的钢棒21上设有一钢棒突起处211，在上腔体222部分的外钢筒22上设有灌注口221，铅由位于外钢筒上的两个灌注口221灌入腔体，下腔体223是空腔，保证了钢棒的运动空间，外钢筒22的下部与下钢板4连接在一起，钢棒21的上部与上钢板3连接在一起。大变形粘弹性阻尼器1中，采用在厚的粘弹性材料层11中分层加设薄钢板111，保证了其在大变形时具有良好的整体稳定性。

当结构振动时粘弹性阻尼器的内约束钢板10与外约束钢板12产生相对错动，粘弹性材料层11发生剪切变形耗散大量的振动能量，同时由于在粘弹性材料层11中分层设有薄钢板111，因此保证了粘弹性阻尼器1在产生大变形时不发生翘曲；对于铅挤压阻尼器2，结构振动推动钢棒21往复运动，外钢筒22内的铅随之发生塑性流动变形，产生阻尼力，从而达到吸收、耗能的效果。在灌注铅的时候，铅通过灌注口221灌入上腔体222中，待铅灌注密实后，将密封口密封，再撤除灌注口221的管道，将灌注口221密封。该减震器结合了粘弹性阻尼器1大变形和铅挤压阻尼器2大吨位且受环境温度影响小的的优点，具有良好的应用前景。