專利名稱：具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
各種形式的支座在土木工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在橋梁工程當(dāng)中，支座連接橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部橋墩橋臺(tái)等基礎(chǔ)部分，主要傳遞內(nèi)力與位移。支座從允許變形上分為固定支座、單向活動(dòng)支座、多向活動(dòng)支座。從支座材料上分為鋼支座、滑動(dòng)支座(聚四氟乙烯支座)、橡膠支座等。在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的是橡膠隔震支座，支座連接結(jié)構(gòu)上部和基礎(chǔ)，在地震作用下提供足夠的水平變形，避免上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的破壞甚至倒塌。隨著結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，結(jié)構(gòu)耗能原件特別是連桿活塞式阻尼器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，有效的耗散地震作用能量，降低結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，從而保證了結(jié)構(gòu)主體的安全。目前在工程上主要采用阻尼器和支座分離工作的形式，優(yōu)點(diǎn)是原件生產(chǎn)加工簡(jiǎn)單，受力簡(jiǎn)明，但工 程應(yīng)用中也存在很多不足之處，比如結(jié)構(gòu)安裝空間有限，連接節(jié)點(diǎn)數(shù)目多、構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)聞等。從優(yōu)化結(jié)構(gòu)耗能原件方面考慮，設(shè)計(jì)一種新型具有限位功能的阻尼裝置與結(jié)構(gòu)支座整體協(xié)同工作，克服上述工程應(yīng)用中遇到的問(wèn)題和不足，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供多樣性的技術(shù)支持，具有重大的工程意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述問(wèn)題，提供了一種具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，該裝置屬于被動(dòng)控制技術(shù)，具有無(wú)需外部能源、限制最大位移、安裝制作簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、成本低廉等特點(diǎn)。在地震、風(fēng)荷載、汽車制動(dòng)力等作用下支座上下連接板產(chǎn)生相對(duì)位移，本裝置中的環(huán)形鋼板在環(huán)形箱體里的粘彈性阻尼材料內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使粘彈性阻尼材料發(fā)生剪切變形，達(dá)到耗散地震能量，減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)的目的。當(dāng)支座上下連接板相對(duì)位移很大時(shí)，環(huán)形箱體能夠起到限位的作用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于包括粘彈性阻尼材料、環(huán)形箱體、環(huán)形鋼板、環(huán)形連接角鋼、密封擋板、加勁板和連接螺栓；所述環(huán)形箱體與上部結(jié)構(gòu)相連，所述環(huán)形箱體內(nèi)徑端設(shè)置有密封擋板，所述環(huán)形鋼板通過(guò)密封擋板內(nèi)插于環(huán)形箱體之內(nèi)，所述環(huán)形鋼板與環(huán)形連接角鋼通過(guò)安裝螺栓可靠連接；所述環(huán)形連接角鋼與連接上部結(jié)構(gòu)的支座的支座下板通過(guò)連接螺栓相連；所述環(huán)形箱體內(nèi)部存儲(chǔ)粘彈性阻尼材料，環(huán)形鋼板可在箱體內(nèi)作水平面運(yùn)動(dòng)；所述環(huán)形箱體外緣均布有加勁板。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，粘彈性阻尼材料存放于環(huán)形箱體內(nèi)，環(huán)形鋼板可以在任意水平方位內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。確保結(jié)構(gòu)在任意方向外力作用下裝置都能產(chǎn)生阻尼力，可以結(jié)合多向活動(dòng)支座協(xié)同工作。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，環(huán)形箱體內(nèi)的粘彈性阻尼材料是一種高分子聚合物，它的力學(xué)特性介于粘性液體和彈性固體之間，材料成分是以下幾種材料之一橡膠型高分子聚合物、浙青型高分子聚合物、石墨型高分子聚合物。粘彈性阻尼材料可以在應(yīng)力應(yīng)變條件下耗散輸入結(jié)構(gòu)的能量，減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，從而提高主體結(jié)構(gòu)的安全性。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，環(huán)形鋼板和環(huán)形箱體可以根據(jù)不同結(jié)構(gòu)方向?qū)?yīng)的剛度及所需的阻尼力大小，平剖面可為橢圓形或正圓形。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，環(huán)形箱體的最小內(nèi)短軸(對(duì)應(yīng)橢圓形)或內(nèi)徑(對(duì)應(yīng)正圓形)應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件下部支座直徑的I. 2倍，以滿足安裝要求，環(huán)形箱體最小外短軸(對(duì)應(yīng)橢圓形)或外徑(對(duì)應(yīng)正圓形)應(yīng)為支座直徑、環(huán)形鋼板寬度、支座最大位移三者之和，當(dāng)相對(duì)位移超過(guò)支座最大位移時(shí)，環(huán)形箱體可以阻止環(huán)形鋼板的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)支座限位功能，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)滑傾覆等震害，保證其穩(wěn)定性和可靠性。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，密封擋板可以采用高性能鋼材或高強(qiáng)度樹(shù)脂類材料對(duì)環(huán)形箱體進(jìn)行密封，確保粘彈性阻尼材料的完整性。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，環(huán)形連接角鋼應(yīng)與支座下板進(jìn)行可靠連接，確保能夠傳遞多方向阻尼力。所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，環(huán)形鋼板寬度可以靈活選擇，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式所需的阻尼力大小，確定環(huán)板寬度，但不宜大于支座直徑的2倍，以滿足阻尼器能夠在各方向均勻出力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下I)本發(fā)明中的環(huán)型箱體和環(huán)型鋼板的優(yōu)化結(jié)合，為結(jié)構(gòu)提供來(lái)自各個(gè)方向的阻尼力，實(shí)現(xiàn)了活塞式阻尼器無(wú)法做到的多向阻尼力輸出?！?br>
2)本發(fā)明中的環(huán)形鋼板在環(huán)型箱體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以作為支座的限位裝置，限位方向也是多向性的，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)滑傾覆等震害，保證其穩(wěn)定性和可靠性。3)本發(fā)明采用環(huán)形阻尼器與支座結(jié)合為一體共同工作，受力合理，充分利用支座周邊空間，不占用結(jié)構(gòu)其他部位，減少了連接節(jié)點(diǎn)。4)本發(fā)明構(gòu)造連接簡(jiǎn)單，所用材料成本較低，可以與支座同時(shí)進(jìn)行施工安裝。
圖I為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置側(cè)剖面示意圖；圖2為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置水平剖面示意圖；圖3為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置安裝在自錨式懸索橋上的側(cè)面示意圖；圖4為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置安裝在自錨式懸索橋上的平面示意圖；圖5為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置安裝在自錨式懸索橋上的橋塔正面示意圖；圖6為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置安裝在建筑結(jié)構(gòu)隔震層的正面示意圖；圖7為本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置安裝在建筑結(jié)構(gòu)隔震層的平面示意圖；圖中I一粘彈性阻尼材料，2—環(huán)形箱體，3—環(huán)形鋼板，4一環(huán)形連接角鋼，5—密封擋板，6—加勁板，7—連接螺栓，8—支座，9一支座上板，IO—支座下板，11一上部結(jié)構(gòu)，12—具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，13—橋墩,14一橋塔，15一橋面，16—吊索，17—隔震結(jié)構(gòu)上部，18—結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例I : 懸索橋作為常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)形式，因其跨越能力大，受力性能好，輕盈美觀等特點(diǎn)，在我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目中占有重要的比例。如圖3，圖4，圖5所示，某自錨式懸索橋主跨165m，副跨135m，主塔高126. 5m，橋面恒荷載和活荷載主要由安裝在橋塔14上的主纜和吊索I6承擔(dān)，橋面15則通過(guò)支座8連接在橋墩13或橋臺(tái)之上。對(duì)于自錨式懸索橋的吊索體系，在地震、風(fēng)雨激勵(lì)、汽車荷載等作用下，橋面15會(huì)在縱橋向和橫橋向產(chǎn)生比較大的位移，因此自錨式懸索橋的減振控制是非常重要的。傳統(tǒng)的作法是在橋墩13安裝支座，起減振控制作用的阻尼器在橋面15側(cè)向另行安裝。而使用本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12后，阻尼器和支座在同一位置安裝，避免了阻尼器安裝在側(cè)向所占空間，同時(shí)可以向各方向提供阻尼力，使橋面在外荷載作用下能夠滿足位移和過(guò)橋舒適度要求。當(dāng)遭遇罕遇地震作用下，橋面位移量超過(guò)設(shè)計(jì)最大值時(shí)，環(huán)形箱體2與環(huán)形鋼板3將作為限位裝置發(fā)揮作用，防止自錨式懸索橋在大震下發(fā)生側(cè)滑落梁等震害。本實(shí)施例的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置包括粘彈性阻尼材料I、環(huán)形箱體2、環(huán)形鋼板3、環(huán)形連接角鋼4、密封擋板5、加勁板6和連接螺栓7 ;環(huán)形箱體2與上部結(jié)構(gòu)-橋面15相連，環(huán)形箱體2內(nèi)徑端設(shè)置有密封擋板5，環(huán)形鋼板3通過(guò)密封擋板5內(nèi)插于環(huán)形箱體2之內(nèi)，環(huán)形鋼板3與環(huán)形連接角鋼4通過(guò)安裝螺栓可靠連接；環(huán)形連接角鋼4與支座8的支座下板10通過(guò)連接螺栓7相連；環(huán)形箱體2內(nèi)部存儲(chǔ)粘彈性阻尼材料1，環(huán)形鋼板3可在箱體內(nèi)作水平面運(yùn)動(dòng)；環(huán)形箱體2外緣均布有加勁板6。首先，根據(jù)實(shí)際橋梁的結(jié)構(gòu)特性(質(zhì)量，剛度等)、支座參數(shù)和工程需求，設(shè)計(jì)橋梁支座8采用直徑800mm的盆式橡膠支座8，支座最大位移200mm，粘彈性阻尼材料采用橡膠型高分子聚合物，環(huán)形箱體2和環(huán)形鋼板3采用橢圓形，橢圓內(nèi)(外)短軸與橢圓內(nèi)(外)長(zhǎng)軸之比取為I :1. 25，內(nèi)短軸為960mm，外短軸為1700mm，環(huán)形鋼板3寬250mm。并制作具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12的各個(gè)組成部分。其次，將具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12拼裝環(huán)套在支座8上，并與橋面15可靠連接，可采用預(yù)埋鋼板焊接或高強(qiáng)螺栓連接，環(huán)形鋼板3與連接角鋼4采用安裝螺栓連接。之后，將具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12安裝在橋梁多個(gè)支座8處，并使其環(huán)形連接角鋼4與支座下板10相連接。確保具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12與支座8的整體工作。實(shí)施例2 在房屋建筑結(jié)構(gòu)中，隔震結(jié)構(gòu)逐漸在工程中得到發(fā)展和應(yīng)用，特別是在高烈度地區(qū)多層房屋結(jié)構(gòu)中使用較多。如圖6，圖7所示，某隔震建筑，上部結(jié)構(gòu)11為框架結(jié)構(gòu)，底層共12根柱子，柱網(wǎng)尺寸3mX4m。所有柱底由500mmX900 mm的縱橫向梁連接組成隔震層。每根柱下安裝夾層橡膠隔震支座8，增設(shè)一定數(shù)量的阻尼器，達(dá)到耗能減震作用，為了防止結(jié)構(gòu)整體傾覆，在隔震層周邊安裝限位裝置。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)造成隔震層元件安裝復(fù)雜，空間占用嚴(yán)重，也不便于后期維護(hù)修復(fù)。如果使用本發(fā)明的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述功能，使隔震層的受力簡(jiǎn)單明確，安裝維護(hù)方便，實(shí)現(xiàn)各方向均勻受力。本實(shí)施例的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置包括粘彈性阻尼材料I、環(huán)形箱體2、環(huán)形鋼板3、環(huán)形連接角鋼4、密封擋板5、加勁板6和連接螺栓7 ;環(huán)形箱體2與隔震結(jié)構(gòu)上部17相連，環(huán)形箱體2內(nèi)徑端設(shè)置有密封擋板5，環(huán)形鋼板3通過(guò)密封擋板5內(nèi)插于環(huán)形箱體2之內(nèi)，環(huán)形鋼板3與環(huán)形連接角鋼4通過(guò)安裝螺栓可靠連接；環(huán)形連接角鋼4與隔震支座8的支座下板10通過(guò)連接螺栓7相連；環(huán)形箱體2內(nèi)部存儲(chǔ)粘彈性阻尼材料1，環(huán)形鋼板3可在箱體內(nèi)作水平面運(yùn)動(dòng)；環(huán)形箱體2外緣均布有加勁板6。
首先，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)隔震層的特性(質(zhì)量，剛度等)、支座參數(shù)和工程需求，設(shè)計(jì)柱下隔震支座8采用直徑600mm的夾層橡膠支座8，支座8最大位移100mm，粘彈性阻尼材料采用浙青型高分子聚合物，環(huán)形箱體2和環(huán)形鋼板3采用圓形，內(nèi)直徑為750mm，外直徑為1300_，環(huán)形鋼板3寬150_。并制作具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12的各個(gè)組成部分。其次，將具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12拼裝環(huán)套在支座8上，并與隔震結(jié)構(gòu)上部17可靠連接，可采用預(yù)埋鋼板焊接或高強(qiáng)螺栓連接，環(huán)形鋼板3與環(huán)形連接角鋼4采用安裝螺栓連接。之后，將具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12安裝在隔震層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)18上多個(gè)支座8處，并使其環(huán)形連接角鋼4與支座下板10相連接。確保具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置12與支座8的整體工作。以上為本發(fā)明的2個(gè)典型實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
權(quán)利要求
1.具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置包括粘彈性阻尼材料(I)、環(huán)形箱體(2)、環(huán)形鋼板(3)、環(huán)形連接角鋼(4)、密封擋板(5)、加勁板(6)和連接螺栓(7);所述環(huán)形箱體(2)與上部結(jié)構(gòu)(11)相連，所述環(huán)形箱體(2)內(nèi)徑端設(shè)置有密封擋板(5)，所述環(huán)形鋼板(3)通過(guò)密封擋板(5)內(nèi)插于環(huán)形箱體(2)之內(nèi)，所述環(huán)形鋼板(3)與環(huán)形連接角鋼(4)通過(guò)安裝螺栓可靠連接；所述環(huán)形連接角鋼(4)與連接上部結(jié)構(gòu)的支座(8)的支座下板(10)通過(guò)連接螺栓(7)相連；所述環(huán)形箱體(2)內(nèi)部存儲(chǔ)粘彈性阻尼材料(1)，環(huán)形鋼板(3)可在箱體內(nèi)作水平面運(yùn)動(dòng)；所述環(huán)形箱體(2)外緣均布有加勁板(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于所述粘彈性阻尼材料(I)存放于環(huán)形箱體(2)內(nèi)，環(huán)形鋼板(3)可在環(huán)形箱體(2)內(nèi)任意水平方位內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于所述粘彈性阻尼材料(I)材料成分是以下幾種材料之一橡膠型高分子聚合物、浙青型高分子聚合物、石墨型高分子聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于所述環(huán)形鋼板(3)和環(huán)形箱體(2)的平剖面為橢圓形或正圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于所述環(huán)形箱體(2)的最小內(nèi)短軸或內(nèi)徑大于所述支座(8)直徑的I. 2倍；所述環(huán)形箱體(2)的最小外短軸或外徑為所述支座(8)直徑、環(huán)形鋼板(3)寬度、所述支座(8)最大位移三者之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，其特征在于環(huán)形鋼板(3)的寬度不大于支座(8)直徑的2倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有限位功能的環(huán)形粘彈性阻尼裝置，屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括粘彈性阻尼材料、環(huán)形箱體、環(huán)形鋼板、密封擋板、加勁板、環(huán)形連接角鋼和連接螺栓。裝置環(huán)型箱體與結(jié)構(gòu)相連，環(huán)型鋼板與支座下板相連，整體協(xié)同工作。在外荷載作用下結(jié)構(gòu)在支座處產(chǎn)生相對(duì)位移，環(huán)型鋼板在箱體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得箱體內(nèi)粘彈性阻尼材料發(fā)生剪切變形從而耗散能量，起到耗能減震的作用。同時(shí)環(huán)形箱體與環(huán)形鋼板可以作為限位裝置發(fā)揮作用，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)滑傾覆等震害，保證其穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)E01D19/04GK102912723SQ20121042565
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者閆維明, 馬裕超, 何浩祥, 石魯寧 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)