一种初始刚度可预设的橡胶阻尼器的制作方法

本发明涉及一种建筑防振动(或震动)装置，具体涉及含橡胶隔震垫的阻尼装置。

背景技术：

橡胶隔震垫是一种以橡胶作为变形元件的隔震装置，由于橡胶隔震垫具有成本低、承载能力强以及自振频率低的优点被广泛应用于建筑及桥梁等重载场合。

橡胶隔震垫的承载能力强主要体现在抗压能力上面，而抗拉能力往往较差，在较高的拉载荷作用下橡胶隔震垫很容易被撕裂，正是由于抗拉能力弱的缺陷导致橡胶隔震垫在隔震技术领域的应用受到一定的限制。

公开号为CN101769015A的发明专利申请公开了一种“叠层橡胶隔震支座抗拉机构”，该抗拉机构包括上连接座、下连接座和夹持在上下连接座之间的叠层橡胶隔震支座，所述上连接座上设有“L”形的上反力力臂，下连接座上设有倒“L”形的下反力力臂，所述“L”形的上反力力臂和倒“L”形的下反力力臂的水平横边之间设有被两者反向夹持的叠层橡胶隔震支座；当所述抗拉结构受压时，压力由夹持在上下连接座之间的隔震支座承受；当所述抗拉结构受拉时，拉力由所述“L”形的上反力力臂和倒“L”形的下反力力臂转化为对方向夹持在两者之间的隔震支座的压力；这样做虽然使结构具有了抗拉能力，但还存在如下缺点：(1)由不同的隔震支座分别承受双向的载荷，因此最少需要两只叠层橡胶隔震支座，不仅成本更高，而且增大了抗震结构的体积；(2)当一个隔震支座受压时必然会有一个隔震支座受拉，受拉的隔震支座同样存在撕裂风险；(3)工艺上很难保证两只隔震支座的特性相同，因此受力方向不同隔震效果即不同。

人们对于抗震结构尤其是高层建筑物的抗震结构的设计追求一种“抗”与“耗”相结合的综合的抗震性能，即在弱风振和小地震的作用下抗震结构能为建筑物主体提供额外的附加刚度来抵抗外部载荷的作用，保持主体结构的完整性，避免结构主体出现内部损伤；在强风振和大地震的作用下抗震结构则开始屈服变形，通过抗震结构中的阻尼器的阻尼作用来耗散外部能量，使结构主体在强风振和大地震中不至于被严重破坏甚至倒塌。这便要求应用于抗震结构在外部弱载荷的作用下能保持刚性，不发生变形；在外部强载荷的作用下则能变形耗能。现有的橡胶隔震垫明显不具备这样的特性。

公开号为CN101457553A的发明专利申请公开了一种“弹簧刚度可调式调谐质量减振器”，该减振器是一种复合阻尼器，通过改变质量块的厚度改变其特征频率，通过改变粘滞阻尼器的工作介质的流量改变其阻尼比，通过改变弹簧的有效工作长度改变其刚度，其中改变弹簧的有效工作长度的手段有三种，一是采用固化材料将弹簧位于固化筒内的一段固化，二是往螺旋弹簧的中心内塞入约束块，并二者过盈配合，使与约束块接触的一段弹簧失效，三是在约束块表面设置螺旋状凸起，将螺旋状凸起卡在弹簧丝之间，使弹簧丝之间卡有螺旋状凸起的一段弹簧失效。由于橡胶隔震垫的变形元件为橡胶，上述三种改变弹簧的有效工作长度的手段显然不适用于橡胶隔震垫；另外这种形式的阻减震器不仅弹簧的有效工作长度明显缩短，而且只能压缩耗能减振，不能拉伸耗能减振。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种初始刚度可预设的橡胶阻尼器，该阻尼器不仅保持了橡胶隔震垫的有效工作长度，而且既可压缩耗能减振，又可拉伸耗能减振。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种初始刚度可预设的橡胶阻尼器，该阻尼器包括导向套，该导向套的一头设有第一端盖，另一头设有第二端盖，内部同轴设有弹簧；一驱动构件由第一端盖中心伸进导向套内并作用在所述的弹簧上；其特征在于，

所述的弹簧为橡胶隔震垫，该橡胶隔震垫的外径小于导向套的内径，二者之间形成一环形空间；

所述的导向套内还设有反压装置，该反压装置包括三根以上的预压钢丝绳、与预压钢丝绳数量相等的钢丝绳变向元件和一块浮动反压钢板，其中，

所述的浮动反压钢板设在橡胶隔震垫与第二端盖之间；

所述的钢丝绳变向元件绕所述的导向套的轴线对称固定所述的驱动构件上；

所述预压钢丝绳以折线状态分布在所述的环形空间内，且每一根预压钢丝绳的一头绕所述的导向套的轴线对称固定在浮动反压钢板上，另一头穿绕过相对的一个钢丝绳变向元件后折回，然后从该预压钢丝绳在浮动反压钢板上的固定点旁穿过浮动反压钢板固定在所述第二端盖上；

所述的浮动反压钢板上，在每一根预压钢丝绳穿过位置均设有穿过预压钢丝绳的通孔，该通孔的孔径大于所述预压钢丝绳的直径；

所述的导向套与驱动构件及浮动反压钢板之间分别采用动配合；

将预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力，使所述的橡胶隔震垫始终被夹持在驱动构件与浮动反压钢板之间。

上述橡胶隔震垫阻尼器的工作原理如下：当动载荷沿导向套的轴线相对作用时，所述的驱动构件向下压缩橡胶隔震垫；当动载荷沿导向套的轴线相背作用时，预压钢丝绳通过钢丝绳变向元件反向吊起浮动反压钢板压缩橡胶隔震垫。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在橡胶隔震垫阻尼器上，都能压缩橡胶隔震垫，使其发生弹性变形而耗能。

由上述工作原理可见，工作过程中所述的预压钢丝绳与所述浮动反压钢板上的通孔的孔壁不能产生摩擦，否则就会干扰浮动反压钢板的上下移动，因此所述通孔直径比所述预压钢丝绳的直径大多少，应以不干扰和影响浮动反压钢板的上下移动为宜。

上述方案中，所述的钢丝绳变向元件为常见的定滑轮或类似变向功能的吊环形构件，如吊环螺钉、U形构件等。

本发明所述的初始刚度可预设的橡胶阻尼器，其中所述的预压钢丝绳两头可采用焊接固定，也可采用类似吊环螺钉系接固定，但是，如果两头都采用焊接或吊环螺钉系接固定死，那么要达到预设初始刚度的目的，就必须预先计算并严格控制所述预压钢丝绳的长度才能预设的张力，进而达到预设初始刚度的目的。但是，在实际生产调试过程中，要采用控制所述预压钢丝绳长度的方法达到预设初始刚度的目的则存在下述两大难题，一是焊接或系接的过程会产生误差，二是即使控制了焊接或系接的过程所产生误差，但钢丝绳在切断、放置过程中还会导致其特性参数的变化。为了解决上述技术难题，本发明的一个改进方案是：

所述的预压钢丝绳的另一头由钢丝绳自锁锚具固定在第二端盖上；所述的钢丝绳自锁锚具由安装孔、夹爪和防松螺栓构成，其中，

所述的安装孔设在第二端盖上；所述的安装孔由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于导向套内的一侧，且尖头指向所述导向套内，所述螺纹孔位于导向套外的一侧；

所述的夹爪为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3～5瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳的装夹孔；

所述的防松螺栓与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于所述预压钢丝绳直径的圆孔；

所述的夹爪安装在所述锥孔内，防松螺栓安装在所述螺纹孔内。

由上述改进方案可见，将预压钢丝绳的一头固定在浮动反压板上，另一头由所述的钢丝绳自锁锚具的装夹孔和圆孔中穿出，这样即可把露出的绳头系接在牵引张拉机上，在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视张力。当所述预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓即可推动所述夹爪将预压钢丝绳夹紧并锁死，即使预压钢丝绳在反复张弛的振动过程中也不会松动。

为防止所述橡胶隔震垫两头在所述驱动构件和浮动反压钢板上滑动，本发明的另一个改进方案是：所述驱动构件与浮动反压钢板相对的表面上分别设有一定位环，所述橡胶隔震垫两头分别嵌在所述的定位环内。

本发明所述的橡胶隔震垫阻尼器，可广泛用于机械和建筑领域，如，机械设备内部振动的隔离、设备基础隔震、建筑结构的抗震加固、大型建筑的抗震等。

本发明的初始刚度可预设的橡胶阻尼器较现有技术具有以下效果：

(1)沿轴线施加外力，无论该外力为压力还是拉力，所述的橡胶隔震垫均能产生弹性压缩变形而耗能；

(2)当动载荷大于阻尼器预设初始刚度的抵御能力后，本发明所述阻尼器双向弹性变形对称，因此不因外载荷的正负方向的变化而影响其压缩变形耗能的效果，为建筑结构抗风载等加固设计提供了便利条件；

(3)只要改变钢丝绳的长度即可改变整个阻尼器的初始刚度，外力在克服该初始刚度之前无法使阻尼器产生变形，因此将其用于建筑物隔震时，可预设地震烈度，显著降低隔震成本；

(4)仅用一只橡胶隔震垫即可实现在拉伸与压缩两种工作状态，显著缩小了阻尼器的体积。

(5)预设所述预压钢丝绳的长度即可预设阻尼器初始刚度，而且所述橡胶隔震垫有效工作长度不变，不会改变橡胶隔震垫原有的特性参数。

附图说明

图1～5为本发明所述阻尼器的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图(图3C—C旋转剖)，图2为图1的A—A剖视图(省略预压钢丝绳)，图3为图1的B—B剖视图(省略预压钢丝绳)，图4为图1局部Ⅰ的结构放大图，图5为图1局部Ⅱ的结构放大图。

图6～11为本发明所述阻尼器的第二个具体实施例的结构示意图，其中，图6为主视图(剖视)，图7为图6的D—D剖视图(省略预压钢丝绳)，图8为图6的E—E剖视图(省略预压钢丝绳)，图9为图7的F—F剖视放大图，图10为图6局部Ⅲ的结构放大图，图11为图10的G—G剖视放大图。

图12～15为本发明所述阻尼器的的第三个具体实施例的结构示意图，其中，图12为主视图(剖视)，图13为图12的H—H剖视图(省略预压钢丝绳)，图14为图12的I—I剖视图(省略预压钢丝绳)，图15为图12局部Ⅳ的结构放大图。

具体实施方式

例1

参见图1～5，本例所述的阻尼器为一种用于建筑物抗震的竖向隔震装置(也称竖向隔震支座)，它包括导向套1、第一端盖2、第二端盖3、橡胶隔震垫4和反压装置。

参见图1～3，所述的导向套1为圆管状，其两端向外径向延伸形成法兰盘5。所述第一端盖2与导向套1上端的法兰盘5连接，其中心设有导向孔；所述的第二端盖3为圆盘状，四周的边缘设有安装孔6，所述的导向套1通过下端所设的法兰盘5固定在其上表面的中部。

参见图1～3，所述的驱动构件由动压板7和上连接板8组成，其中，上连接板8的边缘设有安装孔6，中部下凹形成茶杯状的驱动杆8-1；所述驱动杆8-1由第一端盖2上所设的导向孔伸进导向套1内，并由螺钉与动压板7固定在一起，其中，所述动压板7与所述导向套1动配合。

参见图1～3，所述橡胶隔震垫4由一块圆柱形的实心橡胶块4-1和设在实心橡胶块两端的两块端板4-2组成，所述两块端板4-2分别与实心橡胶块4-1的两头硫化连接在一起。所述的橡胶隔震垫4同轴设在导向套1内，驱动构件中的动压板7作用在其上端面。所述橡胶隔震垫4的外径小于导向套1的内径，在两者之间形成环形空间。

参见图1，上连接板8与第一端盖2之间设有大于振幅的间隙14；为了避免振动过程中所述驱动构件的动压板7与第一端盖2之间产生撞击，所述动压板7与第一端盖2之间设有防撞间隙13。

参见图1～3，所述的反压装置设在导向套1内，其具体方案如下：

参见图1～5，所述的反压装置由三根预压钢丝绳9、三只作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10、一块浮动反压钢板11和固定预压钢丝绳9的另六只吊环螺钉10组成。其中，

所述的浮动反压钢板11设在橡胶隔震垫4与第二端盖3之间，并与所述导向套1动配合；

所述的三只作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有三只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上在所设三只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有另三只吊环螺钉10；三根预压钢丝绳9均以折线状态设在所述环形空间内，且，每一根预压钢丝绳9的一头系接固定在浮动反压钢板11上所设的一只吊环螺钉10上，另一头绕过相对的作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设吊环螺钉10的位置穿过浮动反压钢板11，系接固定在第二端盖3上所设吊环螺钉10上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

所述动压板7与浮动反压钢板11相对的表面均设有内径与橡胶隔震垫4的端板4-2外径相匹配的定位环15，所述橡胶隔震垫4两头的端板4-2分别嵌在动压板7和浮动反压钢板11上的定位环15内。

参见图1～3，为了实现可预设初始刚度的目的，上述三根预压钢丝绳9的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据阻尼器预设的初始刚度和橡胶隔震垫4的弹性系数确定橡胶隔震垫4压缩量，进而计算出每一根预压钢丝绳9满足阻尼器初始刚度所要求的长度；(2)按图1～3将橡胶隔震垫4、所述反压装置和驱动构件的动压板7连接好后，再反复调节，使每一根预压钢丝绳9的实际长度与计算长度相等，然后系接在浮动反压钢板11和第二端盖3上的吊环螺钉10上，并用常见的钢丝绳夹(图中没显示)固定死，将橡胶隔震垫4始终夹持在所述驱动构件的动压板7与浮动反压钢板11之间；(3)将步骤(2)装配好的部件放入导向套1内，并将导向套1与第二端盖3固定在一起，最后将上连接板8与动压板7固定在一起，即得所述的可预设初始刚度的阻尼器。

参见图1～3，由于本例所述阻尼器是竖向隔震装置，因此在张紧预压钢丝绳9时则要使三根预压钢丝绳9的张力之和等于该阻尼器所承担静载荷，这样即可保证所述阻尼器的双向弹性变形对称。

在理想的条件下，地震的竖向波通过隔震装置向建筑传递时，建筑物应该不会发生位移。基于此，本例所述建筑物抗震的隔震装置的工作原理如下：参见图1，当地震的竖向波所产生的动载荷克服了阻尼器的初始刚度时，如果该动载荷沿导向套1的轴线上推第二端盖3，动压板5的反作用力便向下压缩橡胶隔震垫4，第二端盖3随地面上移而建筑物不动；如果该动载荷沿导向套1的轴线下拉第二端盖3，预压钢丝绳9则通过作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10反向吊起浮动反压钢板11，向上压缩橡胶隔震垫4，第二端盖3随地面下移，但建筑物仍然不动。由此可见，当地震纵波使地面发生上下振动时均可压缩橡胶隔震垫产生弹性变形而耗能。

例2

参见图6～11，本例所述的阻尼器也为一种用于建筑物抗震的竖向隔震装置，并在例1的基础上主要进行了如下几点改进：(1)将预压钢丝绳9由三根增至四根；(2)将作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10替换为U形构件17；(3)将固定预压钢丝绳9另一头的吊环螺钉10替换为钢丝绳自锁锚具16；(4)将第二端盖3的中部增厚并向上隆起形成倒置的脸盆状，以便于安装钢丝绳自锁锚具16；(5)将所述的反压装置相应地改变为：

所述的反压装置由四根的预压钢丝绳9、四只作为钢丝绳变向元件的U形构件17、一块浮动反压钢板11、四只固定预压钢丝绳9一头的吊环螺钉10和四只固定预压钢丝绳9另一头的钢丝绳自锁锚具16组成；其中，

浮动反压钢板11设在橡胶隔震垫4与第二端盖3之间，并与所述导向套1动配合；

四只作为钢丝绳变向元件的U形构件17绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上位于所述橡胶隔震垫4四周的下表面；参见图9，所述的U形构件17由圆钢弯曲构成，所述驱动构件的动压板7上，在设置U形构件17的相应位置设有与U形构件17两条侧边相匹配的圆孔，所述U形构件17插在该圆孔内，二者焊接固定在一起；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有四只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上所设四只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有四只钢丝绳自锁锚具16；四根预压钢丝绳9均以折线状态分布在所述环形空间内，且，每一根预压钢丝绳9的一头由吊环螺钉10固定在浮动反压钢板11上，另一头穿绕过相对的作为钢丝绳变向元件的U形构件17后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设钢丝绳自锁锚具16的位置穿过浮动反压钢板11，由钢丝绳自锁锚具16固定在第二端盖3上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

参见图10和图11，上述反压装置中，所述的钢丝绳自锁锚具16由安装孔16-1、夹爪16-2和防松螺栓16-3构成，其中，所述的安装孔16-1设在第二端盖3上；所述的安装孔16-1由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于导向套1内的一侧，且尖头指向所述导向套1内，所述螺纹孔位于导向套1外的一侧；所述的夹爪16-2为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳9的装夹孔；所述的防松螺栓16-3与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于预压钢丝绳9直径的圆孔；所述的夹爪16-2安装在所述锥孔内，防松螺栓16-3安装在所述螺纹孔内。

按图6～11组装好所述阻尼器，使相应预压钢丝绳9的另一头自对应的夹爪16-2体内的装夹孔和防松螺栓16-3的圆孔内穿出。然后把露出的预压钢丝绳9的绳头系接在牵引张拉机上，并在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视预压钢丝绳9的张力。当所述预压钢丝绳9张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓16-3即可推动所述夹爪16-2将预压钢丝绳9夹紧并锁死，从而将橡胶隔震垫4始终夹持在浮动反压钢板11与动压板7之间。

参见图6，为增加橡胶隔震垫4的承载能力，防止橡胶隔震垫4由于轴向长度过大而在水平方向失稳，本例中的橡胶隔震垫4由三层实心橡胶块4-1和两层薄钢板4-3交替叠合硫化连接形成弹性体，弹性体的两端设有端板4-2。

本例上述以外的其它实施方法与例1相同。

本例所述用于建筑物抗震的隔震装置的工作原理与例1相同，公众可参照例1自行分析。

例3

参见图12～14，本例为一种用于建筑结构抗震加固的阻尼器，该阻尼器包括导向套1，该导向套1的两头分别固定有第一端盖2和第二端盖3，内部设有橡胶隔震垫4，一驱动构件由导向套一头的第一端盖2中心伸进所述的导向套1内压在所述橡胶隔震垫4上；其中所述的驱动构件由动压板7和与其连成一体的第一驱动杆18构成，所述第一驱动杆18的末端设有与之螺纹对接在一起的连接环18-1，所述连接环18-1上设有铰接孔19，所述动压板7与导向套1动配合。所述橡胶隔震垫4的外径小于导向套1的内径，在两者之间形成环形空间。

参见图12，所述第二端盖3外侧设有与其连成一体的第二驱动杆20，该第二驱动杆20的末端设有铰接孔19。

参见图12，所述的橡胶隔震垫4由五层实心橡胶块4-1和四层薄钢板4-3交替叠合硫化连接形成弹性体，弹性体的两端设有端板4-2。

参见图12～15，所述的导向套1内设有反压装置，该反压装置由六根预压钢丝绳9、六只作为钢丝绳变向元件的定滑轮21、一块浮动反压钢板11、六只固定预压钢丝绳9一头的吊环螺钉10和六只固定预压钢丝绳9另一头的钢丝绳自锁锚具16组成。其中，

浮动反压钢板11设在橡胶隔震垫4与第二端盖3之间，并与所述导向套1动配合；

六只作为钢丝绳变向元件的定滑轮21绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上位于所述橡胶隔震垫4四周的下表面；其中，所述的定滑轮21铰接在支架上，该支架焊接在驱动构件的动压板7上；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有六只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上所设六只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有六只钢丝绳自锁锚具16；六根预压钢丝绳9均以折线状态分布在所述环形空间内，且，每一根预压钢丝绳9的一头由吊环螺钉10固定在浮动反压钢板11上，另一头穿绕过相对的作为钢丝绳变向元件的定滑轮21后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设钢丝绳自锁锚具16的位置穿过浮动反压钢板11，由钢丝绳自锁锚具16固定在第二端盖3上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

上述方案中的钢丝绳自锁锚具16与例2完全相同，公众可参照例2实施。

参见图12，本例所述用于建筑结构抗震加固的阻尼器的工作原理如下：当大于设计静载荷的动载荷沿导向套1的轴线相对作用在第一驱动杆18和第二驱动杆20上时，所述的动压板7向下压缩橡胶隔震垫4，第一驱动杆18和第二驱动杆20上铰接孔19相对移动；当大于设计静载荷的动载荷沿导向套1的轴线相背作用在第一驱动杆18和第二驱动杆20上时，预压钢丝绳9通过定滑轮21反向吊起浮动反压钢板11压缩橡胶隔震垫4，第一驱动杆18和第二驱动杆20上铰接孔19反向移动(此时，橡胶隔震垫4仍然处于受压状态)。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在阻尼器上，都能压缩橡胶隔震垫4，使其发生弹性变形而耗能。