一种多方向宽频域的隔减振/震装置的制作方法

本发明涉及一种隔减振/震装置，尤其涉及一种能够多方向宽频域的隔减振/震装置。

背景技术：

随着经济的发展和社会的进步，高层建筑、大跨结构、重要建筑设施以及造型不规则的结构(如含有大悬挑结构)日益增多；与此同时，城市轨道交通蓬勃发展，高速铁路、地下铁路等大面积兴建。动力荷载(地震、强风、轨道运行下振动荷载，等)作用下，建筑结构产生振动，极易造成结构舒适度下降、安全度降低甚至发生破坏，如何减小复杂多变的振动效应成为一个重要课题。结构振动控制是一种新型的抗振(震)措施，它是通过在结构中设置减振(震)或隔振(震)装置来消耗或隔离振(震)动能量，或者施加外部的能量以抵消外部激励对结构的作用。隔减振/震装置作为被动振动控制的一种常见形式，具有构造相对简单，无需人工干预，强鲁棒性和稳定性的优点而被广泛应用。

传统的多维隔减振/震装置对竖向振动的控制较为薄弱，例如在建筑隔震领域，隔震装置一方面需要具有较大的竖向刚度以提供足够的竖向承载力，另一方面，需要通过降低竖向刚度以延长竖向周期以此达到隔震效果。但这两方面存在一定不可协调的矛盾，使得现有的多维隔震装置依旧难以实现理想的竖向隔震效果。再比如，轨道振动控制领域，地铁运行产生的振动具有很宽的频带，单纯依赖隔振装置难以实现全频段的隔振，易造成隔振后建筑高频段被激起或者低频段仍未隔离出振动频带的问题。除了上述问题，目前传统多维隔减振/震装置阻尼较低，几乎没有耗能能力，这也限制了多维隔减振/震装置的新思路，多发展。

宽频域粘弹性材料是一种十分有效的高耗能阻尼材料，其在外力作用下，同时存在弹性和粘性两种变形机制，在较宽的频带范围内均具有较高的阻尼。在振动控制领域中，常常利用粘弹性材料的往复剪切变形，将振动能量以材料热能的形式耗散掉，使得结构阻尼加大，在土木、机械、航空航天等诸多领域都得到了广泛应用。因此，发明一种结合有粘弹性材料的多方向宽频隔减振/震装置有效地实现多维振动控制、改善结构振动特性，很有必要且极具工程应用前景。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够多方向宽频域的隔减振/震装置，该装置既具有一定的竖向刚度以提供足够的竖向承载力，又具有高的阻尼。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种多方向宽频域的隔减振/震装置，包括相对设置的上钢板和下钢板，还包括位于上钢板和下钢板之间的粘弹性支座，所述粘弹性支座通过螺栓分别与上钢板和下钢板固定连接；所述粘弹性支座外设有粘弹性阻尼器，所述粘弹性阻尼器通过螺栓分别与上钢板和下钢板固定连接，所述粘弹性阻尼器由相互咬合的上齿架和下齿架以及包裹在上齿架和下齿架外的粘弹性材料组成，所述上齿架和下齿架之间具有一定的间隙，间隙通过粘弹性材料硫化填充；所述粘弹性支座和粘弹性阻尼器之间还设有抗拔钢索，所述抗拔钢索通过连接卡扣与上钢板和下钢板固定连接。

其中，所述粘弹性支座包括横向设置的顶板和底板，以及位于顶板和底板之间的叠层支座，所述叠层支座由粘弹性材料层和钢板依次交替叠合硫化而成。

其中，所述粘弹性支座内钢板呈H型。

其中，所述粘弹性支座内粘弹性材料层的厚度大于钢板的厚度。

其中，所述粘弹性支座内粘弹性材料层的厚度为5～10mm，钢板的厚度为2～4mm。

其中，所述粘弹性阻尼器围合呈环形或方形。

其中，所述上齿架和下齿架均为具有齿状或近似齿状截面结构的钢构架。

其中，所述上齿架和下齿架之间的间隙为5～15mm。

其中，所述上齿架上端面与上钢板之间粘弹性材料层的厚度为2～5mm，所述下齿架下端面与下钢板之间粘弹性材料层的厚度为2～5mm。

其中，所述抗拔钢索均匀环绕在圆柱形粘弹性支座的外围。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明的多方向宽频域隔减振/震装置，在较宽的频率段内，水平向、竖向均具有良好的隔减振/震性能，高性能的同时具有很好的鲁棒性和稳定性，具体表现为以下几个方面：

首先，该装置水平隔减振/震由粘弹性阻尼器和粘弹性支座共同实现，大大改善和提高了装置的水平隔振和耗能能力；粘弹性支座中薄钢板为H型，钢板两侧翼缘使得装置在常规工作状态下能够较为均匀柔和变形，提高装置鲁棒性；同时，粘弹性阻尼器达到水平向最大量程时，可提供附加水平刚度，并对过大的水平位移进行限位，从而保证整个隔振/震装置的安全稳定运行；

其次，该装置中竖向刚度主要由粘弹性支座提供，相较于传统隔振/震支座，具有较小的竖向刚度，能够降低结构竖向频率，在较宽的频率范围内均有好的竖向隔振/震性能；同时，粘弹性阻尼器达到竖向最大量程时，可提供附加刚度，保证整个隔减振/震装置的竖向承载力；

再次，该装置中粘弹性阻尼器通过齿面设置，可改变水平振动、竖向振动下的剪切耗能面，以此多方向多角度地实现水平、竖向耗能减振，并大大增加各向阻尼，并通过齿面的咬合提供刚度保护；

最后，该装置中所设抗拔钢索均匀环绕布置于粘弹性支座与粘弹性阻尼器之间，提供均匀的抗拔力，防止结构产生受拉破坏和不均匀局部破坏。

附图说明

图1为本发明多方向宽频域隔减振/震装置的俯视图I；

图2为本发明多方向宽频域隔减振/震装置的俯视图II；

图3为本发明多方向宽频域隔减振/震装置的正视图；

图4为本发明多方向宽频域隔减振/震装置的剖面图；

图5为本发明多方向宽频域隔减振/震装置中粘弹性阻尼器的示意图；

图6为本发明多方向宽频域隔减振/震装置中粘弹性阻尼器某一工作状态下的结构示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。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发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1～5所示，本发明多方向宽频域的隔减振/震装置，包括相对设置的上钢板1和下钢板2，还包括位于上钢板1和下钢板2之间的粘弹性支座3，粘弹性支座3包括横向设置的顶板9和底板10，以及位于顶板9和底板10之间的叠层支座，叠层支座由粘弹性材料层13和钢板14依次交替叠合硫化而成，粘弹性支座3的顶板9通过一定数量的螺栓12与上钢板1固定连接，粘弹性支座3的底板10通过一定数量的螺栓12与下钢板2固定连接；粘弹性支座3外套设有粘弹性阻尼器4，粘弹性阻尼器4由相互咬合的上齿架6和下齿架8以及包裹在上齿架6和下齿架8外的粘弹性材料7组成，上齿架6和下齿架8之间的间隙也通过粘弹性材料7硫化填充，粘弹性阻尼器4的上齿架6通过一定数量的螺栓12与上钢板1固定连接，粘弹性阻尼器4的下齿架8通过一定数量的螺栓12与下钢板2固定连接；粘弹性支座4和粘弹性阻尼器4之间还设有抗拔钢索5，抗拔钢索5通过连接卡扣11与上钢板1和下钢板2固定连接，抗拔钢索5呈S型，S型抗拔钢索5均匀布置于粘弹性支座3与粘弹性阻尼器4之间；抗拔钢索5设置在粘弹性支座3与粘弹性阻尼器4之间，一方面能够保证在大拉力作用下装置受力均匀，在静载作用下，使粘弹性阻尼器4处于小压力小变形状态，另一方面，在粘弹性支座3与粘弹性阻尼器4之间留有一定的距离还能够使粘弹性支座3在水平振动作用下自由变形。

粘弹性支座3主要粘弹性材料层13和H型薄钢板14依次交替叠合而成(将粘弹性材料压成层状再与钢板依次交替叠合并硫化为一个整体)，除此之外，还包含支座顶板9和底板10。粘弹性支座3与上钢板1和下钢板2通过螺栓12连接，保证振动作用下的连接稳定。薄钢板14设置成H型钢板，目的是改善传统叠层支座降低竖向刚度的同时易造成水平刚度过低的问题。通过H型钢板14两侧的翼缘，装置发生水平运动时，翼缘可以约束粘弹性支座3的水平变形，增强其工作稳定性。通过改变粘弹性材料层13及钢板14的厚度、层数，可以调节粘弹性支座3的刚度和阻尼，从而调节结构的实际自振频率达到隔振、减振的效果。一般来讲，粘弹性材料层13的厚度(一般为5～10mm)应大于钢板的厚度(一般问2～4mm)，以防止粘弹性支座3的刚度过大而导致竖向隔振性能不良。

如图5所示，粘弹性阻尼器4由上齿架6、粘弹性材料7和下齿架8硫化组合而成；粘弹性阻尼器4可以为一个环形整体(如图1所示)，也可以为矩形单体(如图2所示)，矩形单体围合呈方形，也可以是其他合适的构型。上齿架6和下齿架8是具有一定厚度的齿型钢构架(材料可以为钢材、合金)(上齿架6和下齿架8的截面为齿状或近似齿状结构)，上齿架6和下齿架8之间根据工程实际要求设置合理的间隙(一般在5～15mm)，上齿架6和下齿架8之间的间隙用粘弹性材料7硫化填充，使得粘弹性材料7与上齿架6和下齿架8的断面均能很好的粘结，从而构成一个整体。粘弹性阻尼器4中上齿架6和下齿架8之间的间隙，即粘弹性材料7的厚度可通过粘弹性阻尼器4的自身稳定性及其与粘弹性支座3的行程关系(满足大行程下能够提供刚度并限位的要求)来确定，但不应仅局限于这两点要求。上齿架6和下齿架8通过螺栓12分别与上钢板1和下钢板2固定，固定位置宜设置于齿架的大截面处；同时，粘弹性阻尼器4上顶面(上齿架6与上钢板1之间的距离)和下底面(下齿架8与下钢板2之间的距离)粘弹性材料的厚度为2～5mm，从而使上下钢板与上下齿架的连接更紧密并避免硬性振动碰撞。

本发明多方向宽频域隔减振/震装置能同时实现水平向隔减振/震和竖向隔减振/震，其中粘弹性支座3在提供水平隔振性能的同时还能有效提高装置的竖向隔振性能；粘弹性阻尼器4通过自身结构特性以及与粘弹性支座3的位移协调关系，形成了多阶段工作机制：正常工作行程下，实现多向振动下的耗能减振，大行程时，提供附加水平、竖向(受压)刚度，弥补粘弹性支座3竖向极限承载力低的问题，进行位移限位，保证装置安全高效工作；另外，装置通过合理设置抗拔钢索5的位置和数量，形成装置的抗拔抗拉保护机制。

本装置的工作原理：水平向隔减振(震)机制通过粘弹性支座3和粘弹性阻尼器4共同实现；当装置受到水平向振/震动作用，粘弹性支座3因具有较小的水平刚度，粘弹性材料层13和薄钢板14发生剪切变形，既达到隔振目的又能够耗散能量，与此同时，粘弹性阻尼器4和粘弹性支座3由于均与上钢板1和下钢板2刚性固接，所以两者具有位移一致性，粘弹性阻尼器4在水平振/震动作用下也会发生变形，由于上齿架6和下齿架8之间的齿型截面所构造出的多向多角度截面的存在，粘弹性阻尼器4既存在拉压变形，又存在剪切变形，可以很好地提供阻尼并耗散能量减小振动；当位移幅值使得上齿架6和下齿架8齿型斜面近似贴合时，达到最大量程，此时粘弹性阻尼器4刚度增大，将为整个隔减振/震装置提供附加水平刚度，也将作为水平限位装置防止粘弹性支座3发生过大水平位移破坏。

竖向隔减振/震机制通过粘弹性支座3、粘弹性阻尼器4及抗拔钢索5共同实现。粘弹性支座3相对于传统的隔振支座具有更小的竖向刚度，从而可以有效改善系统的竖向隔振性能。当装置受到向下的竖向振/震动作用，粘弹性支座3中的粘弹性材料层13发生压缩变形，既达到隔振目的又能够耗散能量；与此同时，粘弹性阻尼器4也发生竖向压缩变形，由于其中粘弹性材料7的存在以及其与齿架的组合形式所构造出的多向多角度截面，使得粘弹性材料7同时发生拉压及剪切变形，从而能够有效地提供阻尼并耗散能量减小振动；受压大变形下，粘弹性阻尼器4达到受压量程，上齿架6和下齿架8近似贴合使得粘弹性阻尼器4竖向刚度增大，将作为竖向限位装置以提供竖向附加刚度，防止上部结构因装置竖向变形过大也产生较大变形，危害安全；当装置受到向上的竖向振/震动作用，粘弹性支座3中的粘弹性材料层13发生拉伸变形，既达到隔振目的又能够耗散能量，与向下竖向振动情况类似，粘弹性阻尼器4发生竖向拉伸变形，由于其中粘弹性材料7的存在以及其与齿架的组合截面形式，使得粘弹性材料7同时发生拉压及剪切变形，从而能够有效地提供阻尼并耗散能量减小振动，受拉大变形下，均匀设置的抗拔钢索5将提供抗拔抗拉力，保证装置不被拉坏。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。