一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器及抗震装置

1.本发明属于工程结构抗震与消能减震技术领域，更具体地说，涉及一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器及抗震装置。


背景技术：

2.长久以来，地震因具有随机性、突发性和不确定性，给人类的生命安全和财产带来了重大损失，而建筑物的坍塌破坏是导致人员伤亡及经济损失的重要原因。因此，如何最大程度地减轻建筑结构在地震灾害下的破坏，是目前抗震领域亟待解决的问题之一。随着科学技术和人民生活水平的提高，结构减震控制技术作为抵御地震的一种有效方法，得到了迅速发展和广泛应用，并成为比较成熟的技术。在结构中设置阻尼器来控制结构地震响应的耗能减震方法是结构减震控制技术中一种有效、安全、经济、可靠的减震方法。
3.泡沫铝基复合材料是一种铝和粘弹性材料交织的复合材料，在拉伸状态下的性能较差，而在压缩状态下展现出优异的性能，如高阻尼、高吸能、大变形等。在循环压缩荷载作用下，这种材料展现的高耗能是多种能量耗散机制共同作用的结果，包括泡沫铝和粘弹性材料的本征阻尼、铝和粘弹性材料两相材料界面滑移阻尼、铝和粘弹性材料因其热膨胀系数相差较大产生的位错阻尼，以及粘弹性材料可恢复挤压耗能等。因此，利用其压缩性能设计成的阻尼器将具有广阔的应用前景。然而，目前大尺寸的泡沫铝基复合材料难以制备，但用于足尺工程结构中，小尺寸泡沫铝基复合材料的耗能性能、刚度和强度都有限，这无疑会限制泡沫铝基复合材料在工程结构中的应用。
4.铅具有较高的柔性和延展性，在变形过程中可以吸收大量的能量。铅的结晶构造是面芯立方体，塑性变形能力好，在室温条件下可变形并会发生动态回复和动态再结晶；通过回复和再结晶，应变硬化将消失，铅的组织和性能将恢复至变形前的状态，因此不会产生残余应力，也不会出现疲劳。此外，铅在自然环境下很稳定，不会因长期使用而被侵蚀。挤压型铅阻尼器利用铅受挤压出现塑性流动产生阻尼来消耗能量。传统的挤压型铅阻尼器初始刚度大，屈服挤压力大，通常在小震时不屈服，在强震作用下才进入消能状态，因此无法同时适应小震、大震的不同需求。
5.经检索，中国专利申请号为201510765509.x的申请案，公开了一种组合式压缩性泡沫铝复合材料阻尼器，该申请案中的阻尼器耗能形式单一，无法满足小震和大震时的不同需求。


技术实现要素：

6.1、要解决的问题
7.针对现有的阻尼器耗能形式单一，无法同时满足小震和大震时的不同需求，本发明提供了一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器及抗震装置。本发明的阻尼器充分利用小尺寸泡沫铝基复合材料的压缩性能，并且能够保证阻尼器分阶段启动工作，
可应用于多种设计需求的工程结构减震控制领域。
8.2、技术方案
9.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.本发明的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器，包括上套筒、下套筒，所述的上、下套筒之间形成一腔室，所述的上、下套筒内均设有铅块，腔室内设有中间压板，该中间压板与上、下套筒之间均固定有泡沫铝基复合材料，推拉杆依次穿过上套筒、中间压板和下套筒，该推拉杆位于上、下套筒内的部分设有轴突，推拉杆带动中间压板、轴突同步移动。
11.进一步地，所述中间压板的上、下表面均固定有若干定位柱，泡沫铝基复合材料套设在该定位柱上。
12.进一步地，所述定位柱的高度为泡沫铝基复合材料高度的1/3～1/2。
13.进一步地，所述中间压板的上、下表面均设有4个定位柱，4个定位柱以推拉杆为中心，呈环形等间距排布。
14.进一步地，所述的上套筒与下套筒之间设有连接板，该连接板及上、下套筒围成所述的空腔。
15.进一步地，所述的上套筒、下套筒均包括上面板、下面板以及中间空心筒，该中间空心筒由两块相同的半圆形板连接而成。
16.进一步地，所述的连接板包括上端部、下端部以及弧形的中间部，上端部与上套筒的下面板、下端部与下套筒的上面板均通过螺栓连接，且该连接板对称设置有2块。
17.进一步地，所述的上套筒上固定有封盖，封盖上设有连接杆，且该封盖具有供推拉杆移动的内腔。
18.进一步地，所述的铅块、泡沫铝基复合材料均为机加工，其中，泡沫铝基复合材料包括泡沫铝结构以及填充在该泡沫铝结构内的粘弹性材料，该粘弹性材料为聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶或聚脲。
19.本发明的一种抗震装置，采用上述的复合型阻尼器进行消能减震。
20.3、有益效果
21.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
22.(1)本发明的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器，推拉杆不管是受压力还是拉力，泡沫铝基复合材料都受到压缩作用，避免了泡沫铝基复合材料的拉伸；同时，基于挤压铅具有较高的初始刚度，因此，在小位移振动时，只有泡沫铝基复合材料发挥耗能作用，能有效地防止结构晃动；而在大位移振动时，同时利用挤压铅块高耗能和泡沫铝基复合材料的耗能特性，可同时进行减震；该复合型阻尼器构造简单，安装、拆卸方便，适用性强，可有效提升工程结构抗震能力，具有推广应用前景。
23.(2)本发明的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器，利用定位柱解决了泡沫铝基复合材料不易连接的问题，通过多个定位柱的设置机动地将多块小尺寸泡沫铝基复合材料整合在一起，解决了目前难以制备大尺寸泡沫铝基复合材料的问题。
附图说明
24.图1为本发明的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器的结构示意
图；
25.图2为本发明的复合型阻尼器的主视图；
26.图3为本发明的复合型阻尼器的俯视图；
27.图4为图3中a-a向的剖面图；
28.图5为图4中b-b向的剖面图；
29.图6为图4中c-c向的剖面图。
30.图中：1、上套筒；2、下套筒；3、铅块；4、中间压板；41、定位柱；5、泡沫铝基复合材料；6、推拉杆；61、轴突；7、连接板；8、螺栓；9、封盖。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
32.实施例1
33.结合图1-图3所示，本实施例的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器，包括上套筒1、下套筒2，其中，上套筒1通过螺栓连接有顶板，下套筒2通过螺栓连接有底板。上套筒1、下套筒2均包括上面板、下面板以及中间空心筒，该中间空心筒由两块相同的半圆形板连接而成，且该中间空心筒内设有铅块3，铅块3也为半圆形，铅块3限位于上、下套筒内。上套筒1与下套筒2之间设有连接板7，该连接板7包括上端部、下端部以及弧形的中间部，上端部与上套筒1的下面板、下端部与下套筒2的上面板均通过螺栓8连接，具体到本实施例中，连接板7设置有2块，且对称设置，2块连接板7将上、下套筒连成一整体，且螺栓连接方便拆装。连接板7、上套筒1的下面板以及下套筒2的上面板围成一腔室。
34.如图4所示，上述腔室内设有中间压板4，中间压板4将该腔室分为上下两个部分，上、下腔室内均设有泡沫铝基复合材料5，优选地，该泡沫铝基复合材料5圆柱体。这样，中间压板4上移时，可对上部腔室内的泡沫铝基复合材料5进行挤压，中间压板4下移时，可对下部腔室内的泡沫铝基复合材料5进行挤压。这种设计充分利用了泡沫铝基复合材料5在压缩状态下优异的阻尼性能。
35.为了保证泡沫铝基复合材料5在挤压、复原过程中不会发生过大的横向位移，在中间压板4的上、下表面均固定有若干定位柱41，泡沫铝基复合材料5套设在该定位柱41上。这样，不仅可以对泡沫铝基复合材料5的横向移动进行限制，保证了其工作过程中的稳定性；另外，还可以将小尺寸泡沫铝基复合材料5进行组合使用。具体到本实施例中，所述中间压板4的上、下表面均设有4个定位柱41，每根定位柱41均套设有小尺寸的泡沫铝基复合材料5。4个定位柱41以推拉杆6为中心，呈环形等间距排布。定位柱41的高度设计，既要保证能够对泡沫铝基复合材料5进行横向移动的限制效果，又要保证不会对泡沫铝基复合材料5的压缩产生阻挡。优选地，定位柱41的高度为泡沫铝基复合材料5高度的1/3～1/2，且定位柱41焊接在中间压板4上。
36.本实施例的一种装配式泡沫铝基复合材料-挤压铅复合型阻尼器，还设有推拉杆6，该推拉杆6贯穿上、下套筒、中间压板4以及上、下套筒内的铅块3，其中，推拉杆6与中间压板4固定连接，优选为焊接。这样，推拉杆6可带动中间压板4同步移动。推拉杆6位于上、下套筒内的部分设有轴突61，该轴突61位在铅块3内。另外，所述的上套筒1上固定有封盖9，封盖9、顶板、上套筒1的上面板之间通过螺栓连接。封盖9上设有连接杆，且该封盖9具有供推拉
杆6伸缩移动的内腔。
37.当推拉杆6与封盖9发生相对位移时，由于上套筒1、下套筒2、连接板7均于封盖9固定连接，上套筒1、下套筒2、连接板7的运动会受到限制，因此，当推拉杆6受拉时，位于中间压板4下表面的定位柱41上的泡沫铝基复合材料5会受到中间压板4的压缩；当推拉杆6受压时，位于中间压板4上表面的定位柱41上的泡沫铝基复合材料5会受到中间压板4的压缩。挤压铅块由于较高的初始刚度，在小位移下不屈服，此时仅有泡沫铝基复合材料5发挥耗能作用，而在大位移下，挤压铅块3由于屈服而进入消能状态，与泡沫铝基复合材料5同时工作，共同耗能。
38.本实施例中的铅块3、泡沫铝基复合材料5均为机加工。其中，铅块3按照相匹配推拉杆6、轴突61以及套筒的尺寸现场拼装使用。泡沫铝基复合材料5，是通过向开孔泡沫铝结构中填充粘弹性材料而制成的高阻尼材料，按照相匹配推拉杆尺寸现场装配使用。粘弹性材料为聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶或聚脲等，其具备拉伸断裂伸长率高、回弹性能优越等特性。
39.实施例2
40.本实施例的一种抗震装置，采用实施例1中的复合型阻尼器进行消能减震。使用时将阻尼器安装在结构能产生相对位移的位置处，在小震情况下，泡沫铝基复合材料5发挥作用，能有效地防止结构晃动；在强震下，挤压铅块3和泡沫铝基复合材料5共同参与耗能，起到很好的阻尼耗能作用，从而有效地对结构进行减震。
41.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。