CN106401255B - 组合式铅颗粒橡胶阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，包括至少一个耗能单元，所述耗能单元包括：耗能结构，包括呈一体结构的多层橡胶层和多层刚性板，所述刚性板置于相邻的两层橡胶层之间，所述耗能结构内部形成有空腔，所述刚性板的端部凸伸至所述空腔内；填充于所述空腔内的铅颗粒；以及封堵于所述空腔顶部和底部的封盖板。利用多层橡胶层和多层刚性板制成一体的耗能结构，且刚性板延伸至空腔内，改变了刚性板单纯约束橡胶层的作用，使得刚性板产生挤压作用，对铅颗粒的运动产生约束，增强了铅颗粒的挤压耗能作用，以及铅颗粒与刚性板的摩擦耗能作用。

Description

组合式铅颗粒橡胶阻尼器

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特指一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器。

背景技术

建筑消能减震(振)技术是一类有效的结构被动控制技术。通过在结构相对变形较大的部位设置耗能减震(振)装置，可以有效地减小结构在地震作用、风荷载或其他动力荷载作用下的结构动力响应。

铅阻尼器是是一类利用铅材的塑性变形消耗结构振动能量的振动控制装置。铅具有密度大、熔点低、塑性高、强度低、耐腐强、润滑能力强等特点，同时具有较高的延性和柔性，因此在变形过程中可以吸收大量的能量，具有较强的变形跟踪能力。同时，通过动态回复和再结晶过程，铅的组织和性能可以恢复至变形前的状态。因此，铅具有使用寿命长，性能可靠等优点，是结构抗震、控振的优选材料。

叠层橡胶将薄橡胶板和薄钢板分层交替叠合后在高温高压下硫化而成，橡胶层与钢板的紧密结合保证了钢板对橡胶层的变形约束，使其具有较高的水平变形能力。同时，叠层橡胶具有较好的抗压、抗延伸、抗脆裂性，耐久性良好。

现有技术中，铅芯橡胶主要用于隔震建筑中，作为一种消能减震装置研发较少。铅材通常以柱状形式置于橡胶中心，通过剪切滞回耗能提供阻尼；橡胶和钢板则相互叠合，耗能能力弱，对阻尼贡献较小。现有技术中未能充分发挥铅材和叠层橡胶的耗能性能。

近年来也出现了单纯的铅挤压和铅剪切阻尼器。铅挤压阻尼器将铅灌装在封闭腔体内，其缺点在于对封闭腔体灌铅工艺要求较高，振动过程中铅容易泄露，同时耗能方式单一。铅剪切阻尼器的缺点在于铅不具备焊接性能，因此铅与上下封盖、滑动板的连接非常困难，生产过程中耗时耗材，还容易泄露，同时仅通过剪切耗能，耗能方式单一。

因此，需要构造出一种构造简单、加工方便、性能稳定的阻尼器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，解决现有技术中叠层橡胶和铅芯组合形成的阻尼器中未能充分发挥铅材和叠层橡胶的耗能性能以及铅挤压和铅剪切阻尼器存在的灌铅工艺高、振动过程中铅易泄露及耗能方式单一等问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，包括至少一个耗能单元，所述耗能单元包括：

耗能结构，包括呈一体结构的多层橡胶层和多层刚性板，所述刚性板置于相邻的两层橡胶层之间，所述耗能结构内部形成有空腔，所述刚性板的端部凸伸至所述空腔内；

填充于所述空腔内的铅颗粒；以及

封堵于所述空腔顶部和底部的封盖板。

本发明采用铅颗粒代替铅芯，改变了铅芯单纯依靠剪切滞回耗能的耗能模式，在剪切耗能基础上，通过铅颗粒之间的摩擦和碰撞耗能，增强了铅材的耗能能力，提高了阻尼性能。利用多层橡胶层和多层刚性板制成一体的耗能结构，且刚性板延伸至空腔内，改变了刚性板单纯约束橡胶层的作用，使得刚性板产生挤压作用，对铅颗粒的运动产生约束，增强了铅颗粒的挤压耗能作用，以及铅颗粒与刚性板的摩擦耗能作用。铅颗粒受到橡胶层的约束，其重复变形性能稳定，橡胶层对铅颗粒形成了保护作用，由于橡胶层具有较好的变形能力，且与钢板制成一体，不会产生泄露，且橡胶耐久性能好，经久耐用。利用铅颗粒代替铅芯，避免了铅与钢板的连接，回避了铅不具备焊接性能的缺点。本发明较好的解决了现有技术中叠层橡胶和铅芯组合形成的阻尼器中未能充分发挥铅材和叠层橡胶的耗能性能的问题，以及铅挤压和铅剪切阻尼器存在的灌铅工艺高、振动过程中铅易泄露及耗能方式单一的问题。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述刚性板伸入所述空腔内的部分的上表面和下表面为锯齿面。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述耗能结构还包括有上端板和下端板，所述上端板与所述耗能结构上位于顶部的橡胶层制成一体结构，所述下端板与所述耗能结构上位于底部的橡胶层制成一体结构，所述上端板和所述下端板对应所述空腔处开设有连通口。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述上端板和所述下端板的端面上于对应的连通口处设有容置对应的封盖板的容置槽。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述上端板和所述下端板的边沿向外凸伸形成外边沿，所述外边沿处开设有连接孔。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述封盖板靠近所述空腔的板面上设有向所述空腔内凸伸的凸起。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述凸起的表面为锯齿面。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述凸起呈半球状。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，还包括套设于所述橡胶层和所述刚性板外侧的保护套。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的进一步改进在于，所述保护套为橡胶套。

附图说明

图1为本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的第二实施例的结构示意图。

图3为本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构的第一种连接方式的结构示意图。

图4为本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构的第二种连接方式的结构示意图。

图5为本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构的第三种连接方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，用于建筑消能减震，可以有效减小建筑结构在地震作用、风荷载和其他动力荷载作用下的结构动力响应。本发明通过将叠层橡胶(呈一体结构的多层橡胶层和多层刚性板)和铅颗粒有效结合，使得铅颗粒与橡胶层在共同适用中具有较好的协调性，耗能效果好，经久耐用。通过铅颗粒之间的摩擦和碰撞耗能、铅颗粒与刚性板及封盖板间摩擦和碰撞耗能、铅颗粒受到挤压作用产生挤压滞回耗能、以及铅颗粒的剪切耗能，共实现了四种方式的耗能效果，同时本发明的阻尼器制作安装简单、造价经济，便于更换，既可用于新建建筑抗震设计，也可用于既有建筑的加固改造。下面结合附图对本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器进行说明。

本发明提供了一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，如图1所示，该组合式铅颗粒橡胶阻尼器包括至少一个耗能单元20，在图1所示的第一实施例中，该阻尼器包括一个耗能单元20，该耗能单元20包括耗能结构21、铅颗粒22以及封盖板23，耗能结构21包括呈一体结构的多层橡胶层211和多层刚性板212，其中的刚性板212置于相邻的两层橡胶层211之间，耗能结构21的内部形成有空腔213，刚性板212的端部凸伸至空腔213内，使得刚性板212有部位位于空腔213内。铅颗粒22填充于空腔213内，较佳地，将铅颗粒22满填于空腔213内。封盖板23封堵于空腔213的顶部和底部，通过封盖板23的封堵，使得铅颗粒22被封装于空腔213内。耗能单元20在减震耗能过程中，利用铅颗粒在剪切耗能基础上，通过铅颗粒之间的摩擦和碰撞进行耗能，增强了铅材的耗能能力，提高了阻尼性能。耗能单元20的刚性板212延伸至空腔213内，利用刚性板212位于空腔213内的部分对铅颗粒产生挤压作用，对铅颗粒的相对运动产生约束，增强铅颗粒的挤压耗能作用和铅颗粒与刚性板间摩擦耗能作用。空腔213由橡胶层211和刚性板212围合形成，该空腔213的外周为橡胶层211的内壁面，通过橡胶层211约束铅颗粒，使得铅颗粒的重复变形性能稳定，橡胶层还对铅颗粒形成了保护作用，由于橡胶具有较好的变形能力，其与刚性板制成一体结构，不会产生泄露，且橡胶耐久性能好，经久耐用。

结合图1所示，作为本发明的一较佳实施方式，刚性板212伸入空腔213内的部分的上表面和下表面均为锯齿面2121。即位于空腔213内的刚性板212的表面为凸凹不平的结构表面，通过设置锯齿面增2121加刚性板与铅颗粒的接触面，增强了铅颗粒的挤压耗能作用，也提高了铅颗粒与刚性板的摩擦耗能作用。具体地，该锯齿面2121可以由带肋的板面形成，即在板面上形成有多条肋条以使得表面呈凸凹不平的锯齿状。

耗能结构21还包括有上端板214和下端板215，上端板214与耗能结构21上位于顶部的橡胶层211制成一体结构，下端板215与耗能结构21上位于底部的橡胶层211制成一体结构，上端板214和下端板215对应空腔213处开设有连通口。上端板214和下端板215的端面上于对应的连通口处设有容置对应的封盖板23的容置槽，位于耗能结构21顶部处的封盖板23盖设于上端板214的连通口处，且该顶部的封盖板23置于上端板214的容置槽内，使得顶部的封盖板23的顶面与上端板214的端面平齐。位于耗能结构21底部处的封盖板23盖设于下端板215的连通口处，该底部的封盖板23置于下端板215的容置槽内，使得底部的封盖板23的底面与下端板215的端面平齐。上端板214的边沿向外凸伸形成外边沿2141，向外凸伸是指向远离内腔213的方向延伸，在外边沿2141处开设有连接孔2142，在应用时，可通过上端板214上的连接孔2142直接将该耗能单元20安装于建筑结构上。下端板215的边沿向外凸伸形成外边沿2151，向外凸伸是指向远离内腔213的方向延伸，在外边沿2151处开设有连接孔2152，在应用时，可通过下端板215上的连接孔2152直接将该耗能单元20安装于建筑结构上。

作为本发明的一较佳实施方式，呈一体结构的多层橡胶层211和多层刚性板212是通过硫化工艺将橡胶层与刚性板制成一体，即将橡胶层211和刚性板212交替叠合而后在高温高压下硫化形成一体结构。使得橡胶层211和刚性板212之间紧密结合保证了刚性板212对橡胶层211的变形约束，使其具有较高的水平变形能力。作为本发明的又一较佳实施方式，在将多层橡胶层211和多层刚性板212进行硫化时，将上端板214和下端板215与橡胶层211和刚性板212一起进行硫化，进而形成一个整体，即形成了上端板214和下端板215位于顶部和底部，橡胶层211和刚性板212交替的置于上端板214和下端板215之间的整体结构，该整体结构即为耗能结构21。

作为本发明的一较佳实施方式，封盖板23靠近空腔213的板面上设有向空腔213内凸伸的凸起231。该凸起231置于空腔213内，利用凸起231挤压空腔213内的铅颗粒22，使得铅颗粒22受到挤压作用产生滞回耗能，提高了减震耗能的效果。较佳地，该凸起231的表面为锯齿面232，锯齿面232增大了铅颗粒和凸起231的接触面，增强了摩擦耗能的作用。该凸起231呈半球状。

作为本发明的一较佳实施方式，阻尼器还包括套设在橡胶层211和刚性板212外侧的保护套24，保护套24为橡胶套。保护套24套设在耗能结构21上的位于上端板214和下端板215之间的部分。保护套24起到了保护橡胶层211和刚性板212的作用，另外保护套24具有一定的形变能力，也能起到减震耗能的作用，为提高阻尼器的减震耗能能力起到帮助作用。

如图2所示，显示了本发明的组合式铅颗粒橡胶阻尼器的第二实施例，在第二实施例中，该阻尼器包括了两个以上的耗能单元20，耗能单元20之间通过上刚性连接板11和下刚性连接板12连接在一起，将耗能单元20并排放置于下刚性连接板12上，将上刚性连接板11放置于耗能单元20的顶部，然后通过螺栓穿设上刚性连接板11和耗能单元上的上端板214的连接孔2142，将上刚性连接板11和耗能单元20的上端板214连接紧固，通过螺栓穿设下刚性连接板12和耗能单元20上的下端板215的连接孔2152，将下刚性连接板12和耗能单元20的下端板215连接紧固。可通过需要选择耗能单元20的数量，以满足减震耗能能力的需求。

作为本发明的一较佳实施方式，为提高阻尼器的耗能能力，以达到耗能要求，可以通过改变铅颗粒22的剪切面积来实现。如增大单个铅颗粒22的截面面积。还可以增加耗能单元的数量；还可以增加刚性板和封盖板的锯齿面的锯齿数量和形式，即通过增大接触面来提高耗能能力。较佳地，铅颗粒22的直径采用1mm，铅颗粒22满填于空腔213内。刚性板212采用薄钢板。

如图3所示，显示了将本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构13的第一种连接方式，框架结构13包括连接成方框形的横向构件131和竖向构件132，本发明的组合式铅颗粒橡胶阻尼器通过上刚性连接板11与顶部的横向构件131连接固定，阻尼器通过下刚性连接板12与承托板133连接固定，承托板133再通过支撑板134支撑于框架结构13的内部，支撑板134一端固定连接在横向构件131和竖向构件132的角部，另一端支撑连接承托板133。在框架结构13受到地震作用、风荷载和其他动力荷载作用时，通过阻尼器的耗能单元20起到减震耗能的效果，对框架结构13所受到的荷载作用作出动力响应，利用铅颗粒、刚性板、橡胶层以及封盖板相互作用减震耗能，消耗荷载作用，以保护框架结构13的结构安全。

如图4所示，显示了将本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构13的第二种连接方式，框架结构13包括连接成方框形的横向构件131和竖向构件132，在框架结构13的内部设置有两块承托板133，将阻尼器通过上刚性连接板11连接固定在位于上部的承托板133上，将阻尼器通过下刚性连接板12连接固定在位于下部的承托板133上，两个承托板133均通过支撑板134支撑固定在框架结构13的内部，支撑板134一端固定连接在横向构件131和竖向构件132的角部，另一端支撑连接承托板133。在框架结构13受到地震作用、风荷载和其他动力荷载作用时，通过阻尼器的耗能单元20起到减震耗能的效果，对框架结构13所受到的荷载作用作出动力响应，利用铅颗粒、刚性板、橡胶层以及封盖板相互作用减震耗能，消耗荷载作用，以保护框架结构13的结构安全。

如图5所示，显示了将本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器应用于框架结构13的第三种连接方式，框架结构13包括连接成方框形的横向构件131和竖向构件132，在框架结构13的内壁面设置有墙体135，该墙体135设于底部的横向构件131上，将阻尼器通过上刚性连接板11与顶部的横向构件131固定连接，通过下刚性连接板12与墙体135连接，即将阻尼器设于墙体135和顶部的横向构件131之间。在框架结构13受到地震作用、风荷载和其他动力荷载作用时，通过阻尼器的耗能单元20起到减震耗能的效果，对框架结构13所受到的荷载作用作出动力响应，利用铅颗粒、刚性板、橡胶层以及封盖板相互作用减震耗能，消耗荷载作用，以保护框架结构13的结构安全。

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器的有益效果为：

本发明组合式铅颗粒橡胶阻尼器通过上刚性连接板和下刚性连接板与结构构件相连，当结构产生层间位移时，通过各铅颗粒橡胶耗能单元的协同工作耗能，提高了阻尼器的耗能能力；耗能单元的数量可根据耗能能力的需求进行选择。

采用铅颗粒替代铅芯，改变了铅芯单纯依靠剪切滞回耗能的耗能模式。在剪切耗能基础上，通过铅芯颗粒之间的摩擦和碰撞耗能，增强了铅材的耗能能力，提高了阻尼性能。

将刚性板延伸至铅颗粒填充空腔，改变了刚性板单纯约束橡胶的作用，使刚性板产生挤压作用。同时在刚性板上设置锯齿，对铅颗粒的相对运动产生约束，增加了刚性板和铅颗粒的接触面，增强了铅颗粒的挤压耗能作用，以及铅颗粒与刚性板的摩擦耗能作用。

在封盖板处设置半球形的起到挤压作用的凸起，凸起伸至铅颗粒空腔内部，同时在凸起表面设置锯齿。使铅颗粒受到挤压作用产生滞回耗能，增大了铅颗粒和凸起的接触面，增强了摩擦耗能作用。

通过采用铅颗粒替代铅芯、内部设置锯齿状刚性板、两端设置锯齿状封盖板，使得本阻尼器的耗能方式为铅颗粒的剪切耗能、铅颗粒相互间以及铅颗粒和刚性板、封盖板的摩擦耗能、铅颗粒的挤压耗能，改变了过去铅阻尼器单一的耗能方式。

由于铅颗粒受到周围橡胶的约束，因此其重复变形性能稳定。橡胶对铅颗粒形成了保护，由于橡胶有较好的变形能力，与刚性板整体硫化而成，因此不会产生泄露，而且橡胶耐久性能好，经久耐用。采用铅颗粒替代铅芯，避免了铅与钢板的连接，回避了铅不具备焊接性能的缺点。

铅颗粒阻尼器的耗能能力与铅颗粒的数量和剪切面积相关，因此可以通过改变本发明中铅的剪切面积，以达到耗能要求，如增大单个铅颗粒橡胶耗能单元中的填充部分截面面积，增加铅颗粒橡胶耗能单元数量、增加刚性板和封盖板的锯齿数量和形式等。

本发明的阻尼器构造简单、取材容易、制作容易、造价低廉、安装方便、易于更换、减震效果好。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，包括至少一个耗能单元，所述耗能单元包括：

耗能结构，包括呈一体结构的多层橡胶层和多层刚性板，所述刚性板置于相邻的两层橡胶层之间，所述耗能结构内部形成有空腔，所述刚性板的端部凸伸至所述空腔内，所述刚性板伸入所述空腔内的部分的上表面和下表面为锯齿面；

填充于所述空腔内的铅颗粒；以及

封堵于所述空腔顶部和底部的封盖板，所述封盖板靠近所述空腔的板面上设有向所述空腔内凸伸的凸起，所述凸起的表面为锯齿面。

2.如权利要求1所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，所述耗能结构还包括有上端板和下端板，所述上端板与所述耗能结构上位于顶部的橡胶层制成一体结构，所述下端板与所述耗能结构上位于底部的橡胶层制成一体结构，所述上端板和所述下端板对应所述空腔处开设有连通口。

3.如权利要求2所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，呈一体结构的多层橡胶层和多层刚性板是通过硫化工艺将橡胶层与刚性板制成一体，在将所述多层橡胶层和多层刚性板进行硫化时，将所述上端板和所述下端板与橡胶层和刚性板一起进行硫化，进而形成一个整体。

4.如权利要求2所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，所述上端板和所述下端板的端面上于对应的连通口处设有容置对应的封盖板的容置槽。

5.如权利要求2所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，所述上端板和所述下端板的边沿向外凸伸形成外边沿，所述外边沿处开设有连接孔。

6.如权利要求1所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，还包括套设于所述橡胶层和所述刚性板外侧的保护套。

7.如权利要求6所述的组合式铅颗粒橡胶阻尼器，其特征在于，所述保护套为橡胶套。