電流變複合疊層橡膠支座的製作方法

2023-05-20 23:13:26

專利名稱：電流變複合疊層橡膠支座的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隔震用疊層橡膠支座，屬於結構隔震控制與振動控制領域，主要用於房屋及橋梁等建築物的基礎隔震。
背景技術：
疊層橡膠支座隔震是一種較為成熟的工程隔震技術，通過隔震裝置，把建築物上部結構和地基基礎「隔離」，改變上部結構的動力特性，可以極大地減輕地震對上部結構的動力作用，從而達到「以柔克剛」的減震效果。疊層橡膠支座由橡膠層和鋼板分層疊合經高溫硫化粘結而成。當橡膠支座承受垂直荷載時，橡膠層的橫向變形受到約束，使橡膠支座具有很大的垂向承載力和豎向剛度。橡膠層與鋼板逐層疊合提高了支座的受拉承載力。目前主要應用的形式有天然橡膠疊層橡膠支座、高阻尼疊層橡膠支座、鉛芯疊層橡膠支座、內包阻尼體疊層橡膠支座等。疊層橡膠支座的阻尼是評價疊層橡膠支座在水平剪切變形過程中由於橡膠支座組成材料的非彈性變形或內摩擦而產生能量耗散能力的指標。疊層橡膠支座在橡膠支座的中央部位設置柱形體的阻尼材料，可以提高疊層橡膠支座的水平方向的阻尼比。現有的鉛芯疊層橡膠支座如圖2所示，包括上、下聯結板、鉛芯、鋼板、橡膠板、保護層。現有技術的疊層橡膠支座的阻尼和剛度參數一旦選定後在工作過程中就無法再進行調節，從而限制了疊層橡膠隔震支座的隔震性能，使得其僅適用於短周期的中低層建築和剛性結構，對高層和超高層建築不太適用。現有疊層橡膠支座的固定的參數限制了疊層橡膠支座應用範圍，也使疊層橡膠支座的發展空間受到限制。
電流變液是由納米至微米尺度的介電微粒、絕緣載液以及添加劑混合而成的懸濁流體，是一種具有廣泛應用前景的的智能材料。電流變液具有剪切強度連續可調，液固轉變所需能耗低，響應快速和可逆轉的性質。在通常狀態下電流變液呈現為具有一定粘性的流體，當電流變液處於一定強度的電場之中時，電流變液會在瞬間轉化為一種類似固體的狀態。電流變液已經在汽車工業、液壓工業、機械製造業、傳感器技術、生物醫學等領域得到應用。根據香港科技大學溫維佳教授所作的研究，目前研製的新型巨電流變液在4kV/mm的電場強度下可以達到100kPa以上的屈服強度，可以滿足實際工程應用的需要。

發明內容
本發明為了提高疊層橡膠支座的隔震性能及適用範圍，基於傳統的疊層橡膠支座技術和新興的電流變技術，提出一種水平阻尼和剛度實時可調節的半主動型電流變複合疊層橡膠支座。
本發明提供了一種電流變複合疊層橡膠支座，包括包括有上聯結板8、下聯結板9、橡膠板3、鋼板4、保護層11，其特徵在於，鋼板4與橡膠板3逐層疊合在一起，鋼板4中部設孔，橡膠板3中部挖空呈環帶狀，橡膠板3的內徑大於鋼板4中部孔徑，在各層鋼板4與各層橡膠板3之間形成空隙；上聯結板8的中部設有注液孔12用於電流變液2的注入，注液孔12與支座中部形成的通孔10連通，用密封絲堵1予以密封；電流變液2充滿上述鋼板4與橡膠板3圍成的空間；各層鋼板4的邊緣引出用於與提供控制信號的控制設備相連接的引線7。
通過控制引線7的電壓可以改變各層鋼板間的電場強度，從而改變支座內部電流變液的狀態，使得支座的水平剛度及阻尼發生改變。
最新研製的電流變液當電場強度為1kV/mm時剪切強度可達到30kPa以上，為了降低對控制電壓的要求，鋼板4的中部厚度略厚於邊緣的厚度，以使得處於鋼板4和橡膠板3內部的電流變液2的厚度小於橡膠板3的厚度使得電流變液2在設定的控制電壓能達到足夠高的電場強度。
在各層鋼板4與橡膠板3疊合的邊緣部位壓制有環形稍微凸起的密封槽6。該密封槽使橡膠板與鋼板的粘結更為緊密，並提高橡膠支座的承載力，避免電流變液的洩漏。
所述的電流變複合疊層橡膠支座，其中上聯結板8、下聯結板9中間部分的水平方向的截面外圍為矩形或圓形。
本發明利用了電流變液的可調節性，改變各層鋼板之間的電場強度可以改變電流變液的屈服強度，從而改變電流變複合疊層橡膠支座的水平剛度和阻尼。當本發明提出的電流變複合疊層橡膠支座按照一定的半主動控制律施加控制電壓時，可以提供比常規疊層橡膠支座更好的隔震能力，並可以提高隔震控制系統的適用範圍。
本發明提出的電流變複合疊層橡膠支座的半主動變阻尼部分位於橡膠層的內部，從而使得可調節的阻尼器與多層橡膠形成一體，既可以節省空間，在設計、加工和安裝上也較為有利。本發明具有結構簡單、性能穩定、實用性強，應用範圍廣泛的優點，可適用於現有疊層橡膠支座所適用的任何場合。


圖1表示本發明的結構剖視2表示現有的鉛芯疊層橡膠支座的結構剖視3表示本發明的立面剖面4表示沿圖3中心線A-A的剖面5表示本發明中鋼板的一種結構簡中1.密封絲堵 2.電流變液 3.橡膠板 4.鋼板5.連接孔 6.密封槽 7.引線 8.上聯結板9.下聯結板 10.通孔 11.保護層 12.注液孔具體實施方式
下面將結合說明書附圖對本發明實施方法作進一步說明如圖1所示，一種電流變疊層橡膠支座，其外形與現有疊層橡膠支座無異但內部設置有獨特的電流變構造。支座中心設有通孔10，橡膠板3與鋼板4逐層疊合在一起，粘結方式和現有技術相同。不同的是除去橡膠板3中部的部分橡膠，使得鋼板4與橡膠板3之間的形成裝電流變液2的空隙，上聯結板8的中部設有電流變液2注入的注液孔12與支座中部的通孔10連通，在鋼板4與橡膠板3所圍成的空間中充滿流通的電流變液2，注液孔12用密封絲堵1予以密封。在橡膠板3和鋼板4的底部設有下聯結板9，用以與建築物的基礎相連接。在各層鋼板4的邊緣引出用於與提供控制信號的控制設備相連接的引線7。如果鋼板4與橡膠板3之間的電流變液不能滿足電流變效應所需的厚度要求，可以採用如附圖5所示的中間厚邊緣較薄的鋼板截面形式。鋼板4在邊緣部位稍微凸起的環狀密封槽6可以使得鋼板層4與橡膠板層3的連接更加緊密，並且避免電流變液2的洩漏。
本發明提出的電流變複合疊層橡膠支座在引線7不加電壓的情況下，其作用與現有技術的疊層橡膠支座相同。當引線7根據結構的振動狀態或地基的震動施加隨時間變化的控制電壓時，本專利提出的電流變複合疊層橡膠支座可以獲得比常規疊層橡膠支座更好的隔震控制效果。
權利要求
1.一種電流變複合疊層橡膠支座，包括有上聯結板(8)、下聯結板(9)、橡膠板(3)、鋼板(4)、保護層(11)，其特徵在於，鋼板(4)與橡膠板(3)逐層疊合在一起，鋼板(4)中部設孔，橡膠板(3)中部挖空呈環帶狀，橡膠板(3)的內徑大於鋼板(4)中部孔徑，在各層鋼板(4)與各層橡膠板(3)之間形成空隙；上聯結板(8)的中部設有注液孔(12)用於電流變液(2)的注入，注液孔(12)與支座中部形成的通孔(10)連通，用密封絲堵(1)予以密封；電流變液(2)充滿上述鋼板(4)與橡膠板(3)圍成的空間；各層鋼板(4)的邊緣引出用於與提供控制信號的控制設備相連接的引線(7)。
2.根據權利要求1所述的電流變複合疊層橡膠支座，其特徵在於，鋼板(4)中部的厚度厚於邊緣部位。
3.根據權利要求1所述的電流變複合疊層橡膠支座，在各層鋼板(4)與橡膠板(3)疊合的邊緣部位壓制有環形稍微凸起的密封槽(6)。
4.根據權利要求1所述的電流變複合疊層橡膠支座，其中上聯結板(8)、下聯結板(9)中間部分的水平方向的截面外圍為矩形或圓形。
全文摘要
本發明屬結構震動隔離與振動控制領域。包括有上聯結板(8)、下聯結板(9)、橡膠板(3)、鋼板(4)、保護層(11)，其特徵在於，鋼板(4)與橡膠板(3)疊合，鋼板(4)中部設孔，橡膠板(3)呈環帶狀，在鋼板(4)與橡膠板(3)之間形成空隙；上聯結板(8)的中部設有注液孔(12)，注液孔(12)與支座中部形成的通孔(10)連通，用密封絲堵(1)予以密封；電流變液(2)充滿上述鋼板(4)與橡膠板(3)圍成的空間；鋼板(4)的邊緣引出用於與提供控制信號的控制設備相連接的引線(7)。本發明可對支座的水平剛度和阻尼特性實時調節，承壓能力大，變形能力好，復原能力強，耗能能力強，適用於現有疊層橡膠支座所適用的場合。
文檔編號F16F9/32GK1644956SQ200510053830
公開日2005年7月27日 申請日期2005年3月14日 優先權日2005年3月14日
發明者閆維明, 紀金豹, 李英, 周錫元 申請人:北京工業大學