可調剛度粒子阻尼減震器的製作方法

2023-10-05 21:44:44 3

本實用新型涉及減震器，尤其是涉及可調剛度粒子阻尼減震器。

背景技術：

當前橋梁減震領域應用廣泛的有採用減隔震支座、利用橋墩延性減震等方法。目前研究得較多的減、隔震裝置主要有疊層橡膠支座、聚四氟乙烯支座、鉛芯橡膠支座等。聚四氟乙烯支座不具有向平衡位置的恢復力特性，使梁體與墩、臺之間的相對位移很難控制。疊層橡膠支座可減小橋墩、臺受到地震荷載的，但也增加了梁體與墩、臺之間相對位移，具有一定局限性。利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設計中常採用的方法。橋墩延性減震是將橋墩某些部位設計得具有足夠的延性，使之延長結構周期、耗散地震能量，但這一方式會大大增加橋梁的設計難度和施工成本。

粒子阻尼技術是一項振動被動控制新技術，是以阻尼耗能機理為理論基礎，主要由填充在結構空腔中的粒子通過非彈性碰撞和摩擦作用提供阻尼效應。粒子阻尼技術具有抑振效果顯著、耐高溫惡劣環境、對原結構改動小、產生的附加質量小等優點。粒子阻尼的產生機理從能量的角度上來看，是指損耗振動能量的能力，也就是將機械振動及聲振的能量，轉變成熱能或其他可以耗損的能量。將粒子阻尼技術引入橋梁減震領域可以延長上部結構的自振周期並給予結構較大的阻尼，可使橋梁進入塑性階段以延長結構的周期，增加結構的柔性以延長結構的自振周期，有效代替橋梁結構承受地震強烈的位移動力，達到減小由於地震動所產生的地震荷載的目的；增加結構的阻尼或能量耗散能力以減小由於地震所引起的結構反應，特別適用於橋梁減震。

中國專利CN201801813U公開一種橋梁減震器，設置於拉索大橋的橋梁拉索根部，起減震作用。所述減震器包括金屬圈和橡膠圈，所述金屬圈由左半金屬圈和右半金屬圈左右對合構成，橡膠圈由左半橡膠圈和右半橡膠圈左右對合構成，在所述金屬圈內壁面上設有一圈凹槽，相應於該凹槽，在所述橡膠圈外壁面上相應位置處設置有一與之相配合的凸緣；所述橡膠圈複合於金屬圈內圈，且使所述凸緣嵌置於所述凹槽內。通過在拉索的根部安裝本實用新型橋梁減震器，可以改變拉索的共振頻率，控制振幅，抑制振動波的傳播，減少材料的疲勞，減輕了拉索大橋由於風力及車輛產生的震動等因素影響，提高了拉索的使用壽命。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供可調剛度粒子阻尼減震器。

本實用新型設有結構固定箱、阻尼箱、阻尼粒子、大剛度減震彈簧、小剛度減震彈簧；所述可調剛度粒子阻尼減震器通過固定螺栓與減震結構相連或在進行土木工程時直接安裝在橋墩、橋臺、梁體和每一跨的上部結構中或梁底支點處；所述大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧與結構固定箱相連接，大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧設在阻尼箱的上部和四周，大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧配合組成可變剛度減震彈簧，阻尼粒子放置在阻尼箱內部。

所述大剛度減震彈簧的剛度可為600～2000kg/cm，所述小剛度減震彈簧的剛度可為20～600kg/cm。

所述阻尼粒子可採用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子的剖面水平投影面積佔相應分區總面積的20％～90％，阻尼粒子的密度可為(1.5～18.5)×103kg/m3。

所述阻尼箱內部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數量的阻尼粒子。

當發生震動時，阻尼箱帶動彈簧將機械能轉化為彈性勢能加以耗散，同時內部阻尼粒子發生碰撞摩擦進一步耗散系統震動能量。由於阻尼粒子具有萬向性，可以有效對來自各個方向的震動起到減震的作用。採用變剛度減震彈簧能夠有效減輕風振和地震帶來的震動。

當橋梁發生風振時，風載荷造成的橋梁結構位移較小，由公式f＝kx知，若減震彈簧的倔強係數k過大則橋梁帶動的阻尼器位移x也會較小，那麼就不能起到有效的減震作用。因此，為了有效減輕風震，則應採用倔強係數k小的減震彈簧，以使阻尼器可以產生較大的位移，使阻尼粒子可以有效發揮減震作用。但當發生地震時，為了做到「大震不倒、小震不壞」，則應當使減震彈簧的倔強係數k儘量大。若倔強係數k小的話，則由公式f＝kx知，地震帶動的阻尼器位移x過大，會超出減震彈簧的彈性極限而使之無法恢復自由長度，使與減震彈簧連接的阻尼器不能產生往復運動，大大降低了阻尼器減震的效率。

大剛度減震彈簧的剛度應在600～2000kg/cm範圍內選取，小剛度減震彈簧的剛度應在20～600kg/cm範圍內選取。如大剛度減震彈簧不在上述剛度範圍內選擇，則不能對地震起到有效減震作用；若小剛度減震彈簧不在上述剛度範圍內選擇，則不能對風振起到有效減震作用。同一側排布不同剛度的減震彈簧組合時採取對稱的方式排布。

本實用新型的優點在於：

將主要應用於機械減振領域的粒子阻尼減震技術應用於橋梁的減震中，具有減震頻帶寬和能量耗散快的優點，特別是採用了變剛度的減震彈簧，可針對橋梁面臨的風振和地震兩種不同類型的震動起到有效的減震效果，可有效將震動機械能轉化為粒子間的摩擦耗能和彈簧的彈性勢能。無需外部能量供給，安裝簡單易行，維護方便快捷，具有良好的經濟性和普適性。

附圖說明

圖1為本實用新型的縱剖面圖。

圖2為本實用新型的俯剖視圖。

圖3為本實用新型的側視圖。

圖4為阻尼箱的剖視圖。

具體實施方式

如圖1～4所示，本實用新型實施例設有結構固定箱1、阻尼箱2、阻尼粒子3、大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5；所述可調剛度粒子阻尼減震器通過固定螺栓與減震結構相連或在進行土木工程時直接安裝在橋墩、橋臺、梁體和每一跨的上部結構中或梁底支點處；所述大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5與結構固定箱1相連接，大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5設在阻尼箱2的上部和四周，大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5配合組成可變剛度減震彈簧，阻尼粒子3放置在阻尼箱2內部。

所述大剛度減震彈簧4的剛度可為600～2000kg/cm，所述小剛度減震彈簧5的剛度可為20～600kg/cm。

所述阻尼粒子3可採用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子3的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子3的剖面水平投影面積佔相應分區總面積的20％～90％，阻尼粒子3的密度可為1.5～18.5×103kg/m3。

所述阻尼箱內部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數量的阻尼粒子。

結構固定箱1為鋼製，通過固定螺栓與減震結構相連或者在進行土木工程時直接安裝在橋墩、橋臺、梁體和每一跨的上部結構中或梁底支點處。若採用螺栓固定，則建議選用摩擦型高強螺栓。同時建議，如果條件允許應在延性塑性鉸區域內配有足夠的橫向鋼筋，不至於產生過大的剪切裂縫。當橋梁發生震動時，橋梁帶動結構固定箱1發生震動，使連接結構固定箱1和阻尼箱2之間的大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5發生彈性形變，將震動產生的機械能轉化為彈簧的彈性勢能，同時大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5帶動阻尼箱2中的阻尼粒子3震動，進一步將震動機械能通過阻尼粒子之間摩擦耗散。阻尼箱2是由厚度為4mm的不鏽鋼板焊接而成，尺寸根據實際情況確定，圖中對阻尼箱2內部的分隔方式僅為實際運用中的一種，實際運用時應根據工程具體情況仿真計算後確定。阻尼粒子3耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，所選粒徑在0.5～30mm之間，不同粒子和混合搭配，阻尼粒子3水平投影面積佔相應區域的20％～90％，密度設置為(1.5～18.5)×103kg/m3。大剛度減震彈簧4的剛度應在600～2000kg/cm範圍內選取，小剛度減震彈簧5的剛度應在20～600kg/cm範圍內選取。同一側排布不同剛度的減震彈簧組合時採取對稱的方式排布。當橋梁遭遇風振時，小剛度減震彈簧5發生彈性形變，有效減輕橋梁震動；當發生地震時，大剛度減震彈簧4發生彈性形變，可有效減輕橋梁震動。