本發(fā)明涉及一種隔減振/震裝置，尤其涉及一種能夠多方向?qū)掝l域的隔減振/震裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，高層建筑、大跨結(jié)構(gòu)、重要建筑設施以及造型不規(guī)則的結(jié)構(gòu)(如含有大懸挑結(jié)構(gòu))日益增多；與此同時，城市軌道交通蓬勃發(fā)展，高速鐵路、地下鐵路等大面積興建。動力荷載(地震、強風、軌道運行下振動荷載，等)作用下，建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，極易造成結(jié)構(gòu)舒適度下降、安全度降低甚至發(fā)生破壞，如何減小復雜多變的振動效應成為一個重要課題。結(jié)構(gòu)振動控制是一種新型的抗振(震)措施，它是通過在結(jié)構(gòu)中設置減振(震)或隔振(震)裝置來消耗或隔離振(震)動能量，或者施加外部的能量以抵消外部激勵對結(jié)構(gòu)的作用。隔減振/震裝置作為被動振動控制的一種常見形式，具有構(gòu)造相對簡單，無需人工干預，強魯棒性和穩(wěn)定性的優(yōu)點而被廣泛應用。

傳統(tǒng)的多維隔減振/震裝置對豎向振動的控制較為薄弱，例如在建筑隔震領(lǐng)域，隔震裝置一方面需要具有較大的豎向剛度以提供足夠的豎向承載力，另一方面，需要通過降低豎向剛度以延長豎向周期以此達到隔震效果。但這兩方面存在一定不可協(xié)調(diào)的矛盾，使得現(xiàn)有的多維隔震裝置依舊難以實現(xiàn)理想的豎向隔震效果。再比如，軌道振動控制領(lǐng)域，地鐵運行產(chǎn)生的振動具有很寬的頻帶，單純依賴隔振裝置難以實現(xiàn)全頻段的隔振，易造成隔振后建筑高頻段被激起或者低頻段仍未隔離出振動頻帶的問題。除了上述問題，目前傳統(tǒng)多維隔減振/震裝置阻尼較低，幾乎沒有耗能能力，這也限制了多維隔減振/震裝置的新思路，多發(fā)展。

寬頻域粘彈性材料是一種十分有效的高耗能阻尼材料，其在外力作用下，同時存在彈性和粘性兩種變形機制，在較寬的頻帶范圍內(nèi)均具有較高的阻尼。在振動控制領(lǐng)域中，常常利用粘彈性材料的往復剪切變形，將振動能量以材料熱能的形式耗散掉，使得結(jié)構(gòu)阻尼加大，在土木、機械、航空航天等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應用。因此，發(fā)明一種結(jié)合有粘彈性材料的多方向?qū)掝l隔減振/震裝置有效地實現(xiàn)多維振動控制、改善結(jié)構(gòu)振動特性，很有必要且極具工程應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠多方向?qū)掝l域的隔減振/震裝置，該裝置既具有一定的豎向剛度以提供足夠的豎向承載力，又具有高的阻尼。

發(fā)明內(nèi)容：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段為：

一種多方向?qū)掝l域的隔減振/震裝置，包括相對設置的上鋼板和下鋼板，還包括位于上鋼板和下鋼板之間的粘彈性支座，所述粘彈性支座通過螺栓分別與上鋼板和下鋼板固定連接；所述粘彈性支座外設有粘彈性阻尼器，所述粘彈性阻尼器通過螺栓分別與上鋼板和下鋼板固定連接，所述粘彈性阻尼器由相互咬合的上齒架和下齒架以及包裹在上齒架和下齒架外的粘彈性材料組成，所述上齒架和下齒架之間具有一定的間隙，間隙通過粘彈性材料硫化填充；所述粘彈性支座和粘彈性阻尼器之間還設有抗拔鋼索，所述抗拔鋼索通過連接卡扣與上鋼板和下鋼板固定連接。

其中，所述粘彈性支座包括橫向設置的頂板和底板，以及位于頂板和底板之間的疊層支座，所述疊層支座由粘彈性材料層和鋼板依次交替疊合硫化而成。

其中，所述粘彈性支座內(nèi)鋼板呈H型。

其中，所述粘彈性支座內(nèi)粘彈性材料層的厚度大于鋼板的厚度。

其中，所述粘彈性支座內(nèi)粘彈性材料層的厚度為5～10mm，鋼板的厚度為2～4mm。

其中，所述粘彈性阻尼器圍合呈環(huán)形或方形。

其中，所述上齒架和下齒架均為具有齒狀或近似齒狀截面結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)架。

其中，所述上齒架和下齒架之間的間隙為5～15mm。

其中，所述上齒架上端面與上鋼板之間粘彈性材料層的厚度為2～5mm，所述下齒架下端面與下鋼板之間粘彈性材料層的厚度為2～5mm。

其中，所述抗拔鋼索均勻環(huán)繞在圓柱形粘彈性支座的外圍。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果為：

本發(fā)明的多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置，在較寬的頻率段內(nèi)，水平向、豎向均具有良好的隔減振/震性能，高性能的同時具有很好的魯棒性和穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

首先，該裝置水平隔減振/震由粘彈性阻尼器和粘彈性支座共同實現(xiàn)，大大改善和提高了裝置的水平隔振和耗能能力；粘彈性支座中薄鋼板為H型，鋼板兩側(cè)翼緣使得裝置在常規(guī)工作狀態(tài)下能夠較為均勻柔和變形，提高裝置魯棒性；同時，粘彈性阻尼器達到水平向最大量程時，可提供附加水平剛度，并對過大的水平位移進行限位，從而保證整個隔振/震裝置的安全穩(wěn)定運行；

其次，該裝置中豎向剛度主要由粘彈性支座提供，相較于傳統(tǒng)隔振/震支座，具有較小的豎向剛度，能夠降低結(jié)構(gòu)豎向頻率，在較寬的頻率范圍內(nèi)均有好的豎向隔振/震性能；同時，粘彈性阻尼器達到豎向最大量程時，可提供附加剛度，保證整個隔減振/震裝置的豎向承載力；

再次，該裝置中粘彈性阻尼器通過齒面設置，可改變水平振動、豎向振動下的剪切耗能面，以此多方向多角度地實現(xiàn)水平、豎向耗能減振，并大大增加各向阻尼，并通過齒面的咬合提供剛度保護；

最后，該裝置中所設抗拔鋼索均勻環(huán)繞布置于粘彈性支座與粘彈性阻尼器之間，提供均勻的抗拔力，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生受拉破壞和不均勻局部破壞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置的俯視圖I；

圖2為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置的俯視圖II；

圖3為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置的正視圖；

圖4為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置的剖面圖；

圖5為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置中粘彈性阻尼器的示意圖；

圖6為本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置中粘彈性阻尼器某一工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應當也不會限制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。

如圖1～5所示，本發(fā)明多方向?qū)掝l域的隔減振/震裝置，包括相對設置的上鋼板1和下鋼板2，還包括位于上鋼板1和下鋼板2之間的粘彈性支座3，粘彈性支座3包括橫向設置的頂板9和底板10，以及位于頂板9和底板10之間的疊層支座，疊層支座由粘彈性材料層13和鋼板14依次交替疊合硫化而成，粘彈性支座3的頂板9通過一定數(shù)量的螺栓12與上鋼板1固定連接，粘彈性支座3的底板10通過一定數(shù)量的螺栓12與下鋼板2固定連接；粘彈性支座3外套設有粘彈性阻尼器4，粘彈性阻尼器4由相互咬合的上齒架6和下齒架8以及包裹在上齒架6和下齒架8外的粘彈性材料7組成，上齒架6和下齒架8之間的間隙也通過粘彈性材料7硫化填充，粘彈性阻尼器4的上齒架6通過一定數(shù)量的螺栓12與上鋼板1固定連接，粘彈性阻尼器4的下齒架8通過一定數(shù)量的螺栓12與下鋼板2固定連接；粘彈性支座4和粘彈性阻尼器4之間還設有抗拔鋼索5，抗拔鋼索5通過連接卡扣11與上鋼板1和下鋼板2固定連接，抗拔鋼索5呈S型，S型抗拔鋼索5均勻布置于粘彈性支座3與粘彈性阻尼器4之間；抗拔鋼索5設置在粘彈性支座3與粘彈性阻尼器4之間，一方面能夠保證在大拉力作用下裝置受力均勻，在靜載作用下，使粘彈性阻尼器4處于小壓力小變形狀態(tài)，另一方面，在粘彈性支座3與粘彈性阻尼器4之間留有一定的距離還能夠使粘彈性支座3在水平振動作用下自由變形。

粘彈性支座3主要粘彈性材料層13和H型薄鋼板14依次交替疊合而成(將粘彈性材料壓成層狀再與鋼板依次交替疊合并硫化為一個整體)，除此之外，還包含支座頂板9和底板10。粘彈性支座3與上鋼板1和下鋼板2通過螺栓12連接，保證振動作用下的連接穩(wěn)定。薄鋼板14設置成H型鋼板，目的是改善傳統(tǒng)疊層支座降低豎向剛度的同時易造成水平剛度過低的問題。通過H型鋼板14兩側(cè)的翼緣，裝置發(fā)生水平運動時，翼緣可以約束粘彈性支座3的水平變形，增強其工作穩(wěn)定性。通過改變粘彈性材料層13及鋼板14的厚度、層數(shù)，可以調(diào)節(jié)粘彈性支座3的剛度和阻尼，從而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的實際自振頻率達到隔振、減振的效果。一般來講，粘彈性材料層13的厚度(一般為5～10mm)應大于鋼板的厚度(一般問2～4mm)，以防止粘彈性支座3的剛度過大而導致豎向隔振性能不良。

如圖5所示，粘彈性阻尼器4由上齒架6、粘彈性材料7和下齒架8硫化組合而成；粘彈性阻尼器4可以為一個環(huán)形整體(如圖1所示)，也可以為矩形單體(如圖2所示)，矩形單體圍合呈方形，也可以是其他合適的構(gòu)型。上齒架6和下齒架8是具有一定厚度的齒型鋼構(gòu)架(材料可以為鋼材、合金)(上齒架6和下齒架8的截面為齒狀或近似齒狀結(jié)構(gòu))，上齒架6和下齒架8之間根據(jù)工程實際要求設置合理的間隙(一般在5～15mm)，上齒架6和下齒架8之間的間隙用粘彈性材料7硫化填充，使得粘彈性材料7與上齒架6和下齒架8的斷面均能很好的粘結(jié)，從而構(gòu)成一個整體。粘彈性阻尼器4中上齒架6和下齒架8之間的間隙，即粘彈性材料7的厚度可通過粘彈性阻尼器4的自身穩(wěn)定性及其與粘彈性支座3的行程關(guān)系(滿足大行程下能夠提供剛度并限位的要求)來確定，但不應僅局限于這兩點要求。上齒架6和下齒架8通過螺栓12分別與上鋼板1和下鋼板2固定，固定位置宜設置于齒架的大截面處；同時，粘彈性阻尼器4上頂面(上齒架6與上鋼板1之間的距離)和下底面(下齒架8與下鋼板2之間的距離)粘彈性材料的厚度為2～5mm，從而使上下鋼板與上下齒架的連接更緊密并避免硬性振動碰撞。

本發(fā)明多方向?qū)掝l域隔減振/震裝置能同時實現(xiàn)水平向隔減振/震和豎向隔減振/震，其中粘彈性支座3在提供水平隔振性能的同時還能有效提高裝置的豎向隔振性能；粘彈性阻尼器4通過自身結(jié)構(gòu)特性以及與粘彈性支座3的位移協(xié)調(diào)關(guān)系，形成了多階段工作機制：正常工作行程下，實現(xiàn)多向振動下的耗能減振，大行程時，提供附加水平、豎向(受壓)剛度，彌補粘彈性支座3豎向極限承載力低的問題，進行位移限位，保證裝置安全高效工作；另外，裝置通過合理設置抗拔鋼索5的位置和數(shù)量，形成裝置的抗拔抗拉保護機制。

本裝置的工作原理：水平向隔減振(震)機制通過粘彈性支座3和粘彈性阻尼器4共同實現(xiàn)；當裝置受到水平向振/震動作用，粘彈性支座3因具有較小的水平剛度，粘彈性材料層13和薄鋼板14發(fā)生剪切變形，既達到隔振目的又能夠耗散能量，與此同時，粘彈性阻尼器4和粘彈性支座3由于均與上鋼板1和下鋼板2剛性固接，所以兩者具有位移一致性，粘彈性阻尼器4在水平振/震動作用下也會發(fā)生變形，由于上齒架6和下齒架8之間的齒型截面所構(gòu)造出的多向多角度截面的存在，粘彈性阻尼器4既存在拉壓變形，又存在剪切變形，可以很好地提供阻尼并耗散能量減小振動；當位移幅值使得上齒架6和下齒架8齒型斜面近似貼合時，達到最大量程，此時粘彈性阻尼器4剛度增大，將為整個隔減振/震裝置提供附加水平剛度，也將作為水平限位裝置防止粘彈性支座3發(fā)生過大水平位移破壞。

豎向隔減振/震機制通過粘彈性支座3、粘彈性阻尼器4及抗拔鋼索5共同實現(xiàn)。粘彈性支座3相對于傳統(tǒng)的隔振支座具有更小的豎向剛度，從而可以有效改善系統(tǒng)的豎向隔振性能。當裝置受到向下的豎向振/震動作用，粘彈性支座3中的粘彈性材料層13發(fā)生壓縮變形，既達到隔振目的又能夠耗散能量；與此同時，粘彈性阻尼器4也發(fā)生豎向壓縮變形，由于其中粘彈性材料7的存在以及其與齒架的組合形式所構(gòu)造出的多向多角度截面，使得粘彈性材料7同時發(fā)生拉壓及剪切變形，從而能夠有效地提供阻尼并耗散能量減小振動；受壓大變形下，粘彈性阻尼器4達到受壓量程，上齒架6和下齒架8近似貼合使得粘彈性阻尼器4豎向剛度增大，將作為豎向限位裝置以提供豎向附加剛度，防止上部結(jié)構(gòu)因裝置豎向變形過大也產(chǎn)生較大變形，危害安全；當裝置受到向上的豎向振/震動作用，粘彈性支座3中的粘彈性材料層13發(fā)生拉伸變形，既達到隔振目的又能夠耗散能量，與向下豎向振動情況類似，粘彈性阻尼器4發(fā)生豎向拉伸變形，由于其中粘彈性材料7的存在以及其與齒架的組合截面形式，使得粘彈性材料7同時發(fā)生拉壓及剪切變形，從而能夠有效地提供阻尼并耗散能量減小振動，受拉大變形下，均勻設置的抗拔鋼索5將提供抗拔抗拉力，保證裝置不被拉壞。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。