本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，特指一種組合式鉛顆粒橡膠阻尼器。

背景技術(shù)：

建筑消能減震(振)技術(shù)是一類有效的結(jié)構(gòu)被動控制技術(shù)。通過在結(jié)構(gòu)相對變形較大的部位設(shè)置耗能減震(振)裝置，可以有效地減小結(jié)構(gòu)在地震作用、風(fēng)荷載或其他動力荷載作用下的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。

鉛阻尼器是是一類利用鉛材的塑性變形消耗結(jié)構(gòu)振動能量的振動控制裝置。鉛具有密度大、熔點(diǎn)低、塑性高、強(qiáng)度低、耐腐強(qiáng)、潤滑能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)具有較高的延性和柔性，因此在變形過程中可以吸收大量的能量，具有較強(qiáng)的變形跟蹤能力。同時(shí)，通過動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶過程，鉛的組織和性能可以恢復(fù)至變形前的狀態(tài)。因此，鉛具有使用壽命長，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，是結(jié)構(gòu)抗震、控振的優(yōu)選材料。

疊層橡膠將薄橡膠板和薄鋼板分層交替疊合后在高溫高壓下硫化而成，橡膠層與鋼板的緊密結(jié)合保證了鋼板對橡膠層的變形約束，使其具有較高的水平變形能力。同時(shí)，疊層橡膠具有較好的抗壓、抗延伸、抗脆裂性，耐久性良好。

現(xiàn)有技術(shù)中，鉛芯橡膠主要用于隔震建筑中，作為一種消能減震裝置研發(fā)較少。鉛材通常以柱狀形式置于橡膠中心，通過剪切滯回耗能提供阻尼；橡膠和鋼板則相互疊合，耗能能力弱，對阻尼貢獻(xiàn)較小。現(xiàn)有技術(shù)中未能充分發(fā)揮鉛材和疊層橡膠的耗能性能。

近年來也出現(xiàn)了單純的鉛擠壓和鉛剪切阻尼器。鉛擠壓阻尼器將鉛灌裝在封閉腔體內(nèi)，其缺點(diǎn)在于對封閉腔體灌鉛工藝要求較高，振動過程中鉛容易泄露，同時(shí)耗能方式單一。鉛剪切阻尼器的缺點(diǎn)在于鉛不具備焊接性能，因此鉛與上下封蓋、滑動板的連接非常困難，生產(chǎn)過程中耗時(shí)耗材，還容易泄露，同時(shí)僅通過剪切耗能，耗能方式單一。

因此，需要構(gòu)造出一種構(gòu)造簡單、加工方便、性能穩(wěn)定的阻尼器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種組合式鉛顆粒橡膠阻尼器，解決現(xiàn)有技術(shù)中疊層橡膠和鉛芯組合形成的阻尼器中未能充分發(fā)揮鉛材和疊層橡膠的耗能性能以及鉛擠壓和鉛剪切阻尼器存在的灌鉛工藝高、振動過程中鉛易泄露及耗能方式單一等問題。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種組合式鉛顆粒橡膠阻尼器，包括至少一個(gè)耗能單元，所述耗能單元包括：

耗能結(jié)構(gòu)，包括呈一體結(jié)構(gòu)的多層橡膠層和多層剛性板，所述剛性板置于相鄰的兩層橡膠層之間，所述耗能結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成有空腔，所述剛性板的端部凸伸至所述空腔內(nèi)；

填充于所述空腔內(nèi)的鉛顆粒；以及

封堵于所述空腔頂部和底部的封蓋板。

本發(fā)明采用鉛顆粒代替鉛芯，改變了鉛芯單純依靠剪切滯回耗能的耗能模式，在剪切耗能基礎(chǔ)上，通過鉛顆粒之間的摩擦和碰撞耗能，增強(qiáng)了鉛材的耗能能力，提高了阻尼性能。利用多層橡膠層和多層剛性板制成一體的耗能結(jié)構(gòu)，且剛性板延伸至空腔內(nèi)，改變了剛性板單純約束橡膠層的作用，使得剛性板產(chǎn)生擠壓作用，對鉛顆粒的運(yùn)動產(chǎn)生約束，增強(qiáng)了鉛顆粒的擠壓耗能作用，以及鉛顆粒與剛性板的摩擦耗能作用。鉛顆粒受到橡膠層的約束，其重復(fù)變形性能穩(wěn)定，橡膠層對鉛顆粒形成了保護(hù)作用，由于橡膠層具有較好的變形能力，且與鋼板制成一體，不會產(chǎn)生泄露，且橡膠耐久性能好，經(jīng)久耐用。利用鉛顆粒代替鉛芯，避免了鉛與鋼板的連接，回避了鉛不具備焊接性能的缺點(diǎn)。本發(fā)明較好的解決了現(xiàn)有技術(shù)中疊層橡膠和鉛芯組合形成的阻尼器中未能充分發(fā)揮鉛材和疊層橡膠的耗能性能的問題，以及鉛擠壓和鉛剪切阻尼器存在的灌鉛工藝高、振動過程中鉛易泄露及耗能方式單一的問題。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述剛性板伸入所述空腔內(nèi)的部分的上表面和下表面為鋸齒面。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述耗能結(jié)構(gòu)還包括有上端板和下端板，所述上端板與所述耗能結(jié)構(gòu)上位于頂部的橡膠層制成一體結(jié)構(gòu)，所述下端板與所述耗能結(jié)構(gòu)上位于底部的橡膠層制成一體結(jié)構(gòu)，所述上端板和所述下端板對應(yīng)所述空腔處開設(shè)有連通口。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述上端板和所述下端板的端面上于對應(yīng)的連通口處設(shè)有容置對應(yīng)的封蓋板的容置槽。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述上端板和所述下端板的邊沿向外凸伸形成外邊沿，所述外邊沿處開設(shè)有連接孔。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述封蓋板靠近所述空腔的板面上設(shè)有向所述空腔內(nèi)凸伸的凸起。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述凸起的表面為鋸齒面。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述凸起呈半球狀。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，還包括套設(shè)于所述橡膠層和所述剛性板外側(cè)的保護(hù)套。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述保護(hù)套為橡膠套。

附圖說明

圖1為本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)的第一種連接方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)的第二種連接方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)的第三種連接方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供了一種組合式鉛顆粒橡膠阻尼器，用于建筑消能減震，可以有效減小建筑結(jié)構(gòu)在地震作用、風(fēng)荷載和其他動力荷載作用下的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。本發(fā)明通過將疊層橡膠(呈一體結(jié)構(gòu)的多層橡膠層和多層剛性板)和鉛顆粒有效結(jié)合，使得鉛顆粒與橡膠層在共同適用中具有較好的協(xié)調(diào)性，耗能效果好，經(jīng)久耐用。通過鉛顆粒之間的摩擦和碰撞耗能、鉛顆粒與剛性板及封蓋板間摩擦和碰撞耗能、鉛顆粒受到擠壓作用產(chǎn)生擠壓滯回耗能、以及鉛顆粒的剪切耗能，共實(shí)現(xiàn)了四種方式的耗能效果，同時(shí)本發(fā)明的阻尼器制作安裝簡單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)，便于更換，既可用于新建建筑抗震設(shè)計(jì)，也可用于既有建筑的加固改造。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器進(jìn)行說明。

本發(fā)明提供了一種組合式鉛顆粒橡膠阻尼器，如圖1所示，該組合式鉛顆粒橡膠阻尼器包括至少一個(gè)耗能單元20，在圖1所示的第一實(shí)施例中，該阻尼器包括一個(gè)耗能單元20，該耗能單元20包括耗能結(jié)構(gòu)21、鉛顆粒22以及封蓋板23，耗能結(jié)構(gòu)21包括呈一體結(jié)構(gòu)的多層橡膠層211和多層剛性板212，其中的剛性板212置于相鄰的兩層橡膠層211之間，耗能結(jié)構(gòu)21的內(nèi)部形成有空腔213，剛性板212的端部凸伸至空腔213內(nèi)，使得剛性板212有部位位于空腔213內(nèi)。鉛顆粒22填充于空腔213內(nèi)，較佳地，將鉛顆粒22滿填于空腔213內(nèi)。封蓋板23封堵于空腔213的頂部和底部，通過封蓋板23的封堵，使得鉛顆粒22被封裝于空腔213內(nèi)。耗能單元20在減震耗能過程中，利用鉛顆粒在剪切耗能基礎(chǔ)上，通過鉛顆粒之間的摩擦和碰撞進(jìn)行耗能，增強(qiáng)了鉛材的耗能能力，提高了阻尼性能。耗能單元20的剛性板212延伸至空腔213內(nèi)，利用剛性板212位于空腔213內(nèi)的部分對鉛顆粒產(chǎn)生擠壓作用，對鉛顆粒的相對運(yùn)動產(chǎn)生約束，增強(qiáng)鉛顆粒的擠壓耗能作用和鉛顆粒與剛性板間摩擦耗能作用?？涨?13由橡膠層211和剛性板212圍合形成，該空腔213的外周為橡膠層211的內(nèi)壁面，通過橡膠層211約束鉛顆粒，使得鉛顆粒的重復(fù)變形性能穩(wěn)定，橡膠層還對鉛顆粒形成了保護(hù)作用，由于橡膠具有較好的變形能力，其與剛性板制成一體結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生泄露，且橡膠耐久性能好，經(jīng)久耐用。

結(jié)合圖1所示，作為本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式，剛性板212伸入空腔213內(nèi)的部分的上表面和下表面均為鋸齒面2121。即位于空腔213內(nèi)的剛性板212的表面為凸凹不平的結(jié)構(gòu)表面，通過設(shè)置鋸齒面增2121加剛性板與鉛顆粒的接觸面，增強(qiáng)了鉛顆粒的擠壓耗能作用，也提高了鉛顆粒與剛性板的摩擦耗能作用。具體地，該鋸齒面2121可以由帶肋的板面形成，即在板面上形成有多條肋條以使得表面呈凸凹不平的鋸齒狀。

耗能結(jié)構(gòu)21還包括有上端板214和下端板215，上端板214與耗能結(jié)構(gòu)21上位于頂部的橡膠層211制成一體結(jié)構(gòu)，下端板215與耗能結(jié)構(gòu)21上位于底部的橡膠層211制成一體結(jié)構(gòu)，上端板214和下端板215對應(yīng)空腔213處開設(shè)有連通口。上端板214和下端板215的端面上于對應(yīng)的連通口處設(shè)有容置對應(yīng)的封蓋板23的容置槽，位于耗能結(jié)構(gòu)21頂部處的封蓋板23蓋設(shè)于上端板214的連通口處，且該頂部的封蓋板23置于上端板214的容置槽內(nèi)，使得頂部的封蓋板23的頂面與上端板214的端面平齊。位于耗能結(jié)構(gòu)21底部處的封蓋板23蓋設(shè)于下端板215的連通口處，該底部的封蓋板23置于下端板215的容置槽內(nèi)，使得底部的封蓋板23的底面與下端板215的端面平齊。上端板214的邊沿向外凸伸形成外邊沿2141，向外凸伸是指向遠(yuǎn)離內(nèi)腔213的方向延伸，在外邊沿2141處開設(shè)有連接孔2142，在應(yīng)用時(shí)，可通過上端板214上的連接孔2142直接將該耗能單元20安裝于建筑結(jié)構(gòu)上。下端板215的邊沿向外凸伸形成外邊沿2151，向外凸伸是指向遠(yuǎn)離內(nèi)腔213的方向延伸，在外邊沿2151處開設(shè)有連接孔2152，在應(yīng)用時(shí)，可通過下端板215上的連接孔2152直接將該耗能單元20安裝于建筑結(jié)構(gòu)上。

作為本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式，呈一體結(jié)構(gòu)的多層橡膠層211和多層剛性板212是通過硫化工藝將橡膠層與剛性板制成一體，即將橡膠層211和剛性板212交替疊合而后在高溫高壓下硫化形成一體結(jié)構(gòu)。使得橡膠層211和剛性板212之間緊密結(jié)合保證了剛性板212對橡膠層211的變形約束，使其具有較高的水平變形能力。作為本發(fā)明的又一較佳實(shí)施方式，在將多層橡膠層211和多層剛性板212進(jìn)行硫化時(shí)，將上端板214和下端板215與橡膠層211和剛性板212一起進(jìn)行硫化，進(jìn)而形成一個(gè)整體，即形成了上端板214和下端板215位于頂部和底部，橡膠層211和剛性板212交替的置于上端板214和下端板215之間的整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)即為耗能結(jié)構(gòu)21。

作為本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式，封蓋板23靠近空腔213的板面上設(shè)有向空腔213內(nèi)凸伸的凸起231。該凸起231置于空腔213內(nèi)，利用凸起231擠壓空腔213內(nèi)的鉛顆粒22，使得鉛顆粒22受到擠壓作用產(chǎn)生滯回耗能，提高了減震耗能的效果。較佳地，該凸起231的表面為鋸齒面232，鋸齒面232增大了鉛顆粒和凸起231的接觸面，增強(qiáng)了摩擦耗能的作用。該凸起231呈半球狀。

作為本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式，阻尼器還包括套設(shè)在橡膠層211和剛性板212外側(cè)的保護(hù)套24，保護(hù)套24為橡膠套。保護(hù)套24套設(shè)在耗能結(jié)構(gòu)21上的位于上端板214和下端板215之間的部分。保護(hù)套24起到了保護(hù)橡膠層211和剛性板212的作用，另外保護(hù)套24具有一定的形變能力，也能起到減震耗能的作用，為提高阻尼器的減震耗能能力起到幫助作用。

如圖2所示，顯示了本發(fā)明的組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的第二實(shí)施例，在第二實(shí)施例中，該阻尼器包括了兩個(gè)以上的耗能單元20，耗能單元20之間通過上剛性連接板11和下剛性連接板12連接在一起，將耗能單元20并排放置于下剛性連接板12上，將上剛性連接板11放置于耗能單元20的頂部，然后通過螺栓穿設(shè)上剛性連接板11和耗能單元上的上端板214的連接孔2142，將上剛性連接板11和耗能單元20的上端板214連接緊固，通過螺栓穿設(shè)下剛性連接板12和耗能單元20上的下端板215的連接孔2152，將下剛性連接板12和耗能單元20的下端板215連接緊固。可通過需要選擇耗能單元20的數(shù)量，以滿足減震耗能能力的需求。

作為本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式，為提高阻尼器的耗能能力，以達(dá)到耗能要求，可以通過改變鉛顆粒22的剪切面積來實(shí)現(xiàn)。如增大單個(gè)鉛顆粒22的截面面積。還可以增加耗能單元的數(shù)量；還可以增加剛性板和封蓋板的鋸齒面的鋸齒數(shù)量和形式，即通過增大接觸面來提高耗能能力。較佳地，鉛顆粒22的直徑采用1mm，鉛顆粒22滿填于空腔213內(nèi)。剛性板212采用薄鋼板。

如圖3所示，顯示了將本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)13的第一種連接方式，框架結(jié)構(gòu)13包括連接成方框形的橫向構(gòu)件131和豎向構(gòu)件132，本發(fā)明的組合式鉛顆粒橡膠阻尼器通過上剛性連接板11與頂部的橫向構(gòu)件131連接固定，阻尼器通過下剛性連接板12與承托板133連接固定，承托板133再通過支撐板134支撐于框架結(jié)構(gòu)13的內(nèi)部，支撐板134一端固定連接在橫向構(gòu)件131和豎向構(gòu)件132的角部，另一端支撐連接承托板133。在框架結(jié)構(gòu)13受到地震作用、風(fēng)荷載和其他動力荷載作用時(shí)，通過阻尼器的耗能單元20起到減震耗能的效果，對框架結(jié)構(gòu)13所受到的荷載作用作出動力響應(yīng)，利用鉛顆粒、剛性板、橡膠層以及封蓋板相互作用減震耗能，消耗荷載作用，以保護(hù)框架結(jié)構(gòu)13的結(jié)構(gòu)安全。

如圖4所示，顯示了將本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)13的第二種連接方式，框架結(jié)構(gòu)13包括連接成方框形的橫向構(gòu)件131和豎向構(gòu)件132，在框架結(jié)構(gòu)13的內(nèi)部設(shè)置有兩塊承托板133，將阻尼器通過上剛性連接板11連接固定在位于上部的承托板133上，將阻尼器通過下剛性連接板12連接固定在位于下部的承托板133上，兩個(gè)承托板133均通過支撐板134支撐固定在框架結(jié)構(gòu)13的內(nèi)部，支撐板134一端固定連接在橫向構(gòu)件131和豎向構(gòu)件132的角部，另一端支撐連接承托板133。在框架結(jié)構(gòu)13受到地震作用、風(fēng)荷載和其他動力荷載作用時(shí)，通過阻尼器的耗能單元20起到減震耗能的效果，對框架結(jié)構(gòu)13所受到的荷載作用作出動力響應(yīng)，利用鉛顆粒、剛性板、橡膠層以及封蓋板相互作用減震耗能，消耗荷載作用，以保護(hù)框架結(jié)構(gòu)13的結(jié)構(gòu)安全。

如圖5所示，顯示了將本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)13的第三種連接方式，框架結(jié)構(gòu)13包括連接成方框形的橫向構(gòu)件131和豎向構(gòu)件132，在框架結(jié)構(gòu)13的內(nèi)壁面設(shè)置有墻體135，該墻體135設(shè)于底部的橫向構(gòu)件131上，將阻尼器通過上剛性連接板11與頂部的橫向構(gòu)件131固定連接，通過下剛性連接板12與墻體135連接，即將阻尼器設(shè)于墻體135和頂部的橫向構(gòu)件131之間。在框架結(jié)構(gòu)13受到地震作用、風(fēng)荷載和其他動力荷載作用時(shí)，通過阻尼器的耗能單元20起到減震耗能的效果，對框架結(jié)構(gòu)13所受到的荷載作用作出動力響應(yīng)，利用鉛顆粒、剛性板、橡膠層以及封蓋板相互作用減震耗能，消耗荷載作用，以保護(hù)框架結(jié)構(gòu)13的結(jié)構(gòu)安全。

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器的有益效果為：

本發(fā)明組合式鉛顆粒橡膠阻尼器通過上剛性連接板和下剛性連接板與結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連，當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生層間位移時(shí)，通過各鉛顆粒橡膠耗能單元的協(xié)同工作耗能，提高了阻尼器的耗能能力；耗能單元的數(shù)量可根據(jù)耗能能力的需求進(jìn)行選擇。

采用鉛顆粒替代鉛芯，改變了鉛芯單純依靠剪切滯回耗能的耗能模式。在剪切耗能基礎(chǔ)上，通過鉛芯顆粒之間的摩擦和碰撞耗能，增強(qiáng)了鉛材的耗能能力，提高了阻尼性能。

將剛性板延伸至鉛顆粒填充空腔，改變了剛性板單純約束橡膠的作用，使剛性板產(chǎn)生擠壓作用。同時(shí)在剛性板上設(shè)置鋸齒，對鉛顆粒的相對運(yùn)動產(chǎn)生約束，增加了剛性板和鉛顆粒的接觸面，增強(qiáng)了鉛顆粒的擠壓耗能作用，以及鉛顆粒與剛性板的摩擦耗能作用。

在封蓋板處設(shè)置半球形的起到擠壓作用的凸起，凸起伸至鉛顆粒空腔內(nèi)部，同時(shí)在凸起表面設(shè)置鋸齒。使鉛顆粒受到擠壓作用產(chǎn)生滯回耗能，增大了鉛顆粒和凸起的接觸面，增強(qiáng)了摩擦耗能作用。

通過采用鉛顆粒替代鉛芯、內(nèi)部設(shè)置鋸齒狀剛性板、兩端設(shè)置鋸齒狀封蓋板，使得本阻尼器的耗能方式為鉛顆粒的剪切耗能、鉛顆粒相互間以及鉛顆粒和剛性板、封蓋板的摩擦耗能、鉛顆粒的擠壓耗能，改變了過去鉛阻尼器單一的耗能方式。

由于鉛顆粒受到周圍橡膠的約束，因此其重復(fù)變形性能穩(wěn)定。橡膠對鉛顆粒形成了保護(hù)，由于橡膠有較好的變形能力，與剛性板整體硫化而成，因此不會產(chǎn)生泄露，而且橡膠耐久性能好，經(jīng)久耐用。采用鉛顆粒替代鉛芯，避免了鉛與鋼板的連接，回避了鉛不具備焊接性能的缺點(diǎn)。

鉛顆粒阻尼器的耗能能力與鉛顆粒的數(shù)量和剪切面積相關(guān)，因此可以通過改變本發(fā)明中鉛的剪切面積，以達(dá)到耗能要求，如增大單個(gè)鉛顆粒橡膠耗能單元中的填充部分截面面積，增加鉛顆粒橡膠耗能單元數(shù)量、增加剛性板和封蓋板的鋸齒數(shù)量和形式等。

本發(fā)明的阻尼器構(gòu)造簡單、取材容易、制作容易、造價(jià)低廉、安裝方便、易于更換、減震效果好。

以上結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。