蝶形彈簧組合式減隔震支座的性能研究

謝寶玲+吳克勤+溫玉石

[摘要]文章在充分研究了減隔震支座的背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀后，設(shè)計并制造了蝶形彈簧組合式減隔震裝置模型，并對蝶形彈簧進(jìn)行了力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明該減震支座的結(jié)構(gòu)具有良好的縱向和橫向的吸震效果，碟形彈簧提升減震支座吸收縱向大振幅沖擊振動的能力。

[關(guān)鍵詞]組合減震單元；碟形彈簧；吸震

國外對三維隔震支座的研究設(shè)計進(jìn)行得較早，取得了較多的理論研究成果。我國隔震支座研發(fā)工作滯后于國外。本文擬研究的是一種生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用低、能夠控制豎直高度、采用具有抗腐蝕和抗老化性能材料的蝶形彈簧組合式支座。

1蝶形彈簧組合式減隔震支座

11蝶形彈簧組合式減隔震支座隔震原理

蝶形彈簧組合式減隔震支座利用了結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)，結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的方法是指在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置消能阻尼裝置或元件，通過消能裝置產(chǎn)生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量，以減小主體結(jié)構(gòu)的水平和豎直地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，以達(dá)到減震抗震的目的。

12減隔震支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計

利用蝶形彈簧、橡膠、鉛芯設(shè)計一種具有減震功能的蝶形彈簧組合式減隔震支座，見圖1。底座上安裝碟形彈簧組，彈簧組里面裝有短導(dǎo)桿，膠皮套分為內(nèi)外兩層，管狀鉛芯嵌入兩層膠皮套中，整體置于減震器底座的中央圓筒形結(jié)構(gòu)中，碟形彈簧組置于膠皮套內(nèi)層，隔震單元置于底座圓筒結(jié)構(gòu)上部，4個外定位活動銷連接上端蓋和底座，安裝時保證4個外定位活動銷插入四個橡膠導(dǎo)向塊孔中。隔震單元為非主要承重部件，采用橡膠和薄鋼板的疊加結(jié)構(gòu)，減震器安裝到橋梁后，受到橋板本身的自重使上端蓋下表面和隔震單元結(jié)合，防止隔震單元在減震器正常使用時因壓力過大而失效。上端蓋內(nèi)徑尺寸與底座圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)徑尺寸存在尺寸公差；外定位活動銷長桿部分尺寸與底座銷孔尺寸存在尺寸差，這種結(jié)構(gòu)給予減震器上端蓋水平方向自由度，使隔震單元吸收橫向振動的功能在橋梁受地震橫波影響時得以發(fā)揮。同時，在底座的4個銷孔部分開凹槽，4個橡膠導(dǎo)向塊置于凹槽中，其內(nèi)孔尺寸與外定位活動銷長桿部分外徑相等，由此保證裝配的準(zhǔn)確性和結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性。

這種減震支座的結(jié)構(gòu)具有良好的縱向和橫向的吸震效果，引入通用機(jī)械中的碟形彈簧，提升減震支座吸收縱向大振幅沖擊振動的能力。其技術(shù)關(guān)鍵是使鉛芯、橡膠和蝶形彈簧組受力達(dá)到一個協(xié)調(diào)，而不是互相制約，在結(jié)構(gòu)上該支座生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用低、能夠控制豎直高度。

2支座中碟形彈簧的應(yīng)用

21蝶形彈簧組力學(xué)性能

碟簧與其他型式的彈簧如螺旋彈簧、鋼板彈簧等比較，其主要特點(diǎn)如下。

第一，軸向尺寸較小而徑向尺寸較大。它能在很小的變形條件下，承受變化范圍很大的軸向載荷，其單位體積的變形能較大，具有較好的緩沖吸振能力，因此適合軸向空間小，徑向空間大而承載大的場合。

第二，在組合碟簧中，當(dāng)一些碟片損壞時，只需個別更換，便于維修和減低成本。

第三，正確設(shè)計、制造和使用的碟簧，具有很長的使用壽命。

第四，便于標(biāo)準(zhǔn)化，具有便于大批量生產(chǎn)，提高質(zhì)量而降低成本。

第五，一般情況下具有柔性彈簧的特點(diǎn)，大位移振動時能起到消振器的作用，緩和沖擊，且噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他彈簧。

22蝶形彈簧組實(shí)驗(yàn)分析碟形彈簧力學(xué)試驗(yàn)采用電測法對碟形彈簧進(jìn)行靜﹑動態(tài)測試分析碟形彈簧在靜﹑動態(tài)載荷下承載力剛度和阻尼等力學(xué)性能。碟簧靜﹑動態(tài)測試流程如圖2所示

通過下表試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)碟簧裝置試驗(yàn)曲線，碟簧裝置加載試驗(yàn)曲線與理論結(jié)果吻合得很好。蝶形彈簧組在減隔震中的應(yīng)用，能夠大大增加了組合式支座的結(jié)構(gòu)耗能能力，結(jié)構(gòu)耗能恰是減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)重要途徑。圖3為靜載試驗(yàn)的載荷——位移曲線圖。

3結(jié)論

本文研究了一種蝶形彈簧組合式減隔震支座，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理安排蝶形彈簧的組合狀態(tài)，力求達(dá)到減震的功能且能夠降低支座的結(jié)構(gòu)高度。并且對蝶形彈簧組進(jìn)行力學(xué)性能分析和實(shí)驗(yàn)分析，碟簧裝置加載試驗(yàn)曲線與理論結(jié)果吻合得很好，能夠大大增加了組合式支座的結(jié)構(gòu)耗能能力。

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[基金項(xiàng)目]“蝶形彈簧組合式減隔震支座的研究”（項(xiàng)目編號：L2015398），項(xiàng)目來源：遼寧省教育廳科研項(xiàng)目。

[作者簡介]謝寶玲（1978—），女，遼寧建昌人，講師，碩士研究生。研究方向：機(jī)械設(shè)計理論。