一種STF高耗能滑移支座制造技術

本發明專利技術提供了一種STF高耗能滑移支座，其包括上連接板、疊層鋼板柱構件、下連接板與空心柱體，所述上連接板與疊層鋼板柱構件連接形成上部構件，所述下連接板與空心柱體的端面連接形成下部構件；所述上部構件與下部構件相互配合，使所述疊層鋼板柱構件位于所述空心柱體的內部；所述上連接板、空心柱體、下連接板與所述疊層鋼板柱構件形成的空間內填充有STF；所述空心柱體與上連接板之間設有滑動摩擦材料層。采用本發明專利技術的技術方案，綜合利用了摩擦材料的特性和STF的剪切增稠特性，無須外界能量輸入設備，結構簡單、體積較小、質量較輕、成本低廉以及施工方便等優點，使被保護的工程結構實現更好的隔震效果。

【技術實現步驟摘要】
一種STF高耗能滑移支座
本專利技術屬于工程結構隔震
，尤其涉及一種STF高耗能滑移支座。
技術介紹
地震是人類面臨的重大自然災害之一，以汶川大地震為例，地震共造成69197遇難，失蹤18209人，直接經濟損失8451億元人民幣。因此，研究工程結構的隔震技術是十分有必要的。隔震支座體系通常可分為三類：第一類是疊層橡膠支座隔震體系，包括橡膠支座和鉛芯橡膠支座等。這類支座是通過延長結構基本自振周期來實現隔震的，但是由地震長周期成分引起的共振卻將不能完全避免，而且這類支座隔震層的造價較高。第二類是摩擦滑移支座隔震體系。這類支座的隔震能力和隔震效果取決于摩擦系數，但由于滑移摩擦層接觸面積較大，整個滑移面很難保證水平，從而造成摩擦系數的離散性較大。同時該體系與動靜摩擦系數的差異有關，當振動速度不斷增加且摩擦阻力減小較大時，就可能出現負剛度的現象，從而不僅造成隔震層滑移量過大，且有時可能出現滑移失穩。第三類是復合隔震支座體系，這類支座主要是利用橡膠支座和滑移支座的并聯或串聯組成復合隔震體系，該體系發揮了兩種隔震的優點。但是，這種復合隔震體系力學模型復雜，且提供的阻尼力有限，尤其是在近震場地的長周期和位移脈沖作用下，工程結構由于隔震層位移較大而遭受破壞。針對傳統隔震支座對由近斷層長周期地震引起的工程結構控制效果不理想的問題，許多學者提出利用智能材料對隔震支座的剛度和阻尼進行調節，如電流變彈性體、磁流變液體、磁流變彈性體以及形狀記憶合金等。這些智能材料一個共同的特點就是需要外界能量的輸入才能引起材料特性的改變，且這個改變過程需要一定的時間，即使是毫秒級響應，地震作用就已經對隔震結構造成了嚴重的損壞。另外，為了保證給這些智能材料提供足夠的外界能量，或者是產生足夠誘發條件，這由些智能材料構成的橡膠隔震支座一般體積較大、質量較重、成本昂貴、結構復雜以及散熱困難等。
技術實現思路
針對以上技術問題，本專利技術公開了一種STF(ShearThickeningFluid，剪切增稠液體)高耗能滑移支座，將摩擦材料的特性和STF的剪切增稠特性相結合，無須外界能量輸入設備，結構簡單、體積較小、質量較輕、成本低廉以及施工方便等優點，使被保護的工程結構實現更好的隔震效果。對此，本專利技術采用的技術方案為：一種STF高耗能滑移支座，其包括上連接板、疊層鋼板柱構件、下連接板與空心柱體，所述上連接板與疊層鋼板柱構件連接形成上部構件，所述下連接板與空心柱體的端面連接形成下部構件；所述上部構件與下部構件相互配合，使所述疊層鋼板柱構件位于所述空心柱體的內部；所述上連接板、空心柱體、下連接板與所述疊層鋼板柱構件形成的空間內填充有STF；所述空心柱體與上連接板之間設有滑動摩擦材料層。STF是一種性能優良的智能材料，STF特性取決于其剪切應變率，在承受高應變率荷載時，接觸界面的表觀粘度發生巨大變化，甚至由液相轉變為固相，即發生剪切增稠行為，此時STF的剪切模量遠大于其初始的剪切模量，且呈非線性式跳躍增長。當荷載撤銷時，STF能瞬時由固相轉變為液相，即這種變化是可逆的。因此，利用STF制成的支座在無須外界能量輸入的情況下，依據支座的振動速度就能瞬時非線性增加其阻尼力，從而使被保護的工程結構實現隔震效果。鑒于上述理由，本專利技術人對STF和滑移支座進行了深入研究，本案由此產生。采用此技術方案，所述STF高耗能滑移支座充分利用滑動摩擦材料和STF材料的特性，在地震能量不大時，依靠滑動摩擦材料耗能減小地震向上部結構輸入的能量；在地震能量較大時，如近斷層地震，STF液體被迫擠壓通過鋼板間隙而產生足夠大的阻尼力，從而消耗地震的能量，減小地震的能量向上部結構的輸入。所述STF高耗能滑移支座無須外界能量的輸入，依據其振動的速度使STF發生剪切增稠行為，從而為支座提供足夠的阻尼來消耗地震的能量，同時支座的柱體結構也限制了隔震層的滑動位移。在強震作用下，上連接板通過滑動摩擦材料層發生滑動，進而帶動與其連接的疊層鋼板柱結構移動并擠壓STF迫使其發生剪切增稠行為而產生巨大的阻尼力，從而吸收地震的能量。所述下連接板與空心柱體的端面連接形成的凸出柱結構的下部構件通過下連接板與基礎固定而限制了上部結構在地震中滑移量過大的問題。優選的，所述滑動摩擦材料層伸出于所述空心柱體與上連接板之外。采用此技術方案，保證所述空心柱體與上連接板之間填充的摩擦材料層覆蓋所有空心柱體與上連接板的連接處，實現更好的隔震效果。作為本專利技術的進一步改進，所述上連接板與空心柱體的連接處設有STF密封件。作為本專利技術的進一步改進，所述上連接板與疊層鋼板柱構件固定連接集成為一體。作為本專利技術的進一步改進，所述下連接板與柱體固定連接集成為一體。作為本專利技術的進一步改進，所述疊層鋼板柱構件包括多層鋼板和圓柱，所述多層鋼板層層疊加并以圓柱為中心形成一個整體，構成所述疊層鋼板柱構件。其中，所述多層其鋼板之間的間距、鋼板與上連接板之間的間距、鋼板與下連接板之間的間距相等或者不等，主要依據地震的能量大小而設計。作為本專利技術的進一步改進，所述多層其鋼板之間的間距、鋼板與上連接板之間的間距、鋼板與下連接板之間的間距相等。作為本專利技術的進一步改進，所述疊層鋼板柱構件通過圓柱與所述上連接板形成一個整體。作為本專利技術的進一步改進，所述多層鋼板之間、鋼板與上連接板之間、鋼板與下連接板之間充滿有STF。即STF包裹整個疊層鋼板柱結構且充滿于鋼板之間以及鋼板與上下連接板之間。作為本專利技術的進一步改進，所述空心柱體的內壁、所述STF與上連接板之間設有STF密封件。與現有技術相比，本專利技術的效果和益處是：第一，與傳統隔震支座相比，本專利技術的技術方案綜合利用了摩擦材料和STF的剪切增稠特性，使被保護的工程結構實現隔震效果，其原理是利用滑移摩擦材料減小地震動特性向上部結構傳遞，如地震剪力和地震加速度，該摩擦材料系數選擇應保證在地震能量較小時可充分吸收地震能量；而較大的隔震層水平位移和結構側向位移則通過上連接板的疊層柱結構擠壓STF迫使其從鋼板之間及鋼板與上、下連接板之間的間隙h中流動，依據上、下連接板間相對速度v，STF剪切速率為當剪切速率達到發生剪切增稠行為條件時，STF通過剪切增稠行為吸收地震的能量，從而使隔震層水平位移和結構側向位移得到限制。第二，采用本專利技術的技術方案，所述STF高耗能滑移支座利于所述下連接板與空心柱體的端面連接形成的凸出柱結構的下部構件通過下連接板與基礎固定，提供了支撐上部構件的豎向剛度和水平向滑動的安全措施，當地震能量超出滑動摩擦材料和STF吸收能力時，下部構件的水平間距限制了上部構件整體的移動，從而保證所述STF高耗能滑移支座的水平位移在相關規范允許的范圍內，即保證了工程結構安全。因此，本專利技術可以適用于任何情況的地震作用，包括近斷層長周期地震和位移脈沖等。第三，與主動控制的智能隔震支座相比，本專利技術中的STF也是一種智能材料，但僅與剪切應變率有關，在地震沖擊作用下，STF能瞬間增稠而增加其阻尼力進行耗能，而滑移支座是摩擦系數越小，其滑動能力越強，因此，兩者可以很好的結合起來。第四，本專利技術的技術方案是一種高耗能的被動控制滑移支座，在地震作用的瞬間，支座就會產生相應的響應，不存在主動控制的智能材料響應時間問題，能更有效的保護主體結構。再者，本專利技術是被控本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種STF高耗能滑移支座，其特征在于：其包括上連接板、疊層鋼板柱構件、下連接板與空心柱體，所述上連接板與疊層鋼板柱構件連接形成上部構件，所述下連接板與空心柱體的端面連接形成下部構件；所述上部構件與下部構件相互配合，使所述疊層鋼板柱構件位于所述空心柱體的內部；所述上連接板、空心柱體、下連接板與所述疊層鋼板柱構件形成的空間內填充有STF；所述空心柱體與上連接板之間設有滑動摩擦材料層。

【技術特征摘要】
1.一種STF高耗能滑移支座，STF為剪切增稠液體，其特征在于：包括上連接板、疊層鋼板柱構件、下連接板與空心柱體，所述上連接板與疊層鋼板柱構件連接固定集成為一體形成上部構件，所述下連接板與空心柱體的端面連接形成下部構件；所述上部構件與下部構件相互配合，使所述疊層鋼板柱構件位于所述空心柱體的內部；所述疊層鋼板柱構件包括多層鋼板和圓柱，所述多層鋼板層層疊加并以圓柱為中心形成一個整體；所述上連接板、空心柱體、下連接板與所述疊層鋼板柱構件形成的空間內填充有STF；所述空心柱體與上連接板之間設有滑動摩擦材料層；在地震能量不大時，依靠滑動摩擦材料層耗能減小地震向上部結構輸入的能量；在強震作用下，上連接板通過滑動摩擦材料層發生滑動，進而帶動與其連接的疊層鋼板柱結構移動并擠壓STF迫使其發生剪切增稠行為而產生巨大的阻尼力，從而吸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏明海，孫麗，金嶠，孫威，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：沈陽建筑大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21