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外研究現狀后，設計并制造了蝶形彈簧組合式減隔震裝置模型，并對蝶形彈簧進行了力學分析和實驗。研究結果表明該減震支座的結構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計進行得較早，取得了較多的理論研究成果。我國隔震支座研發工作滯后于國外。本文擬研究的是一種生產維護費用低、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構消能減震技術，結構消能減震技術的方法是指在結構的某些部位設置消能阻尼裝置或元件，通過消能裝置產生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量，以減小主體結構的水平和豎直地震反應，從而避免結構產生破壞或倒塌，以達到減震抗震的目的。

12減隔震支座的結構設計

利用蝶形彈簧、橡膠、鉛芯設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桿，膠皮套分為內外兩層，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構中，碟形彈簧組置于膠皮套內層，隔震單元置于底座圓筒結構上部，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構，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。上端蓋內徑尺寸與底座圓筒結構內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，這種結構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揮。同時，在底座的4個銷孔部分開凹槽，4個橡膠導向塊置于凹槽中，其內孔尺寸與外定位活動銷長桿部分外徑相等，由此保證裝配的準確性和結構的相對穩定性。

這種減震支座的結構具有良好的縱向和橫向的吸震效果，引入通用機械中的碟形彈簧，提升減震支座吸收縱向大振幅沖擊振動的能力。其技術關鍵是使鉛芯、橡膠和蝶形彈簧組受力達到一個協調，而不是互相制約，在結構上該支座生產維護費用低、能夠控制豎直高度。

2支座中碟形彈簧的應用

21蝶形彈簧組力學性能

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，正確設計、制造和使用的碟簧，具有很長的使用壽命。

第四，便于標準化，具有便于大批量生產，提高質量而降低成本。

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

22蝶形彈簧組實驗分析碟形彈簧力學試驗采用電測法對碟形彈簧進行靜﹑動態測試分析碟形彈簧在靜﹑動態載荷下承載力剛度和阻尼等力學性能。碟簧靜﹑動態測試流程如圖2所示

通過下表試驗結果進行分析，根據碟簧裝置試驗曲線，碟簧裝置加載試驗曲線與理論結果吻合得很好。蝶形彈簧組在減隔震中的應用，能夠大大增加了組合式支座的結構耗能能力，結構耗能恰是減小結構地震響應重要途徑。圖3為靜載試驗的載荷——位移曲線圖。

3結論

本文研究了一種蝶形彈簧組合式減隔震支座，對其進行結構設計，合理安排蝶形彈簧的組合狀態，力求達到減震的功能且能夠降低支座的結構高度。并且對蝶形彈簧組進行力學性能分析和實驗分析，碟簧裝置加載試驗曲線與理論結果吻合得很好，能夠大大增加了組合式支座的結構耗能能力。

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

[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：機械設計理論。