蝶形弹簧组合式减隔震支座的性能研究

谢宝玲+吴克勤+温玉石

[摘要]文章在充分研究了减隔震支座的背景和国内外研究现状后，设计并制造了蝶形弹簧组合式减隔震装置模型，并对蝶形弹簧进行了力学分析和实验。研究结果表明该减震支座的结构具有良好的纵向和横向的吸震效果，碟形弹簧提升减震支座吸收纵向大振幅冲击振动的能力。

[关键词]组合减震单元；碟形弹簧；吸震

国外对三维隔震支座的研究设计进行得较早，取得了较多的理论研究成果。我国隔震支座研发工作滞后于国外。本文拟研究的是一种生产维护费用低、能够控制竖直高度、采用具有抗腐蚀和抗老化性能材料的蝶形弹簧组合式支座。

1蝶形弹簧组合式减隔震支座

11蝶形弹簧组合式减隔震支座隔震原理

蝶形弹簧组合式减隔震支座利用了结构消能减震技术，结构消能减震技术的方法是指在结构的某些部位设置消能阻尼装置或元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量，以减小主体结构的水平和竖直地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的。

12减隔震支座的结构设计

利用蝶形弹簧、橡胶、铅芯设计一种具有减震功能的蝶形弹簧组合式减隔震支座，见图1。底座上安装碟形弹簧组，弹簧组里面装有短导杆，胶皮套分为内外两层，管状铅芯嵌入两层胶皮套中，整体置于减震器底座的中央圆筒形结构中，碟形弹簧组置于胶皮套内层，隔震单元置于底座圆筒结构上部，4个外定位活动销连接上端盖和底座，安装时保证4个外定位活动销插入四个橡胶导向块孔中。隔震单元为非主要承重部件，采用橡胶和薄钢板的叠加结构，减震器安裝到桥梁后，受到桥板本身的自重使上端盖下表面和隔震单元结合，防止隔震单元在减震器正常使用时因压力过大而失效。上端盖内径尺寸与底座圆筒结构内径尺寸存在尺寸公差；外定位活动销长杆部分尺寸与底座销孔尺寸存在尺寸差，这种结构给予减震器上端盖水平方向自由度，使隔震单元吸收横向振动的功能在桥梁受地震横波影响时得以发挥。同时，在底座的4个销孔部分开凹槽，4个橡胶导向块置于凹槽中，其内孔尺寸与外定位活动销长杆部分外径相等，由此保证装配的准确性和结构的相对稳定性。

这种减震支座的结构具有良好的纵向和横向的吸震效果，引入通用机械中的碟形弹簧，提升减震支座吸收纵向大振幅冲击振动的能力。其技术关键是使铅芯、橡胶和蝶形弹簧组受力达到一个协调，而不是互相制约，在结构上该支座生产维护费用低、能够控制竖直高度。

2支座中碟形弹簧的应用

21蝶形弹簧组力学性能

碟簧与其他型式的弹簧如螺旋弹簧、钢板弹簧等比较，其主要特点如下。

第一，轴向尺寸较小而径向尺寸较大。它能在很小的变形条件下，承受变化范围很大的轴向载荷，其单位体积的变形能较大，具有较好的缓冲吸振能力，因此适合轴向空间小，径向空间大而承载大的场合。

第二，在组合碟簧中，当一些碟片损坏时，只需个别更换，便于维修和减低成本。

第三，正确设计、制造和使用的碟簧，具有很长的使用寿命。

第四，便于标准化，具有便于大批量生产，提高质量而降低成本。

第五，一般情况下具有柔性弹簧的特点，大位移振动时能起到消振器的作用，缓和冲击，且噪声远远低于其他弹簧。

22蝶形弹簧组实验分析碟形弹簧力学试验采用电测法对碟形弹簧进行静﹑动态测试分析碟形弹簧在静﹑动态载荷下承载力刚度和阻尼等力学性能。碟簧静﹑动态测试流程如图2所示

通过下表试验结果进行分析，根据碟簧装置试验曲线，碟簧装置加载试验曲线与理论结果吻合得很好。蝶形弹簧组在减隔震中的应用，能够大大增加了组合式支座的结构耗能能力，结构耗能恰是减小结构地震响应重要途径。图3为静载试验的载荷——位移曲线图。

3结论

本文研究了一种蝶形弹簧组合式减隔震支座，对其进行结构设计，合理安排蝶形弹簧的组合状态，力求达到减震的功能且能够降低支座的结构高度。并且对蝶形弹簧组进行力学性能分析和实验分析，碟簧装置加载试验曲线与理论结果吻合得很好，能够大大增加了组合式支座的结构耗能能力。

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[基金项目]“蝶形弹簧组合式减隔震支座的研究”（项目编号：L2015398），项目来源：辽宁省教育厅科研项目。

[作者简介]谢宝玲（1978—），女，辽宁建昌人，讲师，硕士研究生。研究方向：机械设计理论。