[其他]能量吸收器的改进

说明书

本发明是关于用于大型结构的能量吸收器，这种能量吸收器是用來减轻外界产生的运动对此类结构的影响的。本申请以美国专利4，499，694中的发明将作为来源发明加以谈及。

交变剪切能量吸收装置利用某些材料的超出弹性极限的交变塑性变形來吸收动能。此种吸收器很典型地被插在建筑物的支撑部件和基础部件之间，或是在两个结构支撑部件之间，这样，可以将吸收材料内的动能的一部分转化为热，从而减少外界的力量传递给建筑物的运动，如地震或强风。授予罗宾逊的美国专利4，117，637发表于一九七八年十月三日，题目为“交变剪切能量吸收器”，其公开内容在此只作为参考，此项专利用图形说明了此基础循环剪切能量吸收装置的几种几何结构。此基础装置含有两个分隔连接部件，典型的是板，每个部件都与一个单独结构部件连接。此装置用于建筑业时，使其中的一个连接部件附于一个桩基，而使另一连接部件附于一个支撑柱、梁之类的物体上。安装在两个连接部件之间的是一个可交变塑性变形的固体物质，典型的是铅，铅能起吸收能量作用。此装置的某些结构还包括一个附加弹性衰减器结构，此结构围绕能量吸收物质且在两个连接部件间有一个弹性纵向支撑，通常是通过一个象三明治形状的物质，它包括一个弹性材料（如：橡胶）的可换层以及一个刚性材料（如：钢、铝或同类物质）。

在应用中，当外界力量导致两个连接部件作相对的侧向运动时，能量吸收固体物质超越它的弹性极限而交变地使一些能量转化成热能并且能在此物质处于形变状态下贮存剩余能量，后者相当于一种传动力，其趋势在于将材料回复它原来的机械性能。结果，传递到或传递过此结构的能量转化成热，而不会对建筑物有损害。因而，和该吸收器联结在一起的结构比那些依赖结构部件的延性性能分散能量的结构（它将被强烈地震损坏且很难修复或取代）以及使用橡胶减震器的结构（此结构象弹簧那样工作并且只分散很少量的外部传递來的能量）安全得多。

在许多应用中发现上述类型能量吸收器功能很好，而在某些应用中，能量吸收物质的过早退化出现在幅度小的摆动被看到后。

这是由于缺乏对吸收物质的限制，此物质可在与强制形变的方向上随意伸长，从而，降低它作为一个能量吸收器的作用。即使是在那些其能量吸收铅核被一个其有三明治结构的弹性支撑衰减器围绕的实例里，限制的程度也是依懒于纵向载荷的大小、弹性材料的硬度以及弹性材料单独层的厚度。特别是，如果纵向载荷小于支撑台的额定载荷的0.4倍，而这时对50-55之间的弹性材料硬度指标和厚度为半英寸的弹性层的剪切变形是0.5，铅核心性能就可能退化。

本发明的目的是提供一个改进的交变剪切能量吸收器，在此装置里，性能的退化实际上降低了，或者说，至少给公众提供了一个有益的选择。

本发明包含一个改进的交变剪切能量吸收器，它在已知能量吸收器基础上具有一个更长的使用寿命，它具有原装置的能量吸收的优点。

在最广阔的范围里，本发明包含一个交变剪切能量吸收器用以吸收由于两个部件间的运动所产生的能量。能量吸收器包括适合于与第一和第二部件连接的第一和第二连接装置，如支承建筑物的支撑柱、连接在第一和第二连接器之间的塑性交变可变形能量吸收装置，以及一个位于能量吸收装置周围，即在第一和第二个连接装置之间区域的限制器。该限制器具有一个挠性墙面以在两个部件间产生运动时限制能量吸收装置，而同时又允许能量吸收装置以可取的方式产生形变。该挠性墙面具有弹性以吸收纵向分力。同时，仍然限制能量吸收装置。在本发明一个较好的实施例中，限制器包括一个基本上螺旋式围绕在能量吸收装置外部表面的扁平部件和由单独绕组层提供的挠性墙面。这一绕组层至少有一部分是由弹性材料使之与毗邻的料层分开的。

在另一个较好的实施例中，限制器包括一系列基本上围绕在能量吸收装置外部表面的扁平部件，此扁平部件至少有一部分是由弹性材料使之与毗邻部件分隔开。

限制器最好由装配在第一和第二连接装置之间的一个弹性支撑來环绕。该弹性支撑最好能够包括一个弹性材料的，如橡胶的交替料层，和一个坚固材料，如钢、铝或玻璃钢。在较好的几何结构里，能量吸收装置包括一个位于第一和第二连接装置的端面之间的圆柱形核心。限制器是一个螺旋式环绕的扁平螺旋管。弹性支撑包括橡胶和钢的矩形或四方形的料层，它具有一个通过中心的圆柱形开孔，以接收限制器和该核心。

本发明的制作是这样进行的：组装弹性支撑，最好在一个导向夹具协助下插入限制器，如一个具有与限制器所需的内直径相等的直径的心轴以及在限制器内放置能量吸收核，其方式为用压力将核心装入限制器的空心内部或者把核心铸入限制器内部。