粘弾性ダンパー(VED)
I.製品の概要
A 粘弾性ダンパー(VED)重要ですエネルギー浸透および振動減衰デバイス建物構造、橋工学、および振動制御を必要とするさまざまな構造システムに広く適用されます。そのコア機能は、構造振動によって生成された機械的エネルギーを独自のエネルギー浸透機構を介して熱エネルギーに変換し、それによって風荷重、地震作用、またはその他の動的荷重下での構造の振動応答を大幅に減らし、構造の安全性と安定性を保護することです。
ii。作業原則
粘弾性ダンパーは、粘性と弾性特性の両方を示す特別なゴムやポリマー材料などの粘弾性材料のユニークな機械的特性に基づいて動作します。外部の動的荷重の下では、ダンパーの抑制成分(通常は金属板)が相対的な変位を受け、粘弾性材料を駆動してせん断または引張圧縮変形を生成します。
粘弾性材料の変形中に、鎖セグメントの伸びとともに、分子鎖間で摩擦とスリップが発生します。このプロセスには、分子間の可逆的結合の破壊と再結合が伴います。これにより、機械的エネルギーが継続的に熱エネルギーに変換され、構造振動エネルギーの効率的な散逸が実現されます。さらに、粘弾性材料のひずみが応力の後ろに遅れている特性により、ダンパーは荷重と荷降ろし中にヒステリシスループを形成し、ループで囲まれた領域はダンパーによって消散されるエネルギーを表します。
iii。構造構成
1、粘弾性減衰材料
1)。コアマテリアルプロパティ
ダンパーの重要な成分として、粘弾性減衰材料は優れた粘弾性特性を持ち、広い温度範囲と周波数スペクトルにわたって安定したエネルギー浸透容量を維持する必要があります。一般的な材料は、シリコンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴムなどで作られており、特別なプロセスを通じて特定の充填剤と添加剤で追加されます。これらの材料には高い損失係数(一般に0.3〜0.8)があり、機械エネルギーを効果的に熱エネルギーに変換できることを意味します。
2)。材料の選択とカスタマイズ
さまざまなエンジニアリングアプリケーションのシナリオとパフォーマンス要件によると、粘弾性材料をカスタマイズできます。たとえば、高温度環境では、高温抵抗を備えたシリコンゴムベースの材料を選択できます。剛性と減衰のために高い要件を持つ構造の場合、材料の式と製造プロセスを調整することにより、材料性能を最適化できます。
2、抑制コンポーネント
1)。金属板の機能と材料
抑制成分は一般に、Q235低Yield点鋼やその他の合金鋼などの高強度の金属板を使用します。金属板の主な役割は、粘弾性材料の変形を制限し、それらを特定の方向に必要な変形モード(せん断または引張圧縮変形など)を生成するように導き、粘弾性材料のエネルギー浸透能力に完全な遊びを与えることです。一方、金属板には、構造によって送信される負荷に耐えるのに十分な強度と剛性が必要です。
2)。金属板の設計と製造
金属プレートの形状、サイズ、および接続モードは、ダンパーのタイプとアプリケーションシナリオに応じて特別に設計されています。たとえば、せん断型の粘弾性ダンパーでは、金属板は通常、平行した多層構造として設計され、接着剤を介して粘弾性材料で積層されています。引張加圧ダンパーでは、金属プレートは、粘弾性材料と組み合わせた袖やフランジなどの構造形態を採用して、ストレス中の協調運転を確保することができます。
3、接着剤およびシーリングコンポーネント
1)。接着剤の重要性とパフォーマンス要件
接着剤は、粘弾性材料をしっかりと結合してコンポーネントを抑制し、長期使用中にそれらの間に相対的な滑りをしないことを保証し、ダンパーの通常の作業性能を保証します。したがって、接着剤は、粘弾性材料と金属板との良好な互換性と同様に、高い結合強度、良好な耐久性と気象抵抗を備えている必要があります。一般的な接着剤には、エポキシ樹脂とポリウレタンタイプが含まれます。
2)。シーリングコンポーネントの機能
湿度や腐食性の環境に適用されるものなど、高い環境シーリング要件を備えたダンパーでは、シーリングコンポーネントが設定されています。彼らは主に、外部媒体(水、水分、腐食性ガスなど)がダンパーの内部に侵入し、粘弾性材料と金属成分の性能に影響を与え、ダンパーの長期的な信頼性と安定性を確保することを防ぎます。
IV。製品分類
1、変形モードによる分類
1).せん断型粘弾性ダンパー
(1)。作業メカニズム:このタイプのダンパーは、主にせん断力の下での粘弾性材料のせん断変形にエネルギーを放散することに依存しています。構造が水平方向の力(風の荷重や水平地震作用など)にさらされると、ダンパーの相対的な変位は粘弾性材料層にせん断ひずみを引き起こし、材料内の分子摩擦とエネルギー浸透メカニズムを通じて振動を達成します。
(2)。アプリケーションシナリオ:フレームビームカラムジョイント、せん断壁カップリングビーム、および建物構造の他の部分、およびブリッジ構造の桟橋ビーム接続部分で広く使用されており、構造の水平振動応答を効果的に削減します。
2). 引張加工粘弾性ダンパー
(1)作業メカニズム:構造が軸方向の引張圧縮荷重にさらされる場合、引張圧縮ダンパーは機能します。構造成分が軸方向の変形を受けると、粘弾性材料は、粘弾性圧縮応力の下で対応する引張または圧縮変形を生成し、粘弾性エネルギー浸透特性を介してエネルギーを消費し、一定の軸剛性を提供し、構造に減衰させます。
(2)アプリケーションシナリオ:構造コンポーネントで一般的に使用され、建物構造の柱間ブレースやブリッジ構造のケーブルダンパーを維持し、構造の軸振動と変形を大幅に制御します。
2、形状と構造による分類
1).フラットプレート粘弾性ダンパー
(1)。構造的特徴:フラットプレートダンパーには比較的単純な構造があり、通常は金属板と粘弾性材料の複数の層で構成され、交互に積層され、金属板間の相対変位を介して粘弾性材料の変形を促進します。フラットプレートの形で、そのサイズと仕様はエンジニアリングのニーズに応じてカスタマイズできます。
(2)。アプリケーションの利点:便利な設置と小型スペース占有の利点があります。これは、床のスラブ、壁、および建物の他の部分にフラットプレートダンパーを設定するなど、さまざまな建物構造の面内振動削減に適しています。
2).円筒形の粘弾性ダンパー
(1)。構造的特徴:円筒形のダンパーは、一般に、粘弾性材料が内部に満たされ、ピストンロッドやピストンなどの構造を設定し、抑制成分として円筒形の金属シェルを使用します。ストレスを感じると、ピストンロッドまたはピストンの動きは粘弾性材料の変形を引き起こし、エネルギー散逸と振動の減少を達成します。
(2)。アプリケーションの利点:このタイプのダンパーには、高強度と安定性があり、大きな荷重と変形に耐えることができます。これは、橋の主要な塔や大きな建物のコアチューブなど、大規模な構造工学に適しており、構造用の強力な減衰力とエネルギー浸透容量を提供します。
V.製品の特性
1、利点
1)効率的なエネルギー浸透能力:粘弾性ダンパーは、小さな振動振幅の下でエネルギーを消散し始め、異なる周波数と振幅の振動に対する適応性を示します。完全なヒステリシスループと強力なエネルギー浸透能力により、動的荷重下での構造の応答を効果的に減らし、構造的損傷のリスクを減らすことができます。
2)追加の剛性と減衰を提供する:それらは、振動応答を減らすために構造の減衰比を増加させるだけでなく、構造に特定の追加剛性を提供し、構造の動的特性を改善し、特に小さな硬直と長い自然振動期間を持つ柔軟な構造に適した横方向の変位抵抗を強化することもできます。
3)単純な構造と便利な設置:いくつかの複雑な振動ダンピングデバイスと比較して、粘弾性ダンパーは、主に粘弾性材料と抑制成分で構成される比較的単純な構造を持っています。それらの設置方法は、溶接やボルト接続などの従来の方法を使用して、建設現場にインストールおよび維持できる通常の構造コンポーネントの方法と類似しています。
4)幅広いアプリケーション範囲:さまざまな建物構造(マルチストーリー、高層、超高層ビルを含む)、ブリッジエンジニアリング(ロングスパンブリッジ、高架橋)、産業機器の基礎、および振動制御を必要とするその他の構造システムに適用できます。新しいプロジェクトであろうと、既存の構造の耐震補強と振動減衰の改修のいずれであろうと、粘弾性ダンパーは重要な役割を果たすことができます。
2、制限
1)温度感度:粘弾性材料の性能は、温度によって大きな影響を受けます。高温環境では、材料の剛性と減衰が減少し、エネルギー浸透能力が低下します。低温環境では、材料が脆くなり、粘弾性特性の一部を失い、不安定なダンパー性能につながります。したがって、粘弾性ダンパーを設計および適用する場合、使用環境の温度変化範囲を完全に考慮する必要があり、対応する温度補償測定または適切な材料式を採用する必要があります。
2)周波数依存性:ダンパーのエネルギー浸透効果は、振動周波数が異なると異なります。特定の特定の周波数の振動では、最高のパフォーマンスが完全に発揮されない場合があります。実際のエンジニアリングアプリケーションでは、構造のパラメーターを合理的に設計し、構造の主要な振動周波数範囲内で効果的に機能できるように、構造動的解析が必要です。
3)長期のパフォーマンス劣化:粘弾性ダンパーの設計サービス寿命は通常、建物構造の設計寿命と一致しますが、材料の老化、疲労、環境要因により、長期使用中にパフォーマンスが徐々に低下する可能性があります。したがって、ダンパーの定期的な検査とメンテナンスが必要であり、必要に応じて、長期的な信頼できる振動減衰効果を確保するために交換を実行する必要があります。
vi。 R&D
1。技術的なパラメーター
以下は、一般的な粘弾性ダンパーの技術的パラメーターの例です。実際の製品パラメーターは、顧客リクエストとエンジニアリングアプリケーションのシナリオに従ってカスタマイズできます。
| いいえ。 |
減衰力 (kn) |
寸法 (長さ×幅×高さ、mm) |
粘弾性材料の厚さ (mm) |
せん断弾性率 (MPA) |
究極のせん断ひずみ (%) |
損失係数 |
| 1 |
20 |
450×150×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 2 |
40 |
450×150×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 3 |
60 |
450×150×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 4 |
80 |
700×250×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 5 |
120 |
700×250×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 6 |
160 |
700×250×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 7 |
220 |
900×350×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 8 |
280 |
900×350×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 9 |
340 |
900×350×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 10 |
400 |
1250×450×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 11 |
480 |
1250×450×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 12 |
560 |
1250×450×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 13 |
680 |
1600×550×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 14 |
800 |
1600×550×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 15 |
920 |
1600×550×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 16 |
1050 |
2000×650×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 17 |
1200 |
2000×650×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
| 18 |
1350 |
2000×650×120 |
30/40/50/60 |
1.2 |
200 |
0.35±15% |
2。の基本的な機械的特性粘弾性ダンパー
|
シリアルナンバー |
仕様モデル |
設計減衰力 /kn |
減衰係数/(kn/(mm/s) ) |
減衰インデックス
|
エネルギー - 剛性の保存(1Hz) /(kn/mm) |
|
1 |
VED -P×200×100 |
200 |
50 |
0.2 |
10 |
|
2 |
VED -P×400×100 |
400 |
100 |
0.2 |
15 |
|
3 |
VED -P×600×100 |
600 |
150 |
0.2 |
30 |
|
4 |
VED -P×800×100 |
800 |
200 |
0.2 |
40 |
vii。品質管理
1、原材料品質管理
1)サプライヤー管理:厳格なサプライヤーのスクリーニングと評価メカニズムを確立し、評判が良好で、安定した生産能力、および音質保証システムを備えた原材料サプライヤーとのみ協力します。粘弾性材料、金属板、接着剤などの主要な原材料サプライヤーの現地検査、生産プロセスの監査、品質管理手順、テスト装置、および人員資格を実施して、原材料供給の安定性と信頼性を確保します。
2)原材料検査:すべての原材料は、工場に入る前に厳格な検査を受ける必要があります。硬度、引張強度、損失因子、ガラス遷移温度などの粘弾性材料の主要な性能指標は、動的機械分析装置(DMA)などの専門的な機器を使用してテストする必要があります。金属プレートは、材料証明書、機械的特性(降伏強度、引張強度、伸びなど)、表面の品質、および寸法精度について検査する必要があります。接着剤は、結合強度、硬化時間、気象抵抗、その他の特性をテストする必要があります。資格のある原材料のみを使用するために保管でき、資格のない材料が断固として返されます。
2、生産プロセス品質管理
1)プロセス制御:詳細かつ厳格な生産プロセスと運用仕様を策定して、生産プロセスの標準化と標準化を確保します。粘弾性材料の混合と成形から、金属成分の加工および表面処理、ダンパーのアセンブリおよび結合へのすべてのリンクは、プロセス要件に厳密に従って実行する必要があります。生産中、プロセスパラメーターの安定性と一貫性を確保するために、主要なプロセスパラメーター(温度、圧力、時間など)がリアルタイムで監視および記録されます。
2)品質検査:複数のプロセス検査リンクを設定して、生産中に半仕上げの製品と完成品の品質を調べます。各プロセスが完了した後、オペレーターは自己検査を実施する必要があり、通過後にのみ、次のプロセスに転送できます。フルタイムの品質検査官は、寸法の精度、外観の品質、結合品質などのコンテンツをチェックする検査基準と計画に従って、半仕上げの製品と完成品のサンプリングまたは完全な検査を実施します。品質要件を満たさない製品の場合、再加工または廃棄はタイムリーに実行され、原因が分析され、問題が再発するのを防ぐために是正措置と予防措置が講じられます。
3、最終製品品質管理
1)パフォーマンステスト:完成したダンパーは、設計要件と製品基準を満たしているかどうかを確認するために、包括的なパフォーマンステストを受ける必要があります。パフォーマンステスト項目には、ダンピングフォーステスト、ヒステリシスループテスト、疲労パフォーマンステスト、温度パフォーマンステストなどが含まれます。特別な機械的パフォーマンステスト機器を通じて、実際の作業条件下での負荷条件がシミュレートされ、ダンパーのさまざまなパフォーマンス指標が正確に測定され、評価されます。要件を満たすすべてのパフォーマンスインジケーターを備えた製品のみを適格製品として決定できます。
2)品質のトレーサビリティ:完璧な製品品質のトレーサビリティシステムを確立し、完成した各ダンパーに一意の製品番号を割り当て、原材料調達、生産処理、品質検査から完成品倉庫までのプロセス情報全体を記録します。使用中に製品で質の高い問題が発生すると、生産プロセスの各リンクは製品番号を迅速に追跡でき、原因はタイムリーに見つけることができ、対応するソリューションを取得できます。
4、検査報告書
viii。製品標準
1、国内基準
1)国家基準:建物の地震設計のためのNational Standard GB 50011-2010コード(2016年版)に厳密に準拠しています。条件と定義、分類とマーキング、技術要件、テスト方法、検査ルール、および建物のエネルギー浸透ダンパーのラベル付け、包装、輸送、および保管に関する詳細な規制を指定します。これにより、製品は、パフォーマンス、品質、安全性の観点から、全国の地震設計およびエンジニアリングアプリケーションの要件を満たします。
2)業界基準:JGJ/T 209-2010などの業界標準を参照してください。これらの標準は、建物構造における粘弾性ダンパーの設計、計算、建設の設置、および受け入れを規制し、その合理的な適用と建設プロジェクトでの信頼できるパフォーマンスを保証します。
2、国際基準
1)米国の基準:構造鋼の建物のAISC 341地震条項、ASCE/SEI 7の最小設計荷重および建物およびその他の構造の関連基準など、米国の基準を参照してください。製品パフォーマンスインジケーター、設計方法、およびテスト要件における国際的な高度な基準に合わせて、グローバル市場での製品の競争力が向上します。
2)日本の基準:JIS A 5651地震分離装置のような日本の基準に基づいて、材料特性、構造仕様、パフォーマンステスト方法の要件に対する製品ベンチマーク。これには、日本の振動削減技術における高度な経験が組み込まれており、製品の品質が国際的な高度なレベルに達するようにします。
3)EU基準:製品は、EN 15129:2009およびEN 1337を含む一連のEU基準に準拠して製造され、優れたパフォーマンスを確保しています。
ix。アプリケーションフィールド
1、建設工学
1)新しい建物の地震設計:さまざまな新しい建物構造の地震設計では、粘弾性ダンパーは効果的な地震測定として機能します。主要な構造の位置(フレームビーム柱ジョイント、せん断壁の結合ビーム、ブレースシステムなど)にダンパーを設置すると、構造の地震性能が大幅に向上します。これにより、地震荷重下での変位と加速反応が減少し、構造的な損傷を最小限に抑え、建物内の人員と財産の安全性を保護します。
2)既存の建物の耐震レトロフィット:地震設計要件を満たさない既存の建物の地震補強に粘弾性ダンパーを使用することは、経済的で効率的なアプローチです。元の構造の大規模な解体や再構築がなければ、適切な位置にダンパーを設置することで、構造のエネルギーディサイプ容量と地震性能が向上し、現在の地震コードに準拠し、建物のサービス寿命を延ばすことができます。
3)高層ビルの風振動制御:超高層および高層ビルでは、風荷重はしばしば構造設計の主要な制御荷重の1つになります。粘弾性ダンパーを使用して、風荷重下での建物構造の振動を制御し、風による振動応答を減少させることができます。これにより、建物の快適性が改善され、居住者の不快感や過度の風による加速によって引き起こされる内部施設の損傷を防ぎます。
2、ブリッジエンジニアリング
1)長いスパンブリッジの地震および振動制御:その構造的特性と大きなスパンのため、長いスパンブリッジ(サスペンションブリッジやケーブル滞在ブリッジなど)は、地震や強風の下での重要な振動応答を起こしやすいです。粘弾性ダンパーは、メインタワーと桁、桟橋、桁の間の接続部品に適用でき、橋のケーブルを維持できます。これにより、地震と風の荷重下での橋構造の振動が効果的に減少し、橋の安全性、安定性、および通常の動作が改善されます。
2)高架橋と都市橋の振動制御:都市高架橋と一般的な都市橋では、粘弾性ダンパーは、車両の動き、地震での構造反応、風による振動によって引き起こされる振動を軽減できます。適切なダンパーの設置により、ブリッジ構造への疲労損傷のリスクが減り、橋の耐久性が向上し、周囲の環境と住民への振動への影響が最小限に抑えられます。
3、産業機器とインフラストラクチャ
1)大規模な産業機器の基礎の振動削減:ファン、冷却塔、重機などの大規模な産業機器は、動作中に振動を生成します。これらの振動は、機器の通常の操作とサービス寿命に影響するだけでなく、周囲の構造と環境に悪影響を及ぼします。機器の基礎またはサポート構造に粘弾性ダンパーを設置すると、機器の振動の伝達が効果的に減少し、機器の安定性と信頼性が向上します。
2)電力施設と通信塔の地震と風の抵抗:電力施設(変電所フレームワーク、トランスミッションラインタワーなど)や通信タワーなどのインフラストラクチャでは、粘弾性ダンパーは地震や風荷重下での構造的災害抵抗を強化します。ダンパーを設置することにより、自然災害時の構造の振動応答が減少し、電源通信ネットワークのスムーズな動作が保証されます。
X.インストールとメンテナンス
1、インストール手順
1)インストール前の準備:粘弾性ダンパーを取り付ける前に、構造設置サイトを検査および清掃して、表面が平らで、破片がなく、オイルがないことを確認します。一方、設計要件に対するダンパーモデル、仕様、および数量を確認し、製品の品質コンプライアンスを確保するために、損傷、変形、またはその他の欠陥について製品に検査します。
2)設置位置の決定:構造設計図に従ってダンパー設置位置を厳密に確認します。正確な位置決めにより、ダンパーはエネルギーを最適に消散させ、構造がロードされたときに振動を減らすことができます。構造の構造では、通常、フレームビームカラムジョイント、せん断壁カップリングビーム、ブレースシステムなどの主要な場所にダンパーが設置されます。ブリッジ構造では、設置位置には、桟橋と桁間の接続、メインタワー、桁、およびケーブルアンカーの端が延びています。
3)設置方法と接続要件:粘弾性ダンパーの主な設置方法は、溶接とボルトティングです。溶接接続の場合、溶接の品質が関連する基準を満たしていることを確認してください。完全でしっかりした溶接が不完全または溶接を逃したことがありません。ボルトでボルト接続の場合は、指定されたボルト仕様を使用し、それらを設計トルクに締めて信頼できる接続を確保します。設置中に、衝突、傷、またはその他の損傷からダンパーの粘弾性材料と金属成分を保護します。
|
シリアルナンバー |
接続方法 |
詳細 |
予防 |
|
1 |
壁に取り付けられたタイプ |
壁に取り付けられた方法で建物に接続された、大規模な鋼板と粘弾性ゴム板の積分硫化により形成されます。それは大きな減衰力の要件を満たすことができ、厚さ方向の寸法は建物の構造に影響しません。 |
まず、高強度ボルトで接続プレートに固定し、溶接により構造内の埋め込みコネクタに接続します。鉄骨構造の建物の場合、ボルト接続も採用できます。 |
|
2 |
回転タイプ |
フレームビームとカラムの交差点に設置され、回転変形を通じてエネルギーを消散させるファン型の鋼板と粘弾性ゴムの積分硫化により形成されます。 |
高強度ボルトと接続部品を備えた梁と柱、または事前に包まれたスチールプレートを事前に修正し、設置中に直接溶接します。 |
|
3 |
軸タイプ |
鋼板の複数の層と粘弾性ゴムを一緒に積み重ねた積分硫化により形成されます。粘性ダンパーと同様に、ピンと耳板を介して構造に接続されています。各方向にはバランスの取れた寸法があります。同じトン数の下では、他のフォームよりも軽く、持ち運びが簡単です。 |
積み重ねられた層の数と、ゴムが熱導体が不十分であるという事実により、非常に大きな減衰力を持つダンパーの設計には適していません。 |
2、メンテナンスキーポイント
1)定期的な検査:粘弾性ダンパーが使用された後、一般に年に1回、またはプロジェクト固有の条件で決定されている間に定期的な検査を実施します。検査項目には、損傷、変形、または老化の兆候、接続部品の締め付け、粘弾性材料の亀裂または分離のためのダンパーの外観が含まれます。異常が見つかった場合は、速やかに評価して対処します。
2)洗浄と保護:定期的にきれいにダンパーをきれいにして、表面のほこり、破片、汚れを取り除き、ダンパーの表面をきれいに保ちます。湿気または腐食性の環境でのダンパーの場合、腐食防止塗料の適用や保護カバーの設置など、金属製成分が錆びや腐食を防ぐなどの対応する保護対策を実装します。
3)パフォーマンスの監視と評価:条件が許可されている場合は、変位、ひずみ、減衰力などのパラメーターを測定してダンパーの動作状況とパフォーマンスの変化を評価して、ダンパーパフォーマンスを監視します。構造が主要な自然災害(地震や強風など)を経験したり、ダンパーが明らかな異常を示したりすると、
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