Amortiguador viscoelástico (Ved)

A Amortiguador viscoelástico (Ved)es un crucialDispositivo de disipación de energía y vibraciónampliamente aplicado en estructuras de edificios, ingeniería de puentes y varios sistemas estructurales que requieren control de vibración. Su función central es convertir la energía mecánica generada por vibraciones estructurales en energía térmica a través de su propio mecanismo de disipación de energía, reduciendo así significativamente la respuesta de vibración de las estructuras bajo cargas de viento, acciones sísmicas u otras cargas dinámicas, y protegiendo la seguridad y la estabilidad de las estructuras.

Los amortiguadores viscoelásticos funcionan en función de las propiedades mecánicas únicas de los materiales viscoelásticos, como gomas especiales y materiales de polímero, que exhiben características viscosas y elásticas. Bajo cargas dinámicas externas, los componentes de restricción (típicamente placas de metal) del amortiguador sufren un desplazamiento relativo, lo que conduce el material viscoelástico para producir cizallamiento o deformación compresiva de tracción.
Durante la deformación del material viscoelástico, se producen fricciones y resbalones entre las cadenas moleculares, junto con el estiramiento de segmentos de cadena. Este proceso se acompaña de la ruptura y la recombinación de enlaces reversibles entre las moléculas, a través de la cual la energía mecánica se convierte continuamente en energía térmica, lo que alcanza la disipación eficiente de la energía de vibración estructural. Además, debido a la característica de que la tensión de los materiales viscoelásticos se queda atrás del estrés, el amortiguador forma un bucle de histéresis durante la carga y descarga, y el área encerrada por el bucle representa la energía disipada por el amortiguador.

1, material de amortiguación viscoelástica
1). Propiedades del material del núcleo
Como componente clave del amortiguador, el material de amortiguación viscoelástico debe poseer excelentes propiedades viscoelásticas, manteniendo una capacidad estable de disipación de energía en un amplio rango de temperatura y espectro de frecuencia. Los materiales comunes están hechos de caucho de silicona, caucho natural, caucho de butilo, caucho de nitrilo, etc., como materiales base, agregados con rellenos específicos y aditivos a través de procesos especiales. Estos materiales tienen un alto factor de pérdida (generalmente entre 0.3 y 0.8), lo que significa que pueden convertir efectivamente la energía mecánica en energía térmica.
2). Selección y personalización de materiales
Según diferentes escenarios de aplicación de ingeniería y requisitos de rendimiento, se pueden personalizar los materiales viscoelásticos. Por ejemplo, se pueden seleccionar materiales a base de caucho de silicona con alta resistencia a la temperatura para entornos de alta temperatura; Para estructuras con altos requisitos de rigidez y amortiguación, el rendimiento del material se puede optimizar ajustando la fórmula del material y el proceso de fabricación.
2, componentes de restricción
1). Función y material de placas de metal
Los componentes de restricción generalmente usan placas de metal de alta resistencia, como acero de bajo rendimiento Q235 u otros aceros de aleación. El papel principal de las placas de metal es restringir la deformación de los materiales viscoelásticos, guiándolos para producir el modo de deformación requerido (como la deformación de cizallamiento o compresión de tracción) en una dirección específica, lo que da a la capacidad de disipación de energía de los materiales viscoelásticos. Mientras tanto, las placas de metal deben tener suficiente resistencia y rigidez para resistir las cargas transmitidas por la estructura.
2). Diseño y fabricación de placas de metal
La forma, el tamaño y el modo de conexión de las placas de metal se diseñan especialmente de acuerdo con el tipo de escenarios de amortiguadores y de aplicación. Por ejemplo, en los amortiguadores viscoelásticos de tipo cortante, las placas de metal generalmente se diseñan como estructuras paralelas de múltiples capas, alternativamente laminadas con materiales viscoelásticos a través de adhesivos; En los amortiguadores compresivos por tracción, las placas de metal pueden adoptar formas estructurales, como mangas y bridas combinadas con materiales viscoelásticos para garantizar la operación cooperativa durante el estrés.
3, Adhesivos y componentes de sellado
1). Requisitos de importancia y rendimiento de los adhesivos
Los adhesivos se utilizan para unir firmemente los materiales viscoelásticos a los componentes de restricción, lo que garantiza que no se deslice relativo entre ellos durante el uso a largo plazo y garantice el rendimiento de trabajo normal del amortiguador. Por lo tanto, los adhesivos deben tener alta resistencia a la unión, buena durabilidad y resistencia a la intemperie, así como una buena compatibilidad con materiales viscoelásticos y placas de metal. Los adhesivos comunes incluyen resina epoxi y tipos de poliuretano.
2). Funciones de componentes de sellado
En amortiguadores con altos requisitos de sellado ambiental, como los aplicados en entornos húmedos o corrosivos, se configuran componentes de sellado. Principalmente evitan que los medios externos (como el agua, la humedad, los gases corrosivos, etc.) invadan el interior del amortiguador, afectando el rendimiento de los materiales viscoelásticos y los componentes metálicos, asegurando así la confiabilidad a largo plazo y la estabilidad del amortiguador.

1, Clasificación por modo de deformación
1).Amortiguador viscoelástico
(1). Mecanismo de trabajo: este tipo de amortiguador se basa principalmente en la deformación de corte de materiales viscoelásticos bajo fuerza de corte para disipar la energía. Cuando la estructura se somete a fuerzas horizontales (como cargas de viento o acciones sísmicas horizontales), el desplazamiento relativo del amortiguador provoca tensión de corte en las capas de material viscoelástico, logrando la reducción de vibraciones a través de la fricción molecular y los mecanismos de disipación de energía dentro del material.
(2). Escenarios de aplicación: ampliamente utilizados en juntas de columna de haz de marco, vigas de acoplamiento de la pared de corte y otras partes de las estructuras del edificio, así como partes de conexión de haz de muelle de las estructuras de puentes, reduciendo efectivamente la respuesta de vibración horizontal de las estructuras.
2). Amortiguador viscoelástico compresivo
(1) Mecanismo de trabajo: los amortiguadores compresivos de tracción funcionan cuando la estructura está sujeta a cargas axiales compresivas de tracción. Cuando los componentes estructurales sufren una deformación axial, los materiales viscoelásticos producen deformación de tracción o compresión correspondiente bajo estrés compresivo de tracción, consumiendo energía a través de las características viscoelásticas de disipación de energía, al tiempo que proporciona cierta rigidez axial y amortiguación a la estructura.
(2) Escenarios de aplicación: comúnmente utilizados en componentes estructurales para soportar las fuerzas axiales, como los aparatos ortopédicos de la entre columna en las estructuras del edificio y los amortiguadores de cables en estructuras de puentes, controlando significativamente la vibración axial y la deformación de las estructuras.
2, Clasificación por forma y estructura
1).Amortiguador viscoelástico
(1). Características estructurales: el amortiguador plano tiene una estructura relativamente simple, generalmente compuesta de múltiples capas de placas metálicas y materiales viscoelásticos laminados alternativamente, lo que impulsa la deformación de materiales viscoelásticos a través del desplazamiento relativo entre placas de metal. Tiene la forma de una placa plana, y su tamaño y especificaciones se pueden personalizar de acuerdo con las necesidades de ingeniería.
(2). Ventajas de la aplicación: tiene las ventajas de una instalación conveniente y una ocupación espacial pequeña, adecuada para la reducción de vibraciones en el plano de varias estructuras de edificios, como la colocación de amortiguadores planos en las losas de piso, las paredes y otras partes de los edificios para reducir efectivamente el desplazamiento interno de las estructuras bajo la vibración horizontal.
2).Amortiguador cilíndrico
(1). Características estructurales: el amortiguador cilíndrico generalmente utiliza una cubierta de metal cilíndrica como componente de restricción, con materiales viscoelásticos llenos en el interior, y configurando estructuras como varillas o pistones de pistón. Cuando está estresado, el movimiento de la varilla o el pistón del pistón provoca la deformación de los materiales viscoelásticos, logiendo así la disipación de energía y la reducción de vibraciones.
(2). Ventajas de la aplicación: este tipo de amortiguador tiene alta resistencia y estabilidad, capaz de resistir grandes cargas y deformaciones, adecuadas para la ingeniería estructural a gran escala, como las principales torres de puentes y los tubos centrales de grandes edificios, proporcionando una fuerza de amortiguación fuerte y la capacidad de disipación de energía para las estructuras.

1, ventajas
1) Capacidad eficiente de disipación de energía: los amortiguadores viscoelásticos pueden comenzar a disipar la energía bajo pequeñas amplitudes de vibración, mostrando una buena adaptabilidad a las vibraciones de diferentes frecuencias y amplitudes. Con un bucle de histéresis completo y una fuerte capacidad de disipación de energía, pueden reducir efectivamente la respuesta de las estructuras bajo cargas dinámicas y reducir el riesgo de daño estructural.
2) Proporcionar rigidez y amortiguación adicionales: no solo pueden aumentar la relación de amortiguación de las estructuras para reducir la respuesta de vibración, sino también proporcionar cierta rigidez adicional a las estructuras, mejorar las características dinámicas de las estructuras y mejorar la resistencia al desplazamiento lateral, especialmente adecuado para estructuras flexibles con pequeños rigidez y largos períodos de vibración natural.
3) Estructura simple e instalación conveniente: en comparación con algunos dispositivos complejos de damas de vibración, los amortiguadores viscoelásticos tienen una estructura relativamente simple, compuesta principalmente de materiales viscoelásticos y componentes de restricción, sin la necesidad de transmisiones mecánicas complejas o componentes de control electrónico. Sus métodos de instalación son similares a los de los componentes estructurales ordinarios, que pueden instalarse y mantenerse en sitios de construcción utilizando métodos convencionales como soldadura y conexión de pernos.
4) amplio rango de aplicaciones: aplicable a diversas estructuras de edificios (incluidos edificios de varios pisos, de gran altura y súper altura), ingeniería de puentes (puentes de larga distancia, viaductos), bases de equipos industriales y otros sistemas estructurales que requieren control de vibraciones. Ya sea para nuevos proyectos o refuerzo sísmico y renovación de vibración de la renovación de las estructuras existentes, los amortiguadores viscoelásticos pueden desempeñar un papel importante.
2, limitaciones
1) Sensibilidad a la temperatura: el rendimiento de los materiales viscoelásticos se ve significativamente afectado por la temperatura. En entornos de alta temperatura, la rigidez y la amortiguación de los materiales disminuyen, y la capacidad de disipación de energía disminuye; En entornos de baja temperatura, los materiales pueden volverse frágiles, perdiendo parte de sus propiedades viscoelásticas, lo que lleva a un rendimiento del amortiguador inestable. Por lo tanto, al diseñar y aplicar amortiguadores viscoelásticos, debe considerarse completamente el rango de cambio de temperatura del entorno de uso, y se deben adoptar medidas de compensación de temperatura correspondientes o fórmulas de material apropiadas.
2) Dependencia de la frecuencia: el efecto de disipación de energía de los amortiguadores varía con diferentes frecuencias de vibración. Para ciertas frecuencias específicas de vibración, su mejor rendimiento puede no ejercerse completamente. En aplicaciones prácticas de ingeniería, se requiere un análisis dinámico estructural para diseñar razonablemente los parámetros de los amortiguadores, para que puedan trabajar de manera efectiva dentro del rango de frecuencia de vibración principal de estructuras.
3) Degradación del rendimiento a largo plazo: aunque la vida útil del diseño de los amortiguadores viscoelásticos generalmente coincide con la de las estructuras del edificio, su rendimiento puede degradarse gradualmente durante el uso a largo plazo debido al envejecimiento material, la fatiga y los factores ambientales. Por lo tanto, son necesarias la inspección y el mantenimiento regulares de los amortiguadores, y el reemplazo debe llevarse a cabo cuando sea necesario para garantizar su efecto confiable de vibración confiable a largo plazo.

1. Parámetros técnicos
Los siguientes son ejemplos de parámetros técnicos para amortiguadores viscoelásticos comunes. Los parámetros del producto reales se pueden personalizar de acuerdo con los escenarios de solicitudes y la aplicación de ingeniería:

2. Propiedades mecánicas básicas deAmortiguadores viscoelásticos

1, Gestión de calidad de materia prima
1) Gestión de proveedores: establecer mecanismos estrictos de evaluación y evaluación de proveedores, cooperando solo con proveedores de materias primas con buena reputación, capacidad de producción estable y un sistema de garantía de calidad de sonido. Realizar inspecciones en el sitio de los principales proveedores de materias primas, como materiales viscoelásticos, placas de metal y adhesivos, auditar sus procesos de producción, procedimientos de control de calidad, equipos de prueba y calificaciones de personal para garantizar la estabilidad y la confiabilidad del suministro de materias primas.
2) Inspección de la materia prima: todas las materias primas deben sufrir una inspección estricta antes de ingresar a la fábrica. Los indicadores clave de rendimiento de los materiales viscoelásticos, como la dureza, la resistencia a la tracción, el factor de pérdida y la temperatura de transición de vidrio, deben probarse utilizando equipos profesionales como analizadores mecánicos dinámicos (DMA); Las placas de metal deben inspeccionarse para sus certificados de material, propiedades mecánicas (resistencia al rendimiento, resistencia a la tracción, alargamiento, etc.), calidad de la superficie y precisión dimensional; Los adhesivos deben probarse por su resistencia de unión, tiempo de curado, resistencia a la intemperie y otras propiedades. Solo se pueden almacenar materias primas calificadas para su uso, y los materiales no calificados se devuelven resueltamente.
2, Gestión de calidad del proceso de producción
1) Control del proceso: formule procesos de producción detallados y estrictos y especificaciones de operación para garantizar la estandarización y estandarización del proceso de producción. Todos los enlaces, desde la mezcla y moldeo de materiales viscoelásticos, hasta el procesamiento y el tratamiento de la superficie de los componentes metálicos, hasta el ensamblaje y la unión de amortiguadores, deben llevarse a cabo de acuerdo estricto con los requisitos del proceso. Durante la producción, los parámetros clave del proceso (como la temperatura, la presión, el tiempo, etc.) se controlan y registran en tiempo real para garantizar la estabilidad y la consistencia de los parámetros del proceso.
2) Inspección de calidad: Configure múltiples enlaces de inspección de procesos para inspeccionar la calidad de los productos semi-acabados y terminados durante la producción. Después de completar cada proceso, los operadores deben realizar una autoinspección, y solo después de pasar se puede transferir al siguiente proceso; Los inspectores de calidad a tiempo completo realizan muestreo o inspecciones completas de productos semi-acabados y terminados de acuerdo con los estándares y planes de inspección, verificación de contenidos como la precisión dimensional, la calidad de la apariencia y la calidad de la unión. Para los productos que no cumplen con los requisitos de calidad, el retrabajo o el desguace se llevan a cabo de manera oportuna, y se analizan las causas, y se toman medidas correctivas y preventivas para evitar que el problema recurrente.
3, gestión de calidad del producto terminado

1) Pruebas de rendimiento: los amortiguadores terminados deben someterse a pruebas de rendimiento integrales para verificar si cumplen con los requisitos de diseño y los estándares de productos. Los elementos de prueba de rendimiento incluyen pruebas de fuerza de amortiguación, pruebas de bucle de histéresis, pruebas de rendimiento de fatiga, pruebas de rendimiento de temperatura, etc. A través de un equipo especial de prueba de rendimiento mecánico, las condiciones de carga en condiciones de trabajo reales se simulan y se simulan varios indicadores de rendimiento de los amortiguadores con precisión. Solo los productos con todos los indicadores de rendimiento cumplen con los requisitos se pueden determinar como productos calificados.
2) Traceabilidad de calidad: Establezca un sistema de trazabilidad de calidad perfecto para el producto, asigne un número de producto único a cada amortiguador terminado y registre toda la información del proceso a partir de adquisiciones de materias primas, procesamiento de producción, inspección de calidad a almacenamiento de productos terminados. Una vez que ocurre un problema de calidad en el producto durante el uso, cada enlace en el proceso de producción se puede rastrear rápidamente a través del número de producto, y la causa se puede encontrar de manera oportuna y se pueden tomar soluciones correspondientes.

4, Informe de inspección

1, Normas nacionales
1) Estándares nacionales: cumplen estrictamente con el Código Nacional de Estándar GB 50011-2010 para el diseño sísmico de edificios (edición 2016). Especifica regulaciones detalladas sobre términos y definiciones, clasificación y marca, requisitos técnicos, métodos de prueba, reglas de inspección, así como etiquetado, embalaje, transporte y almacenamiento de amortiguadores de disipación de energía. Esto garantiza que el producto cumpla con los requisitos nacionales de aplicaciones de diseño sísmico e ingeniería en términos de rendimiento, calidad y seguridad.
2) Estándares de la industria: consulte los estándares de la industria como JGJ/T 209-2010 Especificación técnica para la disipación de energía y la reducción de vibraciones de los edificios. Estos estándares regulan el diseño, el cálculo, la instalación de la construcción y la aceptación de los amortiguadores viscoelásticos en las estructuras de edificios, garantizando su aplicación racional y su rendimiento confiable en proyectos de construcción.
2, estándares internacionales
1) Estándares de EE. UU.: Se hace referencia a los estándares estadounidenses, como las disposiciones sísmicas AISC 341 para edificios de acero estructural y cargas de diseño mínimas ASCE/SEI 7 y criterios asociados para edificios y otras estructuras. Alinearse con los estándares avanzados internacionales en los indicadores de rendimiento del producto, los métodos de diseño y los requisitos de prueba mejora la competitividad del producto en el mercado global.
2) Normas japonesas: basándose en estándares japoneses como JIS A 5651 Dispositivos de aislamiento sísmico para edificios, los puntos de referencia del producto contra los requisitos de propiedades del material, especificaciones estructurales y métodos de prueba de rendimiento. Esto incorpora la experiencia avanzada de Japón en tecnología de reducción de vibraciones para garantizar que la calidad del producto alcance los niveles avanzados internacionales.
3) Normas de la UE: el producto se fabrica de conformidad con una serie de estándares de la UE, incluidos EN 15129: 2009 y EN 1337, asegurando un rendimiento superior.

1, Ingeniería de la construcción
1) Diseño sísmico para nuevos edificios: en el diseño sísmico de varias estructuras de edificios nuevas, los amortiguadores viscoelásticos sirven como medidas sísmicas efectivas. La instalación de amortiguadores en ubicaciones estructurales clave (como juntas de viga de viga de marco, vigas de acoplamiento de la pared de corte y sistemas de arriostramiento) mejora significativamente el rendimiento sísmico de las estructuras. Esto reduce las respuestas de desplazamiento y aceleración bajo cargas sísmicas, minimiza el daño estructural y protege la seguridad del personal y la propiedad dentro de los edificios.
2) Redeción sísmica para edificios existentes: el uso de amortiguadores viscoelásticos para el refuerzo sísmico de los edificios existentes que no cumplen con los requisitos de diseño sísmico es un enfoque económico y eficiente. Sin demolición o reconstrucción a gran escala de la estructura original, la instalación de amortiguadores en posiciones apropiadas puede mejorar la capacidad de disipación de energía y el rendimiento sísmico de la estructura, cumplir con los códigos sísmicos actuales y extender la vida útil del edificio.
3) Control de vibración del viento para edificios de gran altura: en edificios de gran altura y de gran altura, las cargas de viento a menudo se convierten en una de las principales cargas de control para el diseño estructural. Se pueden usar amortiguadores viscoelásticos para controlar la vibración de las estructuras del edificio bajo cargas de viento, reduciendo las respuestas de vibración inducidas por el viento. Esto mejora la comodidad del edificio y evita la incomodidad de los ocupantes o el daño a las instalaciones internas causadas por una aceleración excesiva inducida por el viento.
2, ingeniería de puentes
1) Control sísmico y de vibración para puentes de larga distancia: debido a sus características estructurales y grandes tramos, los puentes de larga distancia (como puentes de suspensión y puentes que estaccan cable) son propensas a respuestas de vibración significativas bajo terremotos y fuertes vientos. Los amortiguadores viscoelásticos se pueden aplicar a piezas de conexión entre torres principales y vigas, muelles y vigas, así como cables de puentes. Esto reduce efectivamente las vibraciones de las estructuras del puente bajo cargas sísmicas y de viento, mejorando la seguridad del puente, la estabilidad y el funcionamiento normal.
2) Control de vibración para viaductos y puentes urbanos: en viaductos urbanos y puentes urbanos generales, los amortiguadores viscoelásticos pueden mitigar las vibraciones causadas por el movimiento del vehículo, las respuestas estructurales bajo terremotos y las vibraciones inducidas por el viento. La instalación adecuada del amortiguador reduce el riesgo de daño por fatiga a las estructuras del puente, mejora la durabilidad del puente y minimiza los impactos de vibraciones en el entorno circundante y los residentes.
3, Equipo e infraestructura industrial
1) Reducción de vibraciones para grandes bases de equipos industriales: grandes equipos industriales como ventiladores, torres de enfriamiento y maquinaria pesada generan vibraciones durante la operación. Estas vibraciones no solo afectan la operación normal y la vida útil del equipo, sino que también imponen impactos adversos en las estructuras circundantes y el medio ambiente. La instalación de amortiguadores viscoelásticos en fundamentos o estructuras de soporte de equipos reduce efectivamente la transmisión de vibraciones de equipos, mejorando la estabilidad del equipo y la confiabilidad.
2) Resistencia sísmica y del viento para las instalaciones de energía y las torres de comunicación: en infraestructura como las instalaciones de energía (por ejemplo, marcos de subestaciones, torres de línea de transmisión) y torres de comunicación, los amortiguadores viscoelásticos mejoran la resistencia a los desastres estructurales bajo terremotos y cargas de viento. Al instalar amortiguadores, las respuestas de vibración de las estructuras durante los desastres naturales se reducen, lo que garantiza el funcionamiento suave de las redes de suministro de energía y comunicación.

1, Instrucciones de instalación

1) Preinstalaciones Pre-Instalation: antes de instalar amortiguadores viscoelásticos, inspeccionar y limpiar el sitio de instalación estructural para garantizar que la superficie esté plana, libre de desechos y sin aceite. Mientras tanto, verifique el modelo del amortiguador, las especificaciones y la cantidad contra los requisitos de diseño, e inspeccione el producto por cualquier daño, deformación u otros defectos para garantizar el cumplimiento de la calidad del producto.
2) Determinación de las posiciones de instalación: confirme estrictamente las posiciones de instalación del amortiguador de acuerdo con los dibujos de diseño estructural. El posicionamiento preciso asegura que el amortiguador pueda disipar de manera óptima la energía y reducir las vibraciones cuando la estructura está cargada. En las estructuras del edificio, los amortiguadores generalmente se instalan en ubicaciones clave, como juntas de viga de viga de marco, vigas de acoplamiento de pared de corte y sistemas de arriostramiento; En las estructuras del puente, las posiciones de instalación incluyen conexiones entre muelles y vigas, torres principales y vigas, así como extremos de anclaje de cables.
3) Métodos de instalación y requisitos de conexión: Los principales métodos de instalación para amortiguadores viscoelásticos son la soldadura y el atornillado. Para las conexiones de soldadura, garantizar que la calidad de la soldadura cumpla con los estándares relevantes, con soldaduras completas y firmes de soldadura incompleta o perdida. Para conexiones atornilladas, use las especificaciones de pernos especificadas y apriétalas al par de diseño para garantizar conexiones confiables. Durante la instalación, proteja el material viscoelástico y los componentes metálicos del amortiguador de la colisión, rasguños u otros daños.

2, puntos clave de mantenimiento
1) Inspecciones regulares: después de que los amortiguadores viscoelásticos se usan, realice inspecciones regulares en un intervalo de generalmente una vez al año o según lo determinen las condiciones específicas del proyecto. Los elementos de inspección incluyen apariencia del amortiguador por daños, deformación o signos de envejecimiento, opresión de las piezas de conexión y agrietamiento o desprendimiento de materiales viscoelásticos. Si se encuentran anormalidades, evalúe y aborde rápidamente.
2) Limpieza y protección: limpie regularmente los amortiguadores para eliminar el polvo de la superficie, los desechos y la suciedad, manteniendo la superficie del amortiguador limpia. Para los amortiguadores en entornos húmedos o corrosivos, implementa las medidas de protección correspondientes, como aplicar pintura anticorrosión o instalar cubiertas de protección para evitar que los componentes de metal se oxiden y la corroying, lo que podría afectar el rendimiento del amortiguador y la vida útil.
3) Monitoreo y evaluación del rendimiento: cuando las condiciones lo permitan, controle el rendimiento del amortiguador midiendo parámetros como desplazamiento, tensión y fuerza de amortiguación para evaluar el estado operativo del amortiguador y los cambios de rendimiento. Cuando la estructura experimenta grandes desastres naturales (como terremotos o vientos fuertes) o el amortiguador muestra anormalidades obvias,

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