具有阻尼楼板的结构和对楼板进行阻尼的方法 【发明领域】
本发明涉及具有阻尼楼板的结构以及对楼板进行阻尼的方法。通常是除了底层以外的那些受到阻尼的楼板。
【发明背景】
通常，在建筑结构中，来自建筑物内部物体的载荷是由(各)楼板支承。每一楼板随即将载荷传递至支承楼板的横梁或墙体。来自横梁的载荷传递给立柱，而后再传递到地基。在某些情况下，墙体直接将载荷传递至地基。一建筑物可包括多层和许多隔间板(bay)。通常，来自一隔间板的载荷直接传递至各横梁或墙体，不会或仅仅是轻微地影响相邻的隔间板。
楼板通常是用木材、混凝土、钢材或它们的组合构造而成。对木制楼板而言，木板通常就像民宅中那样支承在木制格栅(joist)上。混凝土楼板通常包括内部嵌入加强筋的混凝土板。在复合楼板系统中，波纹钢盖板(deck)是由格栅支承，而这些波纹钢盖板支承着混凝土板。在工业用或商用建筑物内还采用预压制的双“T”形横梁部来作为楼板系统。一块楼板指的是由诸如格栅、盖板和混凝土板组合而成的承载构件。
除了承受静载荷以外，各楼板还可支承各种动载荷，例如因工厂内机器工作、住宅或商用建筑物内地行人、在工厂地板上移动的物体、在停车坡道上的车辆、在舞厅里跳舞的人、以及在健身房内锻炼的人而造成的动载荷。在某些情况下，流经管道的流体或流经管道的空气也可以是一种动载荷的来源。有时楼板是用较轻的格栅和较薄的混凝土板构造而成，这将使结构具有柔性。另外，从成本和多用途功能考虑，每个隔间板的宽度可以比较大。这样可以在固有阻尼较小的情况下形成较柔性的楼板系统。在由于动载荷而激发楼板的固有共振的情况下，可能会导致楼板可使用性方面的问题。业主可能会感到振动，觉得被打扰。在某些情况下，楼板可支承精密设备，例如显微镜，这样更会令可使用性方面的问题变得严重。在某些情况下，建筑物可能会因为楼板的振动而变得不安全。设计师已经面临这样一种挑战，即，要将楼板改造或设计成能使振动问题减至最小。
过去对减弱楼板振动的尝试可以分成三类。
第一，通过加固由格栅、钢板和混凝土梁组成的楼板来减小振动。
第二，采用已调块体阻尼器(tuned mass damper)来减小楼板的振动。已调块体阻尼器是一个通常连接于振动楼板的由弹簧、块体和阻尼元件组成的系统。已调块体阻尼器的共振频率与楼板的共振频率大致相同。当楼板振动时，已调块体阻尼器也受到激励并对楼板产生反作用力。振动能量是通过已调块体阻尼器的阻尼装置而消散的。Hosono等人的日本专利4[1992]-19344B揭不了一种用于楼板振动阻尼的已调块体阻尼器。该阻尼器包括一附加块体和一具有阻尼特性的弹簧。将阻尼器的固有频率调谐为楼板的固有频率。可以将该阻尼器悬挂在楼板下方，或将其设置在楼板上。
第三，采用消能阻尼器来减弱楼板的振动。消能阻尼器通常被用于例如建筑物、桥梁、水塔等结构，以减弱因风、地震等因素造成的振动。然而，也可以用此类阻尼器来衰减例如结构楼板中的垂直振动。
在Yamanaka的日本专利H0-6049924A中，揭示了一对撑杆，其一端连接于一立柱，而另一端连接于楼板。这种成对撑杆是由两个构件组成，这两个构件通过一可转动的杯和球接头相互连接。在杯和球之间采用了粘弹材料。楼板的移动将导致杯和球之间的相对转动，从而使能量消散在粘弹材料中。由于杯和球之间的转动非常小，该阻尼器在不能有效地消散楼板的振动。
Ikehara等人的日本专利8-68132A揭示了一种阻尼器，它是由一从下侧结构楼板伸出的外管和一悬挂在上侧结构楼板上的内管组成。在这两个管子之间具有一充满粘性流体或粘弹材料的间隙。该阻尼器可衰减上、下楼板内的声音和噪声。此类阻尼器的一个缺陷在于，它还可以在两块楼板之间传递振动。
Yamanaka的日本专利H06-49923A揭示了一种阻尼器，它具有一下钢管和一上钢管，在这两个管子之间具有一充满粘弹材料的间隙。这两个管子直接连接在楼板之间以衰减楼板的振动。此类阻尼器的一个缺陷在于，它也会在两块楼板之间传递振动。
Murray的美国专利4,615,157揭示了一种摩擦式阻尼器，该阻尼器用于对跨支在两个支承物上的一楼板的格栅进行阻尼。该摩擦式阻尼器具有一对叠置板。其中一块板固定于需阻尼的格栅，而另一块板则直间或间接地固定于大地。叠置板之间的摩擦可阻尼格栅内的任何振荡。在两块板之间可夹设摩擦材料。
Fedric Nelson在1968年的《AISC工程》杂志上发表的“在建筑物和大型结构中采用粘弹性材料来对振动进行阻尼”一文中，讨论了有关约束层的情况。在该论文中建议了一种利用约束层来对楼板的格栅进行阻尼的方法。
Tso Chein Pan在1992年2月发表于《建筑设施的性能》杂志第六卷第一期上的“人行天桥的振动”一文中，揭示了一种粘弹型撑架阻尼器，该阻尼器安装在一撑架的桁条内。
发明概要
本发明提供了一种对楼板振动进行阻尼的方法。这种对楼板振动进行阻尼的方法包括如下步骤：将至少一个制品连接至在某一结构的一结构楼板(A)上标示为楼板连接位置的一个位置与在所述结构上标示为锚定连接位置的至少两个位置之间，每个锚定连接位置都选自下列组：(a)结构梁；(b)结构柱；(c)一个或多个结构梁/结构柱的一个或多个交点；(d)位于一结构柱和/或结构梁以内大约1米的基地板上的一个或多个区域；以及(e)位于一结构柱和/或结构梁以内大约1米的结构楼板上的一个或多个区域，其中(e)的结构楼板可以与结构楼板(A)相同或不同，
其中，每个制品均位于需阻尼的结构楼板(A)的下方；
其中，每个制品各自包括：
(ⅰ)两个外刚性元件；
(ⅱ)粘接在两个外刚性元件之间的至少一个振动阻尼材料层；
(ⅲ)可选择的一个或多个内刚性元件，它们位于所述外刚性元件内侧，制品内的各刚性元件均通过与其粘连的至少一个振动阻尼材料层相互隔开；以及
(ⅳ)介于任意刚性元件与振动阻尼材料层之间的可选择的粘合剂层；
其中，所述外刚性元件以及可能有的所述内刚性元件的剪切弹性模量大于振动阻尼材料层的弹性模量；以及
其中，每个制品均构造并连接于所述结构，因此，当结构楼板(A)振动时，该制品至少可部分地消散垂直的楼板振动能量。
本发明还提供了一种阻尼结构，包括：
一结构，它具有至少一个制品，该制品连接至在某一结构的一结构楼板(A)上标示为楼板连接位置的一个位置与在所述结构上标示为锚定连接位置的至少两个位置之间，其中每个锚定连接位置都选自下列组：(a)结构梁；(b)结构柱；(c)一个或多个结构梁/结构柱的一个或多个交点；(d)位于一结构柱和/或结构梁以内大约1米的基地板上的一个或多个区域；以及(e)位于一结构柱和/或结构梁以内大约1米的结构楼板上的一个或多个区域，其中(e)的结构楼板可以与结构楼板(A)相同或不同，
其中，每个制品均位于需阻尼的结构楼板(A)的下方；
其中，每个制品各自包括：
(ⅰ)两个外刚性元件；
(ⅱ)粘接在两个外刚性元件之间的至少一个振动阻尼材料层；
(ⅲ)可选择的一个或多个内刚性元件，它们位于所述外刚性元件内侧，制品内的各刚性元件均通过与其粘连的至少一个振动阻尼材料层相互隔开；以及
(ⅳ)介于任意刚性元件与振动阻尼材料层之间的可选择的粘合剂层；
其中，所述外刚性元件以及可能有的所述内刚性元件的剪切弹性模量大于振动阻尼材料层的弹性模量；以及
其中，每个制品均构造并连接于所述结构，因此，当结构楼板(A)振动时，该制品至少可部分地消散垂直的楼板振动能量。
下面将描述本发明的方法以及阻尼结构的各较佳实施例。
每个制品的锚定连接位置的数量较佳的是2至4个，最好是4个。
较佳的是，所述锚定连接位置可分别选自由结构梁、结构柱以及结构梁/结构柱交点所构成的组，最好是选自一个或多个结构梁/结构柱的交点。
较佳的是，用于至少一个制品的楼板连接位置基本上对中地(最好是完全对中地)位于结构楼板(A)内。
较佳的是，至少一个制品连接在当结构楼板(A)被迫振动时的最初5个波模(mode)之一的波腹点附近。
较佳的是，出于阻尼性能的考虑，当从直接位于楼板连接位置上方的一位置观察时，用于至少一个制品的楼板连接位置和至少两个锚定连接位置落在一直线上。
较佳的是，制品的两个或多个交替的刚性元件是通过一未延伸穿过任何振动阻尼材料层的刚性联接构件来连接的。
较佳的是，制品的外刚性元件加上内刚性元件的总数大于或等于4，其中，可以将制品的刚性元件标示为：奇数标号的第一组刚性元件以及可选择的偶数标号的第二组刚性元件，会发生下列(ⅰ)和(ⅱ)的情况：
(ⅰ)奇数标号的第一组中的两个或多个交替的刚性元件通过一第一刚性联接构件沿着制品的第一端相互连接，所述第一刚性联接构件没有延伸穿过任何振动阻尼材料层；
(ⅱ)偶数标号的第二组中的两个或多个交替的刚性元件沿着一第二刚性联接构件的第二端相互连接，所述第二刚性联接构件没有延伸穿过任何振动阻尼材料层；其中，所述制品的第二端与第一端是相对的。
较佳的是，每个制品是通过一单独的刚性连接元件连接于各锚定连接位置和楼板连接位置，每个刚性连接元件直接连接于制品的刚性元件或刚性联接构件，所述联接构件将制品的两个或多个交替的刚性元件相互连接起来。
在一较佳实施例中，将所述制品连接到锚定连接位置上的刚性连接元件连接于一处在制品一侧的刚性联接构件，将所述制品连接到楼板连接位置上的刚性连接元件连接于一处在制品另一侧的刚性联接构件。
较佳的是，各刚性连接元件选自：直的、弯曲的、以及弯折的刚性连接元件。
较佳的是，将制品连接于锚定连接位置的刚性连接元件选自：直的、弯曲的和弯折的刚性连接元件。在某些情况下，刚性连接元件最好是选自弯曲的和弯折的刚性连接元件。
在一实施例中，各制品通过一分开的刚性连接元件连接在各锚定连接位置上和楼板连接位置上，所述刚性连接元件直接连接于制品的一刚性元件，或连接于一刚性联接构件。
在一实施例中，每个制品均独立地选自：抗剪阻尼器和拉伸-压缩型阻尼器。
较佳的是，所述结构选自：停车斜坡、购物中心、住宅、办公大楼、医院、机场候车室、商店、体育场、活动场所、剧院、学校、体育馆、舞厅、商业办公大楼、制造厂和月台等。
借助后面将要描述的公式可以明白，本发明可以为楼板提供附加的刚度和阻尼，并且无需对已调大块阻尼器的频率加以调节来阻尼地板的振动。
采用至少两个锚定连接位置可以稳定而有效地获得刚度，以便支承制品。由于锚定连接位置通常是刚性的并且不会振动，所以由该制品附加的刚度和阻尼最大。各锚定连接位置是以这样一种方式选择的，即，来自一块楼板的振动不会通过阻尼器被传递到其上或其下的楼板。已有技术阻尼系统的一个缺陷在于，由于将锚定连接位置选定在需阻尼楼板的上或下楼板的中心，所以会将振动传递至上或下楼板。本发明的锚定连接位置可以用这样一种方式来布置，即，各刚性连接元件和制品只占很小或根本不占楼层空间。
附图简要说明
图1是根据本发明一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图2是根据本发明另一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图3是根据本发明另一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图4是图3所示的制品的一部分加上两个刚性联接构件之后的侧视图；
图5是根据本发明另一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图6是根据本发明另一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图7是根据本发明另一实施例的可用来对楼板进行阻尼的一制品的某一部分的侧视图；
图8是用来对图9-13所示的结构进行阻尼的制品的立体图。该制品具有连接于制品的外刚性构件的刚性联接构件；
图9是一多层建筑物的立体图，其中第二和第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼；
图10是一多层建筑物的立体图，其中第二和第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼；
图11是一多层建筑物的立体图，其中第二和第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼；
图12是一多层建筑物的立体图，其中第二和第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼；
图13是一多层建筑物的立体图，其中第二和第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼；
图14是图8所示制品的立体图，但是该制品具有不同的刚性联接构件，在该附图中还示出了连接于所述制品的连接元件；
图15是一多层建筑物的立体图，其中第三层楼板受到可反抗楼板振动的阻尼。
文中用来描述本发明的术语“结构楼板”意指由诸如混凝土板、格栅、盖板等承载元件的组合所构成的楼板。这样的楼板可将施加于其上的载荷传递至结构横梁、立柱或墙体中的一个或多个上。文中用来描述本发明的术语“基地板”意指这样的楼板，即，施加于其上的载荷被直接传递至地基。
对本发明的详细描述
刚性元件
构成本发明阻尼制品的刚性元件可以根据制品的各种应用场合而用各种材料制成。刚性元件可以用包括但不限于选自下列材料组的材料制成，例如：钢、不锈钢、铜、铝等金属；合金；塑料；纤维加强的复合物；以及木材。通常，刚性元件是用例如钢或不锈钢之类的金属材料制成。
刚性元件可以具有各种形状，包括但不限于选自以下的形式：板(例如曲面板、平板等)、杆、棒、管、T形梁和I形梁。通常，刚性元件是板状的，最典型的是矩形板状。刚性元件可以是单构件或相互连接的双或多构件(例如通过焊接)。
外刚性元件(以及内刚性元件，如果有的话)的剪切模量通常大于同样也构成阻尼元件的振动阻尼层的剪切模量。刚性元件的剪切模量一般比(各)振动阻尼材料层的剪切模量大至少10倍左右，较佳的是大至少100倍左右。
剐性元件的厚度可以根据阻尼元件所需场合的不同来变化。通常，每个刚性元件的厚度是大约1/16英寸(1.5mm)至1英寸(25mm)，较佳的是大约1/8英寸(3mm)至0.5英寸(13mm)。
如果一刚性元件太薄，将会发生下列问题：刚性元件的强度减小，当该刚性元件受到较大的力时，它会发生屈曲和/或失效。如果一刚性元件太厚，阻尼制品和阻尼器将变太重。
刚性元件的长度和宽度是可以变化的。一刚性元件的宽度通常是大约0.5英寸(13mm)至大约10英寸(254mm)，更典型的是大约1英寸(25mm)至大约5英寸(127mm)。一刚性元件的长度通常是大约1英寸(25mm)至大约24英寸(610mm)。
振动阻尼材料层
一振动阻尼材料层可以是连续的或不连续的。一连续的振动阻尼材料层可以包括同一种类型的阻尼材料，或者可以例如包括由不同的振动阻尼材料制成的各相邻部分。不连续的振动阻尼材料层可以包括例如由(各)非阻尼材料或(各)间隔分隔开的阻尼材料部分。此外，当至少有两个阻尼材料层时，每层可以包括相同的或不同的(例如不同化学成分的)(各)阻尼材料。
振动阻尼材料包括一种粘弹性材料。粘弹性材料是一种粘性的因而能吸收能量、同时又具有一定弹性因而能在合适的温度和频率范围内储存能量的材料。也就是说，粘弹性材料就是一种通常包含长链分子的弹性材料，所述长链分子变形时会把机械能转变为热能。这样一种材料一般可以通过施加一载荷而变形，例如被延伸，并有时在载荷被去除之后，逐渐收缩而恢复其原来形状。
在一定的工作温度和频率下(通常是大约-20℃至大约40℃，以及大约0.1Hz至15Hz)，用作本发明的振动阻尼材料的较合适的粘弹性材料的抗剪储存模量G′，即在变形过程中储存能量的量度，至少是大约1磅/平方英寸(6.9×103帕斯卡)。可用的粘弹性材料的储存模量可以高达10,000磅/平方英寸(6.9×107帕斯卡)；通常是大约10-2000磅/平方英寸(6.9×104～1.4×107帕斯卡)。
在应变工作温度和频率下，用作本发明的振动阻尼材料的较合适的粘弹材料的损耗率η，即能量损失相对储存的能量的比值或者是抗剪损失模量G″相对抗剪储存模量G′的比值，至少是大约0.1。在材料经历的应变工作频率和温度下，较佳的是，该损耗率至少为大约0.5，更好的是大约0.8。这一损耗率表示材料消能的量度，并且取决于阻尼材料所经历的频率和温度。例如，就3MTMSJ2015X 110型的交联的丙烯酸聚合物而言，在剪切应变为5％，频率为1 Hz时，在68°F(20℃)情况下的损耗率约为1.3，而在158°F(70℃)情况下的损耗率约为1.0。
剪切状态下的振动阻尼材料层的刚度可以下列公式计算：
k＝k′＋jk″ (20)=G′Ah+jG″Ah---(30)]]>
式中：k＝阻尼材料层的复合刚度
k′＝阻尼材料层的储存刚度
K″＝阻尼材料层的损失刚度j=-1]]>
G′＝阻尼材料层的储存剪切模量
G″＝阻尼材料层的损失剪切模量
A＝阻尼材料层的剪切面积
h＝阻尼材料层的厚度
可用的振动阻尼材料可以是各向同性和各向异性的材料。在文中，“各向异性材料”或“非各向同性材料”是一种其特性取决于测量方向的材料。具有粘弹性的合适材料包括：尿脘橡胶、硅橡胶、腈橡胶、异丁橡胶、丙烯酸橡胶、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶，等等。其它可用的阻尼材料包括：聚酯、聚氨酯、聚酰胺、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩丁醛-聚乙酸乙烯酯、环氧丙烯酸盐互穿网络，等等。适于用作振动阻尼材料的热塑性和热固性的树脂也可用来制造阻尼元件。
较佳的粘弹性材料可以是从明尼苏达州圣保罗的3M公司获得的110、112和113型的3MTM SJ2015X丙烯酸粘弹性聚合物，这在来自3M工业胶带和特种生产部门的3M产品说明书和性能数据页中有关ScotchdampTM振动控制系统的部分No.70-0703-7536-8(73.4)R1中有所描述。
粘弹性材料对温度敏感。具体地说，Chang等人在《地震谱》第9卷No.3(1993)pp.371-387页上的文章“作为地震消能装置的粘弹性阻尼器”中指出，温度上升会使粘弹性材料软化，并使材料的阻尼效率下降。在上述的3M产品说明书和性能数据页中，提供了110、112和113型的3MTM SJ2015X丙烯酸粘弹聚合物的另外一些关于温度敏感的资料。因此，在选择振动阻尼材料构造本发明的阻尼制品时，必须考虑粘弹性材料的温度变化。
粘合剂层
为了便于将(各)振动阻尼材料层粘接到刚性元件上，最好是在刚性元件和振动阻尼材料层之间设置一层例如环氧树脂之类的粘合剂，以便使各层之间更有效地粘接。所用的粘合剂应该在刚性元件和阻尼层之间形成一粘合状态，其强度大于阻尼层本身的强度。较佳的是，采用一结构化粘合剂。
如果一粘合剂的剪切强度大于1000磅/平方英寸(6.9×106帕斯卡)，较佳的是大于2000磅/平方英寸(1.4×107帕斯卡)，最好是大于3000磅/平方英寸(2.1×107帕斯卡)时，它通常可以被认为是结构化的。
在工作环境下，粘接层最好是防水的，并能够抗拒与之接触的任何溶剂、气体或化学物质。此外，粘合剂层最好是能抗拒增塑剂或可能残留的阻尼材料中的残余溶剂。较佳的是，与振动阻尼层相比，该粘合剂层更加能防止抗剪强度随温度的增加而下降。通常，阻尼材料和粘合剂都随着温度的升高而软化。在所有的工作温度下，通常是大约-20℃至大约40℃，更通常的是大约0℃至40℃，最通常是大约15℃至大约35℃，一较佳的粘合剂的抗剪强度均超过阻尼材料的抗剪强度。
阻尼制品的设计和制造方法
各单独的阻尼制品的设计是可以变化的。较佳的是，阻尼制品包括第一和第二两个外刚性元件，以及夹设在两者之间的一振动阻尼材料层。所述阻尼制品可选择地还包括一个或多个内刚性元件和交替设置的振动阻尼材料层。振动阻尼材料和刚性元件的交替层的数量是可以变化的，只要能维持阻尼制品的结构整体性即可。通常，一阻尼制品内的刚性元件(包括外和内刚性元件)的总数通常是大约2至20个。对阻尼制品最合适的层的数量还取决于在阻尼层内的应变和/或在工作过程中元件内的热量的增加是否有利害关系。采用具有良好导热性和比热的刚性元件，或者是在振动阻尼材料内含有导热纤维或颗粒材料，可以减少阻尼材料内热量的增加。
较佳的是，刚性元件的导热系数应该大于约0.2瓦特/米·摄氏度，更好的是大于约30瓦特/米·摄氏度，最好是大于约40瓦特/米·摄氏度。
确定阻尼制品中的层数的另一个应该考虑的因素是阻尼材料现有的厚度规格，例如，如果为满足阻尼需求而需要一个5/8英寸(15.9mm)厚的阻尼材料，而当现有的阻尼材料只有1/8英寸(3.18mm)、1/4英寸(6.35mm)、1/2英寸(12.7mm)这几种厚度时，就可以在阻尼制品中采用五层1/8英寸厚的材料。
虽然制备该阻尼制品的方法是可变的，但一种通常的制作过程如下：首先，提供若干个第一刚性元件，通常是将该元件的粘接于振动阻尼材料的那一部分制作成具有大约0.005英寸(0.127mm)至大约0.025英寸(0.63mm)的平整度。
随后，在刚性元件的与振动阻尼材料层接触的那一表面上通常涂覆一层粘合剂，例如环氧树脂。粘接层的厚度可以根据应用场合而变化。较佳的是，该粘合剂涂层是一薄的、连续的层。粘合剂层的厚度通常是大约0.002英寸(0.051mm)至0.050英寸(1.27mm)。
所述粘合剂层可以用各种方法来涂覆，例如喷涂、涂抹、涂刷等。较佳的是，在相互粘接的刚性元件和振动阻尼材料上都涂覆粘合剂。在粘接该两构件时，必须注意不能将空气引入粘合剂层。通常，可借助一分配喷嘴将粘合剂层涂覆到刚性元件和阻尼材料层上，所述喷嘴将粘合剂射流送至两粘接表面，并使之均匀地覆盖整个粘接区域。术语“粘接表面”、“粘接区域”和“剪切区域”是可以互换的。这些术语表示相互粘接的两层之间的共同的表面区域。
接着，将振动阻尼材料的涂有粘合剂的层放到第一刚性元件的粘合剂层的顶面上。如果阻尼材料是液态的，也可以把它喷射或注入到一个已经适当地安置有阻尼制品的刚性元件的模具上。随后，振动阻尼材料固化，使液态的阻尼材料凝固。
此外还可以借助一些阻尼材料，通过热和/或压力在阻尼层和刚性元件之间形成粘接。任何一种可在阻尼材料和刚性元件之间产生强度超过阻尼材料本身的粘接方法都是可以接受的制造方法。在制造这些阻尼制品时，采用一环氧粘合剂是较佳的。
振动阻尼层通常的厚度是大约0.06英寸(1.5mm)至2英寸(50.8mm)。如果振动阻尼层太薄，就需要太多的阻尼层才能将剪切应变保持在一个足够低的水平，从而避免在阻尼材料层内发生破裂失效现象。从制造角度而言，一般希望能尽量减少所要求的阻尼材料层的数量。
阻尼层本身通常是选择成可以在高达100％的剪切应变的情况下工作。阻尼材料层和刚性元件之间的粘接强度应该大到足以承受最大的阻尼工作应力。这样，各阻尼制品的总的抗剪强度应该至少足以保证阻尼材料在任何粘接面分层或粘合剂本身丧失粘性之前不会粘接失效。
阻尼制品最好是组装并连接于任何(各)刚性构件和/或(各)刚性连接元件(这将在下文中加以讨论)，并在阻尼材料层内只引入最小的应变。一般说来，阻尼材料层的厚度变化应小于10％。
(各)阻尼制品应该位于阻尼器内，从而使施加于阻尼制品的机械能量至少被阻尼制品部分地消散。
图1示出了由两个外刚性元件2和4和一个振动阻尼材料层通过热粘接构成的一个阻尼制品。
如果施加于刚性元件的实际载荷接近临界屈曲载荷，则可以将刚性元件加厚、加宽或缩短而提高该临界载荷。
刚性联接构件
可用于阻尼制品之刚性元件的刚性联接构件可以根据不同的应用场合而用各种材料制成。一刚性联接构件可以用包括但不限于选自下列材料组的材料制成，例如：钢、不锈钢、铜、铝等金属；合金；塑料；以及木材。通常，刚性联接构件可以用例如钢或不锈钢之类的金属材料制成。
刚性联接构件可以具有各种形状，包括但不限于选自以下的形式：板(例如曲面板、平板等)、杆、棒、管、T形梁和I形梁。通常，刚性元件是板状的，最典型的是矩形板状。刚性元件可以是单构件或相互连接的双或多构件(例如通过焊接)。
刚性联接构件的剪切模量通常大于阻尼制品的振动阻尼层的剪切模量。刚性联接构件的剪切模量一般至少比(各)振动阻尼材料层的剪切模量大10倍左右，较佳的是至少大100倍左右。
刚性联接构件的厚度可以根据制品所需场合的不同来变化。通常，每个刚性联接构件的厚度是大约1/16英寸(1.5mm)至1英寸(25mm)，较佳的是大约1/8英寸(3mm)至0.5英寸(13mm)。
如果一刚性联接构件太薄，将会发生下列问题：刚性联接构件的强度减小，当该刚性元件受到较大的力时，它会发生屈曲和/或失效。如果一刚性元件太厚，阻尼制品和阻尼器将变得太重。
刚性联接构件的长度和宽度是可以变化的。一刚性联接构件的宽度通常是大约0.5英寸(13mm)至10英寸(254mm)，更典型的是大约1英寸(25mm)至5英寸(127mm)。刚性元件的长度通常是大约1英寸(25mm)至大约5英尺(1524mm)。
刚性联接构件可以通过下列各种方式与刚性元件相连，包括：焊接、螺栓连接、铆接、粘合剂连接等。可选择的是，刚性联接构件/刚性元件可以是一体式的构造。
刚性连接元件
可用来将阻尼制品连接到其楼板连接位置以及锚定连接位置上的刚性连接元件可以根据不同的应用场合用各种材料制成。刚性连接元件可以用包括但不限于选自下列材料组的材料制成，例如：钢、不锈钢、铜、铝等金属；合金；塑料；以及木材。通常，刚性连接元件可以用例如钢或不锈钢之类的金属材料制成。
刚性连接元件可以具有各种形状，包括但不限于选自以下的形式：板(例如曲面板、平板等)、杆、棒、管、T形梁和I形梁。通常，刚性元件是杆状或管状的。
刚性连接元件的剪切模量通常大于阻尼制品的振动阻尼层的剪切模量。刚性连接元件的剪切模量一般至少比(各)振动阻尼材料层的剪切模量大10倍左右，较佳的是至少大100倍左右。
刚性连接元件的长度和宽度是可以变化的。通常，刚性连接元件是一中空管，例如一方形管子，其壁厚为大约1/16英寸(1.6mm)至0.5英寸(12.7mm)，更典型的是大约1/8英寸(3.2mm)至0.5英寸(12.7mm)。刚性连接元件的横截面积是大约1英寸(25.4mm)×1英寸至大约8英寸(203.2mm)×8英寸，更典型的是大约2英寸(50.8mm)×2英寸(50.8mm)，最典型的是大约4英寸(101.6mm)×4英寸。刚性连接元件的长度通常是大约1英尺(30.48cm)至30英尺(9140mm)，取决于从制品到连接位置的距离。
刚性连接元件应该以一种能允许制品对楼板振动加以阻尼的方式连接于所述制品。刚性连接元件可以用多种方式连接于阻尼制品。它们可以连接于刚性元件和/或(如果有的话)刚性联接构件。通常，将制品连接于楼板连接位置的刚性连接元件是连接在制品的一端，而将制品连接于锚定连接位置的刚性连接元件则连接在制品的另一端。
刚性连接元件可以通过下列方式中的一种或多种连接于刚性制品、刚性联接构件和/或其连接位置，所述连接方式是：焊接、螺栓连接、铆接、螺钉连接、粘合剂连接等。
制品的设计
当制品在楼板连接位置和锚定连接位置上连接于需阻尼的楼板之间时，楼板将具有附加的刚度k’附加和阻尼比ζ附加。设计过程是一个反复进行的过程。附加刚度k’附加可以用公式(1)计算出来，它来自于所有刚性连接元件的垂直刚度k连接元件和制品的垂直刚度k制品＝k’制品＋jη制品k’制品。符号k’制品和η制品分别表示制品的储存刚度和损耗因数。
这里的j等于η附加是制品-刚性连接元件组合的损耗因数。在这一计算和以后的计算中，将刚性联接构件看成是制品的一部分。
楼板的附加阻尼比ζ附加可以用下列的简化公式(2)来计算。
这里的ki是在第i阶振动模态下楼板连接位置上具有制品的楼板的模态剐度，这里的i是等于或大于1的整数。η附加可以由公式(1)来确定。
制品和楼板组合在楼板连接位置上的模态(modal)刚度可以用下列等式来计算：
Ki＝ωi2mi (3)
这里的ωi是固有频率，mi是在第i阶振动模态下的楼板连接位置上的按比例的模态质量。mi由以下等式来计算：
这里的φi是连接有阻尼制品的楼板的振型(mode shape)的矢量，T表示矢量转置，φi制品表示在楼板连接位置的振型值，M是楼板的质量矩阵(massmatrix)。当采用有限元分析法来模拟楼板和制品时，就可以获得固有频率、振型和质量矩阵。
阻尼材料的剪切面积可以用以下公式来计算：
A＝k’制品h/G’ (5)
这里的h是阻尼材料的厚度，G’是振动阻尼材料在工作条件下的存储模量，并且可以由振动阻尼材料的生产商提供。应该将阻尼材料的厚度选择为足够厚，这样它就不会因为阻尼制品过量的偏移而断裂。
结合附图可以更好地理解本发明。附图中的楼板除了那些基地板以外都是结构楼板。
图1示出了一制品，它具有外刚性元件2和4以及内阻尼材料层6。
图2示出了一制品，它具有外刚性元件42和44、内刚性元件46、以及内振动阻尼材料层48和49。
图3示出了一制品，它具有外刚性元件60和62、内刚性元件64和66、以及内振动阻尼材料层68，70和72。各刚性元件是错开的。
图4示出了图3的制品，其刚性元件62和66通过刚性联接构件61相互连接，而其刚性元件64和60通过刚性联接构件63相互连接。
图5示出了一制品，它具有外刚性元件50和52、内刚性元件54、以及内振动阻尼层56和57。
在图1、2、3和5中，各刚性元件是基本上相互平行地夹设或层叠的构造，在每一种情况下，均至少有两个刚性元件沿着彼此相反的方向延伸得超过阻尼材料。这些类型的阻尼器是众所周知的剪切型阻尼器。
图6和7示出了两个轴向阻尼器，它们是拉伸-压缩型阻尼器。
图6示出了一制品，它具有外刚性元件74和76、以及内阻尼材料层78。
图7示出了一制品，它具有外刚性元件80和82、以及内振动阻尼材料层84。
图8示出了在图8、9、10、11和12中出现的制品106。该制品包括外刚性元件90和91、内刚性元件92、以及振动阻尼材料层93和94。各刚性元件在各个方向上延伸得超过振动阻尼材料。刚性联接构件-95连接在外刚性元件90和外刚性元件91之间。
图9是一多层建筑物100的立体图，其中第二楼板102和第三楼板104可以对楼板的振动进行阻尼。
第三楼板104是通过两个制品106来进行阻尼。第二楼板102也是通过一个制品106来进行阻尼。底层112由于其位置关系无需阻尼。图中示出了横梁126，128，130，132，144，146和148，以及立柱134，136，138，140，154和156。
对第三楼板104进行阻尼的制品106具有四个直的刚性连接元件184，186，188和190，它们连接于刚性联接构件95(在图9中没有标注)，并且连接在各自的锚定连接位置上。刚性连接元件184连接于横梁126和128与立柱134的交点。刚性连接元件186连接于横梁126和130与立柱136的交点。刚性连接元件188连接于横梁128和132与立柱138的交点。刚性连接元件190连接于横梁130和132与立柱140的交点。制品106的内刚性元件92(在图9中没有标注)通过刚性连接元件108连接于第三楼板104上标示为101的那一点(楼板连接位置)。
对第二楼板102进行阻尼的制品106具有两个直的刚性连接元件216和218，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图9中没有标注)的一侧。刚性连接元件216连接于横梁217和219与立柱138相交而形成的锚定连接位置。另一个刚性连接元件218连接于横梁221和223与立柱156相交而形成的锚定连接位置。制品106的内刚性元件92(在图9中没有标注)通过刚性连接元件225连接于第二楼板上标示为212的那一点(楼板连接位置)。
对第三楼板104进行阻尼的另一个制品106具有四个直的刚性连接元件240，241，242和243，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图9中没有标注)的一侧。刚性连接元件240连接于横梁231和237与立柱138的交点。刚性连接元件241连接于横梁231和235与立柱140的交点。刚性连接元件243连接于横梁233和235与立柱156的交点。刚性连接元件242连接于横梁237和233与立柱154的交点。制品106的内刚性元件92(在图9中没有标注)通过刚性连接元件163连接于第三楼板104上标示为161的那一点(楼板连接位置)。
图10是一多层建筑物的立体图，其中第二楼板258和第三楼板260分别受到可抗拒楼板振动的阻尼。底层270由于其位置关系无需阻尼。图中示出了横梁284，286，288，291，293，295和290，以及立柱292，294，296，312，314和298。
对第三楼板260进行阻尼的一个制品106具有四个直的刚性连接元件342，344，345和347，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图10中没有标注)的一侧，并且连接于各自的锚定连接位置。一刚性连接元件342连接于横梁284的中点。刚性连接元件344连接于横梁286的中点。刚性连接元件345连接于横梁288的中点。刚性连接元件347连接于横梁290的中点。制品106的内刚性元件92(在图10中没有标注)通过刚性连接元件337连接于第三楼板260上标示为338的那一点(楼板连接位置)。
对第三楼板260进行阻尼的另一个制品106具有两个刚性连接元件366和368，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图10中没有标注)的一侧。一刚性元件366连接于作为锚定连接位置的横梁371的中点。另一个刚性连接元件368连接于作为锚定连接位置的横梁373的中点。制品106的内刚性元件92(在图10中没有标注)通过刚性连接元件363连接于第三楼板上标示为362的那一点(楼板连接位置)。
对第二楼板进行阻尼的一个制品106具有五个连接元件390，391，393，395和397，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图10中没有标注)的一侧。刚性连接元件390连接于横梁371和253的交点。刚性元件391连接于横梁285和287的交点。刚性连接元件393连接于横梁285的中点。刚性连接元件395连接于横梁251和255的交点。刚性连接元件397连接于横梁291和289的交点。制品106的内刚性元件92(在图10中没有标注)通过刚性连接元件383连接于第二楼板上标示为384的那一点。
对第二楼板258进行阻尼的另一个制品106具有两个连接元件412和414，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图10中没有标注)的一侧。刚性连接元件412连接于横梁285的中点。刚性连接元件414连接于横梁283的中点。制品106的内刚性元件92(在图10中没有标注)通过刚性连接元件413连接于第二楼板上标示为411的那一点。
图11是一多层建筑物428的立体图，其中第二楼板430和第三楼板432可以对楼板的振动进行阻尼。
第三楼板432是通过两个制品106来进行阻尼。第二楼板430是通过一个制品106来进行阻尼。底层440由于其位置关系无需阻尼。图中示出了立柱464，466，468，484，486和470。
对第三楼板进行阻尼的一个制品具有两个弯折的刚性连接元件512和514，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图11中没有标注)的一侧。一刚性连接元件512连接于横梁431和437与立柱464的交点。刚性连接元件514连接于横梁433和435与立柱470的交点。制品106的内刚性元件92(在图11中没有标注)通过刚性连接元件509连接于第三楼板432上标示为508的那一点(楼板连接位置)。
对第三楼板432进行阻尼的另一制品106具有两个弯曲的刚性连接元件522和524，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图11中没有标注)的一侧。刚性连接元件522连接于横梁435和441与立柱468的交点。刚性连接元件524连接于横梁431和439与立柱486的交点。制品的内刚性元件92(在图11中没有标注)通过刚性连接元件527连接于第三楼板上标示为526的那一点(楼板连接位置)。
对第二楼板430进行阻尼的制品106具有两个弯曲的刚性连接元件546和548，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图11中没有标注)的一侧。刚性连接元件546连接于横梁547的中点。刚性连接元件548连接于横梁549的中点。制品的内刚性元件92(在图11中未标注)通过刚性连接元件543连接于第二楼板上标示为542的那一点(楼板连接位置)。
图12是一多层建筑物562的立体图，其中第二楼板564和第三楼板566可以对楼板的振动进行阻尼。
第三楼板566是通过一个制品106来进行阻尼。第二楼板564是通过一个制品106来进行阻尼。底层572由于其位置关系无需阻尼。图中示出了横梁586，588，590，602，604，608和592，以及立柱594，596，598，614，616和600。
对第三楼板566进行阻尼的制品具有两个直的刚性连接元件646和648，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图12中没有标注)的一侧。一刚性连接元件646在锚定连接位置650连接于立柱598。刚性连接元件648连接于对角相对的立柱616及锚定连接位置652。制品106的内刚性元件92(在图12中没有标注)通过刚性连接元件643连接于第三楼板上标示为642的那一点(楼板连接位置)。
对第二楼板564进行阻尼的制品106具有两个直的刚性连接元件670和672，它们分别连接于处一个刚性联接构件95(在图12中没有标注)的一侧。刚性连接元件670连接于立柱598。另一个刚性连接元件672连接于一对角相对的立柱616。制品的内刚性元件92(在图12中没有标注)通过刚性连接元件669连接于第二楼板上标示为667的那一点(楼板连接位置)。
图13是一多层建筑物684的立体图，其中第二楼板686和第三楼板688可以对楼板的振动进行阻尼。
第三楼板688是通过两个制品106来进行阻尼。第二楼板686是通过一个制品106来进行阻尼。底层696由于其位置关系无需阻尼。图中示出了横梁710，712，714，744，728，732和716，以及立柱718，720，722，735，740和724。
对第三楼板688进行阻尼的一个制品106具有四个刚性连接元件768，770，772和774，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图13中没有标注)的一侧。一刚性连接元件768连接于靠近横梁中点的位置，但实际上落在距横梁712一米以内的结构楼板上的一个位置。刚性连接元件770连接在距横梁710一米以内的结构楼板的一个位置上。刚性连接元件772连接在距横梁714一米以内的结构楼板的一个位置上。刚性连接元件774连接在距横梁716一米以内的结构楼板的一个位置上。制品的内刚性元件92(在图中没有标注)通过刚性连接元件697连接于第三楼板668上标示为764的那一点(楼板连接位置)。
对第三楼板进行阻尼的另一个制品106具有两个直的刚性连接元件798和800，它们分别连接于一个刚性联接构件95(在图13中没有标注)的一侧。刚性连接元件798连接在距横梁802一米以内的楼板的一个位置上。另一个刚性连接元件800连接在距横梁803一米以内的楼板的一个位置上。制品106的内刚性元件92(在图13中没有标注)通过刚性连接元件797连接于第三楼板688上标示为794的那一点(楼板连接位置)。
制品106可对第二楼板进行阻尼。内刚性元件92(图13中没有标注)连接于第二楼板上标示为816的那一点。两个弯曲的刚性连接元件820和824分别连接于制品106的刚性联接构件95(在图13中没有标注)的两侧。一刚性连接元件820连接在距横梁821一米以内的底层上。另一个刚性连接元件824连接在距横梁823一米以内的底层的一个位置上。制品106的内刚性元件92通过刚性连接元件827连接于第二楼板上标示为816的那一点。
图14示出了图8的制品，但是其具有不同的刚性联接构件。图14还示出了连接在该制品上的刚性连接元件。一刚性连接元件20通过焊缝99连接于内刚性元件92。另外两个刚性连接元件21和22分别通过焊缝26和27连接于刚性联接构件23。刚性联接构件23通过粘合剂(未示)连接于外刚性元件90和91。
图15是一多层建筑物的立体图，其中的第三楼板914可对楼板振动进行阻尼。图中示出了横梁916，918，920和922，以及立柱924，926，928和930。
第三楼板914的阻尼制品包括外刚性元件901、内刚性元件900以及振动阻尼材料层904和906。各刚性元件在各个方向上都延伸得超过振动阻尼材料层。“T”形的刚性联接构件908连接在外刚性构件901和外刚性构件902之间。
两个直的刚性连接元件910和912分别连接于刚性联接构件908的两侧边。一刚性连接元件910连接于横梁916和922与立柱924的交点。另一个刚性连接元件912连接于横梁918和920与立柱928的交点。制品的内刚性元件900通过焊缝连接于第三楼板914上标示为905的那一点(楼板连接位置)。
下面的实例将进一步地描述本发明，但是对其没有任何限制。
实例
需进行阻尼的结构楼板是一个两层建筑物的第二层楼板的隔间板。该楼板的平面尺寸是28英尺×35英尺(8.53m×10.67m)。该楼板具有一复合结构，其中混凝土板的厚度是2.5英寸(6.35mm)，波纹钢盖板的高度是0.625英寸(1.59cm)，18K4型桁架格栅(Vulcraft公司的“Vulcraft钢格栅和格栅大梁(girder)”)的间隔是30英寸(76.2cm)。钢盖板附连于格栅，格栅的一端靠在边缘小梁(美国钢铁建筑研究院的第9版的“钢建筑的许用应力设计手册”内描述的W21×62型)上，而另一端靠在一大梁(36G14N)上。格栅的跨度等于28英尺(8.53m)，边缘小梁和大梁的跨度等于35英尺(10.67m)。小梁和大梁靠在立柱上。
采用有限元分析法来估算模态参数，即所述楼板的固有频率、振型等。公式(4)中采用的模态质量列在下表中。应该注意，这里计算的模态参数是针对没有添加阻尼制品的楼板以一次近似的方式来计算的。从这些模型参数计算得来的模态刚度ki也将是一次近似值。可以在设计好制品并建立起有限元模型之后，重新计算一精确的ki。随后将这个精确的ki值代入公式(2)，从而获得一个更为精确的附加阻尼比ζ附加。 模态 频率 Hz 楼板连接位置 模态质量，公式 4.千磅(吨)模态刚度，公式3.千磅/英寸(kN/cm) 1 3.97需阻尼的楼板中心16.9(7.68)27.7(48.6) 2 8.0大梁的中点21.63(9.83)141.6(247.4) 3 8.08边缘小梁的中点34.19(15.54)228.3(398.8)
利用ANSYS软件(购自美国宾夕法尼亚州休斯顿的ANSYS公司)进行有限元分析，可由公式3和4计算的在楼板中心处的第一阶模态频率f1、模态质量m1、模态刚度k1变成：
f1＝3.97Hz
ω1＝2π×f1
m1＝16.9千磅(7.68吨)
k1＝(2π·3.97)2×16.9＝27.7千磅/英寸(或48.6kN/cm)。
如图9所示，制品106的长度是1英尺(30.48cm)，并且是借助一4英尺(121.9cm)长的刚性连接元件108连接在楼板下方的楼板连接位置100上。有四个锚定刚性连接元件184，186，188和190从制品106的底部连接至楼板的四个柱/梁交点。这四个刚性连接元件是4英寸(10.16cm)×4英寸(10.16cm)的方形钢管，其壁厚为1/8英寸(0.3175cm)，长度为22.96英尺(7.0m)。
各锚定刚性连接元件(184，186，188或190)的垂直刚度K锚定一可用以下公式来计算：
15.4kN/cm
这里的E是钢材的杨氏模量，A锚定是每个刚性连接元件的钢材的横截面积，L锚定是每个刚性连接元件的长度，θ锚定是楼板表面与刚性连接元件的夹角。各刚性连接元件还由于其弯曲而对垂直刚度起作用，但是这在计算时未加考虑。
刚性连接元件108的垂直刚度可用下列等式计算：kfrae=EAfraeLfrae=30×106(4×4-3.75×3.75)4×12=1210.9kip/in=1987.5kN/cm---(6)]]>
这里的Afrae是楼板刚性连接元件的钢材的横截面积，Lfrae是楼板刚性连接元件的长度。所有刚性连接元件的总垂直刚度k刚性可用下列公式计算：
这里采用3M商标的ISD110粘弹性材料来作为制品的振动阻尼材料，其损耗因子ηd为1.2，在24℃时的存储剪切模量G’是550psi(3.8×106帕斯卡)，频率为4.7Hz，应变为5％。由公式1和2可以算出附加的刚度和对楼板的阻尼比：
k’附加＝12.5千磅/英寸(21.9kN/cm)
ζ附加＝9.8％
楼板的第一阶固有频率变为：3.96×27.7+19.927.7=4.7Hz,]]>这是因为来自制品刚性连接元件组的附加刚度而造成的。
如果采用0.5英寸(12.7mm)厚的3M商标的ISD 110粘弹性材料作为振动阻尼材料，则该粘弹性材料的总剪切面积可以用下列公式来计算：Avem=kart′hG′=1400×0.5550=12.7in2=2×2.52in×2.52in(2×6.4cm×6.4cm)]]>
对该制品采用了两块6.4cm×6.4cm的粘弹性材料片，以及一个内刚性元件和两个外刚性元件。
在这种设计下，可将制品和刚性连接元件的刚度用于有限单元分析，以便计算新的模态参数，即振型、模态频率、模态质量以及模态刚度。将新的模态刚度ki以及更新的η附加和k附加代入公式2来计算更为精确的附加阻尼比ζ附加。重复地进行迭代，直到计算出来的ζ附加落在预定的容差范围内。
虽然上面已结合特定实施例对本发明进行了描述，但应该理解，它们还是可以变化的。所附权利要求旨在覆盖那些变化，本技术领域的熟练人员可以明白那些变化与上述内容是等价的。