CN106869570B - 自复位翘板式变摩擦复合阻尼器 - Google Patents

Abstract

自复位翘板式变摩擦复合阻尼器，在外管（2）上开有两段贯穿外管（2）的螺栓槽孔滑道（2´），螺栓槽孔滑道（2´）与螺栓槽孔滑道（1´）的长度相等，在外管（2）的左端带有连接键；滑动螺栓组件（3）安装在内外管的螺栓槽孔滑道（1´）和螺栓槽孔滑道（2´）中；而且滑动螺栓组件（3）与外管（2）之间为间隙配合；弹性体（4）置于内管（1），弹性体（4）的两端带有挂钩，分别挂在滑动螺栓组件（3）的限位螺栓上，使内管（1）与外管（2）紧密地连接在一起；摩擦黏弹性组件（5）通过螺栓（8）连接在外管（2）的内壁上；固定铰支座组件（6）安装在内管（1）的外壁上，摩擦翘板（9）安装在固定铰支座组件（6）上。

Description

自复位翘板式变摩擦复合阻尼器

技术领域

本发明涉及新型耗能支撑阻尼器技术，尤其涉及具有变摩擦、自复位功能的阻尼器控制技术。

背景技术

中国专利CN 104482093 A公开了自复位变摩擦阻尼器，如图1所示，技术内容如下：

自复位变摩擦阻尼器处于初始平衡位置时，挡板5两侧的弹性体6均为自然长度，即预压缩量均为零。此时，弹性体的两端分别与挡板5和挤压楔块7刚好接触，接触面上压力为零，且挤压楔块7和摩擦楔块8以及摩擦楔块8和筒体1内壁之间亦分别刚好相接触。当滑轴2从初始位置相对筒体1运动时，比如向左运动，则右端固座通过挤压楔块7和摩擦楔块8的传递而挤压挡板右侧的弹性体6，此时挡板5左侧的弹性体6仍为自然长度。当挡板5右侧的弹性体6被压缩后，其弹性力将挤压与之相接触的挤压楔块7，而挤压楔块7又通过锥形弧面挤紧摩擦楔块8，使得摩擦楔块8与筒体内壁之间的正压力随之增大。若摩擦楔块8与筒体内壁的摩擦系数保持恒定，则两者发生相对滑动时产生的摩擦力的大小与弹性体的压缩量成正比。当阻尼器置于结设构层间时，它可以根据主体结构位移反应的大小自动调整摩擦力的数值。除摩擦力外,自复位变摩擦阻尼器的恢复力还包括弹性反力，即当滑轴2偏离初始平衡位置时，挡板一侧的弹性体6因被压缩产生弹性力，而该弹性力又通过挤压楔块7、摩擦楔块8和固座的传递作用于滑轴。自复位变摩擦阻尼器的恢复力在加载时等于弹性反力与摩擦力之和两力方向相同，而在卸载时为两者之差两力方向相反。弹性反力在数值上通常大于摩擦力，因此当滑轴偏离平衡位置时，在弹性反力作用下其总能回到初始位置，即阻尼器具有自复位功能。总之，自复位变摩擦阻尼器以工作方式运行时能自适应地根据主体结构位移反应调整摩擦力大小，具有自复位功能。

现有技术的缺点：

1、现有的变摩擦自复位阻尼器虽然做到了小震少耗能、大震多耗能以及震后自复位的变摩擦控制，但是，当结构在自复位恢复力作用下恢复到平衡位置时具有一定速度，对结构不利。

2、现有的变摩擦阻尼器在虽然实现了大震多耗能小震少耗能的半主动控制，但是其在小震下位移较小耗能相对较少。

3、现有的变摩擦阻尼器摩擦片直接与外管进行摩擦，长期作用会对外管刚度产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种自复位翘板式变摩擦复合阻尼器。

本发明是自复位翘板式变摩擦复合阻尼器，有一内管1，内管1上开有贯穿内管1的第一螺栓槽孔滑道1´，在内管1的右端带有连接键；在外管2上开有两段贯穿外管2的第二螺栓槽孔滑道2´，第二螺栓槽孔滑道2´与第一螺栓槽孔滑道1´的长度相等，还有四个螺纹孔；在外管2的左端带有连接键；滑动螺栓组件3安装在内外管的第一螺栓槽孔滑道1´和第二螺栓槽孔滑道2´中；而且滑动螺栓组件3与外管2之间为间隙配合；弹性体4置于内管1，弹性体4的两端带有挂钩，分别挂在滑动螺栓组件3的限位螺栓上，使内管1与外管2紧密地连接在一起；摩擦黏弹性组件5由与外管2连接的一层厚钢板51、黏弹性材料52、摩擦钢片53组成，在厚钢板51上有四个凹槽、中间一层黏弹性材料52、一侧涂有特氟龙材料的摩擦钢片53，三者之间黏结在一起；摩擦黏弹性组件5通过螺栓8连接在外管2的内壁上；固定铰支座组件6安装在内管1的外壁上，摩擦翘板9安装在固定铰支座组件6上。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：本专利的翘板式黏弹性摩擦组件具备速度相关型阻尼器的优点可以很好的减小结构在自复位恢复力作用下恢复到平衡位置时速度过大的问题。本专利在小震下通过对黏弹性材料层的剪切滞回耗能，其在同样的小位移下耗能更充分。本专利避免了摩擦组件直接与外管摩擦。

附图说明

图1是背景技术-中国专利CN 104482093 A公开的自复位变摩擦阻尼器的结构图，图2为本专利自复位翘板式变摩擦复合阻尼器在初始状态下的结构示意图，图3为图2在极限受压状态下的结构示意图，图4为图2在极限受拉状态下的结构示意图，图5为图2的A—A剖面示意图，图6为图2的B—B剖面示意图，图7为图2中摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9摩擦界面的局部放大图，图8为图2中外管2的三维示意图，图9为图2中内管1的三维示意图，图10为图2中摩擦黏弹性组件5的三维示意图；附图标记及对应名称为：内管1，第一螺栓槽孔滑道1´，外管2，第二螺栓槽孔滑道21´，滑动螺栓组件3，弹性体4，摩擦黏弹性组件5，厚钢板51，黏弹性材料52，摩擦钢片53，固定铰支座组件6，半圆连接件61、63，中间半圆连接件62，螺栓64，蝶形弹簧7，螺栓8，摩擦翘板9。

具体实施方式

如图2、图6所示，本发明是自复位翘板式变摩擦复合阻尼器，有一内管1，内管1上开有贯穿内管1的第一螺栓槽孔滑道1´，在内管1的右端带有连接键；在外管2上开有两段贯穿外管2的第二螺栓槽孔滑道2´，第二螺栓槽孔滑道2´与第一螺栓槽孔滑道1´的长度相等，还有四个螺纹孔；在外管2的左端带有连接键；滑动螺栓组件3安装在内外管的第一螺栓槽孔滑道1´和第二螺栓槽孔滑道2´中；而且滑动螺栓组件3与外管2之间为间隙配合；弹性体4置于内管1，弹性体4的两端带有挂钩，分别挂在滑动螺栓组件3的限位螺栓上，使内管1与外管2紧密地连接在一起；摩擦黏弹性组件5由与外管2连接的一层厚钢板51、黏弹性材料52、摩擦钢片53组成，在厚钢板51上有四个凹槽、中间一层黏弹性材料52、一侧涂有特氟龙材料的摩擦钢片53，三者之间黏结在一起；摩擦黏弹性组件5通过螺栓8连接在外管2的内壁上；固定铰支座组件6安装在内管1的外壁上，摩擦翘板9安装在固定铰支座组件6上。

如图2、图5、图6所示，其特征在于摩擦翘板9的长度略大于第一螺栓槽孔滑道1´长度的2倍，摩擦翘板9的宽度略小于内管1的宽度；摩擦翘板9上焊接着开孔的半圆高强度连接件62。

如图2、图8、图9所示，所述内管1上开有贯穿内管1的第一螺栓槽孔滑道1´；内管1上还开有用来放置高强蝶形弹簧7的凹槽；外管2上开有两处贯穿外管2的第二槽孔滑道2´且每处滑道长度分别与第一螺栓槽孔滑道1´长度相等；外管2上开有四个螺纹孔；内管1、外管2各有一端设有与结构预埋件连接的连接件；并且内管1连接端的另一端为凹进去的弧面。

如图2所示，摩擦黏弹性组件5靠近外管2的钢板上有四个凹槽；螺栓8旋入所述外管2的螺纹孔中并进入到四个凹槽中并能够调节螺栓与凹槽底部的接触应力，能够使得外管2运动时螺栓8具有足够的强度带动摩擦黏弹性组件5运动。

如图2所示，所述弹性体4为高模量圆柱弹簧，左右两端带有挂钩，通过张拉分别挂在左右两个限位螺栓3上，使内管1与外管2紧密地连接在一起，弹性体4的最大形变量略大于第一螺栓槽孔滑道1´长度与弹性体4的初始形变量之和；而且弹性体4由于被拉伸具有的恢复力始终大于摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间的滑动摩擦力。

如图2、图6所示，所述固定铰支座组件6由三块开孔的半圆连接件61、62、63和螺栓64组成，其中中间半圆连接件62固定连接在摩擦翘板9的下端，外侧两个半圆连接件61、63固定连接在内管上；用螺栓穿过三个半圆连接件的孔洞将摩擦翘板9连接在内管1上，螺栓连接留有间隙，使摩擦翘板9能够绕着固定铰支座组件6自由转动。

如图2所示，至少四个蝶形弹簧7，安装阻尼器时将蝶形弹簧7放在内管的四个凹槽中，然后将摩擦翘板9放到一组蝶形弹簧7上，并施加压力使摩擦钢板9上的半圆连接件62的孔洞与内管1上两个半圆连接件孔洞61、63对齐再用螺栓连接；摩擦黏弹性组件5滑动到摩擦翘板9上的任何位置，两端的一组蝶形弹簧7都处于受压状态；并且在位移最大处摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间的正压力最大即摩擦力最大。

如图2、3、4所示，所述的自复位翘板式变摩擦复合阻尼器的工作过程为：

1、受压时工作方式：小位移条件下，所述自复位翘板式变摩擦复合阻尼器受压时内管1向左开始运动，内管1左端弧形凹面推着外管2左端槽孔滑道2´中的滑动螺栓同左运动，同时外管2推着外管2右端槽孔滑道2´中的滑动螺栓在内管槽孔滑道1´里向右滑动，由于弹性体4的两端挂钩挂在两个滑动螺栓上，所以此时弹性体4被拉伸。外管2向右移动过程中通过螺栓8将动力传递到摩擦黏弹性组件5的厚钢板51上，又因为摩擦翘板9在碟形弹簧7的作用下是两端弯起的，所以摩擦黏弹性组件5有滑动趋势时会挤压摩擦翘板9会有一定的起滑力。由于小震作用下，结构发生小位移，此时螺栓8传递过来的动力不足以使摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9发生相对滑动即此时不通过摩擦来耗散能量，而是通过摩擦黏弹性组件5的两片钢片发生相对位移即使中间黏弹性材料发生剪切变形，从而利用黏弹性材料层的剪切变形来耗散能量。而且在大位移条件下，摩擦黏弹性组件5突破起滑力，随着外管2继续向右移动，同时内管1通过固定铰支座组件6带动摩擦翘板9向左移动，此时摩擦黏弹性组件5开始挤压摩擦翘板9，使摩擦翘板9绕着固定铰支座组件6顺时针转动，即摩擦翘板9右端下沉，内管1右边凹槽中的碟形弹簧7压缩变形量增大，又因为摩擦翘板9的左端翘起，所以内管1凹槽中的碟形弹簧压缩变形量减小，摩擦翘板9左端翘起部分弯曲程度变小，经计算得出此时摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间的摩擦力不断增大。当继续加载使摩擦黏弹性组件5到达位移幅值处时摩擦力达到了最大，此时滑动螺栓3的行程也达到了最大，内外管上的槽孔滑道此时开始限制位移继续发展。在这段爬坡过程中摩擦黏弹性组件5上的两片钢板对中间黏弹性材料层剪切作用不断增大即黏弹性材料层剪切变形增大耗能也增大，同时由于摩擦力不断增大，摩擦耗能成为主要耗能方式，此过程中弹性体4的伸长量也不断增加即弹性恢复力不断增大，伸长量为内管1上槽孔滑道1´长度。卸载时在弹性体4的弹性恢复力作用下，左端滑动螺栓3开始推着内管1向右端移动，直到左端滑动螺栓3滑动到外管2的限位槽孔滑道2´的右端，在此过程中摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间摩擦力逐渐变小直到初始位置时摩擦力为零，同时在弹性体4的恢复力作用下结构恢复到初始位置附近时结构具有的速度变大，且结构刚度转换较为剧烈导致结构层间加速度的增大，但是由于摩擦黏弹性组件5的存在相当于一个小型黏弹性阻尼器即速度相关性阻尼器，可以有效减小上述结构恢复到初始位置时速度大的问题，进而起到缓冲结构刚度转换、减小结构层间加速的作用。

2、受拉时工作方式：小位移条件下，所述自复位翘板式变摩擦复合阻尼器受拉时内管1向右开始移动，内管1带动贯穿内外管槽孔滑道中的滑动螺栓3在外管2右端槽孔滑道2´中向右滑动，同时外管2拉着外管2左端槽孔滑道2´中的滑动螺栓3向左运动，由于弹性体4的两端挂钩挂在两个滑动螺栓上，所以此时弹性体4被拉伸。外管2向左移动过程中通过螺栓8将动力传递到摩擦黏弹性组件5的厚钢板51上，此时摩擦黏弹性组件5有爬坡的趋势，会挤压摩擦翘板9从而产生摩擦力，由于小震作用下，结构发生小位移，此时螺栓8传递过来的动力不足以突破摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间的静摩擦力，所以此时不通过摩擦来耗散能量，而是通过摩擦黏弹性组件5的两片钢片发生相对搓动即对中间黏弹性材料进行剪切作用，从而利用黏弹性材料层52的剪切变形来耗散能量。而且在大位移条件下，摩擦黏弹性组件5突破起滑力，随着外管2继续向左移动，同时内管1通过固定铰支座组件6带动摩擦翘板9向右移动，此时摩擦黏弹性组件5开始挤压摩擦翘板9，使摩擦翘板9绕着固定铰支座组件6逆时针转动，即摩擦翘板9左端下沉，内管1左边凹槽中的碟形弹簧压缩变形量增大，又因为摩擦翘板9的右端翘起，所以内管1右边凹槽中的碟形弹簧7压缩变形量减小，摩擦翘板9左端翘起部分弯曲程度变小。经计算得出此时摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间的摩擦力不断增大。当继续加载使摩擦黏弹性组件5到达位移幅值处时摩擦力达到了最大，此时滑动螺栓3的行程也达到了最大，内外管上的槽孔滑道此时开始限制位移继续发展。在这段爬坡过程中摩擦黏弹性组件5上的两片钢板对中间黏弹性材料层52剪切作用不断增大即黏弹性材料层剪切变形增大耗能也增大，同时由于摩擦力不断增大，摩擦耗能成为主要耗能方式，此过程中弹性体4的伸长量也不断增加即弹性恢复力不断增大，增加的长度为内管1上槽孔滑道长度。卸载时在弹性体4的弹性恢复力作用下，左端滑动螺栓3开始推着内管1向左端移动，直到左端滑动螺栓3滑动到外管2右端的限位槽孔滑道的左端，在此过程中摩擦黏弹性组件5与摩擦翘板9之间摩擦力逐渐变小直到初始位置时摩擦力为零，同时在弹性体4的恢复力作用下结构恢复到初始位置附近时结构具有的速度变大，且结构刚度转换较为剧烈导致结构层间加速度的增大，但是由于摩擦黏弹性组件5的存在相当于一个小型黏弹性阻尼器即速度相关性阻尼器，可以有效减小上述结构恢复到初始位置时速度大的问题，进而起到缓冲结构刚度转换、减小层间加速的作用。

Claims (5)

1.自复位翘板式变摩擦复合阻尼器，有一内管（1），其特征在于：内管（1）上开有贯穿内管（1）的第一螺栓槽孔滑道（1´），在内管（1）的右端带有连接键；在外管（2）上开有两段贯穿外管（2）的第二螺栓槽孔滑道（2´），第二螺栓槽孔滑道（2´）与第一螺栓槽孔滑道（1´）的长度相等，外管（2）上还有四个螺纹孔；在外管（2）的左端带有连接键；滑动螺栓组件（3）安装在内外管的第一螺栓槽孔滑道（1´）和第二螺栓槽孔滑道（2´）中；而且滑动螺栓组件（3）与外管（2）之间为间隙配合；弹性体（4）置于内管（1），弹性体（4）的两端带有挂钩，分别挂在滑动螺栓组件（3）的限位螺栓上，使内管（1）与外管（2）紧密地连接在一起；摩擦黏弹性组件（5）由与外管（2）连接的一层厚钢板（51）、黏弹性材料（52）、摩擦钢片（53）组成，在厚钢板（51）上有四个凹槽、中间一层黏弹性材料（52）、一侧涂有特氟龙材料的摩擦钢片（53），四个凹槽、黏弹性材料（52）、摩擦钢片（53）三者之间黏结在一起；摩擦黏弹性组件（5）通过螺栓（8）连接在外管（2）的内壁上；固定铰支座组件（6）安装在内管（1）的外壁上，摩擦翘板（9）安装在固定铰支座组件（6）上；所述固定铰支座组件（6）由三块开孔的半圆连接件（61、62、63）和螺栓（64）组成，其中中间半圆连接件（62）固定连接在摩擦翘板（9）的下端，外侧两个半圆连接件（61、63）固定连接在内管上；用螺栓穿过三个半圆连接件的孔洞将摩擦翘板（9）连接在内管（1）上，螺栓连接留有间隙，使摩擦翘板（9）能够绕着固定铰支座组件（6）自由转动。

2.根据权利要求1所述的自复位翘板式变摩擦复合阻尼器，其特征在于摩擦翘板（9）的长度略大于第一螺栓槽孔滑道（1´）长度的2倍，摩擦翘板（9）的宽度略小于内管（1）的宽度；摩擦翘板（9）上焊接着开孔的中间半圆连接件（62）。

3.根据权利要求1所述的自复位翘板式变摩擦复合阻尼器其特征在于：所述内管（1）上开有贯穿内管（1）的第一螺栓槽孔滑道（1´）；内管（1）上还开有用来放置高强蝶形弹簧（7）的凹槽；外管（2）上开有两处贯穿外管（2）的第二槽孔滑道（2´）且每处滑道长度分别与第一螺栓槽孔滑道（1´）长度相等；外管（2）上开有四个螺纹孔；内管（1）、外管（2）各有一端设有与结构预埋件连接的连接件；并且内管（1）连接端的另一端为凹进去的弧面。

4.根据权利要求1所述的自复位翘板式变摩擦复合阻尼器其特征在于：所述弹性体（4）为高模量圆柱弹簧，左右两端带有挂钩，通过张拉分别挂在左右两个限位螺栓上，使内管（1）与外管（2）紧密地连接在一起，弹性体（4）的最大形变量略大于第一螺栓槽孔滑道（1´）长度与弹性体（4）的初始形变量之和；而且弹性体（4）由于被拉伸具有的恢复力始终大于摩擦黏弹性组件（5）与摩擦翘板（9）之间的滑动摩擦力。

5.根据权利要求3所述的自复位翘板式变摩擦复合阻尼器其特征在于：至少四个蝶形弹簧（7），安装阻尼器时将蝶形弹簧（7）放在内管的四个凹槽中，然后将摩擦翘板（9）放到一组蝶形弹簧（7）上，并施加压力使摩擦翘板（9）上的中间半圆连接件（62）的孔洞与内管（1）上外侧的两个半圆连接件（61、63）对齐再用螺栓连接；摩擦黏弹性组件（5）滑动到摩擦翘板（9）上的任何位置，两端的一组蝶形弹簧（7）都处于受压状态；并且在位移最大处摩擦黏弹性组件（5）与摩擦翘板（9）之间的正压力最大即摩擦力最大。