CN110173533B - 预应力阻尼弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提供了预应力阻尼弹簧，涉及阻尼弹簧技术领域。预应力阻尼弹簧包括套筒和设置在套筒内的两个阻尼弹簧组件，两个阻尼弹簧组件相对两者的接触面对称设置；阻尼弹簧组件包括油缸、拉杆、导向盖、液体弹簧、端盖、活塞杆、活塞头和阻尼介质；拉杆的一端伸入油缸、且连接在导向盖的一侧，导向盖滑动设置在油缸内，导向盖的另一侧连接活塞杆的一端，活塞杆的另一端连接活塞头，活塞头滑动设置在油缸内，活塞头开设有连通活塞头两侧的导流孔，阻尼介质填充在活塞头两侧的空间内，端盖设置在导向盖与活塞头之间、且套设在活塞杆上，端盖固定设置在油缸内，液体弹簧填充在导向盖与端盖之间的空间内。预应力阻尼弹簧使用寿命长，耗能减震效果好。

Description

预应力阻尼弹簧

技术领域

本发明涉及阻尼弹簧技术领域，具体而言，涉及预应力阻尼弹簧。

背景技术

粘滞性阻尼器，又名液压阻尼器，前期在航空航天、军工、汽车等行业得到广泛应用，用来减振消能；从20世纪70年代后，粘滞性阻尼器逐渐应用在桥梁、建筑等工程中。粘滞性阻尼器采用内填硅油的油缸式结构，利用液体在运动中的粘滞特性产生阻尼。桥梁上使用的粘滞性阻尼器一般安装在桥梁与墩台之间。平时阻尼器不发挥功能；当发生较大制动力、风力或地震力时，桥梁发生较大位移，粘滞性阻尼器发挥作用，耗散输入的能量，保护桥梁结构的安全。

现有技术的粘滞性阻尼器本身不具备刚度，采用粘滞性阻尼器可以增强桥梁结构的抗震、抗风能力，将其作为结构的被动保护***可以有效防范罕遇大地震和大风。但是由于装置在长时间内位移量很小或基本静止，因此具有一定的应用界限：其一，现有技术的粘滞性阻尼器的刚度非常小，承受荷载作用时，阻尼器两端都会产生相对位移，装置自身无法实现自复位，压缩了粘滞性阻尼器的位移余量，不利于粘滞性阻尼器功能的充分发挥，降低了其使用寿命。其二，存在滞后现象，普通阻尼器启动时出力不能与外界输入同步，不能抑制较小外部扰动位移，由于车辆荷载的作用比较频繁，地震荷载以及风荷载随机性较大，如果只设置粘滞性阻尼器来同时应对低频荷载或超高频荷载的作用，其耗能减震效果较差。

对于设置固定墩的桥梁***，要求粘滞性阻尼器在承受风载、温度荷载、小地震等常规荷载时，不发生相对位移，仅在大风、大地震工况下发挥功能，减震耗能。显然，常规的粘滞阻尼器无法达到使用要求，需在固定墩上设置限位装置限制支座在常遇荷载作用下的位移；在地震荷载作用下，限位装置被破坏，粘滞性阻尼器进入工作状态，发挥减震耗能作用。这种减隔震布置方式中的限位装置仅可一次性使用，震后需全部更换，经济效益较差，且装置震后无法自复位。

对于全漂移的铁路斜拉桥体系，其承受的列车荷载对斜拉桥本身的动力影响很大，特别是刹车制动力。为了解决全漂移铁路斜拉桥体系中的刹车荷载和地震荷载的双重控制问题，现有公铁两用斜拉桥设计中采用了双重并用阻尼器方案，即将多个小吨位磁流变阻尼器与多个大吨位粘滞性阻尼器配合使用，其中，磁流变阻尼器用以限制车辆刹车荷载引起的小振动，大吨位粘滞性阻尼器用以控制地震荷载引起的主桥位移响应。这种结构振动控制技术的应用，虽然可以有效改善或调整结构的动力特性或动力作用，确保结构本身及结构物中的各附属物的安全，但是发生地震时，磁流变阻尼器会率先破坏并退出工作，震后需要全部更换全新的磁流变阻尼器，存在震后修复工程量大和维护费用高，且装置震后无法自复位的缺点。

发明内容

本发明实施例提供预应力阻尼弹簧，其使用寿命长，耗能减震效果好。

本发明实施例提供的技术方案：

预应力阻尼弹簧包括套筒和设置在所述套筒内的两个阻尼弹簧组件，两个所述阻尼弹簧组件相对两者的接触面对称设置；

所述阻尼弹簧组件包括油缸、拉杆、导向盖、液体弹簧、端盖、活塞杆、活塞头和阻尼介质；所述拉杆的一端伸入所述油缸、且连接在所述导向盖的一侧，所述导向盖滑动设置在所述油缸内，所述导向盖的另一侧连接所述活塞杆的一端，所述活塞杆的另一端连接所述活塞头，所述活塞头滑动设置在所述油缸内，所述活塞头开设有连通所述活塞头两侧的导流孔，所述阻尼介质填充在所述活塞头两侧的空间内，所述端盖设置在所述导向盖与所述活塞头之间、且套设在所述活塞杆上，所述端盖固定设置在所述油缸内，所述液体弹簧填充在所述导向盖与所述端盖之间的空间内。

进一步地，所述预应力阻尼弹簧还包括法兰，所述法兰连接在所述拉杆伸出所述油缸的一端。

进一步地，所述预应力阻尼弹簧还包括滑动板，所述滑动板连接在所述法兰远离所述拉杆的一侧。

进一步地，所述端盖包括相互连接的前端盖和后端盖，所述前端盖相对所述后端盖靠近所述导向盖。

进一步地，所述前端盖的外周面与所述油缸的内周面之间设置有第一静密封组件，所述后端盖的外周面与所述油缸的内周面之间设置有第二静密封组件。

进一步地，所述导向盖的外周面与所述油缸的内周面之间设置有第一滑动密封组件。

进一步地，所述活塞头的外周面与所述油缸的内周面之间设置有第二滑动密封组件，所述活塞杆的外周面与所述前端盖的内周面之间设置有第三滑动密封组件，所述活塞杆的外周面与所述后端盖的内周面之间设置有第四滑动密封组件。

进一步地，所述油缸包括封盖和缸体，所述缸体为桶状，所述封盖连接在所述缸体的开口处，所述拉杆贯穿所述封盖。

进一步地，所述封盖的外周面设置有外螺纹，所述缸体的内周面上设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合。

进一步地，所述套筒用于与桥体连接，所述滑动板用于与桥墩的预埋组件间隙配合；

或者，所述滑动板用于桥体连接，所述套筒用于与桥墩连接。

本发明实施例提供的预应力阻尼弹簧的有益效果是：

预应力阻尼弹簧安装在桥体与桥墩之间，在桥梁正常运营条件下，结构传递给预应力阻尼弹簧的水平荷载小于内部设置的液压弹簧的预紧力F0，预应力阻尼弹簧处于刚弹性状态，能够给结构物提供足够的轴向刚度以满足正常使用的要求。

当发生地震时，桥体与桥墩之间发生较大相对位移，产生较大水平载荷，即水平载荷F＞F0，推动预应力阻尼弹簧向一侧移动，被挤压侧的液压弹簧产生反作用力F1＝KX；同时，阻尼介质以高速高压状态从高压腔室运动到低压腔室，利用阻尼介质在运动中的粘滞特性产生阻尼力F2＝CVα，大量消耗输入结构的地震能量，保护结构物；当地震结束后，预应力阻尼弹簧受到的外界作用力逐渐减小直至两侧腔室内的阻尼介质及液体弹簧达到平衡，预应力阻尼弹簧逐渐带动桥梁结构回复初始位置。

预应力阻尼弹簧通过将预先施加预紧力的液压弹簧与粘滞性阻尼器并联，实现了常规工况下提供轴向刚度及地震工况下减震耗能两种功能的灵活切换，实现了温度位移与地震位移的分离。同时，预应力阻尼弹簧在地震时能提供更大的阻尼，有效提升减隔震效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的预应力阻尼弹簧的结构示意图。

图2为预应力阻尼弹簧在外作用力F小于预紧力F0的状态示意图。

图3为预应力阻尼弹簧在外作用力F大于预紧力F0的状态示意图。

图标：1-预应力阻尼弹簧；2-套筒；3-滑动板；4-法兰；5-油缸；51-封盖；52-缸体；6-拉杆；7-导向盖；8-液体弹簧；9-前端盖；10-后端盖；11-活塞杆；12-活塞头；13-阻尼介质；14-第一静密封组件；15-第二静密封组件；16-第一滑动密封组件；17-第二滑动密封组件；18-第三滑动密封组件；19-第四滑动密封组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供使用寿命长，耗能减震效果好，并且在震后能够自动复位的预应力阻尼弹簧。

请参阅图1，预应力阻尼弹簧1包括套筒2和设置在套筒2内的两个阻尼弹簧组件，两个阻尼弹簧组件相对两者的接触面对称设置。预应力阻尼弹簧1承受水平载荷时，两端均能实现各自的轴向位移而不影响彼此的工作状态。

阻尼弹簧组件包括滑动板3、法兰4、油缸5、拉杆6、导向盖7、液体弹簧8、端盖、活塞杆11、活塞头12和阻尼介质13。

油缸5包括封盖51和缸体52，缸体52为桶状，封盖51连接在缸体52的开口处，封盖51的外周面设置有外螺纹，缸体52的内周面上设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹配合。

拉杆6的一端封盖51贯穿伸入油缸5、且连接在导向盖7的一侧。法兰4连接在拉杆6伸出油缸5的一端。滑动板3连接在法兰4远离拉杆6的一侧。

导向盖7滑动设置在油缸5内，导向盖7的另一侧连接活塞杆11的一端，活塞杆11的另一端连接活塞头12，活塞头12滑动设置在油缸5内，活塞头12开设有连通活塞头12两侧的导流孔。

阻尼介质13填充在活塞头12两侧的空间内，两侧的空间内均具有一定强度的内压。端盖设置在导向盖7与活塞头12之间、且套设在活塞杆11上，端盖固定设置在油缸5内，液体弹簧8填充在导向盖7与端盖之间的空间内。

端盖包括相互连接的前端盖9和后端盖10，前端盖9相对后端盖10靠近导向盖7。

前端盖9的外周面与油缸5的内周面之间设置有第一静密封组件14。后端盖10的外周面与油缸5的内周面之间设置有第二静密封组件15。活塞杆11的外周面与前端盖9的内周面之间设置有第三滑动密封组件18，活塞杆11的外周面与后端盖10的内周面之间设置有第四滑动密封组件19。

导向盖7的外周面与油缸5的内周面之间设置有第一滑动密封组件16，第一滑动密封组件16随导向盖7移动。活塞头12的外周面与油缸5的内周面之间设置有第二滑动密封组件17，第二滑动密封组件17随活塞头12移动。

本实施例提供的预应力阻尼弹簧1安装在桥体和桥墩之间，具有以下安装形式：第一种，将套筒2与桥体通过螺栓连接，将滑动板3与桥墩上的预埋组件间隙配合，可以实现正常的侧向位移，并在常规工况下约束预应力阻尼弹簧1的轴向水平运动；第二种，将滑动板3与桥体连接，将套筒2与桥墩连接；第三种，将两个预应力阻尼弹簧1分别单独安装，提供单侧的初始刚度和阻尼力；第四种，将滑动板3通过销轴等连接到桥墩，将套筒2连接到桥体。预应力阻尼弹簧1的安装形式并不限位上述四种，在实际应用中还可以有其他合理的安装形式。

本实施例提供的预应力阻尼弹簧1的工作原理：

预应力阻尼弹簧1中的液压弹簧具有预紧力F0，预紧力F0大于桥梁热胀冷缩的温度力、列车制动力、风力等，同时，预紧力F0小于地震力。请参阅图2，当外界传递给预应力阻尼弹簧1的水平载荷F小于预紧力F0时，也就是桥梁正常运营状态下，预应力阻尼弹簧1处于刚弹性状态。

请参阅图3，当外界传递给预应力阻尼弹簧1的水平载荷F大于预紧力F0时，也就是发生地震时，预应力阻尼弹簧1受到较大的水平载荷F，推动预应力阻尼弹簧1向一侧移动，被挤压侧的液压弹簧产生反作用力F1＝KX；同时，阻尼介质13以高速高压状态从高压腔室运动到低压腔室，利用阻尼介质13在运动中的粘滞特性产生阻尼力F2＝CV^α，此时，预应力阻尼弹簧1的反作用合力为F3＝F0+F1+F2，其减震耗能性能在现有粘滞性阻尼器的基础上大大提升，进而大量消耗输入结构的地震能量，保护结构主体；当地震结束后，预应力阻尼弹簧1受到的外界作用力逐渐减小直至两侧腔室内阻尼介质13的压力及液压弹簧的受力达到平衡，预应力阻尼弹簧1逐渐带动桥梁结构回复初始位置。

本实施例提供的预应力阻尼弹簧1的有益效果是：

预应力阻尼弹簧1安装在桥体与桥墩之间，在桥梁正常运营条件下，结构传递给预应力阻尼弹簧1的水平载荷小于内部设置的液压弹簧的预紧力F0，预应力阻尼弹簧1处于刚弹性状态，能够给结构物提供足够的轴向刚度以满足正常使用的要求。

当发生地震时，桥体与桥墩之间发生较大相对位移，产生较大水平载荷，即水平载荷F＞F0，推动预应力阻尼弹簧1向一侧移动，被挤压侧的液压弹簧产生反作用力F1＝KX；同时，阻尼介质13以高速高压状态从高压腔室运动到低压腔室，利用阻尼介质13在运动中的粘滞特性产生阻尼力F2＝CVα，大量消耗输入结构的地震能量，保护结构物；当地震结束后，预应力阻尼弹簧1逐渐带动桥梁结构回复初始位置。

预应力阻尼弹簧1通过将预先施加预紧力的液压弹簧与粘滞性阻尼器并联，实现了常规工况下提供轴向刚度及地震工况下减震耗能两种功能的灵活切换，实现了温度位移与地震位移的分离。同时，预应力阻尼弹簧1在地震时能提供更大的阻尼，有效提升减隔震效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述预应力阻尼弹簧包括套筒(2)和设置在所述套筒(2)内的两个阻尼弹簧组件，两个所述阻尼弹簧组件相对两者的接触面对称设置；

所述阻尼弹簧组件包括油缸(5)、拉杆(6)、导向盖(7)、液体弹簧(8)、端盖、活塞杆(11)、活塞头(12)和阻尼介质(13)；所述拉杆(6)的一端伸入所述油缸(5)、且连接在所述导向盖(7)的一侧，所述导向盖(7)滑动设置在所述油缸(5)内，所述导向盖(7)的另一侧连接所述活塞杆(11)的一端，所述活塞杆(11)的另一端连接所述活塞头(12)，所述活塞头(12)滑动设置在所述油缸(5)内，所述活塞头(12)开设有连通所述活塞头(12)两侧的导流孔，所述阻尼介质(13)填充在所述活塞头(12)两侧的空间内，所述端盖设置在所述导向盖(7)与所述活塞头(12)之间、且套设在所述活塞杆(11)上，所述端盖固定设置在所述油缸(5)内，所述液体弹簧(8)填充在所述导向盖(7)与所述端盖之间的空间内。

2.根据权利要求1所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述预应力阻尼弹簧还包括法兰(4)，所述法兰(4)连接在所述拉杆(6)伸出所述油缸(5)的一端。

3.根据权利要求2所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述预应力阻尼弹簧还包括滑动板(3)，所述滑动板(3)连接在所述法兰(4)远离所述拉杆(6)的一侧。

4.根据权利要求1所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述端盖包括相互连接的前端盖(9)和后端盖(10)，所述前端盖(9)相对所述后端盖(10)靠近所述导向盖(7)。

5.根据权利要求4所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述前端盖(9)的外周面与所述油缸(5)的内周面之间设置有第一静密封组件(14)，所述后端盖(10)的外周面与所述油缸(5)的内周面之间设置有第二静密封组件(15)。

6.根据权利要求1所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述导向盖(7)的外周面与所述油缸(5)的内周面之间设置有第一滑动密封组件(16)。

7.根据权利要求4所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述活塞头(12)的外周面与所述油缸(5)的内周面之间设置有第二滑动密封组件(17)，所述活塞杆(11)的外周面与所述前端盖(9)的内周面之间设置有第三滑动密封组件(18)，所述活塞杆(11)的外周面与所述后端盖(10)的内周面之间设置有第四滑动密封组件(19)。

8.根据权利要求1所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述油缸(5)包括封盖(51)和缸体(52)，所述缸体(52)为桶状，所述封盖(51)连接在所述缸体(52)的开口处，所述拉杆(6)贯穿所述封盖(51)。

9.根据权利要求8所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述封盖(51)的外周面设置有外螺纹，所述缸体(52)的内周面上设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合。

10.根据权利要求3所述的预应力阻尼弹簧，其特征在于，所述套筒(2)用于与桥体连接，所述滑动板(3)用于与桥墩的预埋组件间隙配合；

或者，所述滑动板(3)用于桥体连接，所述套筒(2)用于与桥墩连接。