CN101216087A - 板式变摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板式变摩擦阻尼器，主要用于结构和设备的抗风、抗震领域。本发明利用摩擦面摩擦系数的变化实现了可以提供线性阻尼的变摩擦阻尼装置。板式变摩擦阻尼器主要由两块盖板、滑动板、预紧螺栓、碟形弹簧和垫条组成。盖板摩擦面等分为三份，中间摩擦面与滑动板摩擦面之间摩擦系数比两边摩擦面与滑动板摩擦面之间摩擦系数小。板式变摩擦阻尼器避免了传统线性阻尼装置，如油阻尼器，造价高，维护复杂，易漏油的缺点；克服了常摩擦阻尼器在不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的问题。本发明结构简单，造价低廉，易于生产，可用于大型结构也适用于小型结构和设备，适宜在结构和设备抗震领域推广应用。

Description

板式变摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及一种板式变摩擦阻尼器，主要用于结构和设备的抗风、抗震领域。也可与隔震装置、TMD等联合使用改善其控制效果。

背景技术

为了减轻结构和设备的风振、地震响应，可以在结构和设备上布置耗能减振装置耗散能量，达到减小结构响应的目的。自20世纪70年代初Kelly等人提出耗能减振概念以来的30多年里，人们开发出了大量的耗能减振装置。按其耗能机理不同可以分为四类：粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器。其中粘滞阻尼器提供线性阻尼，方便工程设计和计算，但造价昂贵，维护困难，并且容易漏油；摩擦阻尼器结构简单，造价低廉，容易维护，一般摩擦阻尼器构造如图1、2所示，主要由上下钢板1、中间钢板2、预紧螺栓3和垫片4组成，在中间钢板2上开有长形孔5；上下钢板1和中间钢板2上均开有安装孔6。预紧螺栓压紧上下钢板和中间钢板，提供摩擦面的正压力，中间钢板相对于上下钢板滑动。这种常摩擦阻尼器在运动过程中正压力和摩擦面系数都不会改变，其滞回模型类似矩形，存在一个临界值(起滑力)，当荷载超过该值以后，装置开始滑动，滑动时其刚度变为0，摩擦力大小不变。显然，对于这种滞回模型，选择一个合适的起滑力至关重要，如果起滑力过小，耗能装置的作用微乎其微，而如果起滑力过大，装置滑动历程太小，不能发挥耗能作用，而且导致较大的结构内力。另外，在确定的起滑力下，摩擦装置的减振效果将随地震强度的增加而减弱，如果根据较低设计强度确定起滑力，当经历远超设计强度的地震时，耗能装置将不会获得较好的减振效果。而如果根据高设计强度确定起滑力，当经历小震时，耗能装置不能启动，没有任何作用。也就是说常摩擦阻尼器装置在不同的外荷载大小下，控制效果是不一样的。为了克服常摩擦阻尼器的这个缺点，李宏男等发明了半主动压电摩擦阻尼器(CN 1594775A)，通过改变正压力大小改变摩擦力，但装置复杂，需要一定的能源，实现起来有一定难度。

发明内容

为了克服常摩擦阻尼器只能提供不变的摩擦力的缺点，本发明利用摩擦面摩擦系数的变化，实现了摩擦力与阻尼器位移成正比，使摩擦阻尼器也能提供线性摩擦阻尼。

本发明的基本思路是：滑动摩擦板滑动过程中正压力大小不变，将矩形的摩擦面等分为3份，中间摩擦面摩擦系数小，两边摩擦面摩擦系数大。摩擦块静止时，位于摩擦面的中间部分，滑动板开始滑动时，滑动板摩擦面与摩擦系数大的两边摩擦面接触面积随位移增大线性增大，摩擦力随之增大。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。板式变摩擦阻尼器，包括有上、下两块盖板7、用于连接上下盖板7的预紧螺栓3、设在在上下盖板7之间的滑动板8和碟形弹簧10，滑动板8能够相对于盖板7滑动；所述盖板7的矩形摩擦面等分成三份，盖板中间摩擦面11与滑动板摩擦面22之间摩擦系数比盖板两边摩擦面12与滑动板摩擦面22之间摩擦系数小。所述的滑动板8和盖板7的接触面积大于或等于中间摩擦面11的面积。

所述的盖板中间摩擦面11与滑动板摩擦面22之间摩擦系数是盖板两边摩擦面12与滑动板摩擦面22之间摩擦系数的百分之一到五十分之一。

在盖板7的上下表面、沿盖板宽度方向的两个预紧螺栓3的螺母之间设置有垫条13，并在盖板7的下表面的垫条13和预紧螺栓3的螺母之间设置碟形弹簧10。

所述的盖板7中间摩擦面11的位置处设置有滚轴14，所有滚轴顶端与两边摩擦面12在同一平面。

所述的盖板7中间摩擦面11为镀有特氟龙涂层的摩擦面。

本发明的工作原理为：如果滑动板8与盖板7的接触面积与中间摩擦面11面积相同，当阻尼器位移为零时，滑动板只与盖板摩擦系数很小的中间摩擦面接触，摩擦力接近零，此时只要稍微有点外力，阻尼器就可以启动；阻尼器启动滑动板与两边摩擦面接触面积随位移增大而增大，摩擦力逐渐增大，到滑动板完全与两边摩擦面接触时，摩擦力达到最大。如果滑动板8与盖板7的接触面积比中间摩擦面11面积大，阻尼器位移为零时，滑动板将有部分面积与盖板7两边摩擦力接触，有一定的初始摩擦力，滑动板8与盖板7接触面积比中间摩擦面面积大的越多，初始摩擦力越大。

本发明的优越性：

1、本发明利用摩擦面摩擦系数的变化实现了用摩擦的方式提供线性阻尼。

2、本发明安装在结构上后对结构不会产生附加刚度，不会影响结构本身的自振特性。

3、本发明原理明了，结构简单，取材容易，造价低廉。

4、本发明的“板式变摩擦阻尼器”可以做得很大，也可以做得很小，不仅适用于大型建筑，也适用于小型建筑和设备的减振。

5、本发明的“板式变摩擦阻尼器”安装到结构上后，性能稳定，不随温度等外部环境改变，几乎不需要维护。

附图说明

图1现有常摩擦阻尼器的侧面图

图2现有常摩擦阻尼器的平面图

图3本发明的板式变摩擦阻尼器侧面图

图4本发明的板式变摩擦阻尼器平面图

图5本发明的板式变摩擦阻尼器实施例1构造图

图6本发明的板式变摩擦阻尼器实施例1盖板

图7图6A-A剖面

图8图6B-B剖面

图9图6C-C剖面

图10板式变摩擦阻尼器实施例1滑动板

图11图10A-A剖面

图12图10B-B剖面

图13本发明的板式变摩擦阻尼器实施例2构造图

图14本发明的板式变摩擦阻尼器直接安装于结构耗能

图15本发明的板式变摩擦阻尼器与TMD联合使用

图16变摩擦支座与隔震支座并联使用

图17双向变摩擦支座底板

图18图17A-A剖面

图19双向变摩擦支座滑动板

图20图19A-A剖面

图中：1、上下钢板，2、中间钢板，3、预紧螺栓，4、垫片，5、长形孔，6、安装孔，7、盖板，8、滑动板，10、碟形弹簧，11、盖板中间摩擦面，12、盖板两边摩擦面，13、垫条，14、滚轴，15、轴承，16、预紧螺栓孔，17、装配螺栓，18、钢板，19、条形板，20、装配螺栓孔，21、滑动孔，22、滑动板摩擦面，23、特氟龙镀层，24、斜撑上段，25、斜撑下段，26、TMD质量块，27、结构28 TMD弹簧，29、双向变摩擦滑动支座滑动板，30、双向变摩擦滑动支座底板，31、橡胶隔震支座，32、上部结构，33、基础，34、滚珠，35、环形平板摩擦面，36、双向变摩擦滑动支座滑动板摩擦面。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实施例。

本发明具体实施的关键点在于如何满足中间摩擦面和两边摩擦面摩擦系数的差别。

实施例1

本实施例利用钢-钢滚动摩擦系数和滑动摩擦系数的差别实现中间摩擦面和两边摩擦面摩擦系数的差别。实施例1构造如图5，主要包括盖板7、滑动板8、预紧螺栓3、碟形弹簧10和垫条13，滑动板8位于两块盖板之间，相对于盖板滑动；预紧螺栓3压紧两块盖板，提供滑动板8与盖板7接触面之间的正压力；正压力的大小通过改变碟形弹簧10的压缩量来控制，垫条13增强盖板的刚度；盖板构造如图6～9，由钢板18、条形板19、滚轴14和轴承15组成，轴承15嵌于钢板18的轴承孔内，滚轴14支承于轴承15，所有的滚轴顶部必需位于同一平面内，并且与盖板两边的摩擦面位于同一平面内。滚轴布置在盖板摩擦面中间三分之一的位置。滑动板如图10～12，滑动板和上下盖板滑动板摩擦面22的接触面积与中间摩擦面11相同或者比中间摩擦面11大一些，静止时滑动板位于盖板摩擦面中间位置，开始滑动时，滑动板摩擦面接触的盖板两边摩擦面面积随着位移增大而线性增大，由于两边摩擦面的摩擦系数远比中间摩擦面摩擦系数大，摩擦力也随位移增大而线性增大。

实施例2

本实施例利用特氟龙涂料能极大地减小摩擦系数的特性实现中间摩擦面和两边摩擦面摩擦系数的差别。实施例2如图13，主要包括盖板7、滑动板8、预紧螺栓3和碟形弹簧10，滑动板8位于盖板之间，相对于盖板滑动；高强预紧螺栓压紧盖板，提供滑动板与盖板接触面之间的正压力；正压力的大小通过改变碟形弹簧的压缩量来控制。盖板7摩擦面中间三分之一的位置镀上特氟龙涂层，由于特氟龙的厚度只有几十微米，钢板上局部镀特氟龙不会造成摩擦面不平整。滑动板构造与实施例1中滑动板8构造相同，与盖板接触的滑动板摩擦面面积与中间摩擦面相同或者大一些，静止时滑动板摩擦面位于盖板摩擦面中间部分，开始滑动时，滑动板摩擦面接触的盖板两边摩擦面面积随着位移增大而线性增大，由于两边摩擦面的摩擦系数远比中间摩擦面摩擦系数大，摩擦力也随位移增大而线性增大。

本发明的实际应用：

本发明可以单独用在结构上耗能减震，如图14，在结构层间安装斜撑，板式变摩擦阻尼器的盖板7与斜撑下段25相连，滑动板8与斜撑上段24连接；本发明还可以和TMD联合使用，板式变摩擦阻尼器盖板7和结构27相连，滑动板8和TMD质量块26相连，如图15；本发明还可作为变摩擦滑动支座与隔震支座并联使用，在这种情况下，上部结构提供足够的正压力，只需保留板式变摩擦阻尼器的下盖板(作为变摩擦滑动支座底板)和滑动板，如果隔震支座是双向运动支座，可以将变摩擦滑动支座底板的矩形的滑动面改变成圆形，如图17、18，中间部分放置滚珠，提供滚动摩擦面，边上的环形平面提供滑动摩擦；同时将矩形的滑动板改为圆形，如图19、20。双向变摩擦滑动支座与隔震支座31并联使用时构造如图16，双向变摩擦滑动支座底板30和基础33相连，双向变摩擦滑动支座滑动板29和上部结构32相连。

Claims (5)

1.板式变摩擦阻尼器，包括有上、下两块盖板(7)、用于连接上下盖板7的预紧螺栓(3)、设在上下盖板(7)之间的滑动板(8)和碟形弹簧(10)，滑动板(8)能够相对于盖板(7)滑动；其特征在于：

所述盖板(7)的矩形摩擦面等分成三份，盖板中间摩擦面(11)与滑动板摩擦面(22)之间摩擦系数比盖板两边摩擦面(12)与滑动板摩擦面(22)之间摩擦系数小。

所述的滑动板(8)和盖板(7)的接触面积大于或等于中间摩擦面(11)的面积。

2.根据权利要求1所述的板式变摩擦阻尼器，其特征在于：所述的盖板中间摩擦面(11)与滑动板摩擦面(22)之间摩擦系数是盖板两边摩擦面(12)与滑动板摩擦面(22)之间摩擦系数的百分之一到五十分之一。

3.根据权利要求1所述的板式变摩擦阻尼器，其特征在于：在盖板(7)的上下表面、沿盖板宽度方向的两个预紧螺栓(3)的螺母之间设置有垫条(13)，并在盖板(7)的下表面的垫条(13)和预紧螺栓(3)的螺母之间设置碟形弹簧(10)。

4.根据权利要求1所述的板式变摩擦阻尼器，其特征在于：所述的盖板(7)中间摩擦面(11)的位置处设置有滚轴(14)，所有滚轴顶端与两边摩擦面(12)在同一平面。

5.根据权利要求1所述的板式变摩擦阻尼器，其特征在于：所述的盖板(7)中间摩擦面(11)为镀有特氟龙涂层的摩擦面。

Images