CN103335052B - 一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，属于土木工程结构减振技术领域。本发明基于Bang-Bang主动控制算法原理，利用逆时针可转的定向齿轮和顺时针可转的定向齿轮只能按照一个方向转动的特性，设计了定向齿轮、自由齿轮、齿条轨道、挡板、粘滞阻尼器组成的机构。当结构发生层间位移时，回复到平衡位置的过程不受到粘滞阻尼器阻尼力的阻碍作用，使油液阻尼器在结构减振控制中更加有效。

Description

一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程结构减振技术领域，涉及到建筑结构使用定向齿轮、支撑、钢板、粘滞阻尼器组成的减振器设计。

背景技术

传统的结构抗震设计是通过增强结构自身的性能来“抵御”地震作用。但是由于人们尚不能准确地估计结构未来可能遭遇的地震强度和特性，在强震作用下，结构很可能不满足安全性的要求，从而发生严重破坏，甚至倒塌。结构振动控制技术的出现为提高建筑结构在强震作用下的安全性提供了一条有效途径。粘滞阻尼器就是目前常见的一种减振装置，但是粘滞阻尼器在往复运动过程中始终提供阻尼力，当结构的运动趋势是回到平衡位置时，提供的阻尼力将阻止结构回到平衡位置，从而这种情况下粘滞阻尼器提供的阻尼力是不利的。因此，粘滞阻尼器在减振控制过程中，对结构同时存在有利和不利的因素。如何去除此不利因素，使粘滞阻尼器具备自适应调节能力，只在结构背离平衡位置时提供阻尼力，对结构减振控制具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是应用粘滞阻尼器进行耗能减震，以减小建筑结构的层间位移，重点是解决因阻尼器提供阻尼力导致阻止层间位移回复到平衡位置的问题。

本发明所提供的技术方案是固定安装于建筑物上梁和下梁之间的一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，主要由粘滞阻尼器，齿轮，齿条，挡板等组成；粘滞阻尼器由液缸、活塞、活塞杆和活塞杆连接件组成；液缸是具有内腔活塞的柱形容器，液缸平行，且固定于下梁的上面，活塞杆通过垂直的活塞杆连接件固定于下梁上；在液缸的上表面固定有平行于液缸，且带有纵向中空滑槽的矩形板材支架体，在支架体的上表面开有两个深度通透到滑槽的纵向的滑道，在两个滑道之间，固定有齿条轨道，在齿条轨道的上方固定两个垂直于地面，并横跨齿条轨道的固定挡板，分别是左挡板和右挡板；在左挡板左侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的左自由齿轮；左自由齿轮的下端与齿条轨道啮合；右挡板的右侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的右自由齿轮；右自由齿轮的下端与齿条轨道啮合；左自由齿轮托底板置于滑槽内，两个侧板从滑道垂直伸出，用于支撑两个相互啮合的左自由齿轮，左自由齿轮托可以随着左自由齿轮沿着支架体上的滑道纵向移动；同理，右自由齿轮托支撑右自由齿轮，并可随着右自由齿轮一同移动；左定向齿轮托固定于上梁，位置处于使顺时针可转的定向齿轮的轴线与左自由齿轮的轴线平行，且向右稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开顺时针可转的定向齿轮与左自由齿轮的啮合；顺时针可转的定向齿轮的轴线高度处于使顺时针可转的定向齿轮可与左自由齿轮的能相互啮合的高度上；右定向齿轮托也固定于上梁，位置处于使逆时针可转的定向齿轮的轴线与右自由齿轮的轴线平行，且向左稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开逆时针可转的定向齿轮与右自由齿轮的啮合；逆时针可转的定向齿轮的轴线高度处于使逆时针可转的定向齿轮与右自由齿轮能相互啮合的高度。

滑道的一端也可以直达支架体的边缘。

支架体可以与液缸铸造在一起。

本发明基于Bang-Bang主动控制算法原理的：

$f\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}f,& x\stackrel{.}{x}>0\\ 0,& x\stackrel{.}{x}<0\end{array}\right.$

公式中，x为层间位移，为层间移动速度。公式表明，当即层间位移与层间移动速度同方向时，阻尼器出力；而方向相反时阻尼器出力为0。利用逆时针可转的定向齿轮和顺时针可转的定向齿轮只能按照一个方向转动的特性，当结构的层间位移向右时，即上梁相对下梁向右移动时，速度和位移方向相同，顺时针可转的定向齿轮随左定向齿轮托向右移动且不与自由齿轮啮合，左侧自由齿轮自由转动并被左侧挡板挡在左侧，逆时针可转的定向齿轮不动，导致与之啮合的右侧自由齿轮不动，使上梁拉动与液缸固定在一起的齿条轨道向右侧运动，粘滞阻尼器提供阻尼力。当结构层间位移方向向左时，在回复到平衡位置前，即回复到上梁与下梁初始相对位置前，速度和位移方向相反，逆时针可转的定向齿轮、顺时针可转的定向齿轮、自由齿轮均自由转动，液缸没有受力，不提供阻尼力。当层间位移继续向左运动超越平衡位置时，逆时针可转的定向齿轮随右定向齿轮托向左移动且不与自由齿轮啮合，顺时针可转的定向齿轮带动右侧自由齿轮转动，右侧自由齿轮转动并被右挡板挡在右侧，顺时针可转的定向齿轮不动，导致与之啮合的左侧自由齿轮不动，从而拉动齿条轨道使液缸向左运动，粘滞阻尼器提供阻尼力。层间位移再次向右并回复到平衡位置的过程与之前由右侧向左回复到平衡位置的过程相同。这样达到了速度与位移同方向时阻尼器出力，速度与位移反相时阻尼器出力为零。

本发明的效果和益处是使结构发生层间位移时，回复到平衡位置的过程不受到粘滞阻尼器阻尼力的阻碍作用，使油液阻尼器在结构减振控制中更加有效。

附图说明

附图1是阻尼力可调的被动减振体系三维整体示意图。

附图2是阻尼力可调的被动减振体系滑道处剖面示意图。

附图3是液缸及支架体结构示意图。

附图4是自由齿轮托与自由齿轮装配图。

附图5是粘滞阻尼器与下梁固定连接示意图。

附图6是顺时针可转的定向齿轮。

图中：1上梁，2左定向齿轮托，3顺时针可转的定向齿轮，4逆时针可转的定向齿轮，5左自由齿轮，6齿条轨道，7左自由齿轮托，8左挡板，9液缸，10活塞，11活塞杆连接件，12下梁，13滑道，14滑槽，15油缸内桶，16右挡板，17右自由齿轮,18右自由齿轮托，19右定向齿轮托，20活塞杆，21支架体。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，主要由粘滞阻尼器，齿轮，齿条，挡板等组成；粘滞阻尼器由液缸9、活塞10、活塞杆20和活塞杆连接件11组成；液缸9是具有内腔活塞10的柱形容器，液缸9平行，且固定于下梁12的上面，活塞杆20通过垂直的活塞杆连接件11固定于下梁12上；在液缸9的上表面固定有平行于液缸9，且带有纵向中空滑槽14的矩形板材支架体21，在支架体21的上表面开有两个深度通透到滑槽14的纵向的滑道13，滑道13的右端直达支架体的边缘；在两个滑道13之间，固定有齿条轨道6，在齿条轨道6的上方固定两个垂直于地面，并横跨齿条轨道6的固定挡板，分别是左挡板8和右挡板16；在左挡板8的左侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的左自由齿轮5；左自由齿轮5的下端与齿条轨道6啮合；右挡板16的右侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的右自由齿轮17；右自由齿轮17的下端与齿条轨道6啮合；左自由齿轮托7底板置于滑槽14内，两个侧板从滑道13垂直伸出，用于支撑两个相互啮合的左自由齿轮5，左自由齿轮托7可以随着左自由齿轮5沿着支架体21上的滑道13纵向移动；同理，右自由齿轮托16支撑右自由齿轮17，并可随着右自由齿轮17一同移动；左定向齿轮托2固定于上梁1，位置处于使顺时针可转的定向齿轮3的轴线与左自由齿轮5的轴线平行，且向右稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开顺时针可转的定向齿轮3与左自由齿轮5的啮合；顺时针可转的定向齿轮3的轴线高度处于使顺时针可转的定向齿轮3可与左自由齿轮5能相互啮合的高度上；右定向齿轮托19也固定于上梁1，位置处于使逆时针可转的定向齿轮4的轴线与右自由齿轮17的轴线平行，且向左稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开逆时针可转的定向齿轮4与右自由齿轮17的啮合；逆时针可转的定向齿轮4的轴线高度处于使逆时针可转的定向齿轮4可与右自由齿轮17能相互啮合的高度。

支架体21可以与液缸9铸造在一起。

具体安装方法如下：

将左自由齿轮托7和右自由齿轮托18安装固定到上梁1上，然后将顺时针可转的定向齿轮3安装在左自由齿轮托7上右侧位置，两者纵向轴线距离可以为一个自由齿轮半径；逆时针可转的定向齿轮4安装在右自由齿轮托18上左侧位置,两者纵向轴线距离可以是一个自由齿轮半径。定向齿轮与自由齿轮的相对高度需在安装时调节为当定向齿轮与自由齿轮纵轴线相互重合时，定向齿轮可与自由齿轮完全啮合。将齿条轨道6固定到液缸9的上表面。将左自由齿轮5安装在左自由齿轮托7上，右自由齿轮17安装在右自由齿轮托18上；然后先将左自由齿轮托7从油液阻尼缸9的滑道13右侧穿过，再将液缸9穿过右挡板16和左挡板8，再将右自由齿轮托18从液缸9的滑道13穿过，其中自由齿轮在自由齿轮托上的安装高度应使最下面的自由齿轮与齿轮轨道6啮合，自由齿轮托的下底板可在液缸9的滑槽14内水平自由滑动。将左挡板8、右挡板16、活塞杆连接件11分别固定在下梁12上。粘滞阻尼器活塞10与液缸9的油缸内桶15连接为一体，将粘滞阻尼器活塞杆20与活塞杆连接件11相连。最后调整上部自由齿轮与定向齿轮的高度使其可以啮合，从而完成安装。上梁1与下梁12是此粘滞阻尼器的减振体系的组成构件，在应用时只需将此粘滞阻尼器的分别固定在与结构错动层的上梁和下梁之间即可。

Claims (3)

1.一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，主要由粘滞阻尼器，齿轮，齿条，挡板等组成；其特征在于粘滞阻尼器由液缸（9）、活塞（10）、活塞杆（20）和活塞杆连接件（11）组成；液缸（9）是具有内腔活塞（10）的柱形容器，液缸（9）平行，且固定于下梁（12）的上面，活塞杆（20）通过垂直的活塞杆连接件（11）固定于下梁（12）上；在液缸（9）的上表面固定有平行于液缸（9），且带有纵向中空滑槽（14）的矩形板材支架体（21），在支架体（21）的上表面开有两个深度通透到滑槽（14）的纵向的滑道（13）；在两个滑道（13）之间，固定有齿条轨道（6），在齿条轨道（6）的上方固定两个垂直于地面，并横跨齿条轨道（6）的固定挡板，分别是左挡板（8）和右挡板（16）；在左挡板（8）的左侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的左自由齿轮（5）；左自由齿轮（5）的下端与齿条轨道（6）啮合；右挡板（16）的右侧是两个大小同等、垂直并列、且互相啮合的右自由齿轮（17）；右自由齿轮（17）的下端与齿条轨道（6）啮合；左自由齿轮托（7）底板置于滑槽（14）内，两个侧板从滑道（13）垂直伸出，用于支撑两个相互啮合的左自由齿轮（5），左自由齿轮托（7）可以随着左自由齿轮（5）沿着支架体（21）上的滑道（13）纵向移动；同理，右自由齿轮托（18）支撑右自由齿轮（17），并可随着右自由齿轮（17）一同移动；左定向齿轮托（2）固定于上梁（1），位置处于使顺时针可转的定向齿轮（3）的轴线与左自由齿轮（5）的轴线平行，且向右稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开顺时针可转的定向齿轮（3）与左自由齿轮（5）的啮合；顺时针可转的定向齿轮（3）的轴线高度处于使顺时针可转的定向齿轮（3）可与左自由齿轮（5）能相互啮合的高度上；右定向齿轮托（19）也固定于上梁（1），位置处于使逆时针可转的定向齿轮（4）的轴线与右自由齿轮（17）的轴线平行，且向左稍偏离自由齿轮半径的范围内，以在初始状态错开逆时针可转的定向齿轮（4）与右自由齿轮（17）的啮合；逆时针可转的定向齿轮（4）的轴线高度处于使逆时针可转的定向齿轮（4）可与右自由齿轮（17）能相互啮合的高度。

2.根据权利要求1所述的一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，其特征在于滑道（13）的右端可直达支架体的边缘。

3.根据权利要求1所述的一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，其特征在于支架体（21）可以与液缸（9）铸造在一起。