CN103485437B - 粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，包括具有外筒和导杆的粘滞流体阻尼器，其特征在于还包括一固定座和一旋转板，在所述的固定座内设置有一圆弧轨道和一直线导轨，所述的旋转板与所述的固定座连接并以所述的圆弧轨道的圆心为支点在所述圆弧轨道上旋转，在所述的旋转板上设置一导向槽，所述的粘滞流体阻尼器的外筒位于所述的导向槽内并与一滑块固定，粘滞流体阻尼器的导杆与所述的固定座固定，所述的滑块设置在所述的直线导轨上。该装置造价低、性能优越，且解决了在层间位移很小的楼层上布置粘滞流体阻尼器的问题，显著地放大了阻尼力，提高了阻尼器的耗能效率。

Description

粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置

技术领域

本发明涉及一种粘滞阻尼器的阻尼力放大装置，特别适用于在地震多发区的大型土木工程结构中采用，以有效控制结构的地震响应，减小地震灾害，也可以应用于降低结构的风振响应。

背景技术

地震是危及人民生命财产的突发式自然灾害，在世界范围内造成了非常惨重的生命财产损失，而我国是世界上的多地震国家之一。如1976年7月28日的河北唐山大地震，震级7.8级，死亡达24万余人，强震区内的房屋、工业厂房与设备、城市建设、交通运输、水电设施等都受到极其严重的破坏。2008年5月12日的四川汶川8.0级大地震，更是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震。这些震害给国家和人民的生命财产造成了巨大损失。在国外，如1994年美国Northridge地震，震级仅6.7级，却导致经济损失200亿美元；1995年的日本阪神大地震，震级7.2级，死亡5466人，城市经济总损失达到1000亿美元。巨大的生命财产损失使得全世界抗震工作者纷纷研究和思考新的有效抗震措施。实践证明，为了减轻地震灾害，必须大力进行抗震设防工作，而结构减隔震技术是减小工程结构地震灾害的有效途径之一。

工程结构减震的基本原理是利用特制减震构件或装置，使之在强震时率先进入塑性区，产生大阻尼，大量消耗进入结构体系的能量。为此国内外技术人员已研制并开发了许多类型的减震装置，粘滞流体阻尼器就是其中最为常见的减震装置之一。

采用消能减震技术的关键是研制出性能良好的消能杆件或消能装置。粘滞流体阻尼器就是这样一种减振装置，它一般由缸体、活塞、阻尼孔、阻尼材料和导杆等部分组成，活塞可在缸筒内作往复运动，活塞上开有适量小孔作为阻尼孔，缸筒内装满流体阻尼材料。流体阻尼器对结构进行振动控制的机理是当活塞与缸筒之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔中通过，从而产生阻尼力，将结构振动的部分能量通过阻尼器中粘滞流体阻尼材料的粘滞耗能耗散掉，达到减小结构振动（地震或风振）反应的目的。

粘滞流体阻尼器属于速度相关型阻尼器。根据新修订的我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定，这种消能器在水平地震作用下往复循环一周所消耗的能量，可按下式估算：

$W_{\mathrm{cj}}=({2\mathrm{\π}}^2/T_1)C_1{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_j{\mathrm{\Δu}}_j^2$

式中，Δu_j是第j个消能器两端的相对水平位移，也即层间水平位移。因此消能器的消能效果与层间水平位移的平方成正比。

多高层建筑中，任一楼层的楼层剪力等于作用在该楼层以上各层水平力之和。在这些水平力中，由消能器产生的水平阻尼力与水平地震力的方向相反，减小了楼层剪力。因此，把消能器布置在比较高的楼层内，将使受益的楼层数量增多，从而提高结构的整体减震效果。

然而，对于框架结构和框架—剪力墙结构，其顶部和上部楼层的层间位移相对较小，如果在这些楼层布置阻尼器，则耗能效果并不理想。特别是，在有些结构中，其各层间位移均较小，此时粘滞阻尼器的减震效果将十分有限。

本专利针对这些问题，提出了一种新型的粘滞阻尼器的阻尼力放大装置，该装置通过力学原理，放大了由楼层相互错动而带动的阻尼器的位移，使阻尼器的等效阻尼系数大大提高，使粘滞流体阻尼器即使在层间位移很小的楼层中，也能发挥良好的作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种在层间位移很小的楼层中也能使粘滞流体阻尼器发挥较大作用的阻尼力放大装置，可广泛应用于需要进行减震设计的各类大型工程结构当中。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，包括具有外筒和导杆的粘滞流体阻尼器，其特征在于还包括一固定座和一旋转板，在所述的固定座内设置有一圆弧轨道和一直线导轨，所述的旋转板与所述的固定座连接并以所述的圆弧轨道的圆心为支点在所述圆弧轨道上旋转，在所述的旋转板上设置一导向槽，所述的粘滞流体阻尼器的外筒位于所述的导向槽内并与一滑块固定，粘滞流体阻尼器的导杆与所述的固定座固定，所述的滑块设置在所述的直线导轨上。

在所述的旋转板的两个侧面固定有滚动轴承，该滚动轴承与所述的圆弧轨道表面接触。

所述的直线导轨和滑块由直线轴承构成。

在所述的粘滞流体阻尼器的外筒上设置有一对支耳，该支耳位于所述的导向槽内。

有益效果：本发明将粘滞阻尼器设置在一个固定座和旋转板之间，通过旋转板的旋转从而将旋转板上端的位移放大成为旋转板下端、固定座内粘滞阻尼器的位移。当圆弧导轨的圆心到旋转板下端的距离与圆弧导轨的圆心到旋转板下端的距离之间的比值为N时，则放大的倍数为N。从而可以通过参数的简单调整设计出适合要求的放大出力装置。与现有技术相比，本发明装置造价低、性能优越，且解决了在层间位移很小的楼层上布置粘滞流体阻尼器的问题，显著地放大了阻尼力，提高了阻尼器的耗能效率。

附图说明

图1是本发明旋转式大出力装置的结构示意图；

图2是图1是A-A剖面图；

图3是图2的B-B剖面图;

图4是本发明的应用安装示意图；

图5是结构发生很小的层间位移时，本发明装置的变形示意图；

图6是结构发生很小的层间位移时，本发明装置的内部变化示意图；

图7是处在中间位置时，本发明装置的内部示意图；

图8是偏离中间位置时，本发明装置的内部示意图；

图9是旋转板的正面示意图；

图10是旋转板的侧面示意图；

图11是圆弧轨道的正面示意图；

图12是图11的C-C剖视图；

图13是图12的D-D剖视图；

图14是滑块的结构示意图；

图15是直线导轨的结构示意图；

图16是滑块与直线导轨的连接成直线轴承的结构示意图；

图17是粘滞流体阻尼器的侧视图；

图18是粘滞流体阻尼器的轴向视图；

图19是粘滞流体阻尼器的俯视图；

图20是旋转板的主视图；

图21是旋转板的侧视图；

图22是旋转板与粘滞流体阻尼器的连接示意图；

图23是直线轴承与固定座的连接示意图；

图24是图23的E-E剖面图。

其中：1、固定座，11、圆弧轨道，12、直线导轨，13、滑块，2、旋转板，21、导向槽，3、粘滞流体阻尼器，31、外筒，32、导杆，33、支耳，4、直线轴承。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明作详细说明：

本发明装置通过一个稍经改造的普通粘滞流体阻尼器和一个阻尼力放大装置相结合，达到放大阻尼器位移的目的，从而取得很高的等效阻尼系数。外观如图1，由剖面图（图2和图3）可以进一步看清其构造。

本发明一种粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，包括具有外筒31和导杆32的粘滞流体阻尼器3，还包括一固定座1和一旋转板2，在固定座1内设置有一圆弧轨道11和一直线导轨12，旋转板2与固定座1连接并以圆弧轨道11的圆心为支点在圆弧轨道上旋转，在旋转板上设置一导向槽21，粘滞流体阻尼器的外筒31位于导向槽21内并与一滑块13固定，粘滞流体阻尼器的导杆32与固定座1固定，滑块13设置在直线导轨12上。

在实际结构中，本发明的旋转方法出力装置安装于上下两根梁之间，如图4，圆弧轨道的圆心用黑点标出。当层间发生微小的错动时，装置带动阻尼器发生了较大位移，如图5，此时内部如图6。

假定采用的线性粘滞流体阻尼器的阻尼力公式为f=Cv，令R/r=k，如图7。由于，轨道的圆心在转动板转动过程中，相对于轨道位置不变，所以，粘滞流体阻尼器的位移为直接与上部梁相连的顶部位移的k倍，令顶部位移速度为V，则v=kV。当在中间位置时，等效阻尼力F=fR/r=kf=kCv=k²CV，即等效阻尼系数C’=k²C。当偏离中间位置时，如图8，此时，R’=R/cosθ；r’=rcosθ；f’=fcosθ；对轨道的圆心求矩得：Fr’=f’R’，则F=fR/(rcosθ),因为θ很小，所以cosθ≈1，因此，F=fR/r=kCv=k²CV,即等效阻尼系数C’=k²C。

预先制作旋转板（如图9），圆弧滑轨（如图11）；且准备好若干旋转轴承，若干螺栓，一个直线轴承（如图15）和一个粘滞流体阻尼器（对其稍经改造，如图17）。

1、在悬转板上用螺栓固定住若干轴承，如图20。

2、把粘滞流体阻尼器卡入旋转板中；接着把旋转板上的开口下端用焊接或其他方式封起来，如图22。

3、在圆弧形轨道下方的槽中焊接好直线轴承，如图24。

4、把卡好阻尼器的旋转板，旋转着卡进圆弧轨道，在这过程中，使阻尼器和直线轴承的顶端接触好。接着，把阻尼器与直线轴承的接触面，用焊接或其他方式紧密地结合在一起。

5、用两块钢板把轨道梁端封起来，可采用焊接或者其他方式，使旋转板无法脱离轨道。阻尼器的导杆固定在其中一块钢板上，同样可采用焊接或其他方式。最后就制成了如图2、图3所示的装置。

Claims (4)

1.一种粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，包括具有外筒和导杆的粘滞流体阻尼器，其特征在于还包括一固定座和一旋转板，在所述的固定座内设置有一圆弧轨道和一直线导轨，所述的旋转板与所述的固定座连接并以所述的圆弧轨道的圆心为支点在所述圆弧轨道上旋转，在所述的旋转板上设置一导向槽，所述的粘滞流体阻尼器的外筒位于所述的导向槽内并与一滑块固定，粘滞流体阻尼器的导杆与所述的固定座固定，所述的滑块设置在所述的直线导轨上。

2.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，其特征在于：在所述的旋转板的两个侧面固定有滚动轴承，该滚动轴承与所述的圆弧轨道表面接触。

3.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，其特征在于：所述的直线导轨和滑块由直线轴承构成。

4.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器的旋转式放大出力装置，其特征在于：在所述的粘滞流体阻尼器的外筒上设置有一对支耳，该支耳位于所述的导向槽内。