CN104895211A - 铅挤压摩擦复合阻尼装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铅挤压摩擦复合阻尼装置及其使用方法，包括一矩形箱体，所述箱体内横向设置有两端分别穿出箱体的活动板，所述活动板穿出箱体的其中一端上设置有用于与外部支撑构件相连接的连接孔，活动板位于箱体内的前侧面上设置有纵向锥形凸部，活动板位于矩形箱体内的后侧面上间隔设置有至少两个纵向弧形凸部，所述箱体内位于纵向锥形凸部的前侧设置有摩擦板及摩擦板调节机构，箱体内位于纵向弧形凸部所在的腔室填充有铅体，箱体的底板上还设置有用于与结构主体相连接的纵向螺栓。该阻尼装置不仅结构简单，实现在不同大小振动下均有较好的减振效果，而且使用方法简单。

Description

铅挤压摩擦复合阻尼装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种铅挤压摩擦复合阻尼装置及其使用方法。

背景技术

铅挤压阻尼器是一种优良的耗能减振装置，广泛应用于结构的减振控制中。现有的铅挤压阻尼器的挤压轴一般采用圆柱形，凸起作用范围有限，减振效果有待提高。摩擦阻尼器也是一种优良的耗能减振装置，现有的摩擦阻尼器一般只提供不变的摩擦力，无法根据振动大小调节摩擦力，以实现不同大小振动下均有较好的减振效果。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铅挤压摩擦复合阻尼装置及其使用方法，该阻尼装置不仅结构简单，实现在不同大小振动下均有较好的减振效果，而且使用方法简单。

本发明的技术方案在于：一种铅挤压摩擦复合阻尼装置，包括一矩形箱体，所述箱体内横向设置有两端分别穿出箱体的活动板，所述活动板穿出箱体的其中一端上设置有用于与外部支撑构件相连接的连接孔，活动板位于箱体内的前侧面上设置有纵向锥形凸部，活动板位于矩形箱体内的后侧面上间隔设置有至少两个纵向弧形凸部，所述箱体内位于纵向锥形凸部的前侧设置有后侧面为锥面的摩擦板及摩擦板调节机构，箱体内位于纵向弧形凸部所在的腔室填充有铅体，箱体的底板上还设置有用于与结构主体相连接的纵向螺栓孔。

近一步地，所述箱体由顶板、底板、左侧板、右侧板、前侧板及后侧板分别经连接螺栓连接组成，所述底板的两端部分别设置有突出部，所述纵向螺栓布设于突出部上，所述顶板上设置有用于与活动板上侧的弧面相配合的倒U型通槽，所述底板上设置有用于与活动板下侧的弧面相配合的U型通槽。

近一步地，所述摩擦板调节机构包括设置于箱体内且位于摩擦板前侧的推板，所述推板经间隔布设于摩擦板前侧面上的若干弹簧与摩擦板实现连接，推板与箱体的前侧板之间设置有若干第二弹簧，箱体的前侧板上还设置有若干穿入箱体与推板相抵接的调节螺栓。

近一步地，所述箱体的顶板后侧部上设置有用于灌注铅的灌注孔和排气孔，所述灌注孔及排气孔上还设置有封盖。

近一步地，所述铅体由融化后的铅体经灌注孔注入箱体内冷却后形成。

近一步地，所述摩擦板的锥面的夹角与纵向锥形凸部的锥形面夹角互补，所述锥面的夹角为150°~175°。

近一步地，所述活动板由钢板和间隔布设于钢板后侧面上的若干纵向弧形凸部及设置于钢板前侧面上的纵向锥形凸块经焊接组成。

一种如权利要求4所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置的使用方法，包括以下步骤：

1）计算建筑主体结构承受的最大振动，选用铅挤压摩擦复合阻尼装置的型号，以确定活动板上纵向弧形凸部的尺寸、数量及间距，并确定摩擦板倾斜程度及摩擦系数；

2）通过灌注孔向组装好的铅挤压摩擦复合阻尼装置的箱体内纵向弧形凸部所在的腔室注入融化后的铅，待铅冷却形成铅体后盖上封盖；

3）通过调节螺栓调节摩擦板与活动板的纵向锥形凸部之间的距离；

4）通过连接螺栓将该复合阻尼装置的箱体底板与建筑主体上结构能够产生相对变形的部位相连接，将活动板与建筑主体的外部支撑构件相连接。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

（1）该复合阻尼装置由铅-活动板形成的铅挤压阻尼器和活动板-摩擦板形成的摩擦阻尼器两部分构成，铅挤压阻尼器一直参与工作，摩擦阻尼器可以根据需要适时参与工作，实现对应小振时复合阻尼装置不提供刚度，大振时复合阻尼装置提供刚度。

（2）铅挤压阻尼器纵向弧形凸部的尺寸、数量、间距可根据使用需求进行调节，以实现阻尼可调。

摩擦阻尼器部分摩擦板倾斜程度、摩擦系数均可根据使用情况进行在制备时进行调节。根据初始状态时纵向锥形凸部是否与摩擦板接触分为两种，第一种情况：初始时，纵向锥形凸部与摩擦板接触，此时可以根据实际需要调节螺栓的松紧程度施加所需的预压力，实现摩擦力、阻尼、刚度可调。第二种情况：初始时，纵向锥形凸部与摩擦板不接触，此时可以根据实际需要通过调节螺栓的松紧程度进而调节纵向锥形凸部，从初始与摩擦板不接触到接触摩擦板所需的距离，实现摩擦阻尼器参与工作的位移可调，对应于实际中小振时不提供刚度，大振时提供刚度。所以复合阻尼装置参数可调范围较大，能够满足实际不同的需求。

（3）沿复合阻尼装置纵向每个截面均有相同的参数，包括两种凸部的横截面尺寸、数量、间距，铅的材质、密实度，摩擦板的摩擦系数、预压力等等。使得该复合阻尼装置在力学上可以认为是平面受力模型，受力简单，传力明确，而且有利于对复合阻尼装置进行理论与数值分析，从而确定其力学模型，便于进行后期的复合阻尼装置参数优化与大面积推广使用。

（4）复合阻尼装置采用装配式组装而成，构造简单而且采用的组件也都较简单，便于批量化大规模生产及工地组装。

附图说明                                                                                                   

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的图1的A-A剖视图；

图5为本发明的图1的B-B剖视图;

图6为本发明的图2的C-C剖视图；

图7为本发明的分解状态示意图；

图8为本发明的锥形凸起和摩擦板开始时接触的力-位移曲线示意图；

图9为本发明的阻尼装置相对位移小于接触位移时的力-位移曲线图；

图10为本发明的阻尼装置相对位移等于接触位移时的力-位移曲线图；

图11为本发明的阻尼装置相对位移大于接触位移时的力-位移曲线图；

图中：1-箱体  11-顶板  111-倒U型通槽  112-灌注孔  113-排气孔  114-封盖  12-底板  121-突出部  122-U型通槽  13-左侧板  14-右侧板  15-前侧板  16-后侧板  17-纵向槽孔  18-连接螺栓  2-活动板  21-连接孔  22-纵向锥形凸部  23-纵向弧形凸部  3-摩擦板  31-夹角  41-推板  42-弹簧  43-第二弹簧  44-调节螺栓  5-铅体  6-纵向螺栓。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图11

一种铅挤压摩擦复合阻尼装置，包括一矩形箱体1，所述箱体内横向设置有两端分别穿出箱体的活动板2，所述活动板穿出箱体的其中一端上设置有用于与外部支撑构件相连接的连接孔21，活动板位于箱体内的前侧面上设置有纵向锥形凸部22，活动板位于矩形箱体内的后侧面上间隔设置有至少两个纵向弧形凸部23，所述箱体内位于纵向锥形凸部的前侧设置有后侧面为锥面的摩擦板3及摩擦板调节机构，箱体内位于纵向弧形凸部所在的腔室填充有铅体5，箱体的底板上还设置有用于与结构主体相连接的纵向螺栓6。

本实施例中，所述箱体由顶板11、底板12、左侧板13、右侧板14、前侧板15及后侧板16分别经连接螺栓18相互连接组成，所述顶板夹于左、右侧板之间，且顶板盖设于前、后侧板上端，所述左、右侧板上分别开设有以让活动板端部穿过纵向槽孔17，该纵向槽孔的上端呈弧形。所述底板的两端部分别设置有突出左侧板和右侧板的突出部121，所述纵向螺栓布设于突出部上；所述顶板上设置有用于与活动板上侧的弧面相配合的倒U型通槽111，所述底板上设置有用于与活动板下侧的弧面相配合的U型通槽122，以便活动板在受力后沿倒U型通槽及U型通槽横向滑动。

本实施例中，所述摩擦板调节机构包括设置于箱体内且位于摩擦板前侧的推板41，所述推板经间隔布设于摩擦板前侧面上的若干弹簧42与摩擦板实现连接，推板41与箱体1的前侧板15之间设置有若干第二弹簧43，箱体的前侧板上还设置有若干穿入箱体与推板相抵接的调节螺栓44，以便通过调节螺栓推动摩擦板前后运动，进而通过与推板和摩擦板相连的弹簧使摩擦板前后移动，进而调节锥形凸起从不接触摩擦板到接触摩擦板所需的距离，从而实现调节阻尼装置摩擦力的大小，实现阻尼可调，刚度可调。

当摩擦板与纵向锥形凸部距离为0时，活动板一开始移动，铅体-活动板和纵向锥形凸部-摩擦板同时开始工作，当该距离为大于0的某个值时，活动板一开始移动只能带动铅体工作，摩擦板此时不工作，直到活动板移动到该距离值时，摩擦板才开始参与工作。因为铅体-活动板不提供刚度，本纵向锥形凸部-摩擦板相配合才提供刚度，所以当该距离不为0时，活动板在开始的一段移动距离内，对应实际中的小振情况，复合阻尼装置不提供刚度，当活动板移动到纵向锥形凸部与摩擦板斜面接触时，对应于实际中的大振情况，复合阻尼装置开始提供刚度。

本实施例中，为了便于活动板在运动过程中与摩擦板锥面紧密贴合，且减少磨损，所述摩擦板的锥面的夹角31与纵向锥形凸部的锥形面夹角互补，所述摩擦板锥面的夹角为150°~175°。

本实施例中，为了便于相箱体内灌注熔融后的铅，所述箱体的顶板后侧部上设置有用于灌注铅体的灌注孔112，以及灌注铅时将箱体内纵向弧形凸部所在腔室内的气体排出的排气孔113，所述灌注孔及排气孔上还设置有封盖114，以便灌注铅后将排气孔及灌注孔封住。

本实施例中，所述铅体由融化后的铅经灌注孔注入箱体内冷却后形成，铅体冷却后再盖上孔盖，以便在活动板运动过程中减振耗能。

本实施例中，为了降低制作难度，所述活动板由钢板和间隔布设于钢板后侧面上的若干纵向弧形凸部23及设置于钢板前侧面上的纵向锥形凸块22经焊接在钢板上组成。所述摩擦板由靠近推板一侧的两块楔块及靠近活动板一侧的拐板经焊接组成，拐板靠近活动板一侧的表面为锥面。

该阻尼装置的使用方法，包括以下步骤：

1）计算建筑主体结构承受的最大振动，选用铅挤压摩擦复合阻尼装置的型号，以确定活动板上纵向弧形凸部的尺寸、数量及间距，并确定摩擦板倾斜程度及摩擦系数；

2）通过灌注孔向组装好的铅挤压摩擦复合阻尼装置的箱体内纵向弧形凸部所在的腔室注入融化后的铅，待铅冷却形成铅体后盖上封盖；

3）通过调节螺栓调节摩擦板与活动板的纵向锥形凸部之间的距离；

4）通过连接螺栓将该复合阻尼装置的箱体底板与建筑主体上结构能够产生相对变形的部位相连接，将活动板与建筑主体的外部支撑构件相连接。

工作原理：当主体结构遇到强风或地震时，活动板和箱体将产生相对位移，进而带动活动板后侧面上的纵向弧形凸部挤压箱体内的铅体，使铅体受到一定挤压力，由于铅的弹性变形很小，铅体很快进入塑性耗能。同时若摩擦阻尼器部分也开始工作，则摩擦阻尼器也参与耗能。从而使传到主体结构的能量减小，起到保护建筑主体结构的目的。

该复合阻尼装置具体实施起来有两种情况：

一种是初始时纵向锥形凸部和摩擦板是接触的，那么可以通过调节螺栓改变预加力，实现提供不同的摩擦力、阻尼、刚度，如图8中（a）、（b）所示的曲线图展示了其中两种刚度的情况，而且在活动板整个移动过程中，曲线形状是类似的，只是大小变化。

另一种是初始时纵向锥形凸部和摩擦板不接触，那么活动板开始移动时，纵向锥形凸部不接触摩擦板，接着纵向锥形凸部移动到接触摩擦板，这一段需要一定距离，称为接触位移，当阻尼装置的相对位移小于接触位移时，其力-位移曲线如图9所示；当阻尼装置的相对位移等于接触位移时，其力-位移曲线如图10所示，此时活动板-摩擦板即将开始参与工作；当阻尼装置的相对位移大于接触位移时，其力-位移曲线如图11所示，此时活动板-摩擦板已经参与工作，并提供刚度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的铅挤压摩擦复合阻尼装置并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种铅挤压摩擦复合阻尼装置，包括一矩形箱体，其特征在于，所述箱体内横向设置有两端分别穿出箱体的活动板，所述活动板穿出箱体的其中一端上设置有用于与外部支撑构件相连接的连接孔，活动板位于箱体内的前侧面上设置有纵向锥形凸部，活动板位于矩形箱体内的后侧面上间隔设置有至少两个纵向弧形凸部，所述箱体内位于纵向锥形凸部的前侧设置有后侧面为锥面的摩擦板及摩擦板调节机构，箱体内位于纵向弧形凸部所在的腔室填充有铅体，箱体的底板上还设置有用于与结构主体相连接的纵向螺栓。

2.根据权利要求1所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述箱体由顶板、底板、左侧板、右侧板、前侧板及后侧板分别经连接螺栓连接组成，所述底板的两端部分别设置有突出部，所述纵向螺栓布设于突出部上，所述顶板上设置有用于与活动板上侧的弧面相配合的倒U型通槽，所述底板上设置有用于与活动板下侧的弧面相配合的U型通槽。

3.根据权利要求1所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述摩擦板调节机构包括设置于箱体内且位于摩擦板前侧的推板，所述推板经间隔布设于摩擦板前侧面上的若干弹簧与摩擦板实现连接，推板与箱体的前侧板之间设置有若干第二弹簧，箱体的前侧板上还设置有若干穿入箱体与推板相抵接的调节螺栓。

4.根据权利要求2或3所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述箱体的顶板后侧部上设置有用于灌注铅体的灌注孔和排气孔，所述灌注孔及排气孔上还设置有封盖。

5.根据权利要求4所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述铅体由融化后的铅经灌注孔注入箱体内冷却后形成。

6.根据权利要求1、2或3所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述摩擦板的锥面的夹角与纵向锥形凸部的锥形面夹角互补，所述锥面的夹角为150°~175°。

7.根据权利要求1所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置，其特征在于，所述活动板由钢板和间隔布设于钢板后侧面上的若干纵向弧形凸部及设置于钢板前侧面上的纵向锥形凸块经焊接组成。

8.一种如权利要求4所述的铅挤压摩擦复合阻尼装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）计算建筑主体结构承受的最大振动，选用铅挤压摩擦复合阻尼装置的型号，以确定活动板上纵向弧形凸部的尺寸、数量及间距，并确定摩擦板倾斜程度及摩擦系数；

2）通过灌注孔向组装好的铅挤压摩擦复合阻尼装置的箱体内纵向弧形凸部所在的腔室注入融化后的铅，待铅冷却形成铅体后盖上封盖；

3）通过调节螺栓调节摩擦板与活动板的纵向锥形凸部之间的距离；

4）通过连接螺栓将该复合阻尼装置的箱体底板与建筑主体上结构能够产生相对变形的部位相连接，将活动板与建筑主体的外部支撑构件相连接。