CN105220788A - 一种万向阻尼装置 - Google Patents

Abstract

一种万向阻尼装置，涉及一种应用于建筑及桥梁结构的耗能阻尼装置，特别是桥梁工程领域的耗能阻尼支座结构，属于结构工程技术领域。所述的装置由面板与肢板组成，面板几何形状为圆形或多边形，可以为正多边形；肢板几何形状为U形条状，肢板个数至少大于三条，宜为八条或以上。该装置用于建筑、桥梁结构抗侧力体系，尤其作为桥梁结构的梁底耗能阻尼支座，在随机的地震作用下能够保证在不确定的多向作用下仍在主变形方向的肢板的弧形段形成塑性区，进而提供有效的万向阻尼，同时可以通过强弱设计，调整装置在不同方向实现不同的侧向刚度。本发明的装置构造灵活、受力合理，具有良好的技术经济效益。

Description

一种万向阻尼装置

技术领域

本发明涉及一种应用于建筑、桥梁结构的万向阻尼装置，属于结构工程技术领域，特别涉及一种桥梁结构的梁底阻尼支座的万向阻尼装置。

背景技术

日本阪神地震与美国北岭地震后，各类耗能阻尼装置在日美等地震灾害多发的发达国家得到了深入的研究和快速的推广应用。在我国，耗能阻尼装置的研究正处于快速发展阶段。我国也是一个多震的国家，受环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带的作用，地震灾害频发，同时，随着我国经济的快速发展、社会的不断进步，对各类大跨、重载、异形、曲线桥梁结构和高层建筑结构的需求越来越大。并且因为地震作用具有随机性，所以在地震作用下结构与结构之间的相对变形方向也具有不确定性，故加快耗能阻尼技术的研究、发明更多性能良好的、万向有效的耗能阻尼装置具有极大的经济价值与社会意义。

现有的消能减震阻尼装置根据其基本工作原理可以分为速度型和位移型两种。速度型阻尼装置包括油阻尼器、粘滞阻尼器，位移型阻尼装置包括摩擦阻尼器和各类金属阻尼器。目前，无论是速度型阻尼装置，还是位移型阻尼装置，研究较多、应用较广的仍是单一方向有效的阻尼装置，不能很好地适应实际复杂的、随机的、方向不可预测的地震等灾害作用。针对这一问题，同时结合桥梁结构的受力特点，本发明提出了一种位移型万向阻尼装置。

发明内容

本发明针对现在技术中存在的不足，提出一种万向阻尼装置，以满足我国快速发展的经济与不断进步的社会对性能良好的耗能阻尼装置，特别是桥梁工程领域的万向耗能阻尼支座，提出的迫切需求。

本发明的一种万向阻尼装置，其特征在于，该装置包括两块面板和至少三条肢板，两块面板分别与肢板两端固接在一起。

所述肢板为八条。

所述面板为圆形、多边形或正多边形钢板。

所述肢板为U型钢板。

所述U型钢板开口朝内或朝外与面板固接在一起。

所述U型钢板与面板的连接方式为焊接或在面板与U型钢板上对应位置设置螺栓孔用螺栓连接或U型钢板与面板通过焊接和螺栓固接在一起。

所述的肢板尺寸、厚度相同或不同。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)提供有效地万向阻尼，应对随机的地震作用。因为地震作用具有随机性，地震作用的方向具有不确定性，所以对耗能阻尼装置的适用方向提出了万向有效的要求，尤其如曲线、异形梁桥梁底耗能支座，单一方向适用的耗能阻尼装置不能满足使用需求。该装置通过“灯笼”、“章鱼”拟态设计，实现了在实际随机的地震作用下提供万向有效阻尼的能力。

(2)可以提供正交异性的侧向刚度。该装置可以通过强弱设计，调整装置在不同方向上的侧向刚度，适合应用于对侧向刚度有正交异性特殊需求的特种结构，如直线梁桥梁底支座，对沿纵桥向与横桥向的侧向刚度要求有显著的差异等。

(3)该装置构造明确、便于工厂化生产，取材方便、施工便捷，通过合理的力学设计，具有良好的耗能能力与结构性能。

附图说明

图1为本发明实施例一构造示意图。

图2为本发明实施例一安装示意图。

图3为本发明实施例一采用正八边形的面板和八条相同的肢板的各向同性型装置俯视示意图。

图4为本发明实施例一采用正八边形的面和四条强肢板和四条弱肢板的正交异性型装置俯视示意图。

图5为本发明实施例二构造示意图。

图6为本发明实施例二安装示意图。

图7为本发明实施例二内部示意图

图8为本发明实施例二采用正八边形的面板和八条相同的肢板的各向同性型装置自顶面板底部剖开俯视示意图。

图9为本发明实施例二采用正八边形的盖板和四条强肢板和四条弱肢板的正交异性型装置自顶面板底部剖开俯视示意图。

图10为本发明的“笼”型万向阻尼装置的拟态来源及其装置构造示意图。

图11为本发明中的“章”型万向阻尼装置的拟态来源及其装置构造示意图。

图12为本发明万向阻尼装置应用于城市异形曲线梁桥墩顶耗能阻尼支座的示意图。

图13本发明中的“笼”型万向阻尼装置在复杂多向地震作用下变形耗能并提供万向阻尼的示意图。

图14为本发明中的“章”型万向阻尼装置在复杂多向地震作用下变形耗能并提供万向阻尼的示意图。

图中：1—面板；2—肢板；3—螺栓孔；4—“笼”型装置；5—“章”型装置；6—上部结构；7—下部结构；8—强肢板；9—弱肢板；10—各项同性型装置；11—正交异性型装置。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的结构、作进一步描述如下。

实施例一：

本发明“笼”型万向阻尼装置4的拟态来源我国传统的灯笼(图10)。该灯笼拟态的“笼”型体系具有轴对称的空间结构和较好的空间变形恢复能力，能较好地满足阻尼装置万向有效的要求。

本发明的“笼”型万向阻尼装置4，如图1所示。由两个面板1与多个肢板2组成，面板1使用多边形钢板，可以为正多边形，肢板2为灯笼肢条拟态U形条状，肢板2个数与面板1的边数对应，不小于三条，宜为八条或以上，两个面板1分别与肢板2两端固接连接，连接方式可以为焊接、全栓接或栓焊混合连接，本实施例中为焊接连接。

本发明的“笼”型万向阻尼装置4可以应用于桥梁结构，安装于桥梁的上部结构6和下部结构7之间，如图2所示。

如图3至4所示，本发明的“笼”型万向阻尼装置4还可以包括各向同性万向阻尼装置10与正交异性万向阻尼装置11。各向同性万向阻尼装置10中，肢板2可以采用相同的尺寸与厚度；正交异性万向阻尼装置11中，肢板2也可以采用不同的尺寸或厚度，形成强肢板8与弱肢板9。

本发明“笼”型万向阻尼装置4尤其适合应用于桥梁结构的梁底阻尼支座，安装于上部结构6和下部结构7之间，上部结构6和下部结构7之间的侧向相对变形方向在随机的地震作用下具有不确定性，“笼”型装置4能适应任意方向的相对变形，提供有效的万向阻尼。如图12所示。

如图13所示，本发明“笼”型万向阻尼装置4能适应任意方向的相对变形，提供有效的万向阻尼：当发生左右变形时，左右四条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，前后四条肢板2侧向刚度小、基本不参与受力；进一步发生前后变形时，左下和右上两条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，其他六条肢板2基本不参与受力；再次发生反向左右变形时，右下和左上两条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，其他六条肢板2基本不参与受力；最后发生反向前后变形回到初始状态，前后四条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，左右四条肢板2侧向刚度小、基本不参与受力。

可以通过调整面板1的边数和肢板2的个数、尺寸、厚度来调整抗侧刚度，并且随着芯板1的边数和笼板2的个数的增加，“笼”型万向阻尼装置提供万向有效阻尼的性能将提高。

可以通过设计强肢板8和弱肢板9实现正交异性万向阻尼装置11，适用于对侧向刚度有正交异性特殊需求的特种结构，如直线梁桥梁底支座对沿纵桥向与横桥向的侧向刚度要求有显著的差异。

本发明提供了一种“笼”型万向阻尼装置，可用于建筑、桥梁结构，特别是桥梁工程领域的万向耗能阻尼支座。该装置在不确定的地震作用下，能够提供有效的万向阻尼，并且可以通过强弱设计调整不同方向的侧向刚度。该装置构造明确、便于工厂化生产，取材方便、施工便捷，通过合理的力学设计，具有良好的耗能能力与阻尼性能，经济性能较优。

实施例二：

本发明“章”型万向阻尼装置的拟态来源于海洋生物章鱼(图11)。该章鱼拟态的“章”型体系具有轴对称的空间结构、较好的空间变形恢复能力和较好的整体牢固性，能较好地保证阻尼装置万向有效的性能。

如图5至7所示，本发明“章”型万向阻尼装置，由面板1与多个肢板2组成，面板1使用多边形或圆形钢板，可以为正多边形，肢板2个数与面板1的边数对应，不应少于三条，宜为八条或以上，面板1与肢板2端部固接连接，连接方式可以为焊接、全栓接或栓焊混合连接，本实施例中为全栓接连接。面板1与肢板2端部的对应位置设有螺栓孔3，面板1与肢板2通过螺栓连接。“章”型万向阻尼装置5尤其适合应用于桥梁结构，安装于上部结构6和下部结构7之间，如图12所示。

如图8至9所示，“章”型万向阻尼装置5还可以包括各向同性万向阻尼装置10与正交异性万向阻尼装置11。各向同性万向阻尼装置10中，肢板2可以采用相同的尺寸与厚度；正交异性万向阻尼装置11中，肢板2也可以采用不同的尺寸或厚度，形成强肢板8与弱肢板9。

如图14所示，“章”型万向阻尼装置5能适应任意方向的相对变形，提供有效的万向阻尼：当发生x方向变形时，左下与右上四条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，右下与左上四条肢板2侧向刚度小、基本不参与受力；进一步发生y方向变形时，左下偏下和右上偏上两条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，其他六条肢板2基本不参与受力；再次发生负x方向变形时，右下偏下和左上偏上两条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，其他六条肢板2基本不参与受力；最后发生负y方向变形回到初始状态，左上和右下四条肢板2参与耗能并提供主要的阻尼，右上和左下四条肢板2侧向刚度小、基本不参与受力。“章”型万向阻尼装置5具有较好的抗疲劳能力，保证装置的长期有效工作性能，并能适应任意方向的相对变形，并具有稳定的、较高的耗能循环周圈数，可以提供稳定、有效的万向阻尼。

可以通过调整面板1的边数和肢板2的个数、尺寸、厚度来调整抗侧刚度，并且随着面板1的边数和肢板2的个数的增加，“章”型万向阻尼装置5提供万向有效阻尼的性能将提高。

可以通过设计强肢板7和弱肢板8实现正交异性万向阻尼装置11，适用于对侧向刚度有正交异性特殊需求的特种结构，如直线梁桥梁底支座对沿纵桥向与横桥向的侧向刚度要求有显著的差异。

本发明提供了一种万向阻尼装置，按肢板2的开口朝向分，包括“笼”型万向阻尼装置4和“章”型万向阻尼装置5；按面板1和肢板2的连接构造分，包括焊接的、全栓接的和栓焊混合连接的万向阻尼装置；按肢板2是否采用相同的尺寸、厚度分，包括各向同性万向阻尼装置10和正交异性万向阻尼装置11。本发明提供的万向阻尼装置，可用于桥梁结构，特别是桥梁工程领域的万向耗能阻尼支座。该装置在不确定的地震作用下，能够提供有效的万向阻尼，并且可以通过强弱设计调整不同方向的侧向刚度。该装置构造明确、便于工厂化生产，取材方便、施工便捷，通过合理的力学设计，具有良好的耗能能力与阻尼性能，经济性能较优。

Claims (7)

1.一种万向阻尼装置，其特征在于，该装置包括两块面板和至少三条肢板，两块面板分别与肢板两端固接在一起。

2.根据权利要求1所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述肢板为八条。

3.根据权利要求1或2所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述面板为圆形、多边形或正多边形钢板。

4.根据权利要求1或2所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述肢板为U型钢板。

5.根据权利要求4所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述U型钢板开口朝内或朝外与面板固接在一起。

6.根据权利要求5所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述U型钢板与面板的连接方式为焊接或在面板与U型钢板上对应位置设置螺栓孔用螺栓连接或U型钢板与面板通过焊接和螺栓固接在一起。

7.根据权利要求1－6任一项所述的万向阻尼装置，其特征在于，所述的肢板尺寸、厚度相同或不同。