CN105735508B - 一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置 - Google Patents
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Abstract
一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，属于土木工程结构减震控制加固技术领域。本发明利用同心圆在旋转过程中线速度不同的原理，其包括封闭式保护壳，用于连接封闭式保护壳和结构构件的连接件，设置在保护壳内的速率放大系统，连接结构构件和速率放大系统的输入杆，连接粘滞型阻尼器和速率放大系统的输出杆，粘滞型阻尼器连接件同输出杆相连或直接采用输出杆作为粘滞型阻尼器的活塞杆。本发明结构简单方便、造价低，既可用于节点加固，也可用于整榀框架的加固。当建筑结构层间相对变形较小或相对运动速度较慢时，采用该装置能够提高粘滞型阻尼器对建筑结构提供的附加阻尼，耗散地震能量，性能可靠稳定，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘滞型阻尼器及能够使粘滞型阻尼器输入速率放大的装置，属于土木工程结构减震控制加固技术领域。
背景技术
粘滞型阻尼器已经被应用于建筑结构的抗震控制工程中，既可用于新建建筑中，也可用于既有结构的加固改造中。但由于粘滞型阻尼器的耗能效果与结构的动力响应直接相关，对粘滞型阻尼器的输入速率进行放大能够有效提高粘滞型阻尼器的耗能水平。目前，粘滞型阻尼器的速率放大装置主要利用杠杆原理或齿轮传递机制等，此外还可利用不同直径的同心圆旋转时线速度不同的原理设计速率放大装置。基于同心圆线速度不同设计速率放大装置可在结构发生小变形或构件间相对运动速率较小时依然保证粘滞型阻尼器工作，并可通过调节输入杆和输出杆的初始转动半径比值实现调控速率放大系数的意图。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对建筑结构在地震、风等作用下构件间相对变形较小时粘滞型阻尼器耗能能力不能充分发挥的问题，设计一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其结构简单方便，造价低，既可用于节点加固，也可用于整榀框架的加固。当建筑结构层间相对变形较小或相对运动速度较慢时，采用该装置能够提高粘滞型阻尼器对建筑结构提供的附加阻尼，耗散地震能量，性能可靠稳定，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明利用同心圆在旋转过程中线速度不同的原理，设计了一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：包括封闭式保护壳，用于连接封闭式保护壳和结构构件的连接件，设置在保护壳内的速率放大系统，连接结构构件和速率放大系统的输入杆，连接粘滞型阻尼器和速率放大系统的输出杆，粘滞型阻尼器连接件同输出杆相连或直接采用输出杆作为粘滞型阻尼器的活塞杆。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述的封闭式保护壳可以一端固定输入杆和输出杆，另一端固定于结构构件上；也可一端固定输入杆并将输入杆同结构构件相连，另一端固定输出杆，并将输出杆同粘滞型阻尼器相连，再将粘滞型阻尼器同结构构件相连。可在封闭式保护壳与输入杆或输出杆的连接处设置过渡钢管，减小封闭式保护壳和输入杆或输出杆间的摩擦，并约束输入杆和输出杆做轴向运动，还可减小输入杆和输出杆的有效长度，降低输入杆和输出杆发生平面外失稳的概率。所述过渡钢管与输入杆或输出杆间可布置柔性材料或滑轮，以减小过渡钢管和输入杆或输出杆之间的摩擦。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述输入杆和输出杆相互平行，输入杆或输出杆始终沿同一条直线进行运动。采用此方法，可保证输入速率得到最大程度放大。所述的输入杆与球铰的垂直距离要比输出杆与球铰的垂直距离大，其比值应根据输出速率和输入速率的设计比值确定。所述的输入杆和输出杆与加速传动力系统间可通过滑轮或滚珠连接。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述封闭式保护壳与结构构件间应进行刚性连接。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述速率放大系统与输入杆和输出杆间采用滑轮或滚珠连接，保证输入杆和输出杆的自由滑动。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述速率放大系统的滑轨的长度应保证输入杆和输出杆的自由滑动。所述速率放大系统的滑轨的上下两部分通过球铰连接，并始终维持在同一条直线上绕着球铰进行转动，所述球铰应通过连接杆采用螺栓或焊接固定在保护壳的内壁上。
上述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述粘滞型阻尼器可采用单出杆式粘滞型阻尼器；所述粘滞型阻尼器可布置于封闭式保护壳内，也可布置于封闭式保护壳外。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用圆旋转过程中不同直径处线速率不同的原理设计速率放大系统，构造简单，耗能稳定可靠，安装简单且成本低，适用于混凝土结构、钢结构和木结构等各类建筑结构的加固改造，既可以安装于整榀框架上，也可仅对节点进行加固，施工安装方法灵活。
2、本发明的核心部分是由滑轨和球铰组成的速率放大系统、输入杆、输出杆。所述速率放大系统构造简单，传动稳定，可以通过调整输入杆和输出杆与球铰的垂直距离的比值来调节输入速率和输出速率的比值，适用范围广，易于操作，方便施工安装，效率高，使用寿命长，可拆卸和更换。
3、本发明能够有效提高粘滞型阻尼器提供给建筑结构的附加阻尼，提高建筑结构的耗能能力，性能稳定可靠，具有广阔的推广空间。
附图说明
图1为粘滞型阻尼器内置的输入速率放大装置的结构示意图。
图2为粘滞型阻尼器外置的输入速率放大装置的结构示意图。
图3为输入(出)杆和滑轨采用滚珠连接时的连接处构造示意图。
图中：1-第一连接件；2-封闭式保护壳；3-滑轮；4-滑轨；5-第二连接件；6-输入杆；7-过渡钢管；8-柔性材料；9-第三连接件；10-固定杆；11-球铰；12-输出杆；13-活塞；14-油缸；15-第四连接件；16-第五连接件；17-滚珠；18-锚固件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
第一连接件1为封闭式保护壳2与结构构件间的连接件；
第二连接件5为滑轮3或滚珠17分别与输入杆6或输出杆12间的连接件；
第三连接件9为输入杆6与结构构件间的连接件；
第四连接件15为粘滞型阻尼器和结构构件间的连接件；
第五连接件16为粘滞型阻尼器和封闭式保护壳2间的连接件；
如图1所示，粘滞型阻尼器内置的输入速率放大装置包括封闭式保护壳2、第一连接件1、设置于封闭式保护壳2内的速率放大系统、两端分别与速率放大系统和第三连接件9相连的输入杆6、两端分别与速率放大系统和活塞13相连的输出杆12。所述速率放大系统包括滑轨4、滑轮3、球铰11和固定杆10。所述粘滞型阻尼器包括输出杆12、活塞13、油缸14、过渡钢管7和柔性材料8。所述封闭式保护壳2与结构构件通过第一连接件1进行连接，所述输入杆6与第三连接件9进行连接，所述输入杆6和输出杆12与速率放大系统的滑轮3通过第二连接件5进行连接，所述滑轨的上下两部分通过球铰11进行连接，所述球铰11利用固定杆10固定于封闭式保护壳2的内壁上。所述输出杆6从封闭式保护壳2穿出处设置有过渡钢管7，并在过渡钢管7的内壁上布置有柔性材料8，减小输入杆6和过渡钢管7间的摩擦。所述输出杆12进入粘滞型阻尼器的油缸14处能设置过渡钢管7，并在过渡钢管7内壁布置柔性材料8。
所述输入杆6和输出杆12与速率放大系统相连的一端结构为圆形头。所述输入杆6与球铰11的垂直距离的初始值应大于输出杆12与球铰11垂直距离的初始值，其比值应根据设计要求决定。所述粘滞型阻尼器的油缸14直接固定在封闭保护壳2内壁上。
如图2所示，粘滞型阻尼器外置的输入速率放大装置包括封闭式保护壳2、设置于封闭式保护壳2内的速率放大系统、两端分别与速率放大系统和第三连接件9相连的输入杆6、两端分别与速率放大系统和活塞13相连的输出杆12。所述速率放大系统包括滑轨4、滚珠17、球铰11和固定杆10。所述粘滞型阻尼器包括输出杆12、活塞13、油缸14、过渡钢管7和柔性材料8。所述粘滞型阻尼器的油缸14与结构构件通过第四连接件15进行连接，所述输入杆6与结构构件通过第三连接件9进行连接，所述输入杆6和输出杆12与速率放大系统的滚珠17通过第二连接件5进行连接，所述滑轨4的上下两部分通过球铰11进行连接，所述球铰11利用固定杆10固定于封闭式保护壳2的内壁上。所述输出杆6从封闭式保护壳2穿出处设置有过渡钢管7，并在过渡钢管7的内壁上布置有柔性材料8，以减小输入杆6和过渡钢管7间的摩擦。所述输出杆12从封闭式保护壳2穿出处设置有过渡钢管7，并在过渡钢管7的内壁上布置柔性材料8。所述粘滞型阻尼器的油缸14和封闭式保护壳2间通过第五连接件16进行连接。所述输入杆6和输出杆12与速率放大系统相连的一端结构为圆形头。所述输入杆6与球铰11的垂直距离的初始值应大于输出杆12与球铰11垂直距离的初始值，其比值应根据设计要求决定。所述粘滞型阻尼器的油缸14直接固定在封闭保护壳2内壁上。
输入杆6和输出杆12采用滚珠滑动或滑轮滑动两种滑动方式，图3为采用滚珠滑动方式的连接示意图。如图3所示，滚珠17安装于滑轨4中，滑轨4采用薄壁钢管，其截面形状根据设计要求选取。滑轨4表面预留出孔道，用于穿出第二连接件5，第二连接件5采用直径较小的钢筋。滚珠对应于滑轨4预留孔道处应预留出圆形孔洞，用于穿入第二连接件5，孔洞的直径应大于第二连接件5的直径，保证滚珠的正常滚动。输入杆6或输出杆12的端部预留出孔洞，用于穿入第二连接件5，第二连接件5和输入杆6或输出杆12连接处焊接或采用锚固件18进行锚固，锚固件18采用螺母。
具体实施时，所述输入杆6与结构构件相连，当采用隅撑形式时，宜将输入杆6与梁相连。构件相对变形推(拉)动输入杆6运动，输入杆6通过第二连接件5推(拉)动滑轮3或滚珠17在滑轨4中运动，由于滑轨4上半部分的运动，带动下半部分共同绕球铰11摆动，进而带动下半部分中的滑轮3或滚珠17相对滑轨进行运动，并带动输出杆12进行运动，进而带动活塞13运动，产生粘滞阻尼。
本发明中，通过设置过渡钢管7能够减小输入杆6和输出杆12的有效长度，降低输入杆6和输出杆12的失稳概率，并协助输入杆6和输出杆12做轴向往复运动。
本发明中，输入速率和输出速率的比值与球铰11到输入杆6的距离和球铰11到输出杆12的距离的比值有关，球铰11到输入杆6的距离和球铰11到输出杆12的距离的比值越大，则输出速率越大。但输入杆6和输出杆12的长度应至少满足结构的变形，即在结构构件的相对变形下，连接输入杆6和输出杆12的滑轮3或滚珠17能够在滑轨4中做自由滑动，而不会因为滑轨长度的限制而无法滑动。
本发明利用圆做旋转运动时不同直径处线速率不同的原理设计粘滞型阻尼器速率放大装置，能够在建筑结构振动反应较弱的情况下，放大结构的相对变形或相对运动速率，从而提高粘滞型阻尼器的耗能效果。
Claims (4)
1.一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其中，第一连接件(1)为封闭式保护壳(2)与结构构件间的连接件；
第二连接件(5)为滑轮(3)或滚珠(17)与输入杆(6)或输出杆(12)间的连接件；
第三连接件(9)为输入杆(6)与结构构件间的连接件；
第四连接件(15)为粘滞型阻尼器和结构构件间的连接件；
第五连接件(16)为粘滞型阻尼器和封闭式保护壳(2)间的连接件；
其特征在于：该放大装置包括封闭式保护壳(2)、第一连接件(1)、设置于封闭式保护壳(2)内的速率放大系统、两端分别与速率放大系统和第三连接件(9)相连的输入杆(6)、两端分别与速率放大系统和活塞(13)相连的输出杆(12)；所述速率放大系统包括滑轨(4)、滑轮(3)、球铰(11)和固定杆(10)；所述粘滞型阻尼器包括输出杆(12)、活塞(13)、油缸(14)、过渡钢管(7)和柔性材料(8)；所述封闭式保护壳(2)与结构构件通过第一连接件(1)进行连接，所述输入杆(6)与第三连接件(9)进行连接，所述输入杆(6)和输出杆(12)与速率放大系统的滑轮(3)通过第二连接件(5)进行连接，所述滑轨的上下两部分通过球铰(11)进行连接，所述球铰(11)利用固定杆(10)固定于封闭式保护壳(2)的内壁上；所述输出杆(12)从封闭式保护壳(2)穿出处设置有过渡钢管(7)，并在过渡钢管(7)的内壁上布置有柔性材料(8)，减小输入杆(6)和过渡钢管(7)间的摩擦；所述输出杆(12)进入粘滞型阻尼器的油缸(14)处能设置过渡钢管(7)，并在过渡钢管(7)内壁布置柔性材料(8)；
所述输入杆(6)和输出杆(12)与速率放大系统相连的一端结构为圆形头；所述输入杆(6)与球铰(11)的垂直距离的初始值应大于输出杆(12)与球铰(11)垂直距离的初始值，其比值应根据设计要求决定；所述粘滞型阻尼器的油缸(14)直接固定在封闭式保护壳(2)内壁上；
该放大装置包括封闭式保护壳(2)、设置于封闭式保护壳(2)内的速率放大系统、两端分别与速率放大系统和第三连接件(9)相连的输入杆(6)、两端分别与速率放大系统和活塞(13)相连的输出杆(12)；所述速率放大系统包括滑轨(4)、滚珠(17)、球铰(11)和固定杆(10)；所述粘滞型阻尼器包括输出杆(12)、活塞(13)、油缸(14)、过渡钢管(7)和柔性材料(8)；所述粘滞型阻尼器的油缸(14)与结构构件通过第四连接件(15)进行连接，所述输入杆(6)与结构构件通过第三连接件(9)进行连接，所述输入杆(6)和输出杆(12)与速率放大系统的滚珠(17)通过第二连接件(5)进行连接，所述滑轨(4)的上下两部分通过球铰(11)进行连接，所述球铰(11)利用固定杆(10)固定于封闭式保护壳(2)的内壁上；所述输出杆(12)从封闭式保护壳(2)穿出处设置有过渡钢管(7)，并在过渡钢管(7)的内壁上布置有柔性材料(8)，以减小输入杆(6)和过渡钢管(7)间的摩擦；所述输出杆(12)从封闭式保护壳(2)穿出处设置有过渡钢管(7)，并在过渡钢管(7)的内壁上布置柔性材料(8)；所述粘滞型阻尼器的油缸(14)和封闭式保护壳(2)间通过第五连接件16进行连接；所述输入杆(6)和输出杆(12)与速率放大系统相连的一端结构为圆形头；所述输入杆(6)与球铰(11)的垂直距离的初始值应大于输出杆(12)与球铰(11)垂直距离的初始值，其比值应根据设计要求决定；所述粘滞型阻尼器的油缸(14)直接固定在封闭保护壳(2)内壁上；
输入杆(6)和输出杆(12)采用滚珠滑动或滑轮滑动两种滑动方式，滚珠(17)安装于滑轨(4)中，滑轨(4)采用薄壁钢管，其截面形状根据设计要求选取；滑轨(4)表面预留出孔道，用于穿出第二连接件(5)，第二连接件(5)采用直径较小的钢筋；滚珠对应于滑轨(4)预留孔道处应预留出圆形孔洞，用于穿入第二连接件(5)，孔洞的直径应大于第二连接件(5)的直径，保证滚珠的正常滚动；输入杆(6)或输出杆(12)的端部预留出孔洞，用于穿入第二连接件(5)，第二连接件(5)和输入杆(6)或输出杆(12)连接处焊接或采用锚固件(18)进行锚固，锚固件(18)采用螺母。
2.根据权利要求1所述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：所述输入杆(6)与结构构件相连，当采用隅撑形式时，宜将输入杆(6)与梁相连；构件相对变形推(拉)动输入杆(6)运动，输入杆(6)通过第二连接件(5)推(拉)动滑轮(3)或滚珠(17)在滑轨(4)中运动，由于滑轨(4)上半部分的运动，带动下半部分共同绕球铰(11)摆动，进而带动下半部分中的滑轮(3)或滚珠(17)相对滑轨进行运动，并带动输出杆(12)进行运动，进而带动活塞(13)运动，产生粘滞阻尼。
3.根据权利要求1所述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：通过设置过渡钢管(7)能够减小输入杆(6)和输出杆(12)的有效长度，降低输入杆(6)和输出杆(12)的失稳概率，并协助输入杆(6)和输出杆(12)做轴向往复运动。
4.根据权利要求1所述的一种粘滞型阻尼器输入速率放大装置，其特征在于：输入速率和输出速率的比值与球铰(11)到输入杆(6)的距离和球铰(11)到输出杆(12)的距离的比值有关，球铰(11)到输入杆(6)的距离和球铰(11)到输出杆(12)的距离的比值越大，则输出速率越大；但输入杆(6)和输出杆(12)的长度应至少满足结构的变形，即在结构构件的相对变形下，连接输入杆(6)和输出杆(12)的滑轮(3)或滚珠(17)能够在滑轨(4)中做自由滑动，而不会因为滑轨长度的限制而无法滑动。
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