CN107201790B - 一种被动型粘滞阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被动型粘滞阻尼器，包括第一阻尼器、第二阻尼器，两者均采用油缸式阻尼器；第一阻尼器包括第一油缸连接杆、第一活塞杆、第一油缸；第二阻尼器包括第二油缸连接杆、第二活塞杆、第二油缸；第一活塞杆、第二活塞杆、均是可伸缩杆、且均与第一结构物连接；第一油缸连接杆、第二油缸连接杆均与第二结构物连接。采用本发明的被动型粘滞阻尼器，结构物在回复到平衡位置时，第一阻尼器、第二阻尼器产生较小的阻尼力，或者不产生阻尼力；不需要采用复杂的机械结构。

Description

一种被动型粘滞阻尼器
技术领域
本发明专利涉及桥梁、建筑、水利等结构物的抗震领域，特别涉及一种被动型粘滞阻尼器。
背景技术
CN103335052B公开了一种阻尼力可调的被动粘滞阻尼器，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。该专利文献提出了“结构物在回复到平衡位置时阻尼器阻尼力对于结构而言属于不利因素，提供一种在结构物在回复到平衡位置时不受阻尼器阻尼力影响”的设计思想。然而，这一思想的实现需要采用较为复杂的机械结构。如何提供一种简单的方式，实现结构物在回复到平衡位置时不受阻尼器阻尼力，成为一个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种被动型粘滞阻尼器，解决结构物在回复到平衡位置时所受阻尼器阻尼力的问题。
一种被动型粘滞阻尼器，安装在第一结构物(3)与第二结构物(4)之间；
包括第一阻尼器(1)、第二阻尼器(2)；
第一阻尼器(1)为油缸式阻尼器，包括第一油缸连接杆(1-1)、第一活塞杆(1-2)、第一油缸；
第二阻尼器(2)为油缸式阻尼器，包括第二油缸连接杆(2-1)、第二活塞杆(2-2)、第二油缸；
所述第一活塞杆(1-2)、第二活塞杆(2-2)、均是可伸缩杆；
所述第一活塞杆(1-2)包括：第一杆(1-2-1)、第二杆(1-2-2)，第一杆(1-2-1)的一端与第一阻尼器的活塞连接、另一端插入到第二杆中，第二杆(1-2-2)与第一结构物(3)连接；
所述第二活塞杆(2-2)包括：第三杆(2-2-1)、第四杆(2-2-2)，第三杆(2-2-1)的一端与第二阻尼器的活塞连接、另一端插入到第四杆中，第四杆(2-2-2)与第一结构物(3)连接；
第一油缸连接杆(1-1)、第二油缸连接杆(2-1)与第二结构物(4)连接；
第一杆、第三杆插入到第二杆、第四杆的一端设置有卡接部；
初始状态下，第一杆(1-2-1)中的远离活塞的端部的卡接部与第二杆(1-2-2)远离第一结构物(3)的端部紧贴，第三杆(2-2-1)中的远离活塞的端部的卡接部与第四杆(2-2-2)靠近第一结构物(3)的端部紧贴。
进一步，第一杆在第二杆中自由滑动的距离小于或等于结构物的最大振幅，第三杆在第四杆中自由滑动的距离小于或等于结构物的最大振幅。
进一步，第一杆在第二杆中自由滑动的距离为结构物的最大振幅的0.5-1.0倍。
进一步，第三杆在第四杆中自由滑动的距离为结构物的最大振幅的0.5-1.0倍。
采用上述技术方案，与现有技术相比，优点包括以下几点。
第一，结构物在回复到平衡位置时，第一阻尼器、第二阻尼器产生较小的阻尼力，或者不产生阻尼力。
第二，相对于CN103335052B，不需要采用复杂的机械结构，简化了结构；各个阶段的阻尼器受力清晰。
附图说明：
图1：本发明的结构设计图。
图2A：在第一结构物经历“远离”时的结构示意图。
图2B：在第一结构物经历“远离—回复到平衡位置”时的结构示意图。
图2C：在第一结构物经历“远离—回复到平衡位置—接近”时的结构示意图。
图2D：在第一结构物经历“远离—回复到平衡位置—接近-回复到平衡位置”时的结构示意图。
图3A：在第一结构物经历“接近”时的结构示意图。。
图3B：在第一结构物经历“接近—回复到平衡位置”时的结构示意图。
图3C：在第一结构物经历“接近—回复到平衡位置-远离”时的结构示意图。
图3D：在第一结构物经历“接近—回复到平衡位置-远离-回复到平衡位置”时的结构示意图。
附图标记：1第一阻尼器，2第二阻尼器，1-1第一油缸连接杆，1-2第一活塞杆，2-1第二油缸连接杆2-2第二活塞杆，1-2-1第一杆、1-2-2第二杆，2-2-1第三杆，2-2-2第四杆，3第一结构物，4第二结构物。
具体实施方式
实施例一：一种被动型粘滞阻尼器，安装在第一结构物(3)与第二结构物(4)之间；
包括第一阻尼器(1)、第二阻尼器(2)；
第一阻尼器(1)为油缸式阻尼器，包括第一油缸连接杆(1-1)、第一活塞杆(1-2)、第一油缸；
第二阻尼器(2)为油缸式阻尼器，包括第二油缸连接杆(2-1)、第二活塞杆(2-2)、第二油缸；
所述第一活塞杆(1-2)、第二活塞杆(2-2)、均是可伸缩杆；
所述第一活塞杆(1-2)包括：第一杆(1-2-1)、第二杆(1-2-2)，第一杆(1-2-1)的一端与活第一阻尼器的活塞连接、另一端插入到第二杆中，第二杆(1-2-2)与第一结构物(3)连接；
所述第二活塞杆(2-2)包括：第三杆(2-2-1)、第四杆(2-2-2)，第三杆(2-2-1)的一端与第二阻尼器的活塞连接、另一端插入到第四杆中，第四杆(2-2-2)与第一结构物(3)连接；
第一油缸连接杆(1-1)、第二油缸连接杆(2-1)与第二结构物(4)连接；
第一杆、第三杆插入到第二杆、第四杆的一端设置有卡接部；
初始状态下，第一杆(1-2-1)中的远离活塞的端部的卡接部与第二杆(1-2-2)远离第一结构物(3)的端部紧贴，第三杆(2-2-1)中的远离活塞的端部的卡接部与第四杆(2-2-2)靠近第一结构物(3)的端部紧贴。
下面，对实施例一的原理进行说明：当第一结构物发生“远离-回复-接近-回复-远离-回复-接近-回复…..”时，在第一个“远离-回复-接近-回复”循环中，第一阻尼器、第二阻尼器的表现如下：
1)第一结构物产生远离第二结构物的位移时，第一阻尼器中的第二杆带动第一杆运动，第一阻尼器产生阻尼力；而第二阻尼器的第三杆在第四杆中自由滑动，第二阻尼器不产生阻尼力；
2)第一结构物回复到平衡位置的过程中，第一阻尼器中的第一杆在第二杆中自由滑动，不会产生阻尼力，第二阻尼器中的第三杆在第四杆中自由滑动，也不会产生阻尼力；
3)第一结构物回复到平衡位置后，产生接近于第二结构物的位移时，第一阻尼器中的第二杆推动第一杆前行，产生阻尼力；第二阻尼器中的第四杆推动第三杆前行，产生阻尼力；
4)第一结构物在回复平衡的过程中，第一杆与第二杆自由滑动，第一阻尼器不会产生阻尼力；第三杆与第四杆自由滑动，不会产生阻尼力。
第一结构物的第二个“远离-回复-接近-回复”，第一阻尼器、第二阻尼器与“第一个远离-回复-接近-回复”中的第一阻尼器的表现相同。
当第一结构物发生“接近-回复-远离-回复-接近-回复-远离-回复…..”时，在第一个“接近-回复-远离-回复”循环中，第一阻尼器、第二阻尼器的表现如下：
1)第一结构物产生接近第二结构物的位移时，第一阻尼器中的第二杆与第一杆自由滑动，第一阻尼器不产生阻尼力；而第二阻尼器的第四杆在推动第三杆，第二阻尼器产生阻尼力；
2)第一结构物回复到平衡位置的过程中，第一阻尼器中的第一杆在第二杆中自由滑动，不会产生阻尼力，第二阻尼器中的第三杆在第四杆中自由滑动，也不会产生阻尼力；
3)第一结构物回复到平衡位置后，产生远离于第二结构物的位移时，第一阻尼器中的第二杆推动第一杆前行，产生阻尼力；第二阻尼器中的第四杆推动第三杆前行，产生阻尼力；
4)第一结构物在回复平衡的过程中，第一杆与第二杆自由滑动，第一阻尼器不会产生阻尼力；第三杆与第四杆自由滑动，不会产生阻尼力。
第一结构物的第二个“接近-回复-远离-回复”，第一阻尼器、第二阻尼器与“第一个接近-回复-远离-回复”中的第二阻尼器的表现相同。
对于结构物而言，远离位移△1一般等于接近位移△2，两者可统一称作振幅。
需要重点说明的是：对于第一阻尼器而言：
当第一杆在第二杆中自由滑动的距离＝第一结构物的振幅时，第一阻尼器在回复平衡的过程中，不会产生阻尼力；
当第一杆在第二杆中自由滑动的距离>2倍的第一结构物的振幅时，第一个循环结束后，第一杆的卡接部会停留在第二杆中间，第二杆的2个端部无法接触到第一杆的卡接部，且卡接部距离第二杆的远离第一结构物的端部＝第一结构物的振幅，第一阻尼器无法产生阻尼力，此时相当于未设置第一阻尼器；
当2倍的第一结构物的振幅时>第一杆在第二杆中自由滑动的距离>1倍的第一结构物的振幅时，第一个循环结束后，第一杆的卡接部会停留在第二杆中间，卡接部距离第二杆的远离第一结构物的端部＝第一杆在第二杆中自由滑动的距离-第一结构物的振幅；此时，从第二个循环开始，在第一结构物从平衡位置产生“第一杆在第二杆中自由滑动的距离-第一结构物的振幅”距离的位移中，第一阻尼器均无法产生阻尼力；在回复平衡的过程中，不会产生阻尼力；
当第一杆在第二杆中自由滑动的距离<第一结构物的振幅时，第一阻尼器在回复平衡的过程中，在“第一结构物的振幅-第一杆在第二杆中自由滑动的距离”距离内，会产生阻尼力；
第二阻尼器的情况与第一阻尼器类似。
对于框架结构而言，振幅必然是不断的减少。当结构物的振幅减小到第一杆在第二杆中自由滑动的距离的0.5倍时，相当于未设置第一阻尼器(阻尼器不再参与耗能)。因此，采用本发明的方案，合理选择第一杆在第二杆中自由滑动的距离、第三杆在第四杆中自由滑动的距离是关键。
相比较于常规的粘滞阻尼器，其在振幅较小时，耗能效果也在不断减小。为了尽可能的发挥粘滞阻尼器的效果、同时减少结构物回复到平衡位置时产生的阻尼力，将第一杆在第二杆中自由滑动的距离、第三杆在第四杆中自由滑动的距离设置为在地震作用下的层间最大位移的0.5-1倍为佳。
框架结构在地震作用下的层间最大位移在设计阶段，可通过计算得到。
以第一杆在第二杆中自由滑动的距离、第三杆在第四杆中自由滑动的距离设置为在地震作用下的层间最大位移的0.9倍为例说明，框架结构的第一阻尼器、第二阻尼器经历以下几个阶段，如下表1所示，表中有利的阻尼力指的是：结构物从平衡位置产生远离/接近的位移时产生的阻尼力，而不利的阻尼力指的是结构物恢复到平衡位置时产生的阻尼力。
表1
以上已详细描述了本方面的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书的保护范围中。

Claims (3)

1.一种被动型粘滞阻尼器，安装在第一结构物（3）与第二结构物（4）之间；
包括：第一阻尼器（1）、第二阻尼器（2）；
第一阻尼器（1）为油缸式阻尼器，包括第一油缸连接杆（1-1）、第一活塞杆（1-2）、第一油缸；第二阻尼器（2）为油缸式阻尼器，包括第二油缸连接杆（2-1）、第二活塞杆（2-2）、第二油缸；
其特征在于：
所述第一活塞杆（1-2）、第二活塞杆（2-2）、均是可伸缩杆；
所述第一活塞杆（1-2）包括：第一杆（1-2-1）、第二杆（1-2-2），第一杆（1-2-1）的一端与第一阻尼器的活塞连接、另一端插入到第二杆中，第二杆（1-2-2）与第一结构物（3）连接；
所述第二活塞杆（2-2）包括：第三杆（2-2-1）、第四杆（2-2-2），第三杆（2-2-1）的一端与第二阻尼器的活塞连接、另一端插入到第四杆中，第四杆（2-2-2）与第一结构物（3）连接；
第一油缸连接杆（1-1）、第二油缸连接杆（2-1）与第二结构物（4）连接；
第一杆、第三杆插入到第二杆、第四杆的一端设置有卡接部；
初始状态下，第一杆（1-2-1）中的远离活塞的端部的卡接部与第二杆（1-2-2）远离第一结构物（3）的端部紧贴，第三杆（2-2-1）中的远离活塞的端部的卡接部与第四杆（2-2-2）靠近第一结构物（3）的端部紧贴；
第一杆在第二杆中自由滑动的距离小于或等于结构物的最大振幅，第三杆在第四杆中自由滑动的距离小于或等于结构物的最大振幅。
2.如权利要求1所述的一种被动型粘滞阻尼器，其特征在于，第一杆在第二杆中自由滑动的距离为结构物的最大振幅的0.5-1.0倍。
3.如权利要求1所述的一种被动型粘滞阻尼器，其特征在于，第三杆在第四杆中自由滑动的距离为结构物的最大振幅的0.5-1.0倍。
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