CN108331193B - 一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，包括外套筒和设置于外套筒内的内筒，所述阻尼器通过两端的连接杆与外部结构相连，其中，一端的连接杆穿过外套筒的一端与内筒的一端相连，另一端的连接杆与外套筒的另一端相连，内筒的另一端与外套筒的另一端之间还设置有复位弹簧，所述外套筒和内筒之间设置有摩擦结构。本发明的方形套筒式自复位金属阻尼器，兼具金属摩擦耗能和SMA弹簧耗能，通过在内筒开槽，通过在外套筒开螺栓孔来增加阻尼力，具有在受压和手拉两种状态时自复位功能，本发明制作简单，受力合理，阻尼力大，初始刚度大，耗能能力大，价格低廉，减振耗能稳定，耐久性好。

Description

一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及一种方形套筒式金属阻尼器，属于工程结构减振控制领域

背景技术

地震给全世界人类带来了巨大的灾难，如何有效控制建筑结构在地震作用下的破坏以及倒塌是工程结构抗震研究领域亟待解决的问题。目前主要有被动控制、主动控制和半主动控制等几种减振控制方法。被动控制设备构造简单，造价低，易于维护以及不需要外部能源，是一种应用广泛的地震减振控制方法。被动控制主要有隔震垫、液压阻尼器、液体粘弹性阻尼器和质量调谐阻尼器等等。但是隔震垫会有橡胶老化问题，液体粘滞阻尼器加工制作困难，价格高，存在漏油的问题。质量调谐阻尼器存在本身的自振频率与主体结构自振频率相差很远，从而引起减振控制效果差的问题，粘弹性阻尼器存在在地震往复荷载作用下抗疲劳能力差，粘弹性材料耐久性差的缺点。还有一种摩擦阻尼器，存在初始刚度小承载力低，在大震作用下存在自复位功能差的问题。

公开号为CN106121336A的中国专利公布了一种形状记忆合金绞线-环形弹簧拼装式自复位阻尼器，包括耗能器、内套筒、外套筒、圆盘、两个及以上SMA 绞线，所述外套筒与所述内套筒交错布置，使SMA绞线始终处于受拉状态，所述两个及以上SMA绞线沿圆周分别均匀的布置，并与所述圆盘固定连接。形状记忆合金是一种新型材料，具有形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性。利用SMA 的超弹性和阻尼特性制作的被动耗能阻尼器与其他阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，变形大且可自复位等优点。

发明内容

为了克服上述阻尼器问题，本发明提供一种方形套筒自复位金属摩擦阻尼器，该阻尼器可以通过增加内筒槽的数量以及外筒高强螺栓的数量提高阻尼器的阻尼力，在大震作用下能够发挥耗散地震输入的能量。通过螺旋弹簧提高阻尼器的初始刚度。而且该套筒式自复位金属摩擦阻尼器在地震作用下不容易破坏，具有在SMA螺旋弹簧在受压和受拉状态下均能有自复位功能。

为了实现上述功能，本发明采用如下技术方案。

一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，包括外套筒和设置于外套筒内的内筒，所述阻尼器通过两端的连接杆与外部结构相连，其中，一端的连接杆穿过外套筒的一端与内筒的一端相连，另一端的连接杆与外套筒的另一端相连，内筒的另一端与外套筒的另一端之间还设置有复位弹簧，所述外套筒和内筒之间设置有摩擦结构。

作为本发明的进一步改进，所述摩擦结构为，在内筒和外套筒之间留有间隙，间隙之间涂有摩擦材料。

作为本发明的进一步改进，所述间隙为5毫米。

作为本发明的进一步改进，所述摩擦结构包括螺栓，在内筒的表面沿轴向开设长条状槽，沿外套筒上与所述长条状槽对应的轴向设置若干螺栓孔，所述螺栓安装至内筒的槽底。

作为本发明的进一步改进，所述外套筒和内筒为方形。

作为本发明的进一步改进，所述复位弹簧为SMA螺旋弹簧。

作为本发明的进一步改进，所述复位弹簧并列设置若干个。

本发明的有益效果为：

1、本发明的阻尼器制作简单，修理比较方便。提供的阻尼力大，初始刚度大，受力合理，耗能能力大。

2、耗能能力大，本发明兼具金属摩擦耗能以及SMA螺旋弹簧耗能。

3、本发明的带方形套筒的金属阻尼器具有在受压以及受拉两个方向自复位功能。

4、用途广泛，既可以用于楼层框架间，可以用于隔震层与隔震垫一起抗震，消耗地震能量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A剖面结构示意图。

图3是图1 中B-B剖面结构示意图。

图4是本发明在框架结构斜向阻尼器中的应用示意图。

图5是本发明在框架结构人字型阻尼器中的应用示意图。

图6是本发明在隔震结构中的应用示意图。

图中：1-连接杆，2-外套筒，3-内筒，4-槽，5-螺栓，6-摩擦材料，7-SMA 螺旋弹簧，8-本发明阻尼器，9-隔震垫。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器的结构如图1所示，图2和图3 分别是图1中A-A剖面和B-B剖面的结构示意图。本发明的阻尼器包括外套筒 2和设置于外套筒2内的内筒3。阻尼器通过两端的连接杆1与外部结构相连，其中，一端的连接杆1穿过外套筒2的一端与内筒3的一端相连，另一端的连接杆1与外套筒2的另一端相连，内筒3的另一端与外套筒2的另一端之间还设置有复位弹簧，所述外套筒2和内筒3之间设置有摩擦结构。该摩擦结构包含两部分：一是，在内筒3和外套筒2之间留有间隙，间隙之间涂有摩擦材料；二是在内筒3的表面沿轴向开设长条状槽，沿外套筒2上与该长条状槽对应的轴向设置若干螺栓孔，螺栓5穿过螺栓孔安装至内筒3的槽底。外套筒2和内筒3优选为方形。复位弹簧优选为SMA螺旋弹簧。

本发明阻尼器的摩擦耗能主要通过两方面来获得：一为内筒为和外筒之间的距离留5毫米间隙，间隙之间涂上聚四氟乙烯摩擦材料，当外筒和内筒之间的距离很小时，在地震作用下会产生一定的阻尼力；二为在方形内筒的每个表面开了三个槽，其数量、槽的宽度和深度按照地震力的大小以及减振要求进行计算，然后在外筒的相应位置隔一段距离开螺栓孔，螺栓的间距、直径以及长度根据设计要求进行计算，从外筒外把螺栓安装一直到内筒的槽底，这样做的好处主要有两个，一是为阻尼器在强震作用下通过高强螺栓与槽的摩擦提供了强大的阻尼力，二为内筒在套筒里的运动提供导向轨。

本发明阻尼器的弹簧耗能部分结构为：用SMA螺旋弹簧连接内筒以及外筒底部，一方面SMA螺旋弹簧和上述金属阻尼器一同耗散地震输入的能量，地震后，只要经过合理的设计，使得弹簧的恢复力大于内筒克服的阻尼力，阻尼器就可以自复位。

本发明阻尼器的制作步骤如下：

1、按照减振效果确定外套筒长宽高，内筒的截面尺寸以及内外筒之间缝隙间距，在外筒相应位置开螺栓孔。在外套筒内侧涂摩擦材料。

2、根据设计参数在内筒的四边挖槽。

3、外筒有四块钢板组成，材料用高强结构钢，先焊接其中的三块板，待外套管里的SMA螺旋弹簧和内筒安装完毕以后，通过焊接安装封板。

4、安装螺栓，并将螺栓拧紧。

5、通过焊接安装连接杆。

本发明主要用在框架结构在地震作用下的减振控制，有斜杆连接，有人字形连接方式，如图4和图5所示。本发明还可以应用在隔震结构中，把本发明中的连杆分别连接到上部结构和隔震层的下柱墩上，在地震作用下可以发挥减振耗能作用，如图6所示。

综上所述，本发明的方形套筒式自复位金属阻尼器，兼具金属摩擦耗能和 SMA弹簧耗能，通过在内筒开槽，通过在外套筒开螺栓孔来增加阻尼力，具有在受压和手拉两种状态时自复位功能，制作简单，受力合理，阻尼力大，初始刚度大，耗能能力大，价格低廉，减振耗能稳定，耐久性好的优点。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行描述，该描述没有限制性，实际的结构不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，其特征在于：包括外套筒(2)和设置于外套筒(2)内的内筒(3)，所述阻尼器通过两端的连接杆(1)与外部结构相连，其中，一端的连接杆(1)穿过外套筒(2)的一端与内筒(3)的一端相连，另一端的连接杆(1)与外套筒(2)的另一端相连，内筒(3)的另一端与外套筒(2)的另一端之间还设置有复位弹簧，所述外套筒(2)和内筒(3)之间设置有摩擦结构；所述摩擦结构为，在内筒(3)和外套筒(2)之间留有间隙，间隙之间涂有摩擦材料；同时，所述摩擦结构包括螺栓(5)，在内筒(3)的表面沿轴向开设长条状槽，沿外套筒(2)上与所述长条状槽对应的轴向设置若干螺栓孔，所述螺栓(5)穿过螺栓孔安装至内筒(3)的槽底。

2.根据权利要求1所述的一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，其特征在于：所述间隙为5毫米。

3.根据权利要求1所述的一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，其特征在于：所述外套筒(2)和内筒(3)为方形。

4.根据权利要求1所述的一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，其特征在于：所述复位弹簧为SMA螺旋弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种方形套筒式自复位金属摩擦阻尼器，其特征在于：所述复位弹簧并列设置若干个。

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