CN108442559A - 一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器 - Google Patents

一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种高阻尼橡胶‑摩擦复合型阻尼器，包括上下两块缸体、前后两块盖板、活塞、前后两块活塞盖板、活塞杆、两个高阻尼橡胶块、低摩擦系数和高摩擦系数摩擦板各一、摩擦片、前后连接件和端板；上下两块缸体以及前后两块盖板通过高强螺栓连接成为一个腔体；腔体内侧贴设有摩擦系数不同的摩擦板，可供活塞上的摩擦片与摩擦板产生相对滑动；所述的活塞在滑动时可通过活塞盖板挤压两侧的高阻尼橡胶，使得高阻尼橡胶发生压缩变形。本发明通过摩擦片和摩擦板产生的摩擦力以及高阻尼橡胶块产生的变形共同进行耗能，耗能效果更强，具有摩擦力可变、自复位效果好、初始刚度低、便于装卸及维修等特点。

Description

一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器
技术领域
本发明属于工程结构减隔震领域，涉及到一种可用于工程结构抗震的高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器。
背景技术
为了减小结构的地震响应，可以通过在结构物的某些部位增设阻尼器，以增加结构对于能量的耗散能力。目前阻尼器可分为位移相关型阻尼器，如摩擦阻尼器、金属阻尼器；以及速度相关型阻尼器，如粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器。其中，粘滞阻尼器存在容易漏油的问题，因此需求更好的密封性，造价更为昂贵；金属阻尼器中大多存在可恢复性差的问题，其形状的改变会对其耗能能力造成显著的影响。
摩擦阻尼器利用摩擦面的相对摩擦以耗散能量，然而传统的摩擦阻尼器只能提供单一的摩擦力，阻尼力不随位移的改变发生显著的变化，不具备在地震的不同阶段提供不同的阻尼力的特点。当其起滑力设置得过高时，装置可能不起滑或由于滑动历程较小而无法产生良好的耗能作用；当起滑力设置的过低时，则在大震中无法达到所需的耗能能力。因此可采用摩擦系数变化的方法，当结构处于正常使用阶段时，提供较小的摩擦力，以满足温度等引起的变形；当地震来袭时，摩擦力随着位移的增大逐渐变大，以达到结构所需的耗能效果。
粘弹性阻尼器利用粘弹性材料的变形进行耗能。高阻尼橡胶是一种性能优良的粘弹性材料，具有超弹性、高阻尼、且相较于普通橡胶有着宽温域低频率相关性等特点。利用不同耗能机制，将变摩擦系数的摩擦耗能与高阻尼橡胶的粘弹性耗能方式相结合，可以更好的实现工程结构的减震控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，这种阻尼器具有摩擦力随位移的变化而变化的特点，综合利用了高阻尼橡胶耗能以及摩擦耗能两种机制共同耗能。
本发明的技术方案：
一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，包括上缸体、下缸体、前盖板、后盖板、活塞、活塞前盖板、活塞后盖板、活塞杆、第一高阻尼橡胶块、第二高阻尼橡胶块、第一摩擦板、第二摩擦板、摩擦片、前连接件、后连接件和端板；
所述的上缸体和下缸体为两端敞口的半中空管，二者对合相连形成中空管，所述的前盖板固定在中空管一端，且前盖板外侧通过前连接件与建筑构件Ⅰ相连；所述的后盖板留有通孔，固定于中空管的另一端；
所述的第一摩擦板和第二摩擦板周向贴设在中空管内壁，第二摩擦板分设与第一摩擦板的两侧，且第一摩擦板的摩擦系数低于第二摩擦板的摩擦系数；
所述的活塞两侧分别固定有活塞前盖板和活塞后盖板；活塞杆一端连接在活塞后盖板上，另一端穿过活塞后盖板的通孔与端板相连，活塞杆与端板间通过肋板加固，端板通过后连接件与建筑构件Ⅱ相连；所述的摩擦片固定在活塞的外侧，随着活塞在中空管中的滑动，与第一摩擦板或第二摩擦板进行摩擦耗能减震；
所述的第一高阻尼橡胶块一侧固定在前盖板上，另一侧与活塞前盖板接触；所述的第二高阻尼橡胶块一侧固定在后盖板上，另一侧与活塞后盖板接触，其上留有供活塞杆穿过的通孔；当活塞滑动时，压缩第一高阻尼橡胶块或第二高阻尼橡胶块发生压缩变形，进行粘弹性耗能减震。
所述上缸体与下缸体对合的间距能调节，进而调节摩擦片与第一摩擦板或第二摩擦板之间的摩擦力大小。
所述的上缸体与下缸体之间通过第二高强螺栓进行对合连接，对合处设置橡胶垫片，通过调节第二高强螺栓的松紧程度来控制上缸体与下缸体的间距，进而调节摩擦片与第一摩擦板或第二摩擦板之间的摩擦力大小。
所述的前盖板或后盖板与上缸体或下缸体之间通过第一高强螺栓进行连接。
所述的摩擦片为钢质摩擦片。
所述的第一摩擦板为聚四氟乙烯板，第二摩擦板为黄铜板。
建筑构件Ⅰ和建筑构件Ⅱ是组成同一个建筑物上的两个构件，在地震作用下，两者会发生相对位移。
本发明的有益效果：本文提出了一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器。该阻尼器综合了摩擦耗能及粘弹性耗能两种耗能方式：一方面摩擦力在正常使用过程中较小，阻尼器的刚度低，减少建筑物由于温度引起的内力，在地震来袭时摩擦力随位移的增加而变大，利用阻尼器的摩擦力进行耗能；另一方面高阻尼橡胶在正常使用过程中轴向刚度低变形能力强，可满足温度变形的要求，在地震来袭时高阻尼橡胶产生较大的压缩变形进行耗能，同时刚度变大并提供了阻尼器的自复位效果。该阻尼器遵循了阻尼器的轻量化设计原则，装卸简单，便于震后的维修及更换摩擦片；可靠性高，耐久性好；可以通过摩擦片及摩擦板的材料和贴设宽度、高阻尼橡胶块的截面积和长度、上下缸体的间隙，以调整阻尼器的刚度和阻尼，满足不同的耗能减震需求。
附图说明
图1为本发明的高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器的结构示意图。
图2是图1的A-A剖面示意图。
图3是图2的B-B剖面示意图。
图中：1上缸体；2下缸体；3前盖板；4后盖板；5活塞；6活塞前盖板；7活塞后盖板；8活塞杆；9第一高阻尼橡胶块；10第二高阻尼橡胶块；11第一摩擦板；12第二摩擦板；13摩擦片；14前连接件；15后连接件；16肋板；17端板；18第一高强螺栓；19第二高强螺栓；20橡胶垫片。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，包括上缸体1、下缸体2、前盖板3、后盖板4、活塞5、活塞前盖板6、活塞后盖板7、活塞杆8、第一高阻尼橡胶块9、第二高阻尼橡胶块10、第一摩擦板11、第二摩擦板12、摩擦片13、前连接件14、后连接件15和端板17；
所述的上缸体1和下缸体2为两端敞口的半中空管，二者通过第二高强螺栓19进行对合连接形成中空管，对合处设置橡胶垫片20；所述的前盖板3通过第一高强螺栓18固定在中空管一端，且前盖板3外侧通过前连接件14与建筑构件Ⅰ相连；所述的后盖板4留有通孔，通过第一高强螺栓18固定于中空管的另一端；
所述的第一摩擦板11和第二摩擦板12周向贴设在中空管内壁，第二摩擦板12分设与第一摩擦板11的两侧，且第一摩擦板11的摩擦系数低于第二摩擦板12的摩擦系数；
所述的活塞5两侧分别固定有活塞前盖板6、活塞后盖板7；活塞杆8一端连接在活塞后盖板7上，另一端穿过活塞后盖板4的通孔与端板17相连，端板17通过后连接件15与建筑构件Ⅱ相连；所述的摩擦片13固定在活塞5的外侧，随着活塞5在中空管中的滑动，与第一摩擦板11或第二摩擦板12进行摩擦耗能减震；通过调节第二高强螺栓19的松紧程度来控制上缸体1与下缸体2的间距，进而调节摩擦片13与第一摩擦板11或第二摩擦板12之间的摩擦力大小；
所述的第一高阻尼橡胶块9一侧固定在前盖板3上，另一侧与活塞前盖板6接触；所述的第二高阻尼橡胶块10一侧固定在后盖板4上，另一侧与活塞后盖板接触，其上留有供活塞杆8传过的通孔；当活塞5滑动时，压缩第一高阻尼橡胶块9或第二高阻尼橡胶块10发生压缩变形，进行粘弹性耗能减震。
所述的摩擦片13为钢质摩擦片。所述的第一摩擦板11为聚四氟乙烯板，第二摩擦板12为黄铜板。
所述建筑构件Ⅰ和建筑构件Ⅱ是组成同一个建筑物上的两个构件，在地震作用下，两者会发生相对位移。
本发明高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器的参数，如缸内腔体体积、高阻尼橡胶块尺寸、摩擦板的贴设宽度、摩擦板及摩擦片的材料等可以根据实际产品的需要，由试验及计算确定。
本发明的工作过程是：该阻尼器在正常使用过程中，结构物由温度等因素产生的位移引起活塞杆和活塞体运动，活塞体上的摩擦片在较低摩擦系数摩擦板上滑动，同时高阻尼橡胶块产生挤压变形。由于此时摩擦力小，高阻尼橡胶块的轴向刚度低、变形能力较强，因此阻尼器的刚度较低，可满足建筑物温度变形的要求。在地震作用下，建筑构件Ⅰ和建筑构件Ⅱ产生较大的相对位移，同时会导致活塞杆和活塞体发生运动，活塞体上的摩擦片从较低摩擦系数摩擦板逐渐滑动到较高摩擦系数摩擦板上，由于摩擦片进入较高摩擦系数摩擦板上的面积不断增大，摩擦力也随位移的增加而不断增大。同时高阻尼橡胶块产生较大的挤压变形进行耗能，当高阻尼橡胶块变形到达一定程度后，其直径变大至塞满高阻尼橡胶块与上下缸体之间的空隙，缸体对其提供强大的约束力，此时高阻尼橡胶进入超弹性阶段并具有极大的轴向承载力。因此在地震过程中，利用摩擦片和摩擦板产生的摩擦力及高阻尼橡胶块的超弹性、高阻尼达到了耗能减震的目的，并在地震后通过高阻尼橡胶带动活塞回到平衡位置实现自复位功能。

Claims (10)

1.一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，包括上缸体(1)、下缸体(2)、前盖板(3)、后盖板(4)、活塞(5)、活塞前盖板(6)、活塞后盖板(7)、活塞杆(8)、第一高阻尼橡胶块(9)、第二高阻尼橡胶块(10)、第一摩擦板(11)、第二摩擦板(12)、摩擦片(13)、前连接件(14)、后连接件(15)和端板(17)；
所述的上缸体(1)和下缸体(2)为两端敞口的半中空管，二者对合相连形成中空管，所述的前盖板(3)固定在中空管一端，且前盖板(3)外侧通过前连接件(14)与建筑构件Ⅰ相连；所述的后盖板(4)留有通孔，固定于中空管的另一端；
所述的第一摩擦板(11)和第二摩擦板(12)周向贴设在中空管内壁，第二摩擦板(12)分设于第一摩擦板(11)的两侧，且第一摩擦板(11)的摩擦系数低于第二摩擦板(12)的摩擦系数；
所述的活塞(5)两侧分别固定有活塞前盖板(6)和活塞后盖板(7)；活塞杆(8)一端连接在活塞后盖板(7)上，另一端穿过活塞后盖板(4)的通孔与端板(17)相连，端板(17)与活塞杆(8)间通过肋板(16)加固，端板(17)通过后连接件(15)与建筑构件Ⅱ相连；所述的摩擦片(13)固定在活塞(5)的外侧，随着活塞(5)在中空管中的滑动，与第一摩擦板(11)或第二摩擦板(12)进行摩擦耗能减震；
所述的第一高阻尼橡胶块(9)一侧固定在前盖板(3)上，另一侧与活塞前盖板(6)接触；所述的第二高阻尼橡胶块(10)一侧固定在后盖板(4)上，另一侧与活塞后盖板(7)接触，其上留有供活塞杆(8)穿过的通孔；当活塞(5)滑动时，压缩第一高阻尼橡胶块(9)或第二高阻尼橡胶块(10)发生压缩变形，进行粘弹性耗能减震。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述上缸体(1)与下缸体(2)对合的间距能调节，进而调节摩擦片(13)与第一摩擦板(11)或第二摩擦板(12)之间的摩擦力大小。
3.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的上缸体(1)与下缸体(2)之间通过第二高强螺栓(19)进行对合连接，对合处设置橡胶垫片(20)，通过调节第二高强螺栓(19)的松紧程度来控制上缸体(1)与下缸体(2)的间距，进而调节摩擦片(13)与第一摩擦板(11)或第二摩擦板(12)之间的摩擦力大小。
4.根据权利要求1或2所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的前盖板(3)或后盖板(4)与上缸体(1)或下缸体(2)之间通过第一高强螺栓(18)进行连接。
5.根据权利要求3所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的前盖板(3)或后盖板(4)与上缸体(1)或下缸体(2)之间通过第一高强螺栓(18)进行连接。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的摩擦片(13)为钢质摩擦片。
7.根据权利要求3所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的摩擦片(13)为钢质摩擦片。
8.根据权利要求4所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的摩擦片(13)为钢质摩擦片。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的第一摩擦板(11)为聚四氟乙烯板，第二摩擦板(12)为黄铜板。
10.根据权利要求6所述的一种高阻尼橡胶-摩擦复合型阻尼器，其特征在于，所述的第一摩擦板(11)为聚四氟乙烯板，第二摩擦板(12)为黄铜板。
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