CN108457168B - 一种自定心粘滞流体阻尼器 - Google Patents

一种自定心粘滞流体阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自定心粘滞流体阻尼器，包括第一内筒，第二内筒，外筒，内油缸盖，活塞，活塞杆，硅油，外油缸盖，弹簧单元，限位板，限位销，连接销，内筒盖，外筒盖和连接头。由于内外筒的相互作用，使阻尼器不论是受拉还是受压，弹簧均处于进一步受压状态。弹簧在处于初始平衡位置时已施加了可克服摩擦力和复位力的预压力，当弹簧进一步受压后，弹簧的反弹力会推动阻尼器回到初始平衡位置，进而推动结构自动复位。在地震过程中，活塞在油缸内的反复运动会耗散地震能量。采用本发明制造的阻尼器可用于建筑和桥梁等结构的消能减震及震后自动复位。

Description

一种自定心粘滞流体阻尼器
技术领域
本发明属于建筑及桥梁结构保护技术领域，涉及一种自定心粘滞流体阻尼器。
背景技术
现阶段，按照我国抗震规范要求进行结构设计时，结构应满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标，即允许结构在罕遇地震作用下出现较大的塑形变形来耗散能量。结构在大震后存在较大的残余变形，如若修复其难度大费用高，一些建筑甚至无法修复，只能推倒重建，这都造成了极大的资源浪费。因此，人们对结构如何实现自动复位进行了研究。
现有对于结构自动复位的实现，主要是通过摇摆结构或增设自动复位摩擦耗能支撑来实现。摇摆结构主要通过在结构上施加预应力来实现自动复位，增设摩擦件及自身的摇摆来耗能。摇摆结构应用于新建结构时较易实现，但把已有建筑改造为摇摆结构时，施工工作量相对较大。自动复位摩擦耗能支撑能表现出不错的耗能能力和复位能力，但结构增设自动复位耗能支撑之后，结构在变形最大时，耗能支撑的出力也最大。而结构在变形最大时，速度会改变方向，耗能支撑出力也就改变方向，与结构位移方向相同的最大阻尼力会加大结构的变形。
发明内容
技术问题：本发明提供一种可用于建筑和桥梁等结构的消能减震及震后自动复位，保留了粘滞流体阻尼器良好消能减震能力又能让结构在震后实现完全自动复位的自定心粘滞流体阻尼器。
技术方案：本发明的自定心粘滞流体阻尼器，包括外筒、设置在所述外筒中的第一内筒和第二内筒、设置在所述第一内筒一端的内油缸盖和另一端的内筒盖、设置在第一内筒内侧中部的外油缸盖、设置在所述第一内筒中并穿过内油缸盖和外油缸盖的活塞杆、设置在活塞杆上并位于内油缸盖和外油缸盖之间的活塞、设置在第一内筒中并穿过内筒盖的连接销、设置在活塞杆和连接销之间的限位板、安装在所述限位板侧面的限位销，活塞杆位于外油缸盖与限位板之间的部分套有弹簧单元，第二内筒一端与第一内筒连接，另一端连接有外筒盖，所述外筒盖上设置有连接头，第一内筒和外筒上开有相互对应的槽，所述限位销嵌入槽并能在其中沿外筒轴向移动，
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述内油缸盖、外油缸盖和第一内筒之间形成油缸，所述油缸内灌注有硅油，活塞放置于油缸内并和活塞杆连接在一起，活塞杆横穿油缸。
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述第一内筒和第二内筒为连接在一起部件。
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述第一内筒和第二内筒能在外筒中自由移动，槽的长度等于阻尼器的行程和限位销厚度之和。
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述弹簧单元施加有预压力。
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述弹簧单元的预压力等于该阻尼器的摩擦力及需对外部结构施加的复位力的和。
进一步的，本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述弹簧单元为复合弹簧或碟簧。
本发明的自定心粘滞流体阻尼器中，所述第一内筒、第二内筒、外筒和活塞杆应满足在使用时不发生屈曲变形的要求。第一内筒和第二内筒应能刚好放进外筒中且能自由移动；第一内筒和外筒上的槽是对应的，各为两个；槽的长度等于阻尼器的行程和限位销厚度之和，宽度等于限位销宽度加上其能在槽中自由活动所需的间隙。
进一步的，所述限位板的外径为第一内筒内径减去限位板可自由活动所需间隙，厚度应满足对弹簧施加预压力而不发生屈曲变形的要求；限位销的横截面满足对弹簧施加预压力而不发生屈曲变形的要求；
进一步的，所述弹簧单元的预压力等于该阻尼器的摩擦力及需对外部结构施加的复位力的和。
进一步的，所述阻尼器不论是受拉还是受压，弹簧单元均处于进一步受压状态。该阻尼器相当于同时包含耗能系统和复位系统两部分，耗能系统是由第一内筒、硅油、活塞、活塞杆、内油缸盖和外油缸盖组成，复位系统是由第一内筒、外筒、活塞杆、限位板、限位销和施加预载的弹簧单元组成。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.良好的耗能能力。当安装了该阻尼器的结构遭遇地震时，阻尼器受到拉压反复作用，活塞在油缸内做往复运动，硅油快速通过活塞上小孔，进而把振动能量转化为热能耗散掉。
2.不论阻尼器是受拉还是受压，弹簧单元都是进一步被压缩的。当阻尼器受压时，连接销和限位板会推动活塞杆向左移动，进而进一步压缩弹簧单元。当阻尼器受拉时，连接销拉动内筒一起向右移动，而外筒会拉动限位销及限位板向左移动，进而弹簧单元又再次进一步受压。
3.可使结构震后实现完全自动复位。现有液体黏弹性阻尼器具有一定的复位能力，但并不能实现完全复位。因为，当阻尼器在平衡位置时，不论弹簧是否施加预载，这对弹簧的力均是相互平衡的，合力为零。而阻尼器自身有摩擦力的存在，再加上结构复位所需的力，当阻尼器不在平衡位置时，其并不能完全回到初始平衡位置，即不能实现结构的完全复位。而当结构安装了本发明提出的阻尼器后，震后在结构将要出现残余变形时，不论阻尼器处于受压或受拉状态，已施加预载弹簧单元进一步被压缩，而弹簧单元在处于初始平衡位置时已施加了可克服摩擦力和复位力的预压力，当弹簧单元进一步受压后，弹簧单元的反弹力会推动阻尼器回到初始平衡位置，进而实现结构自动复位。
4.施工方便。相较于摇摆结构而言，本发明阻尼器不论用于新建建筑还是加固已有建筑，施工都比较简便。
5.与自动复位耗能支撑相比，本发明不会加大结构变形。结构增设复位耗能支撑之后，结构在变形最大时，耗能支撑的出力也最大。而结构在变形最大时，速度会改变方向，耗能支撑出力也就改变方向，与结构位移方向相同的最大阻尼力会加大结构的变形。但是，本发明的阻尼器，黏滞耗能，在变形最大时，速度为零，阻尼器出力为零，不会出现加大结构变形的情况。
附图说明
图1-阻尼器示意图；
图2(a)为第一内筒纵剖图，图2(b)为1-1截面图；
图3-外筒纵剖图；
图4-限位板及限位销剖面图；
图5-阻尼器平衡状态示意图；
图6-阻尼器受拉状态示意图；
图7-阻尼器受压状态示意图。
图中有：1-第一内筒，2-第二内筒，3-外筒，4-内油缸盖，5-活塞，6-活塞杆，7-硅油，8-外油缸盖，9-弹簧单元，10-限位板，11-限位销，12-连接销，13-内筒盖，14-外筒盖，15-连接头，16-槽。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
本发明提出的自定心粘滞流体阻尼器，具体实施过程如下：
(1)在第一内筒1一端安装上内油缸盖4，再把活塞5和活塞杆6组装在一起放入第一内筒1内，活塞杆6的一端穿过内油缸盖4，活塞5位于油缸内，然后向油缸内注入硅油7，待注满后在第一内筒1中部安装上外油缸盖8，活塞杆6的另一端穿过外油缸盖8。
(2)把第二内筒2安装在第一内筒1有内油缸盖4的一端，然后把外筒3套在第一内筒1和第二内筒2外面，第一内筒1和第二内筒2能在外筒3中自由移动。
(3)穿过活塞杆6向第一内筒1内放入弹簧单元9，并挨着弹簧单元9在第一内筒1内放入限位板10，弹簧单元9为复合弹簧或碟簧。
(4)预压限位板10和弹簧单元9到指定预压力，然后把限位销11穿过外筒3和第一内筒1上槽16插入限位板10内。预压力等于该阻尼器的摩擦力及需对外部结构施加的复位力的和。第一内筒1和外筒3上已开有相互对应的槽16，所述限位销11嵌入槽16并能在其中沿外筒3轴向自由移动。槽16的长度等于阻尼器的行程和限位销11厚度之和，把弹簧单元9预压到指定预压力后在限位板10内插入限位销11后，限位销11也刚好位于槽16边缘。
(5)在第一内筒1内再放入连接销12，并在此端部安装上内筒盖13，在外筒3的另一端上安装上外筒盖14，所述外筒盖14上设置有连接头15。
当结构安装了本发明提出的阻尼器后，在结构遭遇地震时，阻尼器受到拉压反复作用，活塞5在油缸内做往复运动，硅油7快速通过活塞5上小孔，进而把振动能量转化为热能耗散掉。震后在结构将要出现残余变形时，当阻尼器受压时，连接销12和限位板11会推动活塞杆6向左移动，进而进一步压缩弹簧单元9。当阻尼器受拉时，连接销12拉动第一内筒1和第二内筒2一起向右移动，而外筒3会拉动限位销11及限位板10向左移动，进而弹簧单元9又再次进一步受压。即不论阻尼器处于受压或受拉状态，已施加预载弹簧单9元进一步被压缩，而弹簧单元9在处于初始平衡位置时已施加了可克服摩擦力和复位力的预压力，当弹簧单元9进一步受压后，弹簧单元9的反弹力会推动阻尼器回到初始平衡位置，进而实现结构自动复位。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种自定心粘滞流体阻尼器，其特征在于，该阻尼器包括外筒(3)、设置在所述外筒(3)中的第一内筒(1)和第二内筒(2)、设置在所述第一内筒(1)一端的内油缸盖(4)和另一端的内筒盖(13)、设置在第一内筒(1)内侧中部的外油缸盖(8)、设置在所述第一内筒(1)中并穿过内油缸盖(4)和外油缸盖(8)的活塞杆(6)、设置在活塞杆(6)上并位于内油缸盖(4)和外油缸盖(8)之间的活塞(5)、设置在第一内筒(1)中并穿过内筒盖(13)的连接销(12)、设置在活塞杆(6)和连接销(12)之间的限位板(10)、安装在所述限位板(10)侧面的限位销(11)，活塞杆(6)位于外油缸盖(8)与限位板(10)之间的部分套有弹簧单元(9)，第二内筒(2)一端与第一内筒(1)连接，另一端连接有外筒盖(14)，所述外筒盖(14)上设置有连接头(15)，第一内筒(1)和外筒(3)上开有相互对应的槽(16)，所述限位销(11)嵌入槽(16)并能在其中沿外筒(3)轴向移动，所述弹簧单元(9)施加有预压力，所述弹簧单元(9)的预压力等于该阻尼器的摩擦力及需对外部结构施加的复位力的和。
2.根据权利要求1所述的一种自定心粘滞流体阻尼器，其特征在于，所述内油缸盖(4)、外油缸盖(8)和第一内筒(1)之间形成油缸，所述油缸内灌注有硅油(7)，活塞(5)放置于油缸内并和活塞杆(6)连接在一起，活塞杆(6)横穿油缸。
3.根据权利要求1所述的一种自定心粘滞流体阻尼器，其特征在于，所述第一内筒(1)和第二内筒(2)为连接在一起部件。
4.根据权利要求1所述的一种自定心粘滞流体阻尼器，其特征在于，所述第一内筒(1)和第二内筒(2)能在外筒(3)中自由移动，槽(16)的长度等于阻尼器的行程和限位销(11)厚度之和。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种自定心粘滞流体阻尼器，其特征在于，所述弹簧单元(9)为复合弹簧或碟簧。
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