CN109826333A

CN109826333A - 一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器

Info

Publication number: CN109826333A
Application number: CN201910154229.3A
Authority: CN
Inventors: 刘国勇; 贺国徽; 刘海平; 朱冬梅
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: CN109826333B

Abstract

本发明提供一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，属于减震装置技术领域。该阻尼器包括滑动板、摩擦板、固定板、芯板、蝶形弹簧、预紧螺母和预紧螺栓。固定板、滑动板和摩擦板均成对使用，通过预紧螺母和预紧螺栓对称安装。阻尼器在螺栓预紧力作用下会产生一定的阻尼力，当阻尼器受外部载荷作用时，滑动板平直段与固定板平直段先行接触滑动，此时，滑动板与摩擦板接触面在恒定压力作用下实现摩擦耗能。本发明能够实现阻尼器随外部载荷变化而输出变阻尼力的特性，可适应不同烈度下的地震载荷。本发明具有结构对称、易于安装、使用方便、可承受偏载荷、结构自身具备行程限位功能等特征。

Description

一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及减震装置技术领域，特别是指一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器。

背景技术

地震作为一种破坏性的自然灾害，给人类的生存和发展造成极大的危险。长久以来，因地震而毁坏的房屋、桥梁等建筑不计其数，给人们造成的生命财产损失也无法估计。阻尼器作为减震结构中的重要组成构件，具有重要的研究价值。

传统的抗震设计思想是强调增强结构的刚度和变形能力来抵御地震作用，依赖自身结构件的塑性变形来耗散地震能量。然而，塑性变形的累积不可避免地造成一定程度的结构破坏。目前，摩擦阻尼器的工作原理主要是依靠预先设定的紧固力产生阻尼力来抵抗地震载荷，这种摩擦阻尼器的阻尼力输出单一，不具备随外部载荷变化而变化的自适应性特征，很难实现一种阻尼器结构同时满足不同强度地震条件下的减震、消能要求。

发明内容

本发明为解决传统摩擦阻尼器阻尼力输出单一，无法满足不同强度地震下减震、消能要求等问题，提供一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器。

该阻尼器包括滑动板、摩擦板、固定板、芯板、蝶形弹簧、预紧螺栓和预紧螺母；固定板、滑动板和摩擦板均成对使用，通过预紧螺栓和预紧螺母对称安装，预紧螺母和固定板直接设置蝶形弹簧；两个摩擦板镶嵌在芯板上下两面中被固定，芯板置于两个滑动板中间，滑动板与摩擦板接触面为主摩擦面；上部的滑动板的上方和下部的滑动板的下方分别设置固定板。

其中，滑动板包括一个滑动板上平直面二、两个滑动板上平直面一、两个滑动板上斜坡面一、两个滑动板上斜坡面二和两个滑动板上斜坡面三；滑动板上斜坡面一和滑动板上斜坡面二倾斜方向相同，用于受拉时与固定板对应的斜坡面贴合，滑动板上斜坡面一与滑动板上斜坡面三倾斜方向相反，用于受压时与固定板对应的斜坡面贴合；

固定板包括一个固定板上平直面二、两个固定板上平直面一、两个固定板上斜坡面一、两个固定板上斜坡面二和两个固定板上斜坡面三；固定板上斜坡面一和固定板上斜坡面二倾斜方向相同，固定板上斜坡面一与固定板上斜坡面三倾斜方向相反。

滑动板上斜坡面一和滑动板上斜坡面二上分别开设有椭圆形滑行槽，滑行槽的单向行程距离和滑动板中滑动板上平直面一的宽度相同，具有行程限位功能。

固定板上所有斜坡面坡比与滑动板上所有斜坡面坡比相同。

滑动板上斜坡面一和滑动板上斜坡面二的面积相同，且滑动板上斜坡面三的面积是滑动板上斜坡面一的二倍。

固定板上斜坡面一和固定板上斜坡面二的面积相同，且固定板上斜坡面三的面积是固定板上斜坡面一的二倍。

当摩擦阻尼器受拉伸载荷进入斜坡面时，滑动板中的滑动板上斜坡面一、滑动板上斜坡面二与固定板中的固定板上斜坡面一、固定板上斜坡面二贴合，此时，滑动板上斜坡面三与固定板上斜坡面三处于分离状态；当摩擦阻尼器受压缩载荷进入斜坡面时，滑动板上斜坡面三与固定板上斜坡面三贴合，此时，滑动板中的滑动板上斜坡面一、滑动板上斜坡面二与固定板中的固定板上斜坡面一、固定板上斜坡面二处于分离状态。

预紧螺母、预紧螺栓预紧后，压缩蝶形弹簧产生一定量预变形，使阻尼器保持初始恒定阻尼力；当作用在摩擦阻尼器上的外载荷小于初始阻尼力时，摩擦阻尼器未起滑，对周围连接结构起到刚性支撑作用；当作用在摩擦阻尼器上的外载荷大于初始阻尼力时，摩擦阻尼器起滑，对周围连接结构起到减震、消能作用。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明采用反向斜坡面结构设计，使固定板和斜坡板在斜面相互作用时受力更均匀，可以容易实现拉、压双向运动时变阻尼力输出，具有很好的工程实用性。

2、本发明采用反向斜坡面结构设计，使相邻斜坡面间存在“台阶”结构现象，利用此结构特征，摩擦阻尼器可实现垂直于运动方向的限位功能，并且能够承受偏载荷作用。

3、本发明既吸收了传统摩擦阻尼器结构简单、取材容易，造价低廉、消能能力强、性能受荷载及其频率大小影响较小等优点，又克服了传统摩擦阻尼器阻尼力输出单一、无法满足不同烈度地震条件下阻尼器消能的要求，具有稳定的滞回曲线、良好的消能能力、承受不同烈度的地震载荷等特点。

附图说明

图1为本发明的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器结构示意图；

图2为本发明中固定板和滑动板结合面示意图；

图3为本发明结构起滑前局部剖视图；

图4为本发明结构受拉进入斜坡面时局部剖视图；

图5为本发明结构受压进入斜坡面时局部剖视图。

其中：1-滑动板；2-摩擦板；3-固定板；4-芯板；5-蝶形弹簧；6-预紧螺栓；7-预紧螺母；a1-滑动板上平直面一；a3-滑动板上平直面二；a2-滑动板上斜坡面一；a4-滑动板上斜坡面二；a5-滑动板上斜坡面三；b1-固定板上平直面一；b3-固定板上平直面二；b2-固定板上斜坡面一；b4-固定板上斜坡面二；b5-固定板上斜坡面三。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器。

如图1所示，该阻尼器包括滑动板1、摩擦板2、固定板3、芯板4、蝶形弹簧5、预紧螺栓6和预紧螺母7；固定板3、滑动板1和摩擦板2均成对使用，通过预紧螺栓6和预紧螺母7对称安装，预紧螺母7和固定板3直接设置蝶形弹簧5；两个摩擦板2镶嵌在芯板4上下两面中被固定，芯板4置于两个滑动板1中间，滑动板1与摩擦板2接触面为主摩擦面；上部的滑动板的上方和下部的滑动板的下方分别设置固定板3。

如图2所示，滑动板1包括一个滑动板上平直面二a3、两个滑动板上平直面一a1、两个滑动板上斜坡面一a2、两个滑动板上斜坡面二a4和两个滑动板上斜坡面三a5；滑动板上斜坡面一a2和滑动板上斜坡面二a4倾斜方向相同，滑动板上斜坡面一a2与滑动板上斜坡面三a5倾斜方向相反；

固定板3包括一个固定板上平直面二b3、两个固定板上平直面一b1、两个固定板上斜坡面一b2、两个固定板上斜坡面二b4和两个固定板上斜坡面三b5；固定板上斜坡面一b2和固定板上斜坡面二b4倾斜方向相同，固定板上斜坡面一b2与固定板上斜坡面三b5倾斜方向相反。

该阻尼器的原理如下：

在初始位置，滑动板上平直面二a3与固定板上平直面二b3贴合，对应斜坡面均不接触；当摩擦阻尼器起滑时，先在贴合的滑动板上平直面二a3与固定板上平直面二b3上滑移一定距离，当外部载荷继续增大时，摩擦阻尼器将进入斜坡面工作。

当摩擦阻尼器受拉进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板上斜坡面一a2、滑动板上斜坡面二a4与固定板上斜坡面一b2、固定板上斜坡面二b4贴合，滑动板上斜坡面三a5与固定板上斜坡面三b5处于分离状态；在斜坡面作用下，滑动板1不断挤压并抬升固定板3，使蝶形弹簧5的变形进一步增大，同时摩擦阻尼器中滑动板1与摩擦板2接触面间正压力相应增大，输出的阻尼力也随之增大；当摩擦阻尼器的滑动距离等于滑动板上斜坡面一a2和滑动板上斜坡面二a4中椭圆形滑行槽的单向行程距离时，由于椭圆形滑行槽的限位，摩擦阻尼器达到单向滑动极限位置。

同样的，当摩擦阻尼器受压进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板上斜坡面三a5与固定板上斜坡面三b5贴合，滑动板上斜坡面一a2、滑动板上斜坡面二a4与固定板上斜坡面一b2、固定板上斜坡面二b4处于分离状态；在斜坡面作用下，摩擦阻尼器具有与受拉时相同的作用。

摩擦阻尼器在受拉或受压载荷条件下，均可实现变阻尼力输出。由于方向相反斜坡面的设计，相邻斜坡面间存在“台阶”结构现象，使摩擦阻尼器具有垂直于运动方向的限位功能，并且能够承受偏载荷作用。

下面结合具体实施例予以说明。

如图3所示，其中，I、II、III、IV四个部位的剖面图均按4:1比例放大绘制，初始状态，滑动板上平直面二a3与固定板上平直面二b3贴合，其对应斜坡面均不接触；当摩擦阻尼器起滑时，滑动板1先平移一定距离，当外部载荷继续增大时，摩擦阻尼器将进入斜坡段工作。当摩擦阻尼器受拉伸载荷进入斜坡段时，由于斜坡面方向的不同设置，滑动板上斜坡面一a2、滑动板上斜坡面二a4与固定板上斜坡面一b2、固定板上斜坡面二b4贴合，同时，滑动板上斜坡面三a5与固定板上斜坡面三b5分离，在斜坡面作用下，滑动板1不断挤压并抬升固定板3，促使蝶形弹簧5变形进一步增大，摩擦阻尼器主摩擦面间正压力相应增大，输出的阻尼力也随之增大；当摩擦阻尼器的滑行距离达到滑动板上椭圆形滑行槽的单向行程距离时，由于椭圆形滑行槽对螺栓杆的限位，摩擦阻尼器达到单向滑行极限位置，如图4所示，其中，I、II、III、IV四个部位的剖面图均按4:1比例放大绘制。

当摩擦阻尼器受压缩载荷进入斜坡段时，滑动板上斜坡面三a5与固定板上斜坡面三b5贴合，同时，滑动板上斜坡面一a2、滑动板上斜坡面二a4与固定板上斜坡面一b2、固定板上斜坡面二b4分离，其作用效果和方式与摩擦阻尼器受拉伸载荷时相同。如图5所示，I、II、III、IV四个部位的剖面图均按4:1比例放大绘制。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：包括滑动板(1)、摩擦板(2)、固定板(3)、芯板(4)、蝶形弹簧(5)、预紧螺栓(6)和预紧螺母(7)；固定板(3)、滑动板(1)和摩擦板(2)均成对使用，通过预紧螺栓(6)和预紧螺母(7)对称安装，预紧螺母(7)和固定板(3)直接设置蝶形弹簧(5)；两个摩擦板(2)镶嵌在芯板(4)上下两面中被固定，芯板(4)置于两个滑动板(1)中间，滑动板(1)与摩擦板(2)接触面为主摩擦面；上部的滑动板的上方和下部的滑动板的下方分别设置固定板(3)。

2.根据权利要求1所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：所述滑动板(1)包括一个滑动板上平直面二(a3)、两个滑动板上平直面一(a1)、两个滑动板上斜坡面一(a2)、两个滑动板上斜坡面二(a4)和两个滑动板上斜坡面三(a5)；滑动板上斜坡面一(a2)和滑动板上斜坡面二(a4)倾斜方向相同，滑动板上斜坡面一(a2)与滑动板上斜坡面三(a5)倾斜方向相反；

所述固定板(3)包括一个固定板上平直面二(b3)、两个固定板上平直面一(b1)、两个固定板上斜坡面一(b2)、两个固定板上斜坡面二(b4)和两个固定板上斜坡面三(b5)；固定板上斜坡面一(b2)和固定板上斜坡面二(b4)倾斜方向相同，固定板上斜坡面一(b2)与固定板上斜坡面三(b5)倾斜方向相反。

3.根据权利要求2所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：所述滑动板上斜坡面一(a2)和滑动板上斜坡面二(a4)上分别开设有椭圆形滑行槽，滑行槽的单向行程距离和滑动板(1)中滑动板上平直面一(a1)的宽度相同，具有行程限位功能。

4.根据权利要求2所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：所述固定板(3)上所有斜坡面坡比与滑动板(1)上所有斜坡面坡比相同。

5.根据权利要求2所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：所述滑动板上斜坡面一(a2)和滑动板上斜坡面二(a4)的面积相同，且滑动板上斜坡面三(a5)的面积是滑动板上斜坡面一(a2)的二倍。

6.根据权利要求2所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：所述固定板上斜坡面一(b2)和固定板上斜坡面二(b4)的面积相同，且固定板上斜坡面三(b5)的面积是固定板上斜坡面一(b2)的二倍。

7.根据权利要求2所述的可实现变阻尼力输出的摩擦阻尼器，其特征在于：当摩擦阻尼器受拉伸载荷进入斜坡面时，滑动板(1)中的滑动板上斜坡面一(a2)、滑动板上斜坡面二(a4)与固定板(3)中的固定板上斜坡面一(b2)、固定板上斜坡面二(b4)贴合，此时，滑动板上斜坡面三(a5)与固定板上斜坡面三(b5)处于分离状态；当摩擦阻尼器受压缩载荷进入斜坡面时，滑动板上斜坡面三(a5)与固定板上斜坡面三(b5)贴合，此时，滑动板(1)中的滑动板上斜坡面一(a2)、滑动板上斜坡面二(a4)与固定板(3)中的固定板上斜坡面一(b2)、固定板上斜坡面二(b4)处于分离状态。