CN111425040B - 附加弹簧的摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附加弹簧的摩擦阻尼器，包括受拉弹簧以及从上至下依次水平设置的上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板和下盖板，上盖板与上摩擦板固定连接，下摩擦板、连接板、下盖板三者之间通过螺栓连接，上摩擦板与下摩擦板相叠合；受拉弹簧包括连接弹簧、第一弹簧、第二弹簧。本发明与传统摩擦阻尼器相比，连接弹簧为摩擦板提供压力，第一、第二弹簧的设置为装置提供了侧向刚度，使阻尼器在工作时位移不至于过大进而影响工作，当阻尼器工作时，第一、第二弹簧的变形也可以起到耗能作用，增加了构件的耗能手段，而且在构件内部的受拉弹簧可起到增加构件整体性的作用。

Description

附加弹簧的摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及一种土木工程领域的阻尼器，特别是一种用于减小工程结构地震响应的附加弹簧的摩擦阻尼器。

背景技术

地震灾害破坏性大，在建筑工程抗震领域中减震技术能有效地减轻地震灾害。目前，摩擦阻尼器是最主要的减震装置。摩擦阻尼器是一类利用摩擦面在受压环境下相对作用产生的摩擦力，使外界输入能量转换为热能从而达到消耗输入进建筑物的能量的阻尼器。摩擦阻尼器结构简单，造价低廉，容易维护，具有变形能力强，耗能能力稳定等特点。传统的摩擦阻尼器构造简单，造价较低，但仍存在一些问题：(1)摩擦阻尼器静摩擦力和滑动摩擦力相差大，发生滑动后摩擦力不变，滞回曲线呈矩形，并不能提高结构的刚度，耗能能力不强；(2)摩擦阻尼器位移过大导致不能正常工作，容易在未发挥全部耗能能力时遭到破坏；(3)摩擦阻尼器的耗能手段较为单一，大部分阻尼器没有辅助耗能方式。

近来，采用叠层摩擦阻尼器，如专利申请号：CN201811094010.0。其核心为由两层摩擦板，连接板和夹板叠合而成，两边设有挡板，通过螺栓拧紧压实。但其板件过于繁多，装置厚度较大，导致装置的整体性下降，且盖板上开孔过多，截面削弱较大。同时该装置加工较为复杂，且刚度较小，容易破坏，不利于工业化生产。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种附加弹簧的摩擦阻尼器，解决传统摩擦阻尼器无法提供侧向刚度以及叠层摩擦阻尼器耗能手段较为单一，无法提供耗能储备等问题。

技术方案：本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器，包括受拉弹簧以及从上至下依次水平设置的上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板和下盖板，上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板和下盖板的位置关于下摩擦板上下对称；上盖板与上摩擦板固定连接，下摩擦板、连接板、下盖板三者之间采用螺栓固定连接，上摩擦板与下摩擦板相叠合；受拉弹簧包括两端分别固定于上盖板与下盖板的连接弹簧和连接上摩擦板与连接板的第一弹簧与第二弹簧，连接弹簧竖直设置并沿阻尼器长度方向对称分布于上摩擦板、下摩擦板和连接板的两侧；

上摩擦板包括左右对称设置的第一摩擦板和第二摩擦板，下摩擦板包括左右对称设置的第三摩擦板和第四摩擦板，连接板包括左右对称设置的第一连接板和第二连接板；上摩擦板和连接板之间交错设置有第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧的一端固定于第一摩擦板的右侧面，另一端固定于第二连接板的左侧面，第二弹簧的一端固定于第二摩擦板的左侧面，另一端固定于第一连接板的左侧面，第一弹簧和第二弹簧在水平方向的投影直线方向与阻尼器的长度方向相同。

连接弹簧的一端固定于上盖板，另一端固定于下盖板；其中，上盖板和下盖板的两侧均对称设有沿阻尼器长度方向、用于固定连接弹簧的延伸板；第一摩擦板的右侧面、第二摩擦板的左侧面、第一连接板的右侧面、第二连接板的左侧面均对称设有沿阻尼器宽度方向、用于固定第一弹簧和第二弹簧的凸条；延伸板和凸条均沿水平方向设置。

即：上盖板的两侧设有沿其长度方向的上延伸板，下盖板的两侧设有沿其长度方向的下延伸板，上盖板和下盖板之间竖直设有连接弹簧，连接弹簧的两端分别固定于上延伸板和下延伸板，且连接弹簧呈对称分布。

第一摩擦板和第二摩擦板相对的两个内侧面上分别设有沿水平方向的第一凸条和第二凸条，第一连接板和第二连接板相对的两个内侧面上分别设有沿水平方向的第三凸条和第四凸条；第一弹簧的一端固定于第一凸条上，另一端固定于第四凸条；第二弹簧的一端固定于第二凸条上，另一端固定于第三凸条上。凸条的设置便于第一弹簧和第二弹簧的连接。

发明原理：该附加弹簧的摩擦阻尼器分为两个部分：上盖板与第一摩擦板，第二摩擦板、连接板以及下盖板；各部分可视为一个整体，整体内部牢固连接，整体与整体之间摩擦耗能协同工作；由于连接弹簧提供的拉力，两部分在初始阶段也为紧密接触的，在外盖钢板受力时两部分发生相对位移，第一摩擦板与第二摩擦板进行摩擦耗能。其中，阻尼器中的弹簧包括连接弹簧、第一弹簧、第二弹簧，这些弹簧在初始阶段以及工作阶段均处于受拉状态，连接弹簧为摩擦板提供板间压力，而第一弹簧与第二弹簧则为装置提供抗侧刚度，且当装置发生位移时，也可进行辅助耗能。

阻尼器的上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板、下盖板关于下摩擦板上下对称，上盖板和下盖板的厚度相同，上摩擦板和连接板的厚度相同；其中，第一摩擦板可采用现有技术常用的钢板，第二摩擦板可以采用黄铜板或铝、青铜等强度较高的材料；上盖板与上摩擦板之间可以采用焊接连接或现有技术中其它方式固定连接，也可采用一体成型。上延伸板和下延伸板根据连接弹簧的实际需要开设相应的连接孔，并可以通过调节连接孔的开设位置，进而调节连接弹簧的位置；第一弹簧和第二弹簧交错布置，避免了弹簧相互接触挤压造成损伤；第一弹簧和第二弹簧的数量可根据实际需要设定，可以是一个或若干个，其拉力在竖直方向的分力起到压紧上摩擦板和下摩擦板的作用，与连接弹簧的作用相同，从而在接触面上提供更大的压力；且当结构发生位移时，由于弹簧处于受拉状态，起到了阻碍结构位移的作用，即增大了结构的侧向刚度。

受拉弹簧(即连接弹簧、第一弹簧和第二弹簧)的数量均可以根据需要改变，当需要的耗能能力较高时，增加弹簧数量，反之，考虑经济因素，可减少弹簧数量；也可根据阻尼器实际尺寸(即阻尼器中各个板的尺寸)进行调节，如上盖板和下盖板的尺寸足够，其上圆孔数量可以随需要增加或者减少，受拉弹簧数量也随之增加或者减少，即构件的耗能能力是可以调节的。

优选地，所述上盖板与上摩擦板采用焊接连接固定，连接板、下盖板与下摩擦板采用螺栓连接固定，采用螺栓连接使构件易于组装。

优选地，同时合理布置受拉弹簧的的位置，避免结构偏心受力，使阻尼器初始状态下的受力关于阻尼器的中心对称。

优选地，第一弹簧和第二弹簧的数量相同且均为若干个，若干个第一弹簧相互平行且相邻两个第一弹簧之间的距离相同，若干个第二弹簧相互平行且相邻两个第二弹簧之间的距离相同。第一弹簧和第二弹簧数量可变，可提供不同的抗侧刚度，满足实际需求。

优选地，所述连接弹簧分为四组，四组连接弹簧关于阻尼器长度方向的对称轴和宽度方向的对称轴对称分布，每组连接弹簧中相邻两个连接弹簧之间的距离相同。弹簧数量可变，分布对称，使装置的受力对称，且能为摩擦板提供不同的板间压力，提高装置的耗能能力。

优选地，所述上盖板和上摩擦板为钢板，下摩擦板为黄铜板、铝板或青铜板，连接板和下盖板为钢板。采用强度较高的材料使装置不易损坏。

优选地，所述上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板和下盖板均为矩形板，上摩擦板、下摩擦板以及连接板的长宽尺寸相同。阻尼器的上部分和下部分发生相对运动摩擦耗能时板内拉压应力较为均匀，避免应力集中导致板面破坏，且两板在耗能过程中处于弹性阶段，不存在残余变形，可进行多次耗能过程。并且，上摩擦板、下摩擦板和连接板的宽度小于上盖板和下盖板的宽度，避免上盖板和下盖板之间的连接弹簧与其发生摩擦造成损伤。

有益效果：与现有技术相比，

(1)本发明与传统摩擦阻尼器相比，连接弹簧为摩擦板提供压力，第一、第二弹簧的设置为装置提供了侧向刚度，使阻尼器在工作时位移不至于过大进而影响工作，当阻尼器工作时，第一、第二弹簧的变形也可以起到耗能作用，增加了构件的耗能手段，而且在构件内部的受拉弹簧可起到增加构件整体性的作用。

(2)本发明中的第一摩擦板与第二摩擦板都为矩形板且长宽尺寸相等，两板发生相对运动摩擦耗能时板内拉压应力较为均匀，避免应力集中导致板面破坏。且两板在耗能过程中处于弹性阶段，不存在残余变形，可进行多次耗能过程；

(3)本发明两部分的运动较为简单，上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接钢板以及下盖板的布置为中心对称，当盖板受力发生移动时，上摩擦板和下摩擦板跟随运动，在两部分的交界面处发生相对运动，运动简单，避免了不必要的附加运动造成损耗，以构件的简单运动达到较大摩擦耗能的目的；

(4)本发明中各板开孔位置对称且规则，加工方便，组装简单，便于量产；

(5)本发明中板的数量较少，整体厚度较小，安装便捷，有广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器的主视图；

图2是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器的右视图；

图3是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器中上盖板的俯视图；

图4是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器中上摩擦板的俯视图；

图5是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器中下摩擦板的俯视图；

图6是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器中连接板的俯视图；

图7是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器中下盖板的俯视图；

图8是本发明的附加弹簧的摩擦阻尼器的立体装配图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1、2所示，本实施例附加弹簧的摩擦耗能阻尼器包括受拉弹簧以及从上至下依次水平设置的上盖板1、上摩擦板2、下摩擦板3、连接板4、下盖板5，上盖板、上摩擦板、下摩擦板、连接板和下盖板关于下摩擦板上下对称；上摩擦板2与下摩擦板3相叠合；受拉弹簧分为连接弹簧7、第一弹簧8、第二弹簧9。该阻尼器的上盖板1、上摩擦板2、下摩擦板3、连接板4、下盖板5均为矩形板且关于下摩擦板3上下对称，各板的布置为中心对称，上盖板1和下盖板5的厚度相同且为下摩擦板3厚度的1.5倍～2倍，对黄铜板起到了保护作用，同时减缓了腐蚀速度，以免影响耗能能力；上摩擦板2和连接板4的厚度相同。上盖板1和下盖板5的宽度大于上摩擦板、下摩擦板和连接板的宽度，避免连接弹簧7与其发生摩擦造成损伤。

其中，上盖板1、上摩擦板2、连接板4、下盖板5均为钢板，下摩擦板3为黄铜板，上盖板1与上摩擦板2之间采用焊接连接为一个整体，下摩擦板3、连接板4和下盖板5通过螺栓固定连接。

上盖板1和下盖板5之间竖直设有四组连接弹簧7，如图3所示，上盖板1的两侧设有沿其长度方向的上延伸板，两侧的上延伸板上开设有四组圆孔，用于连接弹簧的固定，即第一圆孔组，记为1-1、1-2、1-3、1-4，且每组圆孔开设有五个圆孔；四组圆孔关于上盖板1长度方向的对称轴和宽度方向的对称轴对称布置，且每组圆孔中的相邻圆孔之间的圆心距相等。如图7所示，类似地，下盖板5的两侧设有沿其长度方向的下延伸板，两侧的下延伸板上开设有四组圆孔，圆孔的位置与上盖板1上的圆孔位置相对应，每组圆孔开设有五个圆孔，即第二圆孔组，记为5-1、5-2、5-3、5-4；圆孔组关于下盖板5长度方向的对称轴和宽度方向的对称轴对称布置，且每个圆孔组的相邻圆孔之间的圆心距相等。连接弹簧7的两端分别固定于上延伸板和下延伸板上的圆孔内；上述圆孔位置的设置使得四组连接弹簧关于阻尼器长度方向的对称轴和宽度方向的对称轴对称分布，每组连接弹簧中相邻两个连接弹簧之间的距离相同。

如图4所示，上摩擦板2左右对称设置的第一摩擦板2-1和第二摩擦板2-2，两块摩擦板尺寸材质均相同，第一摩擦板2-1和第二摩擦板2-2相对的两个内侧面上分别延伸设有沿水平方向的第一凸条和第二凸条，凸条均为钢制，即第一摩擦板2-1的右侧面上设有第一凸条，第二摩擦板2-2的左侧面上设有第二凸条；第一凸条上设有第三圆孔组2-1-1，包括三个等距排列的圆孔，第二凸条上设有第四圆孔组2-2-1，包括三个等距排列的圆孔；从上摩擦板2的俯视图可以看出，第三圆孔组2-1-1的排布位置靠近其上边缘，第四圆孔组2-2-1的排布位置靠近其下边缘，并使得第一凸条上的圆孔与第二凸条上的圆孔在水平方向上交错布置。

如图6所示，连接板4包括左右对称设置的第一连接板4-1和第二连接板4-2，两块连接板的尺寸材质均相同，第一连接板4-1和第二连接板4-2相对的两个内侧面上分别延伸设有沿水平方向的第三凸条和第四凸条，凸条均为钢制，即第一连接板4-1的右侧面上设有第三凸条，第二连接板4-2的左侧面上设有第四凸条；第三凸条上设有第五圆孔组4-1-3，包括三个等距排列的圆孔，第四凸条上设有第六圆孔组4-2-3，包括三个等距排列的圆孔；从连接板4的俯视图可以看出，第五圆孔组4-1-3的排布位置靠近其下边缘，第六圆孔组4-2-3的排布位置靠近其上边缘，并使得第三凸条上的圆孔与第四凸条上的圆孔在水平方向上交错布置。第三圆孔组2-1-1中与第六圆孔组4-2-3所对应的圆孔之间的连线相互平行且连线在水平面的投影直线的方向为阻尼器的长度方向；第五圆孔组4-1-3中与第四圆孔组2-2-1中所对应的圆孔之间的连线相互平行且连线在水平面的投影直线的方向为阻尼器的长度方向。除去侧面设置的凸条，上摩擦板2、下摩擦板3以及连接板4的长宽尺寸相同。

第一弹簧8连接第一摩擦板2-1和第二连接板4-2，第一弹簧8的数量为三个，相应地，每个第一弹簧8的一端固定于第一凸条的第三圆孔组2-1-1，另一端固定于第四凸条的第六圆孔组4-2-3；第二弹簧9连接第二摩擦板2-2和第一连接板4-1，第二弹簧9的数量也为三个，相应地，第二弹簧9的一端固定于第二凸条的第四圆孔组2-2-1，另一端固定于第三凸条的第五圆孔组4-1-3上；并使得第一弹簧8和第二弹簧9在水平方向的投影直线方向与阻尼器的长度方向相同，且阻尼器初始状态下的受力关于阻尼器的中心对称，避免结构偏心受力。

如图5所示，下摩擦板3包括左右对称设置的第三摩擦板3-1和第四摩擦板3-1，两块摩擦板的尺寸材质均相同，且开设有螺栓连接孔10；如图6、7所示，连接板4、下盖板5上也相应设有螺栓连接孔10，其位置与下摩擦板3上的螺栓连接孔10位置相对应。摩擦高强型螺栓6穿过螺栓连接孔10将下盖板5、连接板4、下摩擦板3固定为一个整体。

本实施例中的摩擦阻尼器主要分为两部分：上盖板1与第一摩擦板2焊接成一个整体；采用摩擦高强性螺栓6将下摩擦板3、连接板4以及下盖板5固定为一个整体，达到整体内部牢固连接，整体与整体之间摩擦耗能协同工作的作用。连接弹簧7将上盖板1与下盖板5联系起来，第一弹簧8、第二弹簧9将上摩擦板2、连接板4联系起来。连接弹簧7的初始状态为张拉状态，使得上摩擦板2和下摩擦板3压紧，当外力作用于上盖板1时，提高较大的摩擦力，大大提高结构的耗能能力；第一弹簧8和第二弹簧9的初始状态为张拉状态，在加大上摩擦板2和下摩擦板3压力的同时，为结构提供侧向刚度，减小结构的变形；第一弹簧8在变形时可参与耗能，为结构提供了附加的耗能手段，增强了结构的耗能能力。且各板开孔位置对称且规则，仅开有圆孔，加工方便，组装简单，便于量产。

Claims (8)

1.一种附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：包括受拉弹簧以及从上至下依次水平设置的上盖板（1）、上摩擦板（2）、下摩擦板（3）、连接板（4）和下盖板（5），上盖板（1）、上摩擦板（2）、下摩擦板（3）、连接板（4）和下盖板（5）关于下摩擦板（3）上下对称；上盖板（1）和上摩擦板（2）固定连接，下摩擦板（3）、连接板（4）和下盖板（5）三者之间通过螺栓（6）固定连接，上摩擦板（2）与下摩擦板（3）相叠合；受拉弹簧包括两端分别固定于上盖板（1）与下盖板（5）的连接弹簧（7）和连接上摩擦板（2）与连接板（4）的第一弹簧（8）与第二弹簧（9），连接弹簧（7）竖直设置并沿阻尼器长度方向对称分布于上摩擦板（2）、下摩擦板（3）和连接板（4）的两侧；

上摩擦板（2）包括左右对称设置的第一摩擦板和第二摩擦板，下摩擦板（3）包括左右对称设置的第三摩擦板和第四摩擦板，连接板（4）包括左右对称设置的第一连接板和第二连接板；上摩擦板（2）和连接板（4）之间交错设置有第一弹簧（8）和第二弹簧（9），第一弹簧（8）的一端固定于第一摩擦板的右侧面，另一端固定于第二连接板的左侧面，第二弹簧（9）的一端固定于第二摩擦板的左侧面，另一端固定于第一连接板的右侧面，第一弹簧和第二弹簧在水平方向的投影直线方向与阻尼器的长度方向相同。

2.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：上盖板（1）和下盖板（5）的两侧均对称设有沿阻尼器长度方向、用于固定连接弹簧（7）的延伸板；第一摩擦板的右侧面、第二摩擦板的左侧面、第一连接板的右侧面、第二连接板的左侧面均对称设有沿阻尼器宽度方向、用于固定第一弹簧（8）和第二弹簧（9）的凸条；延伸板和凸条均沿水平方向设置。

3.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：所述上盖板（1）与上摩擦板（2）采用焊接连接固定。

4.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：阻尼器初始状态下的受力关于阻尼器的中心对称。

5.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：第一弹簧（8）和第二弹簧（9）的数量相同且均为若干个，若干个第一弹簧（8）相互平行且相邻两个第一弹簧（8）之间的距离相同，若干个第二弹簧（9）相互平行且相邻两个第二弹簧（9）之间的距离相同。

6.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：所述连接弹簧（7）分为四组，四组连接弹簧（7）关于阻尼器长度方向的对称轴和宽度方向的对称轴对称分布，每组连接弹簧（7）中相邻两个连接弹簧（7）之间的距离相同。

7.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：所述上盖板（1）和上摩擦板（2）为钢板，下摩擦板（3）为黄铜板、铝板或青铜板，连接板（4）和下盖板（5）为钢板。

8.根据权利要求1所述的附加弹簧的摩擦阻尼器，其特征在于：所述上盖板（1）、上摩擦板（2）、下摩擦板（3）、连接板（4）和下盖板（5）均为矩形板，上摩擦板（2）、下摩擦板（3）以及连接板（4）的长宽尺寸相同。

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