CN112503125A - 一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，包括螺旋杆组件、多个耗能部、多个自复位部和外套管组件，多个耗能部和多个自复位部均套合安装在螺旋杆组件上，并且每个耗能部均设置在两个自复位部之间；外套管组件套装于螺旋杆组件上，且在其内部形成容纳多个耗能部和多个自复位部的空间。本发明耗能部与其外套管组件可在地震作用下产生相对位移，通过耗能部中旋转片与外套管组件之间的摩擦将地震能量转化为热能进行消耗，之后通过自复位部中的碟形弹簧构件提供的复位力来使阻尼器回到初始状态，该发明利用耗能部件与外套管组件之间的相对摩擦实现耗能，且具有自复位功能，可减少结构的震后变形，降低建筑结构震后的维修成本。

Description

一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器技术领域，更具体的说是涉及一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器。

背景技术

摩擦型金属阻尼器是一种利用组成元件之间的界面摩擦力实现耗能的阻尼器。传统的摩擦阻尼器主要由摩擦片、滑动板、夹板及高强螺栓组成，其耗能减振机理是：阻尼器中摩擦片与滑动板在地震作用下发生相对滑移或变形，通过两构件之间的相对摩擦将地震能量转化为热能进行消耗；同时，阻尼器开始耗能后整体结构的抗侧刚度随之降低，这将放大结构的自振周期，进一步实现减振目的。

但是，传统的摩擦阻尼器在震后残余变形较大，缺乏自复位功能，导致安装有摩擦阻尼器的结构在震后的修复成本较高；同时，传统的滑动式或转动式摩擦阻尼器在长期使用过程中随着摩擦次数增多，摩擦面发生磨损，导致摩擦板与夹板间的间隙逐渐增大，界面间的摩擦系数降低，进而使得阻尼器无法长期保持稳定的耗能特性；另一方面，传统的摩擦阻尼器的耗能位移通常为部件间的相对滑动位移或转动位移，若阻尼器的相对变形较小，耗能能力将受限。

因此，提供一种耗能能力增强的具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，可大幅消耗地震能量且具有减小震后残余变形，便于拆卸，摩擦材料易于更换等优点，主要应用于建筑及桥梁结构的耗能减振。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，包括螺旋杆组件、多个耗能部、多个自复位部和外套管组件，

多个所述耗能部和多个自复位部均套合安装在所述螺旋杆组件上，并且每个所述耗能部均设置在两个所述自复位部之间；

所述外套管组件套装于所述螺旋杆组件上，且在其内部形成容纳多个所述耗能部和多个自复位部的空间。

进一步的，所述螺旋杆组件包括螺母盖帽、第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆和第四螺杆，

所述螺母盖帽、所述第一螺杆、所述第二螺杆、所述第三螺杆和所述第四螺杆依次通过螺纹连接为一体，并且所述螺母盖帽与所述第一螺杆通过贯穿其的第一螺栓紧固连接，所述第一螺杆与所述第二螺杆通过贯穿其的第二螺栓紧固连接，所述第二螺杆与所述第三螺杆通过贯穿其的第三螺栓紧固连接，所述第三螺杆与所述第四螺杆通过贯穿其的第四螺栓紧固连接。

进一步的，多个所述自复位部结构相同，分别为第一自复位部、第二自复位部，第三自复位部和第四自复位部，所述第一自复位部、所述第二自复位部，所述第三自复位部和所述第四自复位部分别套合安装在所述第一螺杆靠近所述螺母盖帽一端，所述第二螺杆，所述第三螺杆以及所述第四螺杆上。

进一步的，所述第一自复位部包括第一承压板、第一碟形弹簧构件、第二承压板和第一限位板，所述第一承压板、所述第一碟形弹簧构件、所述第二承压板和所述第一限位板依次套装于所述第一螺杆靠近所述螺母盖帽一端，并且所述第一限位板通过第五螺栓与所述第一螺杆紧固连接；

所述第二自复位部包括第三承压板、第二碟形弹簧构件、第四承压板和第二限位板，所述第三承压板、所述第二碟形弹簧构件、所述第四承压板和所述第二限位板依次套装于所述第二螺杆，并且所述第二限位板通过第六螺栓与所述第二螺杆紧固连接；

所述第三自复位部包括第五承压板、第三碟形弹簧构件、第六承压板和第三限位板，所述第五承压板、所述第三碟形弹簧构件、所述第六承压板和所述第三限位板依次套装于所述第三螺杆，并且所述第三限位板通过第七螺栓与所述第三螺杆紧固连接；

所述第四自复位部包括第七承压板、第四碟形弹簧构件、第八承压板和第四限位板，所述第七承压板、所述第四碟形弹簧构件、所述第八承压板和所述第四限位板依次套装于所述第四螺杆，并且所述第四限位板通过第八螺栓与所述第四螺杆紧固连接。

进一步的，多个所述耗能部的结构相同，分别为第一耗能部，第二耗能部和第三耗能部，所述第一耗能部、所述第二耗能部和所述第三耗能部分别套合安装在所述第一螺杆远离所述螺母盖帽一端，所述第二螺杆和第三螺杆上。

进一步的，所述第一耗能部包括第一旋转片和包覆在其外围的第一固定套，

所述第一旋转片套装于所述第一螺杆远离所述螺母盖帽一端圆柱上；所述第二耗能部包括第二旋转片和包覆在其外围的第二固定套，所述第二旋转片套装于所述第二螺杆的圆柱上与所述第二限位板相邻；所述第三耗能部包括第三旋转片和包覆在其外围的第三固定套，所述第三旋转片套装于所述第三螺杆的圆柱上与所述第三限位板相邻。

进一步的，所述第一旋转片、所述第二旋转片和所述第三旋转片结构相同，均包括内圆构件、外圆构件和弹簧，所述内圆构件和其外围的所述外圆构件通过所述弹簧拼装在一起。

进一步的，所述外套管组件由两个带有边沿的半圆柱体拼装而成；所述外套管组件内部依次形成容纳所述第一自复位部、所述第一耗能部、所述第二自复位部、所述第二耗能部、所述第三自复位部、所述第三耗能部和所述第四自复位部的第一自复位部腔、第一耗能部腔、第二自复位部腔、第二耗能部腔、第三自复位部腔、第三耗能部腔和第四自复位部腔。

进一步的，该金属阻尼器还包括支撑连接部，两个所述支撑连接部分别设置在所述螺母盖帽左端与外套管组件右端。

进一步的，所述支撑连接部包括第一角钢和第二角钢，所述第一角钢焊接在所述螺母盖帽左端；所述第二角钢焊接在所述外套管组件右端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比：

1)相比于传统的滑动型摩擦阻尼器，本发明提供的阻尼器可以利用耗能部件与外套管组件之间的相对轴向和环向位移实现耗能，进一步提高阻尼器的耗能能力；还可以通过自复位部提供的复位力使阻尼器回到初始状态，减少结构的震后残余变形；

2)本发明采用装配式，所用部件拆卸和组装方便，震后便于对耗能部件进行检视和更换，经济效益及社会效益突出；

3)相比于传统的通过高强螺栓施加预紧力方式，本发明通过对耗能部件与外套管组件之间的碟形弹簧施加预紧力的方式来改善耗能部件发生磨损后出现的预紧力大幅损失的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的螺旋杆组件、多个耗能部和多个自复位部形成的整体的结构示意图；

图2附图为本发明提供的螺旋杆组件和多个自复位部形成的整体的结构示意图；

图3附图为本发明提供的螺旋杆组件的结构示意图；

图4附图为本发明提供的外套管组件、螺旋杆组件和支撑连接部配合的结构示意图；

图5附图为本发明提供的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器的爆炸图(第一自复位部、第一耗能部、第三自复位部、第三耗能部和第四复位部未在图中示意出)；

图6附图为本发明提供的第一旋转片或第二旋转片或第三旋转片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，本发明实施例公开了一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，包括螺旋杆组件1、多个耗能部2、多个自复位部3和外套管组件4，多个耗能部2和多个自复位部3均套合安装在螺旋杆组件1上，并且每个耗能部2均设置在两个自复位部3之间；外套管组件4套装于螺旋杆组件1上，且在其内部形成容纳多个耗能部2和多个自复位部3的空间。本发明首先在螺旋杆组件1与其外围外套管组件4之间产生相对位移，通过耗能部2中旋转片与外套管组件4之间的摩擦将地震能量转化为热能进行消耗，之后通过自复位部3中的碟形弹簧构件提供的复位力来使阻尼器回到初始状态，实现了自复位功能，减少结构的震后残余变形。

具体的，螺旋杆组件1包括螺母盖帽11、第一螺杆12、第二螺杆13、第三螺杆14和第四螺杆15，

螺母盖帽11、第一螺杆12、第二螺杆13、第三螺杆14和第四螺杆15依次通过螺纹连接为一体，并且螺母盖帽11与第一螺杆12通过贯穿其的第一螺栓紧固连接，第一螺杆12与第二螺杆13通过贯穿其的第二螺栓紧固连接，第二螺杆13与第三螺杆14通过贯穿其的第三螺栓紧固连接，第三螺杆14与第四螺杆15通过贯穿其的第四螺栓紧固连接。

具体的，多个自复位部3结构相同，分别为第一自复位部31、第二自复位部32，第三自复位部33和第四自复位部34，第一自复位部31、第二自复位部32，第三自复位部33和第四自复位部34分别套合安装在第一螺杆12靠近螺母盖帽11一端，第二螺杆13，第三螺杆14以及第四螺杆15上。

具体的，第一自复位部31包括第一承压板311、第一碟形弹簧构件312、第二承压板313和第一限位板314，第一承压板311、第一碟形弹簧构件312、第二承压板313和第一限位板314依次套装于第一螺杆12靠近螺母盖帽11一端，并且第一限位板314通过第五螺栓与第一螺杆12紧固连接；

第二自复位部32包括第三承压板321、第二碟形弹簧构件322、第四承压板323和第二限位板324，第三承压板321、第二碟形弹簧构件322、第四承压板323和第二限位板324依次套装于第二螺杆13，并且第二限位板324通过第六螺栓与第二螺杆13紧固连接；

第三自复位部33包括第五承压板331、第三碟形弹簧构件332、第六承压板333和第三限位板334，第五承压板331、第三碟形弹簧构件332、第六承压板333和第三限位板334依次套装于第三螺杆14，并且第三限位板334通过第七螺栓与第三螺杆14紧固连接；

第四自复位部34包括第七承压板341、第四碟形弹簧构件342、第八承压板343和第四限位板344，第七承压板341、第四碟形弹簧构件342、第八承压板343和第四限位板344依次套装于第四螺杆15，并且第四限位板344通过第八螺栓与第四螺杆15紧固连接。

具体的，多个耗能部2的结构相同，分别为第一耗能部21，第二耗能部22和第三耗能部23，第一耗能部21、第二耗能部22和第三耗能部23分别套合安装在第一螺杆12远离螺母盖帽11一端，第二螺杆13和第三螺杆14上。

具体的，第一耗能部21包括第一旋转片和包覆在其外围的第一固定套，第一旋转片套装于第一螺杆12远离螺母盖帽11一端圆柱上；第二耗能部22包括第二旋转片和包覆在其外围的第二固定套，第二旋转片套装于第二螺杆13的圆柱上与第二限位板324相邻；第三耗能部23包括第三旋转片和包覆在其外围的第三固定套，第三旋转片套装于第三螺杆14的圆柱上与第三限位板334相邻。

具体的，第一旋转片、第二旋转片和第三旋转片结构相同，均包括内圆构件221、外圆构件222和弹簧223，内圆构件221和其外围的外圆构件222通过弹簧223拼装在一起。

具体的，外套管组件4由两个带有边沿的半圆柱体拼装而成；外套管组件4内部依次形成容纳第一自复位部31、第一耗能部21、第二自复位部32、第二耗能部22、第三自复位部33、第三耗能部23和第四自复位部34的第一自复位部腔、第一耗能部腔、第二自复位部腔、第二耗能部腔、第三自复位部腔、第三耗能部腔和第四自复位部腔。

具体的，该金属阻尼器还包括支撑连接部5，支撑连接部5分别设置在螺母盖帽11左端与外套管组件4右端。

具体的，支撑连接部5包括第一角钢51和第二角钢52，第一角钢51焊接在螺母盖帽11左端；第二角钢52焊接在外套管组件4右端。

本发明一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器的装配方法为：

1)第一耗能部21、第二耗能部22和第三耗能部23的组装：将内圆构件221与外圆构件222通过内部弹簧223拼在一起分别形成第一旋转片、第二旋转片和第三旋转片，再分别通过第一固定套、第二固定套和第三固定套包覆在其外围整体进行固定；

2)螺旋杆组件4、多个自复位部3和多个耗能部2的组装：将第一承压板311、第一碟形弹簧构件312、第二承压板313和第一限位板314从第一螺杆12左侧依次套在其上，然后将第一限位板314与第一螺杆12通过第五螺栓紧固连接，再将螺母盖帽11通过螺纹旋拧于第一螺杆12左端部，最后将螺母盖帽11与第一螺杆12通过贯穿其的第一螺栓紧固连接，防止第一螺杆12在工作时转动；将第一耗能部21从第一螺杆12右端套入其上，然后将第二螺杆13左端与第一螺杆12右端螺纹连接，再通过第二螺栓将第二螺杆13与第一螺杆12紧固连接，防止第二螺杆13在工作时转动；将第三承压板321、第二碟形弹簧构件322、第四承压板323和第二限位板324从第二螺杆13右端依次套在其上，然后将第二限位板324与第二螺杆13通过第六螺栓紧固连接，再将第二耗能部22从第二螺杆13右端套入，最后，第二螺杆13右端与第三螺杆14左端螺纹连接，通过第三螺栓将第二螺杆13与第三螺杆14紧固连接，防止第三螺杆14在工作时转动；将第五承压板331、第三碟形弹簧构件332、第六承压板333和第三限位板334从第三螺杆14右端依次套入，将第三限位板334与第三螺杆14通过第七螺栓紧固连接，然后将第三耗能部23从第三螺杆14右端套入，最后第三螺杆14右端与第四螺杆15左端通过螺纹连接，并且第三螺杆14右端与第四螺杆15左端通过第四螺栓紧固连接，防止第四螺杆15在工作时转动；将第七承压板341、第四碟形弹簧构件342、第八承压板343和第四限位板344从第四螺杆15右端依次套入，并且将第四限位板344与所述第四螺杆15通过第八螺栓紧固连接；

3)外套管组件4组装：将外套管组件4对应套在步骤2)形成的整体，外套管组件4左端与第一限位板314相对齐，然后外套管组件4边沿通过螺栓固定，右端面上设置圆形封板，将外套管组件4的右端封闭，第一限位板314与螺母盖帽11之间的水平距离为阻尼器最大相对位移；外套管组件4在内部将圆环厚度按照由小到大的顺序分为A、B、C、D四个部分，在外套管组件4从左向右看顺序为BABACACA、BABACACA、BABACACA、BABCD；BABACACA段中的BAB为自复位管腔，BAC中A部分长度为阻尼器最大相对位移，CAC为耗能管腔，其中A的长度为旋转片225放置长度，最后的CA中的A部分长度为阻尼器最大相对位移；

4)支撑连接部5组装：将第一角钢51焊接在螺母盖帽11左端；第二角钢52焊接在外套管组件4右端。

本发明的工作原理为：整个阻尼器分为自复位部和耗能部，每个耗能部放置在两个自复位部之间，阻尼器工作时，内部螺旋杆组件1与外套管组件4首先产生相对位移，通过耗能部中旋转片与外套管组件4之间的摩擦将地震能量转化为热能进行消耗，之后通过自复位部中的碟形弹簧提供的复位力来使阻尼器回到初始状态，减少结构的残余变形；

阻尼器工作时，旋转片在轴力的作用下向前方产生了沿轨道方向的位移，由于外部螺旋轨道拥有一定的倾角，因此旋转片在轨道上进行较小的位移的同时仍在进行着相对较小的转角移动，这种较小的转角移动在位移较大的时候便形成了我们所看到的旋转片旋转的现象(旋转片所承受轴力方向与其自身重力方向会有所区别，考虑到重力相比于轴力较小，因此在了解旋转片工作原理及影响因素的过程中重力可以省略)，对旋转片的工作原理进行深入研究后，发现旋转片耗能与轨道升角、摩擦系数有关，轴力与轨道之间的夹角越大，旋转片耗能能力越强，摩擦系数越大，旋转片耗能能力越强。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，包括螺旋杆组件、多个耗能部、多个自复位部和外套管组件，

多个所述耗能部和多个自复位部均套合安装在所述螺旋杆组件上，并且每个所述耗能部均设置在两个所述自复位部之间；

所述外套管组件套装于所述螺旋杆组件上，且在其内部形成容纳多个所述耗能部和多个自复位部的空间。

2.根据权利要求1所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述螺旋杆组件包括螺母盖帽、第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆和第四螺杆，

所述螺母盖帽、所述第一螺杆、所述第二螺杆、所述第三螺杆和所述第四螺杆依次通过螺纹连接为一体，并且所述螺母盖帽与所述第一螺杆通过贯穿其的第一螺栓紧固连接，所述第一螺杆与所述第二螺杆通过贯穿其的第二螺栓紧固连接，所述第二螺杆与所述第三螺杆通过贯穿其的第三螺栓紧固连接，所述第三螺杆与所述第四螺杆通过贯穿其的第四螺栓紧固连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，多个所述自复位部结构相同，分别为第一自复位部、第二自复位部，第三自复位部和第四自复位部，所述第一自复位部、所述第二自复位部，所述第三自复位部和所述第四自复位部分别套合安装在所述第一螺杆靠近所述螺母盖帽一端，所述第二螺杆，所述第三螺杆以及所述第四螺杆上。

4.根据权利要求3所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述第一自复位部包括第一承压板、第一碟形弹簧构件、第二承压板和第一限位板，所述第一承压板、所述第一碟形弹簧构件、所述第二承压板和所述第一限位板依次套装于所述第一螺杆靠近所述螺母盖帽一端，并且所述第一限位板通过第五螺栓与所述第一螺杆紧固连接；

所述第二自复位部包括第三承压板、第二碟形弹簧构件、第四承压板和第二限位板，所述第三承压板、所述第二碟形弹簧构件、所述第四承压板和所述第二限位板依次套装于所述第二螺杆，并且所述第二限位板通过第六螺栓与所述第二螺杆紧固连接；

所述第三自复位部包括第五承压板、第三碟形弹簧构件、第六承压板和第三限位板，所述第五承压板、所述第三碟形弹簧构件、所述第六承压板和所述第三限位板依次套装于所述第三螺杆，并且所述第三限位板通过第七螺栓与所述第三螺杆紧固连接；

所述第四自复位部包括第七承压板、第四碟形弹簧构件、第八承压板和第四限位板，所述第七承压板、所述第四碟形弹簧构件、所述第八承压板和所述第四限位板依次套装于所述第四螺杆，并且所述第四限位板通过第八螺栓与所述第四螺杆紧固连接。

5.根据权利要求4所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，多个所述耗能部的结构相同，分别为第一耗能部，第二耗能部和第三耗能部，所述第一耗能部、所述第二耗能部和所述第三耗能部分别套合安装在所述第一螺杆远离所述螺母盖帽一端，所述第二螺杆和第三螺杆上。

6.根据权利要求5所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述第一耗能部包括第一旋转片和包覆在其外围的第一固定套，所述第一旋转片套装于所述第一螺杆远离所述螺母盖帽一端圆柱上；所述第二耗能部包括第二旋转片和包覆在其外围的第二固定套，所述第二旋转片套装于所述第二螺杆的圆柱上与所述第二限位板相邻；所述第三耗能部包括第三旋转片和包覆在其外围的第三固定套，所述第三旋转片套装于所述第三螺杆的圆柱上与所述第三限位板相邻。

7.根据权利要求6所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述第一旋转片、所述第二旋转片和所述第三旋转片结构相同，均包括内圆构件、外圆构件和弹簧，所述内圆构件和其外围的所述外圆构件通过所述弹簧拼装在一起。

8.根据权利要求5所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述外套管组件由两个带有边沿的半圆柱体拼装而成；所述外套管组件内部依次形成容纳所述第一自复位部、所述第一耗能部、所述第二自复位部、所述第二耗能部、所述第三自复位部、所述第三耗能部和所述第四自复位部的第一自复位部腔、第一耗能部腔、第二自复位部腔、第二耗能部腔、第三自复位部腔、第三耗能部腔和第四自复位部腔。

9.根据权利要求8所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，该金属阻尼器还包括支撑连接部，两个所述支撑连接部分别设置在所述螺母盖帽左端与所述外套管组件右端。

10.根据权利要求9所述的一种具有自复位功能的螺旋式摩擦型金属阻尼器，其特征在于，所述支撑连接部包括第一角钢和第二角钢，所述第一角钢焊接在所述螺母盖帽左端；所述第二角钢焊接在所述外套管组件右端。

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