CN113882239A - 一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器。其包括头部连接耳环、活塞连接板、第一活塞杆、第二活塞杆、头部封盖、活塞、中部封盖、碟形弹簧、弹簧限位圈、弹簧压块、带缓冲橡胶的弹簧压板、缸体、尾部封盖、尾部连接耳环和粘滞阻尼介质；本发明具有的优点和积极效果是：1.粘滞阻尼介质可以有效耗散地震输入能量；2.碟形弹簧可以提供刚度，并且可以减小墩梁之间的残余位移；3.碟形弹簧可根据桥梁结构抗震要求调整附加刚度介入时刻，从而提供附加恢复力，减小桥梁结构的墩梁相对位移，保护支座，防止落梁。

Description

一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程工程减震装置技术领域，尤其涉及一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器。

背景技术

在桥梁地震灾害中，因墩梁之间的支座破坏而发生的落梁是桥梁结构的主要破坏模式之一。墩梁之间的连接刚度过大会导致地震作用下主梁传递给桥墩的惯性力大，其桥墩所受地震力增大，而墩梁之间连接刚度小，则地震作用下墩梁相对位移过大从而导致支座发生破坏，甚至落梁。现有的桥梁工程抗震领域中，在墩梁之间安装附加阻尼器等连接装置可以达到减震的目的，其中粘滞阻尼器因力学性能稳定、造价成本低等优势一直被广泛应用。然而，粘滞阻尼器也有一定的缺陷，其为速度相关型阻尼器，在地震作用下阻尼力与位移不相关，尤其在强震作用下墩梁之间往往发生较大位移，粘滞阻尼器对结构大位移的控制效果不佳，从而导致支座破坏，桥梁发生落梁倒塌；此外，粘滞阻尼器不能提供自复位恢复力，无法有效减小地震后墩梁之间的残余位移，从而对震后通车不利。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器。

为了达到上述目的，本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器包括头部连接耳环、活塞连接板、第一活塞杆、第二活塞杆、头部封盖、活塞、中部封盖、碟形弹簧、弹簧限位圈、弹簧压块、带缓冲橡胶的弹簧压板、缸体、尾部封盖、尾部连接耳环和粘滞阻尼介质；其中，所述缸体的内部形成有两个并行设置的第一腔体和第二腔体；头部封盖和尾部封盖分别安装在缸体的两端，由此将第一腔体和第二腔体的两端口密封住；尾部连接耳环的内端连接在尾部封盖的外部；两个中部封盖分别固定在第一腔体和第二腔体的内部中间部位；第一活塞杆的内端依次贯穿头部封盖和设在第一腔体内部的中部封盖后连接一个弹簧压块；第二活塞杆的内端依次贯穿头部封盖和设在第二腔体内部的中部封盖后连接一个弹簧压块；活塞套在第一活塞杆上位于头部封盖和中部封盖之间的部位，并且外侧部位沿轴向设有多个油孔；第二活塞杆上位于头部封盖和中部封盖之间的部位还套有一个弹簧压块；粘滞阻尼介质填充在第一腔体内位于头部封盖和中部封盖之间的空间内；活塞连接板的一端面连接头部连接耳环，另一端面同时连接在第一活塞杆和第二活塞杆的外端；第一腔体内位于中部封盖和尾部封盖之间的部位、第二腔体内位于每个弹簧压块两侧的部位分别安装一个弹簧限位圈，每块带缓冲橡胶的弹簧压板外部边缘挤压在一个弹簧限位圈上，以起到限制碟形弹簧位移的目的；第一活塞杆上位于中部封盖和带缓冲橡胶的弹簧压板、第二活塞杆上位于头部封盖和与头部封盖相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板、中部封盖和与中部封盖相邻的两块带缓冲橡胶的弹簧压板之间的部位均套有一个碟形弹簧；第一腔体内位于尾部封盖和带缓冲橡胶的弹簧压板、第二腔体内位于尾部封盖和与尾部封盖相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板之间分别设有一个碟形弹簧。

所述第一活塞杆与头部封盖和中部封盖之间、活塞与缸体之间均设有组合密封圈，以防止第一腔体内的粘滞阻尼介质溢出。

所述第二活塞杆与头部封盖和中部封盖之间、头部封盖与缸体之间均设有橡胶圈，以防止刚性接触。

所述粘滞阻尼介质采用液体硅油。

所述第二腔体内位于头部封盖和中部封盖之间的弹簧压块两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板间的距离小于连接在第二活塞杆内端的弹簧压块两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板间的距离。

本发明具有的优点和积极效果是：1.粘滞阻尼介质可以有效耗散地震输入能量；2.碟形弹簧可以提供刚度，并且可以减小墩梁之间的残余位移；3.碟形弹簧可根据桥梁结构抗震要求调整附加刚度介入时刻，从而提供附加恢复力，减小桥梁结构的墩梁相对位移，保护支座，防止落梁。

附图说明

图1-1为本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器结构示意图；

图1-2为图1-1中1-1向剖面图；

图1-3为图1-1中2-2向剖面图；

图2-1为本发明采用的桥梁分析模型尺寸图；

图2-2为图2-1中1-1向剖面图；

图2-3为图2-1中2-2向剖面图；

图3为采用本发明和采用传统阻尼器的墩梁相对位移对比图；

图4为采用本发明和采用传统阻尼器的桥墩损伤指数对比图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹配合附图详细说明如下：

如图1-1至1-3所示，本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器包括头部连接耳环1、活塞连接板2、第一活塞杆3、第二活塞杆3’、头部封盖4、活塞7、中部封盖8、碟形弹簧9、弹簧限位圈10、弹簧压块11、带缓冲橡胶的弹簧压板12、缸体14、尾部封盖15、尾部连接耳环16和粘滞阻尼介质17；其中，所述缸体14的内部形成有两个并行设置的第一腔体18和第二腔体19；头部封盖4和尾部封盖15分别安装在缸体14的两端，由此将第一腔体18和第二腔体19的两端口密封住；尾部连接耳环16的内端连接在尾部封盖15的外部；两个中部封盖8分别固定在第一腔体18和第二腔体19的内部中间部位；第一活塞杆3的内端依次贯穿头部封盖4和设在第一腔体18内部的中部封盖8后连接一个弹簧压块11；第二活塞杆3’的内端依次贯穿头部封盖4和设在第二腔体19内部的中部封盖8后连接一个弹簧压块11；活塞7套在第一活塞杆3上位于头部封盖4和中部封盖8之间的部位，并且外侧部位沿轴向设有多个油孔6；第二活塞杆3’上位于头部封盖4和中部封盖8之间的部位还套有一个弹簧压块11；粘滞阻尼介质17填充在第一腔体18内位于头部封盖4和中部封盖8之间的空间内；活塞连接板2的一端面连接头部连接耳环1，另一端面同时连接在第一活塞杆3和第二活塞杆3’的外端；第一腔体18内位于中部封盖8和尾部封盖15之间的部位、第二腔体19内位于每个弹簧压块11两侧的部位分别安装一个弹簧限位圈10，每块带缓冲橡胶的弹簧压板12外部边缘挤压在一个弹簧限位圈10上，以起到限制碟形弹簧9位移的目的；第一活塞杆3上位于中部封盖8和带缓冲橡胶的弹簧压板12、第二活塞杆3’上位于头部封盖4和与头部封盖4相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12、中部封盖8和与中部封盖8相邻的两块带缓冲橡胶的弹簧压板12之间的部位均套有一个碟形弹簧9；第一腔体18内位于尾部封盖15和带缓冲橡胶的弹簧压板12、第二腔体19内位于尾部封盖15和与尾部封盖15相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12之间分别设有一个碟形弹簧9。

所述第一活塞杆3与头部封盖4和中部封盖8之间、活塞7与缸体14之间均设有组合密封圈5，以防止第一腔体18内的粘滞阻尼介质17溢出。

所述第二活塞杆3’与头部封盖4和中部封盖8之间、头部封盖4与缸体14之间均设有橡胶圈13，以防止刚性接触。

所述粘滞阻尼介质17采用液体硅油。

所述第二腔体19内位于头部封盖4和中部封盖8之间的弹簧压块11两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板12间的距离小于连接在第二活塞杆3’内端的弹簧压块11两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板12间的距离。

现将本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器的工作原理阐述如下：

本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器通过头部连接耳环1和尾部连接耳环16连接在桥墩和主梁之间。在地震作用下，外力将对活塞杆连接板2产生往复的拉压力，这时第一活塞杆3、第二活塞杆3’将分别在第一腔体18和第二腔体19内进行往复运动，由此带动活塞7和弹簧压块11也一起移动，粘滞阻尼介质17将在活塞7的往复挤压作用下穿过活塞7上的油孔6，从而产生粘滞阻尼力，以耗散地震能量；同时挤压或拉伸第一活塞杆3上位于中部封盖8和与其相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12、尾部封盖15和与其相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12、第二活塞杆3’上位于头部封盖4和与其相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12、中部封盖8和与其相邻的两块带缓冲橡胶的弹簧压板12、尾部封盖15和与其相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板12之间的碟形弹簧9，利用这些碟形弹簧9的变形对相应的弹簧压块11产生往复作用力，以提供刚度并减少墩梁相对位移且具有自复位性能，起到消除墩梁结构在地震作用后的残余位移目的；当第二活塞杆3’的位移超过预设的第一限制位移后，位于第二活塞杆3’中部的弹簧压块11将与其相邻的一个带缓冲橡胶的弹簧压板12相接触，以阻止第二活塞杆3’的位移；当第二活塞杆3’的位移进一步增大并超过预设的第二限制位移后，与第二活塞杆3’内端相连的另一个弹簧压块11将与其相邻的一个带缓冲橡胶的弹簧压板12相接触，以阻止第二活塞杆3’的进一步位移，通过上述过程可以减小支座位移，防止发生落梁，以使桥梁结构大震不倒；另外，利用缓冲橡胶来防止弹簧压块11与弹簧压板12在接触过程中发生刚性碰撞；此外，碟形弹簧9提供恢复力的位移阈值需根据桥梁结构抗震设计的需要预先设置。

下面通过一个应用实例来说明本发明的优越性。

请参阅图2-1～图2-3，跨径布置为70m的钢筋混凝土简支梁桥，其结构尺寸如图2-1～2-3所示，主梁为钢筋混凝土空心箱梁，桥墩为空心薄壁桥墩。混凝土采用C40，钢筋的屈服强度为550MPa，纵筋配筋率为0.8％。分析中仅考虑纵桥向的地震激励，底部施加El-Centro地震动。

请参阅图3，将上述桥梁采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器与采用传统粘滞阻尼器的墩梁相对位移进行对比分析：计算表明，在0.6g地震动作用下，采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器和传统粘滞阻尼器的墩梁相对位移最大值分别为0.02m和0.06m，采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器较传统粘滞阻尼器的墩梁相对位移减小率为66.7％，墩梁之间残余位移分别为0.001m和0.002m，墩梁之间残余位移减小率为50％，因此本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器较传统粘滞阻尼器可明显减小墩梁之间的地震位移响应。

请参阅图4，将上述桥梁采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器与采用传统粘滞阻尼器的桥墩损伤指数进行对比分析：计算表明，在0.6g地震动作用下，采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器和传统粘滞阻尼器的桥墩损伤指数最大值分别为0.074和0.076，说明采用两种装置的桥墩损伤程度相近，均处于基本完好状态。

综上所述，采用本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器可明显减少墩梁之间的地震位移响应，且桥墩损伤并未增加，因此本发明提供的自复位多级变刚度粘滞阻尼器安装在墩梁之间可防止桥梁结构发生地震落梁倒塌，提高桥梁结构整体的抗震性能。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自复位多级变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述自复位多级变刚度粘滞阻尼器包括头部连接耳环(1)、活塞连接板(2)、第一活塞杆(3)、第二活塞杆(3’)、头部封盖(4)、活塞(7)、中部封盖(8)、碟形弹簧(9)、弹簧限位圈(10)、弹簧压块(11)、带缓冲橡胶的弹簧压板(12)、缸体(14)、尾部封盖(15)、尾部连接耳环(16)和粘滞阻尼介质(17)；其中，所述缸体(14)的内部形成有两个并行设置的第一腔体(18)和第二腔体(19)；头部封盖(4)和尾部封盖(15)分别安装在缸体(14)的两端，由此将第一腔体(18)和第二腔体(19)的两端口密封住；尾部连接耳环(16)的内端连接在尾部封盖(15)的外部；两个中部封盖(8)分别固定在第一腔体(18)和第二腔体(19)的内部中间部位；第一活塞杆(3)的内端依次贯穿头部封盖(4)和设在第一腔体(18)内部的中部封盖(8)后连接一个弹簧压块(11)；第二活塞杆(3’)的内端依次贯穿头部封盖(4)和设在第二腔体(19)内部的中部封盖(8)后连接一个弹簧压块(11)；活塞(7)套在第一活塞杆(3)上位于头部封盖(4)和中部封盖(8)之间的部位，并且外侧部位沿轴向设有多个油孔(6)；第二活塞杆(3’)上位于头部封盖(4)和中部封盖(8)之间的部位还套有一个弹簧压块(11)；粘滞阻尼介质(17)填充在第一腔体(18)内位于头部封盖(4)和中部封盖(8)之间的空间内；活塞连接板(2)的一端面连接头部连接耳环(1)，另一端面同时连接在第一活塞杆(3)和第二活塞杆(3’)的外端；第一腔体(18)内位于中部封盖(8)和尾部封盖(15)之间的部位、第二腔体(19)内位于每个弹簧压块(11)两侧的部位分别安装一个弹簧限位圈(10)，每块带缓冲橡胶的弹簧压板(12)外部边缘挤压在一个弹簧限位圈(10)上，以起到限制碟形弹簧(9)位移的目的；第一活塞杆(3)上位于中部封盖(8)和带缓冲橡胶的弹簧压板(12)、第二活塞杆(3’)上位于头部封盖(4)和与头部封盖(4)相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板(12)、中部封盖(8)和与中部封盖(8)相邻的两块带缓冲橡胶的弹簧压板(12)之间的部位均套有一个碟形弹簧(9)；第一腔体(18)内位于尾部封盖(15)和带缓冲橡胶的弹簧压板(12)、第二腔体(19)内位于尾部封盖(15)和与尾部封盖(15)相邻的带缓冲橡胶的弹簧压板(12)之间分别设有一个碟形弹簧(9)。

2.根据权利要求1所述的自复位多级变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述第一活塞杆(3)与头部封盖(4)和中部封盖(8)之间、活塞(7)与缸体(14)之间均设有组合密封圈(5)，以防止第一腔体(18)内的粘滞阻尼介质(17)溢出。

3.根据权利要求1所述的自复位多级变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述第二活塞杆(3’)与头部封盖(4)和中部封盖(8)之间、头部封盖(4)与缸体(14)之间均设有橡胶圈(13)，以防止刚性接触。

4.根据权利要求1所述的自复位多级变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述粘滞阻尼介质(17)采用液体硅油。

5.根据权利要求1所述的自复位多级变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述第二腔体(19)内位于头部封盖(4)和中部封盖(8)之间的弹簧压块(11)两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板(12)间的距离小于连接在第二活塞杆(3’)内端的弹簧压块(11)两侧的两块带缓冲橡胶的弹簧压板(12)间的距离。

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