CN114277952A - 一种复合阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合阻尼器，属于结构减震技术领域。主体包括摩擦阻尼单元、黏弹性阻尼单元以及连接单元。通过串联摩擦阻尼器和黏弹性阻尼器，两个阻尼器可以相互补充，可有效地减小风振和地震产生的结构振动。黏弹性体在微震动(如风颤)和中小型地震中率先变形，当振动幅度增大导致黏弹性阻尼单元锁定而强迫摩擦阻尼单元通过摩擦耗能，减少震动。因此，由于两个减振功能由一个阻尼器上组合而成，因此在建筑规划上提供了更大的自由度，并且减震系统的成本也显著降低。此外，由于不需要维护检查等，因此降低了建筑物的生命周期成本。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程中的结构减震领域，尤其是涉及一种复合阻尼器。
背景技术
地震是威胁重大工程结构安全的主要自然灾害之一，因而，结构减震控制成为土木工程防灾减灾工作的有效措施。
随着我国经济的发展及各行业邻域的日益创新，结构防震减灾技术得到了飞速发展，从传统的单纯依靠结构构件损伤来抵御外界不利荷载作用及基础隔震措施，逐渐向被动耗能减震技术以及主动、半主动和智能控制技术发展。通过在结构中增设阻尼器来消耗地震输入能量，保护主体结构构件安全，已经被广泛证明是一种行之有效的抗震措施，建筑结构体系中常用的被动耗能减震装置主要可以分为位移相关型阻尼器和速度相关性阻尼器。具体地，位移相关型阻尼器主要包括摩擦阻尼器、金属屈服型阻尼器以及屈曲约束支撑；速度相关型阻尼器主要包括黏弹性阻尼器和粘滞阻尼器。
摩擦阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量，同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了地震输入从而达到降低结构地震反应的目的。摩擦阻尼器具有变形能力长、耗能能力稳定等特点，但是，现有的摩擦阻尼器的阻尼力相对固定，不能根据不同地震阶段提供不同的阻尼力，且有较大的震动时，通常摩擦阻尼器会发生损坏，需要进行更换，比较麻烦。
黏弹性阻尼器工作原理是黏弹性材料随约束钢板往复运动，通过黏弹性阻尼材料剪切滞回变形来耗散能量。黏弹性阻尼器主要是依靠黏弹性材料的滞回消能特性来增加结构阻尼，它的减震效果要比位移相关型阻尼器好，增加了结构的阻尼，结构的地震响应大大减小，层位移、层加速度、层间位移和层间剪力均明显减小，但是，黏弹性阻尼器的耗能元件——黏弹性阻尼材料是一种同时具有黏性液体和弹性固体特征的聚合物。由于黏弹性阻尼材料的性能受环境温度、应变幅值和加载频率影响较大，从而限制了黏弹性阻尼器在一些环境温度差异较大、有大变形和高附加刚度需求的抗震工程中运用。
发明内容
为了解决上述摩擦阻尼器和黏弹性阻尼器的缺点，本发明提供了一种串联摩擦阻尼器和黏弹性阻尼器的复合阻尼器，即位移相关型阻尼器与速度相关型阻尼器联合作用。两个阻尼器可以相互补充，大大减少各种晃动。黏弹性体在微震动(如风颤)和中小型地震中变形，以减少晃动，在大地震中加入摩擦阻尼器以吸收震动。因此，由于两个减振功能由一台设备组合而成，因此在建筑规划上提供了更大的自由度，并且将安装减振系统的成本降低了多达四成。此外，由于不需要维护检查等，因此降低了建筑物的生命周期成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种复合阻尼器主要由摩擦阻尼单元、黏弹性阻尼单元以及连接单元构成；摩擦耗能单元由上约束钢板、下约束钢板、摩擦板、中间水平刚板、蝶形弹簧、压环和预应力螺杆组成；黏弹性阻尼单元由上约束钢板、黏弹性体、中间水平刚板、下约束钢板和限位钢板组成。
摩擦板两块分别在中间水平钢板上下对称布置，并通过环氧树脂胶黏剂分别与上约束钢板和下约束钢板连接。
预应力螺杆穿过上约束钢板、下约束钢板和中间水平钢板，并且其上下端由压环、碟形弹簧、预应力螺帽所固定；碟形弹簧分别位于预应力螺杆两端，并由预应力螺帽和压环所固定；在安装之前通过调节预应力螺帽来控制弹簧的松紧程度，进而产生不同的预紧力，按照不同预压应力要求安装在相对应的楼层和位置。
中间水平钢板在摩擦阻尼单元内设置椭圆形长孔，上约束钢板、摩擦板和下约束钢板对应中间水平钢板上的椭圆形长孔处设置相同的椭圆形长孔，其椭圆形长孔的数目与预应力螺杆数目一致，预应力螺杆数目可以多个，通过改变预应力螺杆的数目来提高摩擦阻尼单元的耗能能力。在黏弹性阻尼单元内设有限位钢板。
黏弹性体由黏弹性阻尼材料制成，位与中间水平钢板和上约束钢板以及下约束钢板之间；上约束钢板和下约束钢板靠近复合阻尼器中部的端头设有弯向中间水平钢板的垂直限位挡板，保证在黏弹性阻尼单元中的黏弹性体剪切耗能后，复合阻尼器所受到的外部激励后与限位钢板发生接触，从而可以通过中间水平钢板传递到摩擦阻尼单元，此时，摩擦阻尼单元中摩擦板开始通过与中间水平钢板产生摩擦耗能。
连接单元在摩擦阻尼单元一侧通过固定螺杆与固定螺帽与上约束钢板、下约束钢板相连，在黏弹性阻尼单元一侧采用相同布置，连接单元在摩擦阻尼单元和黏弹性阻尼单元外侧设置销轴孔，与外部结构通过销轴连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)小震下，黏弹性阻尼单元其主要作用，中大震下，摩擦阻尼单元与黏弹性阻尼单元协同作用，大大提高了阻尼器在小中大震下的耗能能力；
(2)减少强风和地震引起的震动，将其控制在六到七成左右；
(3)不仅可以集成到新建筑中，还可以集成到现有建筑的减震加固和整理材料中，适用于从低层到超高层建筑的各种应用；
(4)部署成本可降低约40％，与为地震和风振单独安装的减震装置相比，更经济；
(5)由于环境条件等原因，性能没有下降，因而无需维护；即使大地震反复运行也不会损坏，因而无需更换；
(6)通过大规模生产高质量的工业产品和标准化的系统，可以实现高质量和低成本。因此，本发明的减震耗能装置具有高质量低成本、参数可控、耗能优异的优点。
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做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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为复合阻尼器剖面图；
图2为复合阻尼器俯视图；
图3为复合阻尼器中中间钢板俯视图；
图4为复合阻尼器中摩擦阻尼单元的上约束钢板俯视图；
图5为复合阻尼器中碟形弹簧剖面图；
图6为复合阻尼器中黏弹性阻尼单元的上约束钢板俯视图；
图7为复合阻尼器中连接单元俯视图；
图8为复合阻尼器中压环结构示意图；
图9为复合阻尼器中黏弹性阻尼单元发生剪切位移时的示意图。
其中：1、连接单元，2、固定螺杆，3、固定螺帽，4、上约束钢板，5、蝶形弹簧，6、预压力螺帽，7、压环，8、预应力螺杆，9、摩擦板、10、下约束钢板，11、中间水平钢板，12、限位钢板，13、上约束钢板，14、黏弹性体，15、下约束钢板，16、椭圆形长孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种复合阻尼器主要由摩擦阻尼单元、黏弹性阻尼单元以及连接单元1构成；摩擦耗能单元由上约束钢板4、下约束钢板10、摩擦板9、中间水平刚板11、蝶形弹簧5、压环10和预应力螺杆8组成；黏弹性阻尼单元由上约束钢板13、黏弹性体14、中间水平刚板11、下约束钢板15和限位钢板12组成；摩擦板9两块分别在中间水平钢板11上下对称布置，并通过环氧树脂胶黏剂分别与上约束钢板4和下约束钢板10连接；预应力螺杆8穿过上约束钢板4、下约束钢板10和中间水平钢板11，并且其上下端由压环7、碟形弹簧5、预应力螺帽6所固定；碟形弹簧5分别位于预应力螺杆8两端，并由螺帽6和压环10所固定；黏弹性体14由黏弹性阻尼材料制成，位与中间水平钢板11和上约束钢板13以及下约束钢板15之间；上约束钢板13和下约束钢板15靠近复合阻尼器中部的端头设有弯向中间水平钢板11的垂直限位挡板，保证在黏弹性阻尼单元中的黏弹性体剪切耗能后，复合阻尼器所受到的外部激励可以通过中间水平钢板传递到摩擦阻尼单元，此时，摩擦阻尼单元中摩擦板开始通过与中间水平钢板产生摩擦耗能。针对现有的摩擦阻尼器的阻尼力相对固定，不能根据不同地震阶段提供不同的阻尼力，且有较大的震动时，通常摩擦阻尼器会发生损坏，需要进行更换，比较麻烦；黏弹性阻尼器中的黏弹性阻尼材料性能受环境温度、应变幅值和加载频率影响较大，从而限制了黏弹性阻尼器在一些环境温度差异较大、有大变形和高附加刚度需求的抗震工程中运用，本发明提供一种复合阻尼器，施工步骤如下：
(1)中间水平钢板11在摩擦阻尼单元内设置椭圆形长孔16，上约束钢板4、摩擦板9和下约束钢板10对应中间水平钢板11上的椭圆形长孔16处设置相同的椭圆形长孔，其椭圆形长孔的数目与预应力螺杆数目一致，预应力螺杆数目可以是4个或6个或8个；
(2)安装时，按照上约束钢板4、一层摩擦板9、中间水平钢板11、一层摩擦板9、下约束钢板10的顺序交叠，各板椭圆形长孔16对应，通过预压力螺杆8连接在一起，并用压环7、碟形弹簧5和预应力螺帽6限制预压力螺杆8；
(3)摩擦板通过环氧树脂胶黏剂分别与上约束钢板4和下约束钢板10连接；
(4)中间水平钢板11在黏弹性阻尼单元一侧套有限位钢板12，使限位钢板12位于黏弹性阻尼单元上下约束钢板弯向中间水平钢板11的垂直限位挡板和黏弹性体14之间；
(5)黏弹性体选用黏弹性阻尼材料，分别与上约束钢板13、下约束钢板15、中间水平钢板11粘结固定，在地震作用下，通过黏弹性体剪切耗能；
(6)连接单元1在摩擦阻尼单元一侧通过固定螺杆2与固定螺帽3与上约束钢板4、下约束钢板10相连，在黏弹性阻尼单元一侧采用相同布置，连接单元1在摩擦阻尼单元和黏弹性阻尼单元外侧设置销轴孔，与外部结构通过销轴连接。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于本领域普通技术人员在没有付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。
Claims (8)
1.一种复合阻尼器，其特征在于：包括摩擦阻尼单元、黏弹性阻尼单元以及连接单元(1)；摩擦耗能单元由上约束钢板(4)、下约束钢板(10)、摩擦板(9)、中间水平刚板(11)、蝶形弹簧(5)、压环(10)和预应力螺杆(8)组成；黏弹性阻尼单元由上约束钢板(13)、黏弹性体(14)、中间水平刚板(11)、下约束钢板(15)和限位钢板(12)组成。
2.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的摩擦板(9)两块分别在中间水平钢板(11)上下对称布置，并通过环氧树脂胶黏剂分别与上约束钢板(4)和下约束钢板(10)连接。
3.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的预应力螺杆(8)穿过上约束钢板(4)、下约束钢板(10)和中间水平钢板(11)，并且其上下端由压环(7)、碟形弹簧(5)、预应力螺帽(6)所固定。
4.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的碟形弹簧(5)分别位于预应力螺杆(8)两端，并由预应力螺帽(6)和压环(10)所固定。
5.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的中间水平钢板(11)在预应力螺杆(8)处设有椭圆形长孔，在黏弹性阻尼单元内设有限位钢板(12)。
6.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的黏弹性体(14)由黏弹性阻尼材料制成，位于中间水平钢板(11)和上约束钢板(13)以及下约束钢板(15)之间。
7.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的上约束钢板(13)和下约束钢板(15)靠近复合阻尼器中部的端头设有弯向中间水平钢板(11)的垂直限位挡板。
8.根据权利要求1所述的一种复合阻尼器，其特征在于：所述的连接单元(1)在摩擦阻尼单元一侧通过固定螺杆(2)与固定螺帽(3)与上约束钢板(4)、下约束钢板(10)相连，在黏弹性阻尼单元一侧采用相同布置，连接单元(1)在摩擦阻尼单元和黏弹性阻尼单元外侧设置销轴孔，与外部结构通过销轴连接。
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