CN114482666A - 一种具有自复位功能的摩擦阻尼器及其耗能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自复位功能的摩擦阻尼器及其耗能方法。阻尼器包括上外盖板、下外盖板、核心阻尼板、辅助阻尼板以及弹性预压单元。核心阻尼板夹设在上外盖板和下外盖板之间，所述上外盖板、下外盖板和核心阻尼板组合后形成有用于放置弹性预压单元的中空隔腔；所述核心阻尼板上设有沿其长度方向延伸布置的第二通槽，所述中空隔腔包括多个，多个中空隔腔以所述第二通槽呈中心对称布置；辅助阻尼板，包括两个，分别是位于所述上外盖板和核心阻尼板之间的第一辅助阻尼板、以及位于所述下外盖板和核心阻尼板之间的第二辅助阻尼板。本发明具有自复位功能的阻尼器在外力作用下表现为双旗形滞回曲线，卸载后无残余位移，并能自动恢复变形。

Description

一种具有自复位功能的摩擦阻尼器及其耗能方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种用于减小工程结构地震响应的具有自复位功能的摩擦阻尼器及其耗能方法。
背景技术
近年来，地震都是对人类社会造成巨大损失的自然灾害，且地震具有极强的突发性和破坏性，严重威胁着人类社会的生命财产安全。随着抗震技术的不断进步，结构的抗震性能越来越好，但烈度较高的地震仍然会造成难以估量的损失。于是结构振动控制技术开始得到了充分的重视与发展，通过在建筑物中安装耗能减震设备（如阻尼器），来改变结构的动力特性，从而使结构在地震用下的振动响应减小。利用结构振动控制技术，在大震作用下主结构可以保持在弹性状态，而阻尼器允许发生较大变形。
传统摩擦型阻尼器是一种可发生位移、改变形状的构件，板与板之间的摩擦力取决于压力，压力可通过摩擦高强型螺栓调节大小，作用机制简单灵活，应用比较广泛。但是传统的摩擦阻尼器往往存在起滑力设置过大的问题，以至在小震作用时阻尼器无法先于结构发生作用，出现了结构破坏先于阻尼器作用的现象；或存在摩擦阻尼器起滑力设置过小，导致耗能效率较低、减震效果不明显的现象。
发明内容
为解决传统摩擦阻尼器卸载后有残余变形以及摩擦阻尼器耗能手段较为单一等问题，本发明提出了一种具有自复位功能的摩擦阻尼器及其耗能方法，相比于传统的摩擦型和粘滞型阻尼器，本发明具有自复位功能的阻尼器在外力作用下表现为双旗形滞回曲线，卸载后无残余位移，并能自动恢复变形。故作为一种有效的抗侧力构件，不仅能够向结构提供足够的侧向刚度和消散地震能量，而且利用其自身的自复位能力能够降低结构的残余变形，实现结构功能的快速修复，从而大大地降低结构的维修和重建成本。
为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有自复位功能的摩擦阻尼器，包括上、下对称布置的上外盖板和下外盖板，两个外盖板之间通过第一螺栓紧固件可拆卸的连接；
所述上外盖板的下端面设有第一凹槽，所述下外盖板的上端面相对应所述第一凹槽位置处设有第二凹槽；
核心阻尼板，夹设在所述上外盖板和下外盖板之间，核心阻尼板上相对所述凹槽的位置设有第一通槽；
所述上外盖板、下外盖板和核心阻尼板组合后，所述第一通槽、第一凹槽和第二凹槽形成中空隔腔，所述中空隔腔内放置弹性预压单元，弹性预压单元始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力；
所述核心阻尼板上设有沿其长度方向延伸布置的第二通槽，所述中空隔腔包括多个，多个中空隔腔以所述第二通槽呈中心对称布置；
辅助阻尼板，包括两个，分别是位于所述上外盖板和核心阻尼板之间的第一辅助阻尼板、以及位于所述下外盖板和核心阻尼板之间的第二辅助阻尼板；
所述上外盖板、第一辅助阻尼板、第二辅助阻尼板以及下外盖板上分别设有供所述第一螺栓紧固件穿过的螺栓孔组，螺栓依次穿过上外盖板上的第一螺栓孔组、第一辅助阻尼板上的第二螺栓孔组、第二通槽、第二辅助阻尼板上的第三螺栓孔组以及下外盖板上的第四螺栓孔组后将上外盖板、第一辅助阻尼板、核心阻尼板、第二辅助阻尼板以及下外盖板固定为一个整体。
所述第二通槽的长度大于所述螺栓孔组两端螺栓孔最外端的距离，以保证核心阻尼板在发生位移时，有较大的位移容许值。
所述第一辅助阻尼板的宽度等于上外盖板的宽度减去第一凹槽的宽度，第一辅助阻尼板的长度与上外盖板长度相等；
所述第二辅助阻尼板的宽度等于下外盖板的宽度减去第二凹槽的宽度，第二辅助阻尼板的长度与下外盖板长度相等。
所述弹性预压单元包括碟簧、固定连接在所述碟簧两端的碟簧挡板组和第二螺栓紧固件，所述碟簧挡板组包括两块挡板，每块挡板的对角线的两端分别开有一个圆孔，第二螺栓紧固件穿过所述碟簧挡板组的圆孔给碟簧施加初始预紧力，所述碟簧、第二螺栓紧固件和碟簧挡板组作为一个整体嵌入至上外盖板、核心阻尼板以及下外盖板之间的所述中空隔腔中。
所述上外盖板、核心阻尼板和下外盖板均为钢板，所述辅助阻尼板为黄铜板、铝板或青铜板。
所述第一螺栓和第二螺栓均为摩擦高强型螺栓。
所述上外盖板和下外盖板均为矩形板。
一种基于所述具有自复位功能的摩擦阻尼器的耗能方法，
当外力作用于核心阻尼板时，核心阻尼板发生位移，与第一辅助阻尼板、第二辅助阻尼板发生相对位移，进行摩擦耗能，同时，核心阻尼板带动弹性预压单元位移，弹性预压单元进一步受压进行耗能，并为阻尼器提供了二次刚度；弹性预压单元始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力，在卸载时，受压的弹性预压单元的恢复力使得核心阻尼板回到初始位置，无残余位移。
本发明具有以下有益效果：
1.具有自复位功能的摩擦阻尼器中各板开孔位置对称且规则，仅开有圆孔和长方形孔，加工方便，组装简单，便于量产。
具有自复位功能的摩擦阻尼器中的碟簧全过程受压，其预紧力大于板间摩擦力，使核心阻尼板在卸载时无残余变形，自动恢复至初始位置。当阻尼器工作时，采用碟簧单元实现自复位，可通过改变碟簧单元的碟簧片组合方式以及预压量获得更强的自复位能力。
2.本发明体现了模块化的设计思想。碟簧单元是可拆卸的，可实现完全的摩擦耗能，此时不需考虑碟簧的预紧力，螺栓6中施加的预紧力可以更大，摩擦力也相应变大，也可实现自复位功能。从而满足多种工程条件下的要求。
3.本发明具有自复位功能的摩擦阻尼器中的辅助阻尼板为矩形板，当核心阻尼板与辅助阻尼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。
4.本发明具有自复位功能的摩擦阻尼器的运动较为简单。外盖钢板、辅助阻尼板和核心阻尼板的布置为中心对称，当核心阻尼板受力发生移动时，外盖钢板和辅助阻尼板不发生位移。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。
5. 本发明具有自复位功能的摩擦阻尼器中部件的种类较少，整体厚度偏小，安装便捷，有广泛的适用性。
附图说明
图1是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器的侧视图一；
其中，1、上外盖板；2、第一辅助阻尼板；3、核心阻尼板；4、第二辅助阻尼板；5、下外盖板；6、第一紧固螺栓；7、碟簧；8、第二紧固螺栓；9、挡板；
图2是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器的侧视图二；
图3是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中上外盖板的平视图；
其中，1-1、第一螺栓孔组；1-2、第一凹槽；
图4是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中上外盖板的侧视图；
图5是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中第一辅助阻尼板的平视图；
其中，2-1、第二螺栓孔组；
图6是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中核心阻尼板的平视图；
其中，3-1、第二通槽；3-2、第一通槽；
图7是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中第二辅助阻尼板的平视图；
其中，4-1、第三螺栓孔组；
图8是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中下外盖板的平视图；
其中，5-1、第四螺栓孔组；5-2、第二凹槽；
图9是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中下外盖板的侧视图；
图10是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中碟簧挡板组的平视图；
其中，9、挡板；（9-1，9-2）、圆孔；
图11是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器中碟簧、第二紧固螺栓和碟簧挡板组的组合图；
图12是本发明实施例1的具有自复位功能的摩擦阻尼器的立体装配图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例一
如图所示：一种具有自复位功能的摩擦阻尼器。包括上外盖板1、下外盖板5、第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4，核心阻尼板3，第一紧固螺栓6、第一紧固螺栓8，碟簧7和碟簧挡板组9。
所述上外盖板1包括第一螺栓孔组1-1和第一凹槽1-2。第一螺栓孔组1-1设置在上外盖板1沿长度方向的对称轴处，且圆孔组中的相邻圆孔之间的圆心距相等。第一凹槽1-2设置在上外盖板1边缘处，沿上外盖板1的两对称轴对称布置。 类似的，所述下外盖板5包括第四螺栓孔组5-1和第二凹槽5-2。其第四螺栓孔组5-1及第二凹槽5-2的布置与上外盖板1相同。第四螺栓孔组5-1与第一螺栓孔组1-1对齐，第二凹槽5-2与第一凹槽1-2对齐。
所述第一辅助阻尼板2包括第二螺栓孔组2-1，第二螺栓孔组2-1设置在第一辅助阻尼板2沿长度方向的对称轴处，且圆孔组中的相邻圆孔之间的圆心距相等。第二螺栓孔组2-1与第一螺栓孔组1-1对齐。第一辅助阻尼板2的宽度等于上外盖板1的宽度减去两第一凹槽1-2的宽度，长度与上外盖板1相等。类似的，所述第二辅助阻尼板4中第三螺栓孔组4-1第三螺栓孔组4-1的布置及第二辅助阻尼板4的尺寸与第一辅助阻尼板2相同。第三螺栓孔组4-1与第一螺栓孔组1-1对齐。
所述核心阻尼板3包括第二通槽3-1和第一通槽3-2，第二通槽3-1设置沿长度方向的对称轴处。第二通槽3-1的中线对应第一螺栓孔组1-1各圆孔的中心且长度大于螺栓孔组中两端圆孔的最外端距离。第一通槽3-2与第一凹槽1-2对齐。
所述第一紧固螺栓6穿过上外盖板1中的第一螺栓孔组1-1和下外盖板5中的第四螺栓孔组5-1，以及第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4所对应的螺栓孔组和核心阻尼板3中的第二通槽3-1，将上外盖板1、下外盖板5、第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4和核心阻尼板3固定为一个整体。
所述碟簧7与碟簧挡板组9固定为一个整体，碟簧挡板组9包括两块挡板，每块挡板的对角线两端分别开有一个圆孔。
第二紧固螺栓8穿过碟簧挡板组9的圆孔给碟簧7施加初始预紧力。所述碟簧7、第二紧固螺栓8和碟簧挡板组9作为一个整体嵌入至上外盖板1、下外盖板5和核心阻尼板所组合而成的中空隔腔中。
通过第一紧固螺栓6将上外盖板1、下外盖板5，第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4和核心阻尼板3压紧，碟簧7与碟簧挡板组9固定为一个整体，碟簧7、和碟簧挡板组9通过第二紧固螺栓8施加预紧力后，作为一个整体嵌入至上外盖板1、下外盖板5和核心阻尼板所组合而成的中空隔腔中。当外力作用于核心阻尼板3时，核心阻尼板3发生位移，与第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4发生相对位移，进行摩擦耗能。同时，核心阻尼板3带动碟簧挡板组9位移，碟簧7进一步受压进行耗能，并为阻尼器提供了二次刚度。碟簧7始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力。在卸载时，受压的碟簧7的恢复力使得核心阻尼板3回到初始位置，无残余位移。作为优选，4组碟簧7对称布置在具有自复位功能的摩擦阻尼器中，在避免结构构件偏心受力的同时，也最大化的提高了构件的耗能能力。
核心阻尼板3中的第二通槽3-1的长度要大于螺栓孔组两端的圆孔最外端的距离，以保证核心阻尼板在发生位移时，有较大的位移容许值。
上外盖板1、下外盖板5和核心阻尼板3都留出了凹槽用于放置碟簧7和碟簧挡板组9，第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4的宽度等于上外盖板的宽度减去第一凹槽的宽度，从而避免各部分相互接触挤压造成应力集中给结构带来损伤。
第一辅助阻尼板2、第二辅助阻尼板4的材质不局限于黄铜，可替换为铝，青铜等强度较高，与钢材摩擦系数较高的材料。
第一紧固螺栓6的数量及碟簧7的数量可以改变，提供大小不同的摩擦力，恢复力和二次刚度，从而适应不同的需求。
具有自复位功能的摩擦阻尼器设计包括摩擦耗能模块和自复位模块两个部分，其自复位模块是可拆卸的，体现了设计的模块化思想。
本发明具有自复位功能的摩擦阻尼器的耗能方法，当外力作用于核心阻尼板时，核心阻尼板发生位移，与第一辅助阻尼板、第二辅助阻尼板发生相对位移，进行摩擦耗能，同时，核心阻尼板带动弹性预压单元位移，弹性预压单元进一步受压进行耗能，并为阻尼器提供了二次刚度；弹性预压单元始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力，在卸载时，受压的弹性预压单元的恢复力使得核心阻尼板回到初始位置，无残余位移。
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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，包括上、下对称布置的上外盖板和下外盖板，两个外盖板之间通过第一螺栓紧固件可拆卸的连接；
所述上外盖板的下端面设有第一凹槽，所述下外盖板的上端面相对应所述第一凹槽位置处设有第二凹槽；
核心阻尼板，夹设在所述上外盖板和下外盖板之间，核心阻尼板上相对所述凹槽的位置设有第一通槽；
所述上外盖板、下外盖板和核心阻尼板组合后，所述第一通槽、第一凹槽和第二凹槽形成中空隔腔，所述中空隔腔内放置弹性预压单元，弹性预压单元始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力；
所述核心阻尼板上设有沿其长度方向延伸布置的第二通槽，所述中空隔腔包括多个，多个中空隔腔以所述第二通槽呈中心对称布置；
辅助阻尼板，包括两个，分别是位于所述上外盖板和核心阻尼板之间的第一辅助阻尼板、以及位于所述下外盖板和核心阻尼板之间的第二辅助阻尼板；
所述上外盖板、第一辅助阻尼板、第二辅助阻尼板以及下外盖板上分别设有供所述第一螺栓紧固件穿过的螺栓孔组，螺栓依次穿过上外盖板上的第一螺栓孔组、第一辅助阻尼板上的第二螺栓孔组、第二通槽、第二辅助阻尼板上的第三螺栓孔组以及下外盖板上的第四螺栓孔组后将上外盖板、第一辅助阻尼板、核心阻尼板、第二辅助阻尼板以及下外盖板固定为一个整体。
2.根据权利要求1所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述第二通槽的长度大于所述螺栓孔组两端螺栓孔最外端的距离，以保证核心阻尼板在发生位移时，有较大的位移容许值。
3.根据权利要求1所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一辅助阻尼板的宽度等于上外盖板的宽度减去第一凹槽的宽度，第一辅助阻尼板的长度与上外盖板长度相等；
所述第二辅助阻尼板的宽度等于下外盖板的宽度减去第二凹槽的宽度，第二辅助阻尼板的长度与下外盖板长度相等。
4.根据权利要求1所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述弹性预压单元包括碟簧、固定连接在所述碟簧两端的碟簧挡板组和第二螺栓紧固件，所述碟簧挡板组包括两块挡板，每块挡板的对角线的两端分别开有一个圆孔，第二螺栓紧固件穿过所述碟簧挡板组的圆孔给碟簧施加初始预紧力，所述碟簧、第二螺栓紧固件和碟簧挡板组作为一个整体嵌入至上外盖板、核心阻尼板以及下外盖板之间的所述中空隔腔中。
5.根据权利要求1所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述上外盖板、核心阻尼板和下外盖板均为钢板，所述辅助阻尼板为黄铜板、铝板或青铜板。
6.根据权利要求4所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一螺栓和第二螺栓均为摩擦高强型螺栓。
7.根据权利要求1所述的具有自复位功能的摩擦阻尼器，其特征在于，所述上外盖板和下外盖板均为矩形板。
8.一种基于权利要求1~7中任一所述具有自复位功能的摩擦阻尼器的耗能方法，其特征在于，
当外力作用于核心阻尼板时，核心阻尼板发生位移，与第一辅助阻尼板、第二辅助阻尼板发生相对位移，进行摩擦耗能，同时，核心阻尼板带动弹性预压单元位移，弹性预压单元进一步受压进行耗能，并为阻尼器提供了二次刚度；弹性预压单元始终处于受压状态，且初始预紧力大于阻尼器的摩擦力，在卸载时，受压的弹性预压单元的恢复力使得核心阻尼板回到初始位置，无残余位移。
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CN115059198A (zh) * 2022-07-19 2022-09-16 西安建筑科技大学 一种高性能环簧自复位复合耗能型墙式阻尼器及其装配方法

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