CN114776120B - 具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，属于工程振动控制技术领域。所述阻尼装置包括铁桶、铁砂、铁杆、桶盖、橡胶垫以及连接板；其中，所述铁桶内部装有铁砂，铁桶顶部设置有桶盖，所述铁杆穿过桶盖插入到铁桶内的铁砂中；所述桶盖上部还密封有橡胶垫，且橡胶垫无缝套设在所述铁杆外表面；所述铁杆上部螺栓连接有所述连接板。本发明可应用于结构减振控制中，具有良好稳定的负刚度特性，通过降低结构的等效刚度，增大结构阻尼，实现控制结构位移和加速度响应的目的。

Description

具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置
技术领域
本发明涉及一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，属于工程振动控制技术领域。
背景技术
我国是一个地震频发的国家，地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡和财产损失的主要原因，传统的抗震技术依靠结构的塑性变形来吸收地震能量，这样带来的减震效果并不是非常理想。近些年随着减隔震技术的出现，经大量研究表明减隔震技术可以有效提高结构的抗震性能，但是传统的减隔震技术在安装阻尼器后会增大结构刚度，增加结构的地震作用，而安装负刚度阻尼器就可以避免该现象的出现，负刚度阻尼器可以提供等效负刚度，有效减少结构刚度，延长结构周期，增加阻尼，获得理想的减震效果。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，用于解决结构阻尼器应用时结构刚度增大、地震作用增大的问题。
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，所述阻尼装置包括铁桶、铁砂、铁杆、桶盖、橡胶垫以及连接板；其中，所述铁桶内部装有铁砂，铁桶顶部设置有桶盖，所述铁杆穿过桶盖插入到铁桶内的铁砂中；所述桶盖上部还密封有橡胶垫，且橡胶垫无缝套设在所述铁杆外表面；所述铁杆上部螺栓连接有所述连接板；
所述铁杆与桶盖之间不接触，留有一定空隙，桶盖上的橡胶垫与铁杆之间无缝接触，用于保证整个阻尼装置的密闭性；
铁桶顶部设置有外沿，外沿外直径与所述桶盖外直径相同；
所述桶盖和橡胶垫之间通过胶水连接在一起；
所述铁杆底端为平头，用于提高阻尼力；
所述连接板上部和铁桶底部均设置有螺栓孔，便于安装；
当阻尼装置安装于结构上时，其上端与连接板固结，下端与铁桶底部连接，其阻尼力为铁杆插入和拔出铁砂时的受力；初始状态时，铁杆插入在铁砂中；当阻尼装置进入加载阶段时，铁杆逐步拔出铁砂，铁杆和铁砂之间仅有侧面摩擦力；当阻尼装置进入卸载阶段时，铁杆逐步插入铁砂中，铁杆和铁砂之间存在底部压力和侧面摩擦力两部分，且铁杆底部压力远大于侧面摩擦力；反复加载、卸载即可形成滞回曲线，其滞回曲线的等效刚度呈负刚度特征。
进一步地，所述桶盖与铁桶之间螺栓连接。
进一步地，所述连接板上设置有5-9个螺栓孔；所述铁桶底部设置有1-3个螺栓孔；所述桶盖与铁桶之间通过4-6颗螺栓连接在一起。
进一步地，所述铁杆横截面为圆形，所述橡胶垫为圆环形。
进一步地，所述铁砂的颗粒不能太大，应保证铁砂具有一定的流动性，使铁砂在铁杆拔出后可以回填到空余的地方。
本发明的有益效果在于：
本发明可通过更改铁砂颗粒的大小、种类，更换铁杆的粗细，更换铁杆端部端头的形状，更改铁桶的尺寸等来改变具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置阻尼力大小的目的。可实现降低结构刚度的同时提高阻尼，可布置于减隔震结构中，具有非常广阔的应用前景。
该具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置具有以下优点：
1)负刚度特征明显，阻尼装置行程长，力学性能稳定。
2)具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置力学特性可根据铁杆，铁砂颗粒的大小、种类，更换铁杆的粗细，更换铁杆端部端头的形状，更改铁桶的尺寸等来改变具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置阻尼力的大小。
附图说明
图1是本发明具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置的结构立体图；
图2是本发明具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置的剖面图；
图3是铁桶的结构构造图；
图4是铁杆的结构构造图；
图5是桶盖的结构构造图；
图6是橡胶垫的结构构造图；
图7是连接板的结构构造图；
图8是本发明具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置试验滞回曲线；
图中：1铁桶、2铁砂、3铁杆、4桶盖、5橡胶垫、6连接板。
具体实施方式
下面结合附图1-8对本发明具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置的结构和使用原理进行进一步说明。
如图1-图7所示，本发明的一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，阻尼装置包括铁桶1、铁砂2、铁杆3、桶盖4、橡胶垫5以及连接板6。其中，铁桶1内部装有铁砂2，铁桶1顶部设置有桶盖4，铁杆3穿过桶盖4插入到铁桶1内的铁砂2中。铁砂2的颗粒不能太大，应保证铁砂2具有一定的流动性，使铁砂2在铁杆3拔出后可以回填到空余的地方。桶盖4上部还密封有橡胶垫5，桶盖4和橡胶垫5之间通过胶水连接在一起，且橡胶垫5无缝套设在铁杆3外表面。铁杆3上部螺栓连接有连接板6。铁杆3底端为平头，用于提高阻尼力。
如图2所示，铁杆3与桶盖4之间不接触，留有一定空隙，桶盖4上的橡胶垫5与铁杆3之间无缝接触，用于保证整个阻尼装置的密闭性。如图1-3所示，铁桶1顶部设置有外沿，外沿外直径与桶盖4外直径相同。
如图1、3、5、7所示，本实施例中的连接板6上部和铁桶1底部均设置有螺栓孔，便于安装。连接板6上设置有5个螺栓孔。铁桶1底部设置有1个螺栓孔。桶盖4与铁桶1之间通过4颗螺栓连接在一起。铁杆3横截面为圆形，橡胶垫5为圆环形。
如图8所示，当阻尼装置安装于结构上时，其上端与连接板6固结，下端与铁桶1底部连接，其阻尼力为铁杆3插入和拔出铁砂2时的受力。初始状态时，铁杆3插入在铁砂2中。当阻尼装置进入加载阶段时，铁杆3逐步拔出铁砂2，铁杆3和铁砂2之间仅有侧面摩擦力，且侧面摩擦力很小，可以忽略不计。当阻尼装置进入卸载阶段时，铁杆3逐步插入铁砂2中，铁杆3和铁砂2之间存在底部压力和侧面摩擦力两部分，且铁杆3底部压力远大于侧面摩擦力，铁杆3底部压力占绝大部分。反复加载、卸载即可形成滞回曲线，其滞回曲线的等效刚度呈负刚度特征。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有负刚度特征的三角形滞回阻尼装置，其特征在于：所述阻尼装置包括铁桶(1)、铁砂(2)、铁杆(3)、桶盖(4)、橡胶垫(5)以及连接板(6)；其中，所述铁桶(1)内部装有铁砂(2)，铁桶(1)顶部设置有桶盖(4)，所述铁杆(3)穿过桶盖(4)插入到铁桶(1)内的铁砂(2)中；所述桶盖(4)上部还密封有橡胶垫(5)，且橡胶垫(5)无缝套设在所述铁杆(3)外表面；所述铁杆(3)上部螺栓连接有所述连接板(6)；
所述铁杆(3)与桶盖(4)之间不接触，留有一定空隙，桶盖(4)上的橡胶垫(5)与铁杆(3)之间无缝接触，用于保证整个阻尼装置的密闭性；
铁桶(1)顶部设置有外沿，外沿外直径与所述桶盖(4)外直径相同；
所述桶盖(4)和橡胶垫(5)之间通过胶水连接在一起；
所述铁杆(3)底端为平头，用于提高阻尼力；
所述连接板(6)上部和铁桶(1)底部均设置有螺栓孔，便于安装；
当阻尼装置安装于结构上时，其上端与连接板(6)固结，下端与铁桶(1)底部连接，其阻尼力为铁杆(3)插入和拔出铁砂(2)时的受力；初始状态时，铁杆(3)插入在铁砂(2)中；当阻尼装置进入加载阶段时，铁杆(3)逐步拔出铁砂(2)，铁杆(3)和铁砂(2)之间仅有侧面摩擦力；当阻尼装置进入卸载阶段时，铁杆(3)逐步插入铁砂(2)中，铁杆(3)和铁砂(2)之间存在底部压力和侧面摩擦力两部分，且铁杆(3)底部压力远大于侧面摩擦力；反复加载、卸载即可形成滞回曲线，其滞回曲线的等效刚度呈负刚度特征；
其中，所述桶盖(4)与铁桶(1)之间螺栓连接；所述连接板(6)上设置有5-9个螺栓孔；所述铁桶(1)底部设置有1-3个螺栓孔；所述桶盖(4)与铁桶(1)之间通过4-6颗螺栓连接在一起；所述铁杆(3)横截面为圆形，所述橡胶垫(5)为圆环形；所述铁砂(2)的颗粒不能太大，应保证铁砂(2)具有一定的流动性，使铁砂(2)在铁杆(3)拔出后可以回填到空余的地方。
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