CN116290444B - 一种多级放大的旋转摩擦阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多级放大的旋转摩擦阻尼器,包括连接板、杠杆组件、摩擦盘组件,连接板上侧面抵接建筑物结构,杠杆组件上端与连接板于第一销轴相对旋转铰接,杠杆组件下端与摩擦盘组件于第二销轴相对旋转铰接,杠杆组件以第一销孔为施力点时是费力杠杆。地震中,当结构变形迫使上连接板左右运动时,杠杆组件中第二销轴的位移大于第一销轴的位移,实现了结构位移的第一级放大,第二销轴孔到摩擦盘中心的距离小于摩擦盘半径,实现了结构位移第二级放大;摩擦盘组件用旋转滑动进行耗能,在摩擦面初始压应力较小的情况下实现较大的耗能,可以避免摩擦面的翘曲与磨损问题,性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域,尤其涉及一种新型的减震装置,即一种多级放大的旋转摩擦阻尼器。
背景技术
建筑消能减震技术通过在结构的特定位置附加减震装置消耗地震输入建筑的能量,提升结构整体阻尼,使结构在地震荷载作用下的动力响应减小,以此来保证建筑物的安全性。减震装置一般安装在结构在地震中发生相对运动两点之间,通过结构的变形带动减震装置耗能,常见的耗能手段包括金属屈服耗能、黏滞流体耗能、摩擦耗能等,使用摩擦生热原理将动能转换为热能的减震装置被称为摩擦阻尼器。
摩擦阻尼器是一种工程常见的减震装置,一般由多个相互间有预紧力且可以相对滑动的构件组成。当结构不变形或变形较小时,摩擦阻尼器可为结构提供一定的初始刚度,当结构变形足够大时阻尼器构件间产生相对运动,摩擦阻尼器利用构件的相对滑动进行摩擦耗能,快速耗散地震能量,从而有效地保护主体结构。
摩擦阻尼器具有构造简单、工程造价低、易于安装等优点,但传统的摩擦阻尼器在小位移情况下耗能能力不足,且摩擦面的压应力较大,易造成摩擦面翘曲及磨损进而影响阻尼器耗能性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种多级放大的旋转摩擦阻尼器。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种多级放大的旋转摩擦阻尼器,包括连接板、杠杆组件、摩擦盘组件,所述连接板上侧面抵接建筑物结构,所述杠杆组件上端与所述连接板于第一销轴相对旋转铰接,所述杠杆组件下端与所述摩擦盘组件于第二销轴相对旋转铰接,所述杠杆组件以第一销孔为施力点时是费力杠杆,所述摩擦盘组件为旋转滑动摩擦件。
进一步的,所述杠杆组件包括连接耳叉、条形横柱、杠杆条;
所述连接耳叉下端穿透设置耳叉长圆孔;
所述杠杆条为长条状,杠杆条上端设置第一销轴孔,杠杆条的中间靠近上方穿透设置杠杆支点孔,杠杆条下端设置第二销轴孔;所述条形横柱中间位置自上而下穿透设置杠杆槽,并前后方向穿透所述杠杆槽设置横柱支点孔;
所述第一销轴孔与所述耳叉长圆孔轴销铰接;杠杆条插入所述杠杆槽,所述杠杆支点孔与两侧的横柱支点孔轴销铰接。
进一步的,所述摩擦盘组件包括盘体、外钢板板体;
所述盘体中心位置穿透设置摩擦盘中心销孔,在所述盘体的中心销孔正上方、在所述盘体边缘位置穿透设置摩擦盘长圆孔;
所述外钢板板体上方中心位置设置倒梯形缺口状杠杆摆动区,所述外钢板板体中心位置设置外钢板中心孔;
两片所述外钢板板体夹持所述盘体,所述外钢板中心孔与所述摩擦盘中心销孔轴销铰接,所述杠杆条探入杠杆摆动区,所述第二销轴孔与所述摩擦盘长圆孔轴销铰接;
在所述外钢板板体与所述盘体重合区域,围绕所述摩擦盘中心销孔设置若干预紧滑动部件。
进一步的,所述盘体摩擦盘长圆孔上方位置设置倒置扇环形缺口,所述扇形缺口横向幅度大于所述杠杆摆动区横向幅度。
进一步的,所述预紧滑动部件包括螺栓孔、摩擦盘滑动槽;
所述螺栓孔穿透两个所述外钢板设置,所述杠杆条竖直、所述盘体处于正位置时,所述盘体对应所述螺栓孔位置设置弧形的摩擦盘滑动槽,所述摩擦盘滑动槽形状与所述螺栓孔相对盘体旋转轨迹形状一致,此时所述螺栓孔位置处于所述摩擦盘滑动槽正中间,并使用预紧螺栓穿透固定所述。
进一步的,所述条形横柱下端与两个所述外钢板板体上端固定连接,所述杠杆槽位置杠杆摆动区正位置对应。
进一步的,设置两个所述连接耳叉分别夹持在所述第一销轴孔前后两侧,所述第一销轴孔与两个所述耳叉长圆孔重合。
进一步的,所述杠杆条下端横向穿透所述第二销轴孔设置摩擦盘槽,所述摩擦盘长圆孔探入所述摩擦盘槽与所述第二销轴孔重合。
进一步的,所述耳叉长圆孔和摩擦盘长圆孔都为纵向的长圆孔设计。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:(1)本发明可以放大结构传递给阻尼器的变形,使得阻尼器的耗能增加,在小、中、大地震下都提供更大的阻尼力,快速消耗地震能量,从而保证结构安全;(2)本发明能在摩擦面初始压应力较小的情况下实现较大的耗能,可以避免摩擦面的翘曲与磨损问题,性能更加稳定;(3)本发明相较相同耗能能力的传统摩擦阻尼器材料成本更低,或相较相同材料成本的传统摩擦阻尼器下性能更加优越。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体示意图;
图2为本发明实施例1的装置内部示意图;
图3为本发明实施例1的连接板的正视图;
图4为本发明实施例1的杠杆条的示意图;
图5为本发明实施例1的外钢板板体的示意图;
图6为本发明实施例1的盘体示意图;
标号说明:[10]连接板、[11]连接耳叉、[12]耳叉长圆孔、[13] 条形横柱、[20]杠杆条、[21] 第一销轴孔、[22]杠杆支点孔、[23] 第二销轴孔、[24]摩擦盘槽、[30]外钢板板体、[31]杠杆槽、[32] 横柱支点孔、[33]杠杆摆动区、[34]外钢板中心孔、[35]螺栓孔、[40]盘体、[41]摩擦盘长圆孔、[42]摩擦盘中心销孔、[43]摩擦盘滑动槽、[50]预紧螺栓。
实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
实施例1如图1-2所示:
本发明是一种多级放大的旋转摩擦阻尼器,其通过多次杠杆原理放大结构传递给阻尼器的变形,使得在小位移的情况下摩擦面的相对滑动面积更大;传统摩擦阻尼器使用相对平动来摩擦耗能,本发明使用旋转滑动进行耗能。
一种多级放大的旋转摩擦阻尼器,包括连接板10、杠杆组件、摩擦盘组件,连接板10上侧面抵接建筑物结构,杠杆组件上端与连接板10于第一销轴相对旋转铰接,杠杆组件下端与摩擦盘组件于第二销轴相对旋转铰接,杠杆组件以第一销孔为施力点时是费力杠杆,摩擦盘组件为旋转滑动摩擦件。
地震中,当结构变形迫使连接板10左右运动时,杠杆组件中第二销轴的位移大于第一销轴的位移,实现了结构位移的第一步放大,第二销轴孔23到摩擦盘中心的距离小于摩擦盘半径,实现了结构位移第二级放大;其次摩擦盘组件用旋转滑动进行耗能,在摩擦面初始压应力较小的情况下实现较大的耗能,可以避免摩擦面的翘曲与磨损问题,性能更加稳定。
在本实施例中进一步的,如图3-4,杠杆组件包括连接耳叉11、条形横柱13、杠杆条20;连接耳叉11一般设置为倒置三角状,连接耳叉11下端穿透设置耳叉长圆孔12;杠杆条20为长条状,杠杆条20上端设置第一销轴孔21,杠杆条20的中间靠近上方穿透设置杠杆支点孔22,杠杆条20下端设置第二销轴孔23;条形横柱13中间位置自上而下穿透设置杠杆槽31,并前后方向穿透杠杆槽31设置横柱支点孔32;第一销轴孔21与耳叉长圆孔12轴销铰接;杠杆条20插入杠杆槽31,杠杆支点孔22与两侧的横柱支点孔32轴销铰接。
以杠杆支点孔22为旋转中心,杠杆组件中第二销轴的位移大于第一销轴的位移,实现了结构位移的第一步放大,从而可以使微小的连接板10位移有效扩大,并传递到摩擦盘组件进行进一步处理。
在本实施例中进一步的,如图5-6,摩擦盘组件包括盘体40、外钢板板体30;盘体40中心位置穿透设置摩擦盘中心销孔42,在盘体40的中心销孔正上方、在盘体40边缘位置穿透设置摩擦盘长圆孔41;外钢板板体30上方中心位置设置倒梯形缺口状杠杆摆动区33,外钢板板体30中心位置设置外钢板中心孔34;两片外钢板板体30夹持盘体40,外钢板中心孔34与摩擦盘中心销孔42轴销铰接,杠杆条20探入杠杆摆动区33,第二销轴孔23与摩擦盘长圆孔41轴销铰接;在外钢板板体30与盘体40重合区域,围绕摩擦盘中心销孔42设置若干预紧滑动部件。
摩擦盘组件为旋转滑动摩擦件摩擦盘长圆孔41到摩擦盘中心销孔42的距离小于盘体40的半径,形成了第二级位移放大杠杆,提供更有利的阻尼效果;在预紧滑动部件的作用下,外钢板板体30和盘体40之间可以在压紧的状态下实现相对旋转位移,并且获得的位移是由杠杆组件扩大而来的,所以摩擦盘组件中外钢板板体30和盘体40间可发生较大的旋转滑动,系统整体的耗能能力也显著提升。
在本实施例中进一步的,盘体40摩擦盘长圆孔41上方位置设置倒置扇形缺口,且下边缘一般做圆弧形处理,扇形缺口横向幅度大于杠杆摆动区33横向幅度。
这个设置的方式是防止在杠杆条20在杠杆摆动区33摆动过程中,盘体40多余的结构位置会干扰到杠杆条20的摆动动作,使变形传递不受阻碍,从而发挥更有利的耗能作用。
在本实施例中进一步的,预紧滑动部件包括螺栓孔35、摩擦盘滑动槽43;螺栓孔35穿透两个外钢板设置,杠杆条20竖直、盘体40处于正位置时,盘体40对应螺栓孔35位置设置弧形的摩擦盘滑动槽43,摩擦盘滑动槽43形状与螺栓孔35相对盘体40旋转轨迹形状一致,此时螺栓孔35位置处于摩擦盘滑动槽43正中间,并使用预紧螺栓50穿透固定。
螺栓孔35固定预紧螺栓50并允许预紧螺栓50与摩擦盘滑动槽43可以相对滑动,初始状态下预紧螺栓50为预紧状态,使外钢板板体30与盘体40之间存在一定压力,通过调节螺栓数量与预紧力,可以控制外钢板板体30与盘体40之间的压力和滑动摩擦力大小,具体的设计方式可以根据实际情况进行设定。
在本实施例中进一步的,一般设置至少两组预紧滑动部件,预紧滑动部件均匀设置在在半径大于摩擦盘长圆孔41半径位置,较佳地设置在盘体40边缘处。
在本实施例中进一步的,条形横柱13下端与两个外钢板板体30上端固定连接,杠杆槽31位置杠杆摆动区33正位置对应,条形横柱13可以与外钢板板体30一体式制造,增加整体装置的简易性,也增加了整体的强度。
在本实施例中进一步的,设置两个连接耳叉11分别夹持在第一销轴孔21前后两侧,第一销轴孔21与两个耳叉长圆孔12重合,连接耳叉11夹持住第一销轴孔21,增加连接稳定性,同时方便无损地传递位移。
在本实施例中进一步的,杠杆条20下端横向穿透第二销轴孔23设置摩擦盘槽24,摩擦盘长圆孔41探入摩擦盘槽24与第二销轴孔23重合,增加了连接稳定性。
由于杠杆组件是费力杠杆,也是连接板10位移之后传递耗能的直接部件,所以无论是第一销轴孔21还是第二销轴孔23所在位置,都需要进行强度设计,保证能耗传递的顺利进行。
在本实施例中进一步的,耳叉长圆孔12和摩擦盘长圆孔41都纵向的长圆孔设计,拼接形状为:中间为竖置矩形,矩形的上下两端各有一个半圆形对应拼接。
在初始状态时,第一销轴孔21和耳叉长圆孔12的上端重合,耳叉长圆孔12下端留有间隙;第二销轴孔23和摩擦盘长圆孔41的下端重合,摩擦盘长圆孔41上端留有间隙,留有间隙是为了系统位移传递过程运动变形协调,在杠杆组件发生转动的过程中被锁死,从而避免发生位移传递失败的现象。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:包括连接板、杠杆组件、摩擦盘组件,所述连接板上侧面抵接建筑物结构,所述杠杆组件上端与所述连接板于第一销轴相对旋转铰接,所述杠杆组件下端与所述摩擦盘组件于第二销轴相对旋转铰接,所述杠杆组件以第一销轴孔为施力点时是费力杠杆,所述摩擦盘组件为旋转滑动摩擦件;
所述摩擦盘组件包括盘体、外钢板板体;
所述盘体的中心位置穿透设置摩擦盘中心销孔,在所述盘体的中心销孔正上方、在所述盘体边缘位置穿透设置摩擦盘长圆孔;
所述盘体的摩擦盘长圆孔上方位置设置倒置扇形缺口,所述外钢板板体上方中心位置设置倒梯形缺口状杠杆摆动区,所述外钢板板体中心位置设置外钢板中心孔;所述扇形缺口横向幅度大于所述杠杆摆动区横向幅度;
第二销轴孔到摩擦盘中心的距离小于摩擦盘半径;
第二销轴孔和摩擦盘长圆孔的下端重合,摩擦盘长圆孔上端留有间隙。
2.如权利要求1所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:所述杠杆组件包括连接耳叉、条形横柱、杠杆条;
所述连接耳叉下端穿透设置耳叉长圆孔;
所述杠杆条为长条状,杠杆条上端设置第一销轴孔,杠杆条的中间靠近上方穿透设置杠杆支点孔,杠杆条下端设置第二销轴孔;所述条形横柱中间位置自上而下穿透设置杠杆槽,并前后方向穿透所述杠杆槽设置横柱支点孔;
所述第一销轴孔与所述耳叉长圆孔轴销铰接;杠杆条插入所述杠杆槽,所述杠杆支点孔与两侧的横柱支点孔轴销铰接。
3.如权利要求2所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:两片所述外钢板板体夹持所述盘体,所述外钢板中心孔与所述摩擦盘中心销孔轴销铰接,所述杠杆条探入杠杆摆动区,所述第二销轴孔与所述摩擦盘长圆孔轴销铰接;在所述外钢板板体与所述盘体重合区域,围绕所述摩擦盘中心销孔设置若干预紧滑动部件。
4.如权利要求3所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:所述预紧滑动部件包括螺栓孔、摩擦盘滑动槽;
所述螺栓孔穿透两个所述外钢板板体设置,所述杠杆条竖直、所述盘体处于正位置时,所述盘体对应所述螺栓孔位置设置弧形的摩擦盘滑动槽,所述摩擦盘滑动槽形状与所述螺栓孔相对盘体旋转轨迹形状一致,此时所述螺栓孔位置处于所述摩擦盘滑动槽正中间,并使用预紧螺栓穿透固定。
5.如权利要求2或3所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:所述条形横柱下端与两个所述外钢板板体上端固定连接,所述杠杆槽位置与杠杆摆动区正位置相对应。
6.如权利要求2所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:设置两个所述连接耳叉分别夹持在所述第一销轴孔前后两侧,所述第一销轴孔与两个所述耳叉长圆孔重合。
7.如权利要求3所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:所述杠杆条下端横向穿透所述第二销轴孔设置摩擦盘槽,所述摩擦盘长圆孔探入所述摩擦盘槽与所述第二销轴孔重合。
8.如权利要求2或3所述的多级放大的旋转摩擦阻尼器,其特征在于:所述耳叉长圆孔和摩擦盘长圆孔都为纵向长圆孔设计。
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