CN116357696A - 一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁减隔震领域，公开了一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用，该分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体以及设置在外缸体里面的两个内缸体，两个内缸体里面分别设置有活塞，活塞杆穿入外缸体并与活塞连接，活塞杆上预制有构造圆盘，构造圆盘的圆周方向均匀设置有一组传力杆，传力杆的两端连接有摩擦块，内缸体上靠近外缸体端部通过卡销安装有垫板，摩擦块与垫板之间设置有第一弹簧组，内缸体与外缸体的端部设置有第二弹簧组，外缸体与内缸体之间还设置有摩擦阻尼模块。本发明采用摩擦阻尼与粘滞阻尼耗能机制双重增效解决了传统阻尼器耗能能力不足与寿命短的问题，提升阻尼器的耗能效率与耐久性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁减隔震领域技术领域，具体而言，涉及一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用。
背景技术
桥梁作为道路交通中重要的枢纽，在遭遇地震时，若桥梁发生落梁、过度倾斜等重大事故将会阻碍抢险救灾工作的开展，威胁人们的生命财产安全，因此维持桥梁的承载能力成为重点研究方向。近年来，国内外学者不断提出结构控制的机理，利用减震装置来减轻桥梁在地震作用下的响应。减震装置作为重要的传力构件，若刚度过大，在地震来临时不能充分耗能，破坏墩梁；若减震装置刚度过小，则无法提供足够的刚度而导致落梁，因此对减震装置性能要求较高。在正常运营与遭遇地震时均能实现减震（振）耗能，保证桥梁的良好的工作状态。现如今桥梁减隔震领域中广泛应用被动控制技术，具有较高的可靠度，如摩擦阻尼，粘滞阻尼等。
其中大规模使用的粘滞阻尼器适用性好，耗能能力较强，但传统阻尼器存在强震作用下阻尼器可能会失效、地震力过大破坏缸体内部密封性、阻尼无法调节、耗能方式单一等缺点，严重可能导致桥梁严重损害。为解决上述问题，一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，亟待解决。
发明内容
发明目的：本发明旨在解决上述现有技术的缺点，提出一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用，可提供足够的竖向刚度，两阶段变刚度使得阻尼器具有应对强震的能力，可防止缸内压力过大，第一弹簧组与第二弹簧组分阶段工作实现整体刚度自适应调节，利用摩擦、弹性恢复、节流阻尼多种耗能机制复合耗能提升耗能效率，具有较好的抗震性能。
技术方案：为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明首先提供一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体以及设置在外缸体里面的第一内缸体和第二内缸体，所述第一内缸体里面设置有第二活塞，所述第二内缸体里面设置有第一活塞，活塞杆穿入所述外缸体并穿过第二内缸体和第一内缸体的里面与第二活塞和第一活塞连接，所述活塞杆上位于所述第一内缸体和第二内缸体的中间预制有构造圆盘，所述构造圆盘的圆周方向均匀设置有一组传力杆，所述传力杆的两端连接有摩擦块，所述第一内缸体和第二内缸体上靠近外缸体端部的位置分别通过卡销安装有垫板，所述摩擦块与所述垫板之间设置有第一弹簧组，所述第一内缸体与所述外缸体的端部以及第二内缸体与所述外缸体的端部设置有第二弹簧组，所述外缸体与所述第一内缸体和所述第二内缸体之间还设置有摩擦阻尼模块。
进一步地，所述摩擦阻尼模块包括分别设置在所述外缸体的内壁以及第一内缸体和第二内缸体的外壁上的限位滑轨，所述限位滑轨上安装有摩擦板，所述摩擦板与所述摩擦块相贴合。
进一步地，所述活塞杆的外端以及所述外缸体的外端均设置有连接耳环。
进一步地，所述第一内缸体和第二内缸体内部充满相同的粘滞流体，
进一步地，所述第一活塞与第二活塞均设置粘滞流体通孔。
进一步地，所述活塞杆的外部设置有限位环。
进一步地，第一内缸体与第二内缸体在活塞杆贯穿处均设置密封圈。
本发明还提供一种上述的分阶段变刚度粘滞阻尼器的安装方法，该方法包括如下步骤：
S11.制作和准备活塞杆、外缸体、限位滑轨、第一内缸体、第二内缸体、传力杆、摩擦板、第一弹簧组、第二弹簧组、密封圈、连接耳环、粘滞流体、垫板、限位环、卡销、摩擦块、第一活塞、第二活塞、构造圆盘；
S12.将与构造圆盘一体预制活塞杆与第一活塞、第二活塞在第一内缸体、第二内缸体内连接安装，注满粘滞流体，将第一活塞、第二活塞分别调整到第二内缸体和第一内缸体的缸内中心位置，安装密封圈；
S13.将摩擦板固定于限位滑轨上，限位滑轨固定在第一内缸体、第二内缸体的外侧面与外缸体的内侧面，然后在传力杆的端部安装摩擦块，再安装外缸体，调整摩擦板及限位滑轨的位置后再安装第一弹簧组、垫板以及卡销，将第一弹簧组固定在摩擦块与垫板上，保证两侧结构对称且无预应力；
S14.将第二弹簧组固定于第一内缸体、第二内缸体的底部与外缸体两端盖板上，再安装盖板。
本发明另外提供一种上述的分阶段变刚度粘滞阻尼器的应用，将所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器安装于墩梁之间或桥梁两端，实现桥梁的消能减震功能，在正常工况与地震作用下，墩梁之间发生相对位移，活塞杆受到往复的轴向力；
在正常使用与设防地震作用工况下，此时活塞杆作用于第一活塞、第二活塞，同时摩擦板与摩擦块发生相对位移，实现摩擦阻尼与节流阻尼双重增效耗能，第一弹簧组储存并传递地震能量，此时第一弹簧组受力作用于卡销，卡销未被破坏，此阶段能够有效减小桥梁位移，耗散地震能量；
当遇到罕遇地震时，阻尼器受到较大地震力作用，使得卡销受力超过其承载能力失效，第一弹簧组无法继续工作，此状态下第一内缸体与第二内缸体在活塞杆的作用下发生沿轴向位移，且第二弹簧组产生形变，摩擦阻尼模块的阻尼行程增大，满足强震作用下的消能减震需求。
有益效果
本发明主要传力构件为通长的活塞杆，在初始耗能阶段即第一阶段，内置第一弹簧组提供初始刚度，利用弹簧弹性恢复、节流阻尼复合机制协同耗能，利用第一弹簧储能，在正常运营状态下减小桥面抬升，保证桥梁正常使用。在中小震状态下，摩擦模块发生相对滑动产生的摩擦阻尼、第一活塞与第二活塞通过限制流体流动产生节流阻尼耗能机制协同工作，极大提升了耗能效率，第一弹簧组提供较大的刚度能有效防止内缸体压力过大；相比于传统粘滞阻尼器，本发明有效提高了阻尼器的耗能效率，耐久性明显改善。
在强震作用阶段即第二阶段，卡销失效，第一弹簧组不再提供竖向刚度，由第二弹簧组提供竖向刚度，此时第二弹簧组为主要的刚度来源，刚度相对减小，桥面承受的地震力相对减小，活塞杆位移相对增大，此时摩擦阻尼模块的耗能效率增强，具备自适应抗震的能力，在强震下提供更好的耗能效果；限位滑轨能限制活塞杆在一定的范围内发生位移，防止活塞杆发生过大位移而导致桥面发生过大位移。
3、由于活塞运动位置有限，粘滞阻尼模块在大震作用下其耗能能力不足。在强震作用下不同弹簧组工作状态变更，阻尼器整体刚度相对减小，内外缸体发生相对运动使得摩擦阻尼行程增大，具有较好的阻尼能力，因此本发明将两种耗能机制增效弥补粘滞阻尼器的缺点，在大震作用下具有较强的耗能潜力。
附图说明
图1为该一种分阶段变刚度粘滞阻尼器的剖视图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为图1中B-B的剖视图；
图4为本发明的一种分阶段变刚度粘滞阻尼器的安装位置示意图。
图中附图标记：活塞杆1，外缸体2，限位滑轨3，第一内缸体4，第二内缸体5，传力杆6，摩擦板7，第一弹簧组8，第二弹簧组9，密封圈10，连接耳环11，粘滞流体12，垫板13，限位环14，卡销15，摩擦块16，第一活塞17，第二活塞18，构造圆盘19。
实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
参照图1-图2，本发明构造的一种分阶段变刚度粘滞阻尼器的剖视图包括通长的活塞杆1设置于阻尼器中央，第一内缸体4与第二内缸体5内分别设置第二活塞18与第一活塞17与活塞杆1固定相连，活塞杆1固定连接构造圆盘19，内缸体端部较两侧厚，第一内缸体4与第二内缸体5尺寸、内部活塞初始相对位置相同；传力杆6为直杆，一端固定连接于构造圆盘19，另一端嵌于摩擦块16内，活塞杆1发生位移时摩擦块16、第一弹簧组8产生相同的位移量与变形量；摩擦板7固定于限位滑轨3上，摩擦块16与摩擦板7相贴合，工作时二者发生相对位移；第一弹簧组8两端分别连接于摩擦块16与垫板13，垫板13作用于卡销15，卡销15安装于缸壁且设置于垫板13两侧，限制内缸体的运动、控制第一弹簧组8的工作状态；第二弹簧组9连接于内缸体与外缸体端部的空腔内，无初始应力，当卡销15失效后，第二弹簧组9作为主要的竖向刚度来源，在地震力作用下发生变形，第一内缸体4与第二内缸体5发生竖向位移，第二弹簧组9储存地震能量，此时摩擦阻尼行程显著增大，提高阻尼器的减震耗能性能。限位滑轨3表面设置摩擦板7，且固定于缸壁，旨在限制活塞杆的最大位移，防止阻尼器由于内部过大位移失效；第一内缸体4与第二内缸体5间保留空腔，构造圆盘19在阻尼器内部发生轴向位移，保证不发生刚体碰撞；连接耳环11尺寸略大于限位环14与活塞杆1，连接耳环11与连接构件一体预制，保证连接耳环11的可靠性，限位环14焊接于连接耳环下部。在活塞杆1贯穿第一内缸体4与第二内缸体5处设置密封圈10，以保证粘滞阻尼器的密封性。
本实施例中第一内缸体4与第二内缸体5尺寸相同，内部填充相同的粘滞流体。第一弹簧组、卡销的设计可以根据桥梁需要的附加刚度调整。
参照图3，作为优选案例，第一弹簧组8一侧设置6个，另一侧沿垂直于轴线方向对称。第一弹簧组8与摩擦板7间保持间距，保证工作时不发生碰撞，保持摩擦板性能；第一内缸体4、第二内缸体5与限位滑轨3固接，由限位滑轨3与限位环14限制位移，仅在轴线方向发生有限位移，不发生垂直于轴线方向的水平偏移；构造圆盘19初始位于阻尼器正中央，两侧安装的传力杆6长度，安装位置均相同。
参照图4，根据实际工程需要确定尺寸后，阻尼器在工厂预制。阻尼器预制完成于现场安装，安装方法如下，桥墩两侧采用螺栓固接连接耳环11，通过铆钉与外缸体底部的连接耳环11铰接，完成桥墩与阻尼器的连接，并调整活塞杆至初始预设位置后确定梁体底部连接耳环11位置，安装梁体底部连接耳环，用铆钉将连接耳环11相连，完成梁体与阻尼器的连接，在地震作用下，梁体与桥墩发生相对位移，达到利用阻尼器实现消能减震的目的。
需要说明的是，当第一弹簧组8施加的弹性恢复力达到一定的限制时，同方向一侧的卡销15将会失效，第二弹簧组9开始作用，此状态为第一阶段过渡第二阶段的主要变化，为控制阻尼器的工作性能，第一弹簧组8、第二弹簧组9的刚度以及卡销的失效临界受力可根据工程实际进行选择。
当阻尼器在正常工况下使用时，阻尼器主要由第一弹簧组8提供竖向刚度，承受上部桥梁的自重，协调由于行车、施工而导致桥面不均匀抬升。当阻尼器遭受到中小震时，活塞杆1带动传力杆6，使得摩擦模块产生摩擦阻尼，并通过两侧的第一弹簧组8储存能量，并通过粘滞阻尼模块产生节流阻尼，双重增益耗散地震能量。
当阻尼器遭受超过设防地震的强震时，由于受到极大的地震力，卡销15与第一弹簧组8失效，第一内缸体4与第二内缸体5发生位移，由于节流阻尼速度越大阻尼力越大的特性，内缸体发生位移能够有效减小内部压力，保持其工作性能，延长工作寿命；由于强震下活塞杆1速度较大，导致粘滞流体阻尼力变大，竖向刚度主要由第二弹簧组9提供，刚度相对减小，摩擦阻尼行程相对增大，摩擦模块能实现更高效的耗能效果。
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 (9)
1.一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体（2）以及设置在外缸体里面的第一内缸体（4）和第二内缸体（5），所述第一内缸体（4）里面设置有第二活塞（18），所述第二内缸体（5）里面设置有第一活塞（17），活塞杆（1）穿入所述外缸体（2）并穿过第二内缸体（5）和第一内缸体（4）的里面与第二活塞（18）和第一活塞（17）连接，所述活塞杆（1）上位于所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）的中间预制有构造圆盘（19），所述构造圆盘（19）的圆周方向均匀设置有一组传力杆（6），所述传力杆（6）的两端连接有摩擦块（16），所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）上靠近外缸体（2）端部的位置分别通过卡销（15）安装有垫板（13），所述摩擦块（16）与所述垫板（13）之间设置有第一弹簧组（8），所述第一内缸体（4）与所述外缸体（2）的端部以及第二内缸体（5）与所述外缸体（2）的端部设置有第二弹簧组（9），所述外缸体（2）与所述第一内缸体（4）和所述第二内缸体（5）之间还设置有摩擦阻尼模块。
2.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述摩擦阻尼模块包括分别设置在所述外缸体（2）的内壁以及第一内缸体（4）和第二内缸体（5）的外壁上的限位滑轨（3），所述限位滑轨（3）上安装有摩擦板（7），所述摩擦板（7）与所述摩擦块（16）相贴合。
3.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述活塞杆（1）的外端以及所述外缸体（2）的外端均设置有连接耳环（11）。
4.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）内部充满相同的粘滞流体（12）。
5.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述第一活塞（17）与第二活塞（18）均设置粘滞流体通孔。
6.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述活塞杆（1）的外部设置有限位环（14）。
7.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，第一内缸体（4）与第二内缸体（5）在活塞杆（1）贯穿处均设置密封圈（10）。
8.一种权利要求1-7之一所述分阶段变刚度粘滞阻尼器的安装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S11.制作和准备活塞杆（1）、外缸体（2）、限位滑轨（3）、第一内缸体（4）、第二内缸体（5）、传力杆（6）、摩擦板（7）、第一弹簧组（8）、第二弹簧组（9）、密封圈（10）、连接耳环（11）、粘滞流体（12）、垫板（13）、限位环（14）、卡销（15）、摩擦块（16）、第一活塞（17）、第二活塞（18）、构造圆盘（19）；
S12.将与构造圆盘（19）一体预制活塞杆（1）与第一活塞（17）、第二活塞（18）在第一内缸体（4）、第二内缸体（5）内连接安装，注满粘滞流体，将第一活塞（17）、第二活塞（18）分别调整到第二内缸体（5）和第一内缸体（4）的缸内中心位置，安装密封圈（10）；
S13.将摩擦板（7）固定于限位滑轨（3）上，限位滑轨（3）固定在第一内缸体（4）、第二内缸体（5）的外侧面与外缸体（2）的内侧面，然后在传力杆（6）的端部安装摩擦块（16），再安装外缸体（2），调整摩擦板（7）及限位滑轨（3）的位置后再安装第一弹簧组（8）、垫板（13）以及卡销（15），将第一弹簧组（8）固定在摩擦块（16）与垫板（13）上，保证两侧结构对称且无预应力；
S14.将第二弹簧组（9）固定于第一内缸体（4）、第二内缸体（5）的底部与外缸体（2）两端盖板上，再安装盖板。
9.一种权利要求1-7之一所述分阶段变刚度粘滞阻尼器的应用，其特征在于，将所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器安装于墩梁之间或桥梁两端，实现桥梁的消能减震功能，在正常工况与地震作用下，墩梁之间发生相对位移，活塞杆（1）受到往复的轴向力；
在正常使用与设防地震作用工况下，此时活塞杆（1）作用于第一活塞（17）、第二活塞（18），同时摩擦板（7）与摩擦块（16）发生相对位移，实现摩擦阻尼与节流阻尼双重增效耗能，第一弹簧组（8）储存并传递地震能量，此时第一弹簧组受力作用于卡销（15），卡销（15）未被破坏，此阶段能够有效减小桥梁位移，耗散地震能量；
当遇到罕遇地震时，阻尼器受到较大地震力作用，使得卡销（15）受力超过其承载能力失效，第一弹簧组无法继续工作，此状态下第一内缸体（4）与第二内缸体（5）在活塞杆（1）的作用下发生沿轴向位移，且第二弹簧组（9）产生形变，摩擦阻尼模块的阻尼行程增大，满足强震作用下的消能减震需求。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310390295.7A Pending CN116357696A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116357696A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117905188A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 四川中震智控科技有限公司 | 一种刚度可调粘滞阻尼器 |
-
2023
- 2023-04-12 CN CN202310390295.7A patent/CN116357696A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117905188A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 四川中震智控科技有限公司 | 一种刚度可调粘滞阻尼器 |
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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