CN116517132A - 一种可调长度的自复位黏滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调长度自复位黏滞阻尼器，包括长度调节部、黏滞阻尼部与自复位部。自复位部在弹簧上施加的预应力可使所述阻尼器具有双向自复位功能，减小震后残余变形，对弹簧施加的预应力可以起到克服内部元件运动过程中的摩擦力与自复位力的作用。长度调节部可微调阻尼器长度以适应施工误差，黏滞阻尼部耗能吸收地震能量。三段式设置便于阻尼器安装与性能调试，也便于部更换损坏部件，提高经济性。通过自复位部与黏滞阻尼部并联可在小震与大震均可同时实现可控耗能与可控自复位功能实现，这样可使得震后结构的残余变形显著降低，能够整体提升结构的抗震性能与震后结构的可恢复功能，在建筑与桥梁结构领域中具有较为广阔的应用前景。

Description

一种可调长度的自复位黏滞阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，尤其涉及一种可调长度的自复位黏滞阻尼器。

背景技术

工程结构中的消能技术是通过在结构中附加消能装置以实现与原结构构成新的结构体系，附加的消能装置可以降低结构地震响应与主体结构损伤，消能技术可以显著提高原结构的抗震性能，

传统阻尼器如金属阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹阻尼器与黏滞阻尼器等在大震过后容易出现自复位能力不足的震害现象，根据规范规定“大震不倒”的抗震设防目标结构会出现难以修复的残余变形，尤其是在近场脉冲型地震作用下阻尼器残余位移显著，这就使得上部结构使用功能难以震后较快恢复，重建结构的时间与经济成本很高。

现有的自复位阻尼器绝大多数为通过施加预应力实现自复位的位移型阻尼器，在地震作用下虽然可以表现出旗帜型滞回曲线可以为结构提供了自复位能力从而降低结构震后残余变形，但是旗帜型滞回曲线也限制了阻尼器在大震时的耗能能力，从而导致阻尼器的等效阻尼比与结构地震影响控制效果降低。由于位移型阻尼器在震后不能重复使用而需要更换，此时，自复位位移型阻尼器内部的残余应力对于构件的更换带来很大的不便。此外，大震之后往往会发生余震，自复位位移型阻尼器很难达到预定的抗震设防目标。

因此，如何使得自复位阻尼器同时具有高耗能与高自复位能力成为提高结构抗震性能与可恢复能力亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可调长度的自复位黏滞阻尼器，能够同时实现高耗能与高自复位能力的特性，以实现结构抗震性能与可恢复功能兼具。

为达到上述目的，本发明提出一种可调长度的自复位黏滞阻尼器，包括阻尼器本体、轴心杆和活塞；

所述阻尼器本体自一端至另一端依次为：长度调节部、黏滞阻尼部和自复位部；所述活塞置于所述黏滞阻尼部；所述轴心杆贯穿所述自复位部插入所述黏滞阻尼部，所述活塞套接于所述轴心杆上，实现与所述轴心杆的固定。

进一步的，所述自复位部包括大缸、弹簧、两个垫圈和两个螺母；

所述弹簧置于所述大缸内，所述弹簧的两端分别连接一块所述垫圈，所述轴心杆穿过两块所述垫圈；两个所述垫圈背靠所述弹簧的一侧均靠接一个所述螺母，两个所述螺母均套接固定于所述轴心杆上。

进一步的，所述轴心杆和所述大缸的孔壁之间预留有间隙。

进一步的，所述弹簧包括碟簧、螺旋弹簧和环形弹簧；根据目标自复位刚度与自复位力，调节所述弹簧的叠放方式。

进一步的，所述黏滞阻尼部包括中缸和黏滞流体；

所述中缸的的两端分别与所述长度调节部和自复位部的缸体相连接；所述中缸的中部为阻尼腔，所述黏滞流体填充于所述阻尼腔内，所述活塞也设于所述阻尼腔内；

所述轴心杆贯穿所述阻尼腔，所述轴心杆与所述阻尼腔的穿孔之间密封连接。

进一步的，所述活塞上预设有便于黏滞流体流通的孔隙。

进一步的，所述长度调节部为一个小缸，所述小缸表面与所述黏滞阻尼部连接的一端为螺纹连接部，所述小缸与所述黏滞阻尼部的缸体之间通过调节螺纹旋拧深度实现长度调整。

进一步的，所述阻尼器本体的两侧均连接一个关节轴承；

一个关节轴承通过螺栓和长度调节部相连接，另一个关节轴承与所述轴心杆延伸出所述自复位部的端部相连接。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

1、本发明的阻尼器长度可调节，在建筑与桥梁结构施工中，各种施工过程均会造成不可避免的施工安装误差，可调长度部通过旋转缸体外螺纹微调阻尼长度以适应施工误差。

2、本发明阻尼器的自复位参数与黏滞参数可根据结构需要独立设计。自复位力与黏滞耗能部相互独立没有耦合。自复位部可以通过调整弹簧类型改变自复位刚度与耗能情况，通过调节预压位移调整预应力，从而实现预定功能设计。黏滞阻尼器部可以通过调整孔隙直径与数量、黏滞流体力学特性来调节黏滞耗能部的阻尼系数与阻尼指数，在各级地震作用下主要发挥速度相关型的黏滞阻尼作用，为结构提供基于结构振动频率而发挥不同的黏滞耗能能力。这样就可以实现不同承载力、变形能力、耗能能力、自复位能力的要求，进一步实现不同的抗震目标设计要求。

3、本发明阻尼器受力不受弯矩影响。所述阻尼器端部设置关节轴承可将弯矩对所述阻尼器的不利影响消除，这样可使所述阻尼器为一维受力构件。

4、震后阻尼器免更换可重复使用。震后长度调整部、黏滞阻尼部与自复位部均可重复使用，相对于传统自复位位移型阻尼器具有快速恢复使用功能的特点。即使大震后余震发生后该可调长度自复位黏滞阻尼器仍然可以按照设计要求发挥作用，从而使得附加该种可调长度自复位黏滞阻尼器的结构在大震后仍然能够达到预定抗震设防目标。这样可以在震害发生后大量减轻震后恢复所需要的人力、物力与财力投入。

5、震后附加所述阻尼器结构使用功能可快速恢复。可调长度自复位黏滞阻尼器可以实现自复位功能可使得结构具有自复位能力，在震后不需要中断结构使用功能，也不需要对结构进行加固修复与构件更换。节约了大量人力、时间与经济成本，能够快速提升结构震后结构使用功能，在建筑与桥梁结构中具有广阔的应用前景。

6、本发明阻尼器对结构附加刚度小。在发明中采用的黏滞耗能部为双出杆的孔隙式黏滞阻尼器，由于所述阻尼器具有在小震作用下即可进入耗能。黏滞阻尼部外荷载作用过程中没有刚度，相对于附加自复位位移型阻尼器的结构刚度增加较少，从而减小地震作用。所述阻尼器刚度仅仅为自复位部产生，黏滞阻尼部不产生刚度，对附加所述阻尼器的结构刚度影响相对于传统自复位位移型阻尼器要小很多，从而对结构的抗震效果提升更佳。

7、各构成元件均为可拆卸。长度调节部、黏滞阻尼部与自复位部均采用可拆卸的螺栓连接，施工与维修方便，便于震后勘察与更换。

8、本发明阻尼器限制超限位移发展功能。工程结构发生过大的变形会产生重力二阶效应会导致结构发生倒塌，所述阻尼器通过独特的内部构造可以实现限制超限位移发展，从而使结构不发生过大变形，将结构破坏集中于所述阻尼器，以使其成为结构保险丝保护结构整体安全。

附图说明

图1为本发明实施例中阻尼器的外部结构示意图；

图2为本发明实施例中阻尼器平衡状态内部构造示意图。

图3为本发明实施例中阻尼器受拉状态内部构造示意图。

图4为本发明实施例中阻尼器受压状态内部构造示意图。

图5为本发明实施例中阻尼器阻尼器在不同位移幅值作用下的荷载位移滞回曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

如图1和图2所示，本发明提出一种可调长度的自复位黏滞阻尼器，包括阻尼器本体、轴心杆1和活塞2；

阻尼器本体自一端至另一端依次为：长度调节部、黏滞阻尼部和自复位部；各部之间通过轴心杆1和外部缸体传递荷载；

活塞2置于黏滞阻尼部；轴心杆1贯穿自复位部插入黏滞阻尼部，活塞2套接于轴心杆1上，实现与轴心杆1的固定；

在本实施例中，自复位部包括大缸3、弹簧4、两个垫圈5和两个螺母6；弹簧4置于大缸3内，弹簧4的两端分别连接一块垫圈5，轴心杆1穿过两块垫圈5；两个垫圈5背靠弹簧4的一侧均靠接一个螺母6，两个螺母6均套接固定于轴心杆1上；如图3所示，在阻尼器受拉状态下，轴心杆1向右移动，左侧的螺母6推动垫圈5向右压缩弹簧4，拉力消失后，弹簧4带动伸缩杆复位。如图4所示，在阻尼器受压状态下，轴心杆1向左移动，右侧的螺母6推动垫圈5向左压缩弹簧4，压力消失后，弹簧4带动伸缩杆复位，实现双向自复位与变形的功能。

轴心杆1和大缸3的孔壁之间预留有间隙以减少摩擦影响。弹簧4包括碟簧、螺旋弹簧4和环形弹簧4；根据目标自复位刚度与自复位力，调节弹簧4的叠放方式。

在本实施例中，如图2所示，黏滞阻尼部作用是黏滞耗能，包括中缸7和黏滞流体8；

中缸7的两端分别与长度调节部和自复位部的缸体相连接，在本实施例中，中缸7的一端是插接于大缸3内圈，通过螺纹旋拧密封固定，中缸7的中部为阻尼腔，黏滞流体8填充于阻尼腔内，活塞2也设于阻尼腔内；轴心杆1贯穿阻尼腔，轴心杆1与阻尼腔的穿孔之间密封连接。活塞2上预设有便于黏滞流体8流通的孔隙。黏滞阻尼部与自复位部可以在小震与大震下均可以发挥作用，这样可以使得震后结构残余变形极小，能够提升附加所述阻尼器的结构的抗震性能与震后可恢复性能，在建筑与桥梁结构领域具有较为广阔的应用前景，此外通过黏滞阻尼器为载体，多次地震作用后所述阻尼器的性能几乎不发生变化，震后无需更换，同时也适合在可能遭遇经常地震作用下的结构使用。另外通过自复位部可以通过使用不同类型的弹簧4实现可控的自复位与变形能力。

长度调节部为一个小缸9，小缸9表面与黏滞阻尼部中缸7连接的一端为螺纹连接部，小缸9与中缸7端部通过螺纹来连接的，通过调节螺纹旋拧深度实现长度调整，从而可以调节施工安装误差，实用性能更广。

阻尼器本体的两侧为便于固定连接的关节轴承10；一个关节轴承10通过螺栓和小缸9的端部相连接，另一个关节轴承10与轴心杆1延伸出自复位部的端部相连接。小缸内部填充空气，以减少阻尼器的自重。

由图5可见，本发明阻尼器可以在不同的位移幅值下均具有较好的耗能与自复位能力，均能一定程度上实现自复位能力的旗帜型滞回曲线。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，包括阻尼器本体、轴心杆和活塞；

所述阻尼器本体自一端至另一端依次为：长度调节部、黏滞阻尼部和自复位部；所述活塞置于所述黏滞阻尼部；所述轴心杆贯穿所述自复位部插入所述黏滞阻尼部，所述活塞套接于所述轴心杆上，实现与所述轴心杆的固定。

2.根据权利要求1所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述自复位部包括大缸、弹簧、两个垫圈和两个螺母；

所述弹簧置于所述大缸内，所述弹簧的两端分别连接一块所述垫圈，所述轴心杆穿过两块所述垫圈；两个所述垫圈背靠所述弹簧的一侧均靠接一个所述螺母，两个所述螺母均套接固定于所述轴心杆上。

3.根据权利要求2所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述轴心杆和所述大缸的孔壁之间预留有间隙。

4.根据权利要求2所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述弹簧包括碟簧、螺旋弹簧和环形弹簧；根据目标自复位刚度与自复位力，调节所述弹簧的叠放方式。

5.根据权利要求1所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述黏滞阻尼部包括中缸和黏滞流体；

所述中缸的的两端分别与所述长度调节部和自复位部的缸体相连接；所述中缸的中部为阻尼腔，所述黏滞流体填充于所述阻尼腔内，所述活塞也设于所述阻尼腔内；

所述轴心杆贯穿所述阻尼腔，所述轴心杆与所述阻尼腔的穿孔之间密封连接。

6.根据权利要求5所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述活塞上预设有便于黏滞流体流通的孔隙。

7.根据权利要求1所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述长度调节部为一个小缸，所述小缸表面与所述黏滞阻尼部连接的一端为螺纹连接部，所述小缸与所述黏滞阻尼部的缸体之间通过调节螺纹旋拧深度实现长度调整。

8.根据权利要求1所述的可调长度的自复位黏滞阻尼器，其特征在于，所述阻尼器本体的两侧均连接一个关节轴承；

一个关节轴承通过螺栓和长度调节部相连接，另一个关节轴承与所述轴心杆延伸出所述自复位部的端部相连接。