CN201801974U - 摩擦铰阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种摩擦铰阻尼器，属于建筑结构消能减震控制领域。其主要由至少4根杆件和2个连接件组成，杆件每两根之间在中间某个部位通过铰接方式连接成一个交叉型构件，交叉型构件两两之间在杆件端部通过铰接方式组成一个可以同步自由伸缩的平面网状结构，平面网状结构的端部杆件与连接件连接起来，铰接方式包括普通铰和至少一个以上的摩擦铰，连接件与结构可能发生相对位移的地方连接起来，从而在结构发生相对位移时，通过摩擦铰的转动耗散振动能量。本实用新型效果较好，造价低廉，施工方便，有利于在需要进行振动控制的建筑结构中实现大规模的推广应用。

Description

摩擦铰阻尼器 

技术领域

本实用新型涉及建筑结构消能减震控制领域，特别涉及一种摩擦铰阻尼器。 

背景技术

建筑结构消能减震阻尼器的开发研究是现在的一个热点，通过在结构中增设阻尼器来消耗地震输入结构的能量，保护主要结构构件的安全是一种很好的抗震设计思想。 

目前已经开发的阻尼器有多种类型，比如金属阻尼器，摩擦阻尼器，粘弹性阻尼器，粘滞性阻尼器以及其他各种吸能装置，这些阻尼器均在工程中有不同程度的应用。 

但已有的这些阻尼器都有不同程度的缺点，比如粘滞流体阻尼器，其性能较好，但其对粘滞流体的材料性质要求很高，而且制作工艺很复杂，造价不菲，所以目前只有美国泰勒公司生产的产品应用较广，我们国家自主开发的应用较少；金属阻尼器，比如目前应用较多的X形钢板，其主要缺点是不能实现在大位移下耗能，而且其给结构附加的初始刚度较大，并且一般应使用软钢，所以对材料要求较高；粘弹性阻尼器目前应用较多，但缺点是对材料要求较高，制作工艺也较复杂；现在已有的摩擦阻尼器，由于其构造相对简单，价格低廉，所以应用逐渐增多，但目前摩擦阻尼器普遍存在的两个问题是大位移耗能效果较差和给结构附加的初始刚度较大。 

发明内容

为了克服目前已有部分阻尼器耗能效果良好但工艺复杂、造价过高的缺点和部分阻尼器给结构附加的初始刚度较大和位移行程较小的缺点，使阻尼器能够在大量房屋建筑中得到广泛的应用，特别是广大地震烈度大的地区得到广泛应用，保护这些地区的房屋在地震下尽量避免倒塌伤人，本实用新型提供一种造价低廉，工艺简单，耗能效果良好的摩擦铰阻尼器。 

本实用新型所采用的技术方案是一种摩擦铰阻尼器，它主要由至少4根杆件和2个连接件组成，所述的杆件每两根之间在中间某个部位通过铰接方式连接成一个交叉型构件，交叉型构件两两之间在杆件端部通过铰接方式组成一个可以同步自由伸缩的平面网状结构；所述的平面网状结构的端部杆件可以与连接件直接连接起来，也可以在该平面网状结构的每端再铰接连接两根杆件，通过加设的这两根杆件与连接件连接在一起；所述的杆件在中间某个部位铰接连接的位置处都没有断开，而是一个整体；所述的铰接方式包括普通铰和至少一个以上的摩擦铰；所述的连接件与结构可能发生相对位移的地方连接起来，从而在结构发生相对位移时，通过摩擦铰的转动耗散振动能量。 

所述的摩擦铰阻尼器可以单个设置，也可以多个平行并联设置。 

所述的普通铰为通常采用的一种铰接方式，即杆件在相交的同一位置都开有圆形孔洞，通过螺栓或销栓连接而成的可以自由转动的铰，由于螺栓或销栓对杆件不施压或施加的压力很小，所以杆件转动过程中的摩擦阻力很小。 

所述的摩擦铰仍然可以像普通铰一样自由转动，即杆件在相交的同一位置都开有圆形孔洞，通过螺栓连接在一起，其与普通铰的不同之处是其在转动的过程中要产生较大的摩擦阻力，其构造方式有很多种形式，目前已有的两根杆件之间通过转动形成摩擦的方式都是适用的，常用的包括可以直接对两根杆件接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，通过预紧螺栓施压而形成的摩擦铰；也可以对两根杆件接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，在接触的部位中间加入摩擦衬垫，然后通过预紧螺栓施压而形成摩擦铰；还可以在两根杆件接触的部位分别固定两个摩擦衬垫，然后通过预紧螺栓施压而形成的摩擦铰。 

所述的摩擦铰应至少设置一个，其可以设置在两根杆件铰接的任何位置，也可以根据实际情况设置在杆件与连接件铰接连接的位置处。 

所述的摩擦铰在通过预紧螺栓连接施压时宜加设刚性垫片和至少一个以上碟形弹簧垫片。 

所述的杆件可以采用多种形式，比如直杆型、曲杆型等多种形状，杆件可以在普通铰和摩擦铰的位置处增大截面，其余部位适当减小截面，有利于连接方便和节省材料，当然也可以保持杆件所有截面相同，杆件可以由各种金属材料、合成材料、纤维材料等制成，制成后的杆件具有硬度大，强度高的特点。 

所述的摩擦衬垫可以由黄铜、铝合金、各种纤维合成材料、陶瓷与纤维合成材料等制成。 

所述的连接件与杆件的连接方式包括约束双向平动位移的铰接方式和约束单向平动位移的铰接方式，若杆件之间组成的平面网状结构直接与连接件相连接，则需采用约束单向平动位移的铰接方式，若杆件之间组成的平面网状结构每端再铰接两根杆件后与连接件相连接，则需采用约束双向平动位移的铰接方式。 

在地震作用下，结构的层间产生相对侧移，从而带动摩擦铰阻尼器产生相对伸缩变形，进而在摩擦片之间产生了摩擦阻力，通过来回往复运动来消耗地震输入结构的能量，从而保护主要结构构件的安全。摩擦阻力的大小可以通过调节预紧螺栓的预压力来实现。 

本实用新型具有如下显著优点： 

(1)造价低廉。相比目前已有的大部分阻尼器，本实用新型的造价较低。很适合在经济水平欠发达但地震烈度较高的地区使用。 

(2)工艺简单。相比目前已有的大部分阻尼器的制作工艺，本实用新型的制作工艺比较简单，有利于大规模生产。 

(3)位移行程大，耗能效果较好。本实用新型理论上通过增多杆件根数可以达到任意需要的位移行程，耗能能力可以通过调节预紧螺栓的预压力来控制摩擦力的大小，从而达到很好的耗能效果，尤其适合在地震烈度大的地区使用。 

(4)给结构附加的初始刚度较小。目前已有的阻尼器，除了粘滞流体阻尼器外，其余大部分阻尼器给结构附加的初始刚度都较大，这样导致结构的刚度也增大，导致结构吸收的地震力也增大，本实用新型通过转动摩擦来耗能，所以可在较小的地震作用下就开始耗能，而且给结构附加的初始刚度较小。 

附图说明

图1为本实用新型实施例1示意图。 

图2为本实用新型实施例2示意图。 

图3为本实用新型实施例3示意图。 

图4为本实用新型实施例4示意图。 

图5为本实用新型实施例5示意图。 

图6为本实用新型实施例6示意图。 

图7为本实用新型变形示意图。 

图8为本实用新型杆件示意图。 

图9为本实用新型杆件示意图。 

图10为本实用新型的一种摩擦铰主视图。 

图11为本实用新型的一种摩擦铰侧视图。 

图12为本实用新型的一种普通铰主视图。 

图13为本实用新型的一种普通铰侧视图。 

图14为本实用新型约束单向平动位移的铰支座构造主视图。 

图15为本实用新型约束单向平动位移的铰支座构造侧视图。 

图16为本实用新型约束双向平动位移的铰支座构造示意图。 

图17为本实用新型的一种安装方式示意图。 

图18为本实用新型的一种安装方式示意图。 

附图中数字含义如下： 

1-杆件；2-摩擦铰；3-普通铰；4-连接件；5-约束双向平动位移的铰支座；6-约束单向平动位移的铰支座；7-圆形孔洞；8-摩擦衬垫；9-预紧螺栓；10-碟形弹簧垫片；11-刚性垫片；12-长条形孔洞；13-梁；14-柱；15-支撑；16-普通螺栓或销栓；17-光滑垫块；18-钢板；19-摩擦铰阻尼器。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。 

本实用新型主要由至少4根杆件1和2个连接件4组成，所述的杆件1每两根之间在中间某个部位通过铰接方式连接成一个交叉型构件，交叉型构件两两之间在杆件1端部通过铰接方式组成一个可以同步自由伸缩的平面网状结构；所述的平面网状结构的端部杆件1可以与连接件4直接连接起来，也可以在该平面网状结构的每端再铰接连接两根杆件1，通过加设的这两根杆件1与连接件4连接在一起；所述的杆件1在中间某个部位铰接连接的位置处都没有断开，而是一个整体；所述的铰接方式包括普通铰3和至少一个以上的摩擦铰2；所述的连接件4与结构可能发生相对位移的地方连接起来，从而在结构发生相对位移时，通过摩擦铰2的转动耗散振动能量。 

所述的摩擦铰阻尼器19可以单个设置，也可以多个平行并联设置。 

所述的普通铰3为通常采用的一种铰接方式，即杆件1在相交的同一位置都开有圆形孔洞7，通过螺栓或销栓连接而成的可以自由转动的铰，由于螺栓或销栓对杆件1不施压或施加的压力很小，所以杆件1转动过程中的摩擦阻力很小。 

所述的摩擦铰2仍然可以像普通铰3一样自由转动，即杆件1在相交的同一位置都开有圆形孔洞7，通过螺栓连接在一起，其与普通铰3的不同之处是其在转动的过程中要产生较大的摩擦阻力，其构造方式有很多种形式，目前已有的两根杆件1之间通过转动形成摩擦的方式都是适用的，常用的包括可以直接对两根杆件1接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，通过预紧螺栓9施压而形成的摩擦铰2；也可以对两根杆件1接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，在接触的部位中间加入摩擦衬垫8，然后通过预紧螺栓9施压而形成摩擦铰2；还可以在两根杆件1接触的部位分别固定两个摩擦衬垫8，然后通过预紧螺栓9施压而形成的摩擦铰2。 

所述的摩擦铰2应至少设置一个，其可以设置在两根杆件1铰接的任何位置，也可以根据实际情况设置在杆件1与连接件4铰接连接的位置处。 

所述的摩擦铰2在通过预紧螺栓9连接施压时宜加设刚性垫片11和至少一个以上碟形弹簧垫片10。 

所述的杆件1可以采用多种形式，比如直杆型、曲杆型等多种形状，杆件1可以在普通铰3和摩擦铰2的位置处增大截面，其余部位适当减小截面，有利于连接方便和节省材料，当然也可以保持杆件1所有截面相同，杆件1可以由各种金属材料、合成材料、纤维材料等制成，制成后的杆件1具有硬度大，强度高的特点。 

所述的摩擦衬垫8可以由黄铜、铝合金、各种纤维合成材料、陶瓷与纤维合成材料等制成。 

所述的连接件4与杆件1的连接方式包括约束双向平动位移的铰接方式和约束单向平动位移的铰接方式，若杆件1之间组成的平面网状结构直接与连接件4相连接，则需采用约束单向平动位移的铰接方式，若杆件1之间组成的平面网状结构每端再铰接两根杆件1后与连接件4相连接，则需采用约束双向平动位移的铰接方式。 

为了更好的说明本实用新型的具体实施方式，下面结合附图举几个具体的实施例子： 

实施例1，如图1所示，摩擦铰阻尼器19的杆件1为直杆型，包括4根长直杆和4根短直杆，在4根长直杆中间相交连接的部位设置2个摩擦铰2，在其余相交连接的位置设置6个普通铰3，4根短直杆与连接件4通过约束双向平动位移的铰支座5连接起来，从而确保整个摩擦铰阻尼器19可以自由转动伸缩。 

实施例2，如图2所示，摩擦铰阻尼器19的杆件1为直杆型，包括8根长度相同的直杆，在直杆端部相交连接的部位设置6个摩擦铰2，在其余相交连接的位置设置4个普通铰3，直杆与连接件4通过约束单向平动位移的铰支座6连接起来，从而确保整个摩擦铰阻尼器19可以自由转动伸缩。 

实施例3，如图3所示，摩擦铰阻尼器19的杆件1为直杆型，包括6根长度相同的直杆，在直杆端部与中部相交连接的部位全部设置7个摩擦铰2，直杆与连接件4通过约束单向平动位移的铰支座6连接起来，从而确保整个摩擦铰阻尼器19可以自由转动伸缩。 

实施例4，如图4所示，摩擦铰阻尼器19的杆件1包括直杆和曲杆，共有4根直杆和4根曲杆，曲杆的形状类似正弦曲线。在曲杆中部相交连接的部位设置2个摩擦铰2，在其余相交连接的位置设置6个普通铰3，直杆与连接件4通过约束双向平动位移的铰支座5连接起来，从而确保整个摩擦铰阻尼器19可以自由转动伸缩。 

实施例5，如图5所示，摩擦铰阻尼器19的杆件1为直杆型，包括6根长直杆与4根短直杆，在直杆端部相交连接的部位设置6个摩擦铰2，在其余的位置共设置3个普通铰3，4 根短直杆与连接件4通过约束双向平动位移的铰支座5连接起来，4根长直杆与连接件4通过约束单向平动位移的铰支座6连接起来，从而确保整个摩擦铰阻尼器19可以自由转动伸缩。 

实施例6，如图6所示，实施例6以实施例1为例，把3个摩擦铰阻尼器19并联起来设置。有时受空间的限制，但又必须提供足够的摩擦阻尼，可以把多个摩擦铰阻尼器19并联起来使用。 

图7为本实用新型的变形示意图。摩擦铰阻尼器的一端固定在一个地方，另一端施加一个推力，摩擦铰阻尼器将发生收缩变形。 

图8和图9为本实用新型给出的两种不同形式的杆件1的形状示意图，当然还有很多种其它形式。无论哪种形式，杆件1必须在设置摩擦铰2和普通铰3的位置处开有圆形孔洞7，用来穿过螺栓或销栓。图8中，杆件1在设置摩擦铰2和普通铰3的位置处截面适当增大为圆形，此种做法有利于连接方便和节省材料，节省材料体现在杆件1的其余部位可以减小截面。图9中，杆件1的截面沿长度保持不变，优点在于杆件1加工容易，工序少。 

如图10和图11所示，本实用新型给出了摩擦铰2的一种构造示意图，当然还有很多其它构造方式。两根杆件1在相交连接的部位截面均增大为圆形，杆件1的内表面经过处理后，在两根杆件1之间加设摩擦衬垫8，杆件1和摩擦衬垫8均开有螺栓孔，预紧螺栓9穿过两根杆件1与摩擦衬垫8后旋紧施压，所施压力的大小根据所需的摩擦力的大小决定。预紧螺栓9在旋紧的时候宜加设碟形弹簧垫片10和刚性垫片11，碟形弹簧垫片10的作用是防止螺栓的松动，给摩擦面提供较为恒定的压力，刚性垫片11的作用是使压力均匀的分散在杆件1的表面。 

如图12和图13所示，本实用新型给出了普通铰3的一种构造示意图，当然还有很多其它构造方式。两根杆件1在相交连接的部位截面均增大为圆形，在两根杆件1的中间加设光滑垫块17，普通螺栓或销栓16穿过两根杆件1与光滑垫块17后固定起来，普通螺栓或销栓16对杆件1不施压或施加的压力很小。光滑垫块17设置与否要根据摩擦铰2的构造形式决定，若摩擦铰2不设置摩擦衬垫8，则普通铰3也无需设置光滑垫块17。 

如图14和图15所示，本实用新型给出约束单向平动位移的铰支座6的构造主视图和侧视图。本实用新型摩擦铰阻尼器19通过伸缩过程中摩擦铰2的转动来耗散振动能量，所以必须确保摩擦铰阻尼器19能够自由伸缩。约束单向平动位移的铰支座6主要由两块钢板18与两个普通螺栓或销栓16组成，两块钢板18平行焊接在连接件4上，每块钢板18上均开有两个长条形孔洞12，杆件1在长条形孔洞12位置处插入两块钢板18之间，普通螺栓或销栓16穿过两个长条形孔洞12和杆件1固定起来，所以杆件1不仅能够自由转动，而且还能沿着长条形孔洞12的长边移动。 

图16给出了约束双向平动位移的铰支座5的构造示意图。其构造形式简单，由一块钢板18或两块钢板18与普通螺栓或销栓16组成，钢板18焊接在连接件4上，若焊接一块钢板18，则杆件1都设置在钢板18的同侧，通过普通螺栓或销栓16固定，若焊接两块钢板18，则杆件1都设置在两块钢板18之间，通过普通螺栓或销栓16固定。 

当然本实用新型不限于以上各种实施方式，杆件1的数目与形状，摩擦铰2的构造方式，摩擦铰2与普通铰3的设置位置与数目，摩擦铰阻尼器19的并联数目，摩擦衬垫8与杆件1的材料等都可以根据实际情况组合使用，从而达到既经济又实用的目的。 

摩擦铰阻尼器19在建筑结构中设置时，可以根据具体情况选择合适的安装方式。图17和图18给出了两种常用的设置方式，当然根据设计要求，还有其他设置方式，比如还可以设置在两栋建筑物之间来耗散振动能量等。图17为在梁13与柱14之间设置两根支撑15组成K型支撑，K型支撑的下端固定在下层梁13上，摩擦铰阻尼器19的一端与K型支撑的上端固定在一起，另一端通过连接板固定在梁13上，设置时需要注意的是，摩擦铰阻尼器19的上部与梁13之间需要预留适当的距离，这样结构的层间发生相对位移时，摩擦铰阻尼器19将产生伸缩变形，通过摩擦铰的转动耗散振动能量。图18的设置方式比较简单，直接把摩擦铰阻尼器19通过两端的两根支撑15安装在梁13与柱14组成的框架的对角上，这样安装时需要注意的是，支撑15与结构连接时宜采用铰接方式。 

本实用新型可广泛用于各种需要考虑抗震和抗风的建筑结构中，在地震或风振作用下，可以通过阻尼器耗散大量能量，起到控制结构振动的作用，特别是本实用新型概念清晰，造价低廉，效果较好，构造简单，施工方便，有利于在建筑结构中实现广泛的推广应用。 

Claims (9)

1.一种摩擦铰阻尼器，其特征在于：它主要由至少4根杆件和2个连接件组成，所述的杆件每两根之间在中间某个部位通过铰接方式连接成一个交叉型构件，交叉型构件两两之间在杆件端部通过铰接方式组成一个可以同步自由伸缩的平面网状结构；所述的平面网状结构的端部杆件可以与连接件直接连接起来，也可以在该平面网状结构的每端再铰接连接两根杆件，通过加设的这两根杆件与连接件连接在一起；所述的杆件在中间某个部位铰接连接的位置处都没有断开，而是一个整体；所述的铰接方式包括普通铰和至少一个以上的摩擦铰。

2.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的摩擦铰阻尼器可以单个设置，也可以多个平行并联设置。

3.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的普通铰为杆件在相交的同一位置都开有圆形孔洞，通过螺栓或销栓连接而成的可以自由转动的铰。

4.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的摩擦铰为杆件在相交的同一位置都开有圆形孔洞，并通过预紧螺栓连接在一起，连接方式为对两根杆件接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，通过预紧螺栓施压而形成摩擦铰或者对两根杆件接触的部位进行处理，增大摩擦系数后，在接触的部位中间加入摩擦衬垫，通过预紧螺栓施压而形成摩擦铰或者在两根杆件接触的部位分别固定两个摩擦衬垫，然后通过预紧螺栓施压而形成摩擦铰。

5.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的摩擦铰应至少设置一个，其可以设置在两根杆件铰接的任何位置或者设置在杆件与连接件铰接连接的位置处。

6.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的摩擦铰在通过预紧螺栓连接施压时应加设刚性垫片和至少一个以上碟形弹簧垫片。

7.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的杆件可以采用直杆型或曲杆型，杆件可以由金属材料或合成材料或纤维材料制成。

8.根据权利要求4所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的摩擦衬垫可以由黄铜或铝合金或纤维合成材料或陶瓷制成。

9.根据权利要求1所述的摩擦铰阻尼器，其特征在于：所述的连接件与杆件的连接方式包括约束双向平动位移的铰接方式和约束单向平动位移的铰接方式，若杆件之间组成的平面网状结构直接与连接件相连接，则采用约束单向平动位移的铰接方式，若杆件之间组成的平面网状结构每端再铰接两根杆件后与连接件相连接，则采用约束双向平动位移的铰接方式。 

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