專利名稱：變剛度摩擦型耗能減震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于阻尼器抗震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有連續(xù)可變屈服(滑移)后剛 度的摩擦阻尼器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)經(jīng)常采用一些機(jī)械裝置用于減輕風(fēng)振和地震作用。結(jié)構(gòu)控制就 是一種通過在結(jié)構(gòu)上設(shè)置耗能裝置，由耗能機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)一起來抵御地震等動(dòng)力作用，從而 減小結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的方法。目前來說，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究和應(yīng)用主要集中于三大領(lǐng)域基 礎(chǔ)隔震，被動(dòng)耗能減震以及主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制。其中，被動(dòng)耗能減震技術(shù)因其構(gòu)造簡(jiǎn) 單可靠、耗能性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、維護(hù)方便而被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)，或用于改善已有老 舊建筑物的抗震或抗風(fēng)性能之中。結(jié)構(gòu)的被動(dòng)耗能減震技術(shù)是指在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置耗能裝置，例如阻尼器，通 過耗能裝置產(chǎn)生的摩擦、彎曲、彈塑性滯回變形來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減 小主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌，達(dá)到減震控制的目的。目前結(jié)構(gòu)體 系中采用的耗能減震裝置主要可分為五大類油阻尼器、黏滯阻尼器、軟鋼阻尼器、黏彈性 阻尼器以及摩擦阻尼器。其中，摩擦阻尼器以其剛塑性的力學(xué)特性而受到人們的普遍青睞，極高的初始剛 度保證了結(jié)構(gòu)在小震作用和風(fēng)荷載作用下具備足夠的剛度限制結(jié)構(gòu)的變形，較小的屈服 (起滑)位移保證其在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中同樣可以得到很好的推廣。研究結(jié)果表明，相比于 油阻尼器、黏滯阻尼器及黏彈性阻尼器，摩擦阻尼器在控制結(jié)構(gòu)層間位移角方面，具有顯著 優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，與軟鋼阻尼器相比，在相同的地震位移響應(yīng)條件下，摩擦阻尼器受力和結(jié)構(gòu)層 間剪力可進(jìn)一步降低。此外，摩擦阻尼器也是這五種類型阻尼器中價(jià)格最低廉的。目前國(guó) 內(nèi)外研究人員已經(jīng)開發(fā)出多種摩擦阻尼器1982年保羅(Pall)等設(shè)計(jì)出一種安裝在X型 支撐中央的雙向摩擦耗能裝置；1990年艾肯(Aiken)和凱利(Kelly)設(shè)計(jì)出一種可復(fù)位的 單向摩擦阻尼器。但是，傳統(tǒng)摩擦型阻尼器屈服(起滑)后剛度小，不利于抵抗結(jié)構(gòu)重力二 次效應(yīng)，不能有效避免在超越設(shè)計(jì)水平地震作用下結(jié)構(gòu)的倒塌。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在克服傳統(tǒng)摩擦阻尼器的上述缺點(diǎn)，提出一種具有持續(xù)變化屈服 (起滑)后剛度的摩擦型耗能減震裝置，該裝置不僅具有傳統(tǒng)裝置高初始剛度、強(qiáng)耗能能力 的特點(diǎn)，而且在滑移后，具有不斷增加的滑移后剛度，從而提供給整體結(jié)構(gòu)足夠的抗重力 二次效應(yīng)的能力，即抗倒塌的能力。使用者可以根據(jù)不同等級(jí)下的抗震性能目標(biāo)調(diào)整輸出 力的大小，因此也為不同目標(biāo)值下的結(jié)構(gòu)控制提供了一種切實(shí)可行的方法。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一個(gè)變剛度摩擦型耗能減震裝 置，其特征在于包括有外套筒(1)、活塞芯棒O)、端部蓋板(3)、扇形摩擦片0)、橡膠圈 (5)，扇形摩擦片(4)外表面和外套筒(1)內(nèi)表面接觸并貼合，形成接觸面(6)，接觸面(6)具有一定的耐磨特性。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中所述的橡膠圈( 為彈性材料或者塑性材 料；外套筒(1)內(nèi)表面的截面尺寸沿軸向逐漸變小。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的工作原理如下(1)扇形摩擦片和活塞芯棒之間的橡膠圈，在活塞沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡膠圈為接觸面 提供表面壓力，活塞位移越大，橡膠圈被壓縮的程度越大，所提供的表面壓力越大，摩擦力 也就越大。需要注意的是，由于橡膠是不可壓縮材料，必須保持一定的自由表面以容許徑向 壓縮變形，自由表面占總表面的比率決定了橡膠圈所提供的剛度大小。(2)扇形摩擦片外表面和外套筒的內(nèi)表面接觸形成接觸面，起到摩擦耗能的作用。 為了得到二次剛度，外套筒內(nèi)表面的直徑沿著軸向變化，其變化可以表述成函數(shù)的形式，采 用不同的函數(shù)可以得到不同的二次剛度變化。一般來講，如果直徑按照二次函數(shù)變小，二次 剛度則按照三次函數(shù)變大。扇形摩擦片的外表面按照與外套筒內(nèi)表面同樣的函數(shù)變化，從 而保證與外套筒有最大的接觸表面。(3)本實(shí)用新型在不工作或者較小風(fēng)荷載、地震荷載作用下，依靠其極高的初始剛 度保證結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生變形或只產(chǎn)生極小變形。地震等級(jí)增加時(shí)，其根據(jù)滑動(dòng)位移的大小產(chǎn)生 相應(yīng)大小的摩擦力，隨著外套筒內(nèi)壁曲線函數(shù)形式的不同，該摩擦力的增長(zhǎng)速度也不同，增 長(zhǎng)速度越快，能量耗散能力越高，抵抗倒塌的能力越強(qiáng)。本實(shí)用新型的有益效果是構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可靠性高，可以充分防止結(jié)構(gòu)在 強(qiáng)震作用下的倒塌。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的構(gòu)造圖。圖2是
圖1的A-A剖視圖。圖3是本實(shí)用新型的典型力-位移曲線。圖4、圖5、圖6是本實(shí)用新型的另外三種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.外套筒，2.活塞芯棒，3.端部蓋板，4.扇形摩擦片，5.橡膠圈，6.外套筒內(nèi) 表面弧線，7.密封圈，8.傳統(tǒng)摩擦阻尼器的力-位移曲線，9.本實(shí)用新型的典型力-位移曲 線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
圖1為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例是由1、外套筒，2、活塞芯棒，3、端 部蓋板，4、扇形摩擦片，5、橡膠圈，7、密封圈組成。將橡膠圈( 與活塞芯棒( 通過硫化 工藝壓接在一起；將四片扇形摩擦片(4)沿圓周均勻分布，其內(nèi)表面與橡膠層( 的外表面 通過硫化工藝壓接在一起；此時(shí)活塞的直徑略大于外套筒(1)的內(nèi)徑，將活塞放入外套筒 (1)，將兩片外套筒(1)通過螺栓和套箍壓接在一起而形成圓筒形，扇形摩擦片的表面 與外套筒內(nèi)表面(6)緊密接觸，并且有一定的預(yù)壓力；最后安裝密封圈(7)，防止灰塵進(jìn)入。 圖2為阻尼器中部A-A截面剖面圖。圖3為本實(shí)施例的典型力-位移曲線，其中(8)代表了傳統(tǒng)的摩擦阻尼器的力與位移關(guān)系，(9)代表了該實(shí)用新型的力與位移關(guān)系。實(shí)施例2圖4為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，對(duì)外套筒內(nèi)表面弧線(6)曲率 進(jìn)行了調(diào)整，曲率的增大滿足了人們對(duì)于高二次屈服(滑移)后剛度增長(zhǎng)速率的期望。其 它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3圖5為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。由于過高的曲率可能導(dǎo)致扇形摩擦片⑷外 表面與外套筒(1)內(nèi)壁不能很好的貼合，從而造成扇形摩擦片(4)局部產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn) 象，故本實(shí)施例中，對(duì)扇形摩擦片⑷進(jìn)行了切割。根據(jù)需求的不同，我們可以自由選擇切 割數(shù)量，以保證與外套筒內(nèi)表面弧線(6)能夠較好貼合。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4圖6為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，在橡膠圈(5)內(nèi)預(yù)埋入壓電晶 體層(10)，并在壓電晶體層兩端鍍上電極?；钊\(yùn)動(dòng)過程中，壓電晶體層(10)受壓，產(chǎn)生 電荷，通過傳感導(dǎo)線(11)反饋給控制器(12)。根據(jù)反饋回來的信號(hào)，控制器向壓電晶體層 (10)輸入電流，控制壓電晶體層(10)的變形，增加或減少接觸面壓力，最終達(dá)到控制阻尼 器耗能能力及殘余變形的目的。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求1.一個(gè)變剛度摩擦型耗能減震裝置，其特征在于包括有外套筒(1)、活塞芯棒O)、端 部蓋板(3)、扇形摩擦片G)、橡膠圈(5)，扇形摩擦片(4)外表面和外套筒(1)內(nèi)表面接觸 并貼合，形成接觸面(6)，接觸面(6)具有一定的耐磨特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變剛度摩擦型耗能減震裝置，其特征在于所述的橡膠圈(5) 為彈性材料或者塑性材料；外套筒(1)內(nèi)表面的截面尺寸沿軸向逐漸變小。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種摩擦阻尼器，它利用高初始剛度抵抗風(fēng)荷載和小震下的結(jié)構(gòu)變形，利用飽滿的滯回曲線最大程度的耗散中震、大震下的地震能量，并能有效阻止結(jié)構(gòu)的倒塌行為。它是一種采用外套筒-內(nèi)活塞型的摩擦阻尼器，活塞部分由活塞芯棒、橡膠圈和扇形摩擦片組成，外套筒沿軸線分為左右相同的兩個(gè)部分，用套箍和螺栓將兩部分連接在一起而形成圓筒形。外套筒內(nèi)表面和扇形摩擦片外表面接觸形成接觸面，起到摩擦耗能的作用。橡膠圈位于活塞芯棒和扇形摩擦片之間，調(diào)整扇形摩擦片和橡膠圈之間自由表面面積可改變橡膠圈剛度。為得到二次剛度，外套筒內(nèi)徑沿軸向變小，當(dāng)活塞沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡膠圈被壓縮，摩擦面表面壓力增大，摩擦力隨之增大，從而得到了不斷增大的屈服(滑移)后的二次剛度。
文檔編號(hào)E04B1/98GK201843226SQ201020143128
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者滕睿, 王濤, 陳曦 申請(qǐng)人:滕睿, 王濤, 陳曦