专利名称：变刚度摩擦型耗能减震装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于阻尼器抗震技术领域，涉及一种具有连续可变屈服(滑移)后刚 度的摩擦阻尼器。
背景技术：
现代土木工程结构经常采用一些机械装置用于减轻风振和地震作用。结构控制就 是一种通过在结构上设置耗能装置，由耗能机构和结构一起来抵御地震等动力作用，从而 减小结构动力反应的方法。目前来说，结构振动控制的研究和应用主要集中于三大领域基 础隔震，被动耗能减震以及主动、半主动和智能控制。其中，被动耗能减震技术因其构造简 单可靠、耗能性能稳定、价格低廉、维护方便而被广泛应用于工程建设，或用于改善已有老 旧建筑物的抗震或抗风性能之中。结构的被动耗能减震技术是指在结构的某些部位设置耗能装置，例如阻尼器，通 过耗能装置产生的摩擦、弯曲、弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减 小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。目前结构体 系中采用的耗能减震装置主要可分为五大类油阻尼器、黏滞阻尼器、软钢阻尼器、黏弹性 阻尼器以及摩擦阻尼器。其中，摩擦阻尼器以其刚塑性的力学特性而受到人们的普遍青睐，极高的初始刚 度保证了结构在小震作用和风荷载作用下具备足够的刚度限制结构的变形，较小的屈服 (起滑)位移保证其在钢筋混凝土结构中同样可以得到很好的推广。研究结果表明，相比于 油阻尼器、黏滞阻尼器及黏弹性阻尼器，摩擦阻尼器在控制结构层间位移角方面，具有显著 优势。同时，与软钢阻尼器相比，在相同的地震位移响应条件下，摩擦阻尼器受力和结构层 间剪力可进一步降低。此外，摩擦阻尼器也是这五种类型阻尼器中价格最低廉的。目前国 内外研究人员已经开发出多种摩擦阻尼器1982年保罗(Pall)等设计出一种安装在X型 支撑中央的双向摩擦耗能装置；1990年艾肯(Aiken)和凯利(Kelly)设计出一种可复位的 单向摩擦阻尼器。但是，传统摩擦型阻尼器屈服(起滑)后刚度小，不利于抵抗结构重力二 次效应，不能有效避免在超越设计水平地震作用下结构的倒塌。
发明内容本实用新型旨在克服传统摩擦阻尼器的上述缺点，提出一种具有持续变化屈服 (起滑)后刚度的摩擦型耗能减震装置，该装置不仅具有传统装置高初始刚度、强耗能能力 的特点，而且在滑移后，具有不断增加的滑移后刚度，从而提供给整体结构足够的抗重力 二次效应的能力，即抗倒塌的能力。使用者可以根据不同等级下的抗震性能目标调整输出 力的大小，因此也为不同目标值下的结构控制提供了一种切实可行的方法。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一个变刚度摩擦型耗能减震装 置，其特征在于包括有外套筒(1)、活塞芯棒O)、端部盖板(3)、扇形摩擦片0)、橡胶圈 (5)，扇形摩擦片(4)外表面和外套筒(1)内表面接触并贴合，形成接触面(6)，接触面(6)具有一定的耐磨特性。在本实用新型的一个优选实施例中所述的橡胶圈( 为弹性材料或者塑性材 料；外套筒(1)内表面的截面尺寸沿轴向逐渐变小。本实用新型解决其技术问题所采用的工作原理如下(1)扇形摩擦片和活塞芯棒之间的橡胶圈，在活塞沿轴向运动时，橡胶圈为接触面 提供表面压力，活塞位移越大，橡胶圈被压缩的程度越大，所提供的表面压力越大，摩擦力 也就越大。需要注意的是，由于橡胶是不可压缩材料，必须保持一定的自由表面以容许径向 压缩变形，自由表面占总表面的比率决定了橡胶圈所提供的刚度大小。(2)扇形摩擦片外表面和外套筒的内表面接触形成接触面，起到摩擦耗能的作用。 为了得到二次刚度，外套筒内表面的直径沿着轴向变化，其变化可以表述成函数的形式，采 用不同的函数可以得到不同的二次刚度变化。一般来讲，如果直径按照二次函数变小，二次 刚度则按照三次函数变大。扇形摩擦片的外表面按照与外套筒内表面同样的函数变化，从 而保证与外套筒有最大的接触表面。(3)本实用新型在不工作或者较小风荷载、地震荷载作用下，依靠其极高的初始刚 度保证结构不产生变形或只产生极小变形。地震等级增加时，其根据滑动位移的大小产生 相应大小的摩擦力，随着外套筒内壁曲线函数形式的不同，该摩擦力的增长速度也不同，增 长速度越快，能量耗散能力越高，抵抗倒塌的能力越强。本实用新型的有益效果是构造简单、价格低廉、可靠性高，可以充分防止结构在 强震作用下的倒塌。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的构造图。图2是
图1的A-A剖视图。图3是本实用新型的典型力-位移曲线。图4、图5、图6是本实用新型的另外三种实施例的剖面结构示意图。图中1.外套筒，2.活塞芯棒，3.端部盖板，4.扇形摩擦片，5.橡胶圈，6.外套筒内 表面弧线，7.密封圈，8.传统摩擦阻尼器的力-位移曲线，9.本实用新型的典型力-位移曲 线。
具体实施方式
实施例1
图1为本实施例的具体结构示意图。本实施例是由1、外套筒，2、活塞芯棒，3、端 部盖板，4、扇形摩擦片，5、橡胶圈，7、密封圈组成。将橡胶圈( 与活塞芯棒( 通过硫化 工艺压接在一起；将四片扇形摩擦片(4)沿圆周均勻分布，其内表面与橡胶层( 的外表面 通过硫化工艺压接在一起；此时活塞的直径略大于外套筒(1)的内径，将活塞放入外套筒 (1)，将两片外套筒(1)通过螺栓和套箍压接在一起而形成圆筒形，扇形摩擦片的表面 与外套筒内表面(6)紧密接触，并且有一定的预压力；最后安装密封圈(7)，防止灰尘进入。 图2为阻尼器中部A-A截面剖面图。图3为本实施例的典型力-位移曲线，其中(8)代表了传统的摩擦阻尼器的力与位移关系，(9)代表了该实用新型的力与位移关系。实施例2图4为本实施例的具体结构示意图。本实施例中，对外套筒内表面弧线(6)曲率 进行了调整，曲率的增大满足了人们对于高二次屈服(滑移)后刚度增长速率的期望。其 它结构与实施例1相同。实施例3图5为本实施例的具体结构示意图。由于过高的曲率可能导致扇形摩擦片⑷外 表面与外套筒(1)内壁不能很好的贴合，从而造成扇形摩擦片(4)局部产生应力集中的现 象，故本实施例中，对扇形摩擦片⑷进行了切割。根据需求的不同，我们可以自由选择切 割数量，以保证与外套筒内表面弧线(6)能够较好贴合。其它结构与实施例1相同。实施例4图6为本实施例的具体结构示意图。本实施例中，在橡胶圈(5)内预埋入压电晶 体层(10)，并在压电晶体层两端镀上电极。活塞运动过程中，压电晶体层(10)受压，产生 电荷，通过传感导线(11)反馈给控制器(12)。根据反馈回来的信号，控制器向压电晶体层 (10)输入电流，控制压电晶体层(10)的变形，增加或减少接触面压力，最终达到控制阻尼 器耗能能力及残余变形的目的。其它结构与实施例1相同。
权利要求1.一个变刚度摩擦型耗能减震装置，其特征在于包括有外套筒(1)、活塞芯棒O)、端 部盖板(3)、扇形摩擦片G)、橡胶圈(5)，扇形摩擦片(4)外表面和外套筒(1)内表面接触 并贴合，形成接触面(6)，接触面(6)具有一定的耐磨特性。
2.根据权利要求1所述的变刚度摩擦型耗能减震装置，其特征在于所述的橡胶圈(5) 为弹性材料或者塑性材料；外套筒(1)内表面的截面尺寸沿轴向逐渐变小。
专利摘要本实用新型涉及一种摩擦阻尼器，它利用高初始刚度抵抗风荷载和小震下的结构变形，利用饱满的滞回曲线最大程度的耗散中震、大震下的地震能量，并能有效阻止结构的倒塌行为。它是一种采用外套筒-内活塞型的摩擦阻尼器，活塞部分由活塞芯棒、橡胶圈和扇形摩擦片组成，外套筒沿轴线分为左右相同的两个部分，用套箍和螺栓将两部分连接在一起而形成圆筒形。外套筒内表面和扇形摩擦片外表面接触形成接触面，起到摩擦耗能的作用。橡胶圈位于活塞芯棒和扇形摩擦片之间，调整扇形摩擦片和橡胶圈之间自由表面面积可改变橡胶圈刚度。为得到二次刚度，外套筒内径沿轴向变小，当活塞沿轴向运动时，橡胶圈被压缩，摩擦面表面压力增大，摩擦力随之增大，从而得到了不断增大的屈服(滑移)后的二次刚度。
文档编号E04B1/98GK201843226SQ201020143128
公开日2011年5月25日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者滕睿, 王涛, 陈曦 申请人:滕睿, 王涛, 陈曦