一种具有可变惯容的限位阻尼器的制作方法

本发明涉及结构消能减震技术领域，具体涉及一种具有可变惯容的限位阻尼器。

背景技术：

振动是土木工程结构在使用过程中面临的主要威胁之一。环境因素、建筑使用等引起的振动不仅会导致结构使用舒适度的下降；另外，剧烈的振动还会导致结构破坏，对人民生命和财产造成严重的损失，并造成严重的社会影响。阻尼器是一类常用的结构消能减震元件，其占用体积小、减振效果明显，随着近年来对结构振动控制的逐渐重视，针对不同的结构类型和振动形式，工程人员对阻尼器从结构和材料层面进行了广泛的研究和实践，研发出各种具有新结构、新材料的新型阻尼器。

惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件，能够实现惯性的灵活调节和频率的调整，改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率，基于惯容原理制作的惯容器是一种特殊的结构振动控制装置，其惯性力与惯容器两端点间的相对加速度成正比(惯容系数)，现有的试验结果证明，惯容系数可以达到惯容器实际物理质量的数千倍，因此，利用惯容器的阻尼器适用于结构消能减震，并在质量不变的情况下发挥高效的耗能能力。

但目前利用惯容器的阻尼器耗能效果需要增加阻尼器的附加质量，且目前利用惯容器的阻尼器多数不具有可调性，不能针对不同的动力特性实现自身惯容可调，难以满足多级减震消能需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了用更小的附加质量达到同样的消能减震效果，并针对不同的动力特性实现自身惯容可调，同时具有多级减震消能措施而提供的一种阻尼器。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有可变惯容的限位阻尼器，包括一对固定支座、设于一对固定支座之间的活塞杆及液缸，所述活塞杆的两端与所述固定支座之间通过限位缓冲机构连接；

所述活塞杆穿过所述液缸的中部，所述活塞杆的中间设有活塞头，所述活塞头位于所述液缸内，所述液缸内部充满磁流变液；

所述液缸的内壁缠绕有电磁线圈，所述液缸的外部绕设一个或多个与其内部相通的外螺旋管道，所述外螺旋管道与所述液缸的连接处设有流量开关阀。

应用时，液缸与结构连接，结构振动较小时，结构发生层间位移，上部结构的位移带动层间剪刀撑发生位移，层间剪刀撑带动液缸发生位移，而活塞杆通过固定支座固定在下层，因此液缸与活塞杆发生相对滑动，活塞杆在液缸内的运动使得液缸内的磁流变液发生挤压或拉伸，液体体积难以压缩，使得液体通过液缸与外螺旋管道的通道进入外螺旋管道，进入外螺旋管道后液体流动截面面积急剧缩小，因此进入外螺旋管道的液体流速相较于液缸内部液体流速迅速增大，同时运动半径增大，放大了系统的惯容，增大系统对输入能量的吸收；液体在液缸的一端进入外螺旋管道，从外螺旋管道的另一端，亦是液缸的另一端，流回液缸。

液缸内壁安装有电磁线圈，其线圈缠绕方向垂直于在外螺旋管道中液体的流动方向，根据磁流变液的电磁特性，磁流变液流动时切割磁感线，使得其自身粘性增大，从而增大使磁流变液流动的耗能。

当结构振动较大时，磁流变液可通过不同的外螺旋管道进行液缸与外螺旋管道的循环，进一步增大装置的耗能能力。

进一步地，所述限位缓冲机构包括波浪形软钢以及橡胶衬垫，所述波浪形软钢一端与固定支座连接，另一端与所述橡胶衬垫连接，所述橡胶衬垫与所述活塞杆的端部固接，当液缸相对活塞产生较大位移时，液缸端部接触波浪形软钢及橡胶衬垫，相互作用力通过橡胶衬垫传递到波浪形软钢，使波浪形软钢发生形变乃至屈曲，达到限制液缸位移以及耗能的目的。

当结构的层间位移达到一定值的时候，液缸相对活塞杆的滑动滑程增大，液缸的端部将接触到软钢缓冲装置的橡胶垫，并对橡胶垫和波浪形软钢产生挤压，橡胶垫和波浪形软钢的形变将增大装置的耗能，并避免液缸运动范围过大，对活塞杆及活塞杆两端固定支座造成损坏。

进一步地，所述波浪形软钢通过螺栓安装在固定支座上，通过螺栓与所述橡胶衬垫连接。

进一步地，所述液缸的外部绕设第一外螺旋管道和第二外螺旋管道，所述第一外螺旋管道的直径大于第二外螺旋管道，在所述液缸和第一外螺旋管道连接处设有第一流量开关阀，在所述液缸和第二外螺旋管道连接处设有第二流量开关阀，液缸利用活塞面积与第一外螺旋管道和第二外螺旋管道截面面积的比值，作用是放大装置的惯质。

进一步地，所述第一外螺旋管道和第二外螺旋管道截面直径比值为2：1。

进一步地，所述固定支座之间的距离为单一固定支座高度的8-15倍，材质采用钢材。

进一步地，所述固定支座通过螺栓固定在减震结构上。

进一步地，所述液缸侧壁的水平两端设有用于与减震结构连接的连接件。

进一步地，所述液缸是截面为圆形的圆柱体容器，所述活塞杆的直径不小于液缸直径的1/5，活塞头直径略小于液缸内壁直径，将液缸内部分割为两个区域。

进一步地，所述流量开关阀采用电子感应控制，感应器安装于液缸外壁，当监测到液缸的绝对加速度达到一定值时，流量开关阀打开，使液缸内部与外螺旋管道形成联通。

本发明的机理为，该阻尼器包括液压式惯容器单元和波浪形软钢缓冲限位单元，液压式管容器单元的液缸安装在活塞上，并沿活塞滑动，活塞两端安装在固定支座上，固定支座是固定安装在下部结构上。液缸两侧通过连接件连接层间剪刀撑，从而与上部结构形成连接，当结构发生层间位移时，带动液缸相对于活塞发生滑动，使液缸内的磁流变液产生流动并完成液缸-外螺旋管道-液缸的循环，形成第一阶段消能减震模式；当结构振动较大时，安装在液缸一端的加速度感应装置监测到液缸的绝对加速度达到一定值，则打开第一流量开关阀，使磁流变液从第一外螺旋管道和第二外螺旋管道两个途径完成流动循环，增大液压式惯容器单元的耗能能力，形成第二阶段消能减震模式；当液缸相对于活塞的位移进一步增大，液缸端部将接触到安装在固定支座上的波浪形软钢缓冲限位装置端部的橡胶衬垫，通过橡胶衬垫将冲击力传递到波浪形软钢，软钢的形变进一步耗散输入阻尼器内部的能量，并限制液缸位移的增大。

本发明具有低附加质量条件下的高阻尼特性，以及多重耗能机制，包含液压式惯容器单元，波浪形软钢缓冲限位单元，在不同的振动强度下发挥相应的耗能功能，耗能效果连续有效。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)利用惯容原理，使阻尼器基于更小的附加质量下，拥有更大的惯性，从而提高阻尼器的耗能效果。

(2)利用流量开关阀实现阻尼器的惯容可变，形成多级的耗能机制。

(3)在结构层间位移较大的情况下，波浪形软钢缓冲限位装置参与工作，使得阻尼系统的耗能能力大幅提高，并有效限制液压式惯容器的过大位移。

(4)该系统结构简单，可靠性高，维护成本低，波浪形软钢缓冲限位装置更换技术简单，适合于建筑全寿命周期内的抗震要求。

附图说明

图1为本发明实施例一种可变惯容的限位阻尼器的侧视图；

图2为本发明实施例一种可变惯容的限位阻尼器的俯视图；

图3为本发明实施例一种可变惯容的限位阻尼器液压式惯容器部分剖面图；

图中，1为固定支座、2为波浪形软钢、3为橡胶垫、4为液缸、5为电磁线圈、6为第一外螺旋管道、7为第二外螺旋管道、8为第一流量开关阀、9为第二流量开关阀、10为磁流变液、11为连接件、12为活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1，一种可变惯容的限位阻尼器，由固定支座1、波浪形软钢2、橡胶垫3、液缸4、电磁线圈5、第一外螺旋管道6，第二外螺旋管道7、第一流量开关阀8、第二流量开关阀9、磁流变液10、连接件11、活塞杆12组成。

将固定支座1固定安装在下部结构上，然后将活塞杆12安装于两固定支座1之间，液缸4安装于活塞杆12中部，使活塞头处于液缸4内部，液缸内壁缠绕安装有电磁线圈5，液缸4端部与第一外螺旋管道6和第二外螺旋管道7连接，其中液缸4与第一外螺旋管道6连接处安装有第一流量开关阀8，液缸4与第二外螺旋管道7连接处安装有第二流量开关阀9，磁流变液10充满于液缸4内部和第一外螺旋管道6，第二外螺旋管道7内部，第一流量开关阀8初始状态为关闭，第二流量开关阀9初始状态为开启。当液缸4相对于活塞杆12发生相对滑动时，液缸4内部磁流变液10发生流动，完成液缸4-第一外螺旋管道6(b7)-液缸4的流动循环，切割磁感线，有效提高磁流变液的粘性，增大阻尼，提高装置的耗能。

液缸4通过连接件11连接层间剪刀撑，从而与上部结构形成连接。活塞杆12两端与固定支座1连接处通过螺栓安装有波浪形软钢2，波浪形软钢的另一侧通过螺栓安装有橡胶垫3，作用是将液缸4的冲击力传递到波浪形软钢2，同时减小瞬时冲击力。

该阻尼器安装于结构上，其结构图如图1所示。

本实施例中，有7mx7m的建筑平面，在建筑结构面上安装两个固定支座，固定支座的平面尺寸为60cmx90cm，高度60cm，两固定支座净距为2.5m，固定支座通过螺栓固定在结构面上。活塞安装在固定支座之间，活塞杆直径为15cm，活塞头直径为40cm，活塞头位置在活塞杆中点。液缸安装在活塞杆中部，使活塞头处于液缸内，液缸外长80cm，液缸内径为41.1cm，液缸内壁安装缠绕1cm厚的电磁线圈部分，液缸缸壁厚3cm，液缸外连接第一外螺旋管道和第二外螺旋管道，其中第一外螺旋管道管道内径4cm，第二外螺旋管道管道内径2cm，外螺旋管道的管壁壁厚均为0.5cm。液缸与第一外螺旋管道连接处有第一流量开关阀，液缸于第二外螺旋管道连接处有第二流量开关阀。液缸端部安装有连接件，连接层间剪刀撑，形成与上部结构的连接。在活塞杆的两端，通过螺栓安装波浪形软钢，波浪形软钢壁厚1.5cm，半波长5cm，波峰10cm，波浪形软钢总长60cm。波浪形软钢外侧通过螺栓安装橡胶垫，橡胶垫为环形，内径25cm，外径35cm。

液缸4、电磁线圈5、第一外螺旋管道6、第二外螺旋管道7、第一流量开关阀8、第二流量开关阀9、磁流变液10、连接件11、活塞杆12共同组成液压式惯容器单元。在结构发生层间位移时，带动液缸4与活塞杆12产生相对滑动，从而使其中的磁流变液10发生流动，完成液缸4-第一外螺旋管道6(b7)-液缸4的流动循环，磁流变液10流动切割磁感线，增大粘性，从而增大装置的耗能。波浪形软钢2、橡胶垫3组成波浪形软钢缓冲限位单元，是结构位移较大时发挥功能的耗能单元。

当结构振动较小时，仅液缸4相对活塞杆12滑动产生的阻尼进行耗能；当结构振动较大时，液缸4内部进行两个渠道的磁流变液10流动循环，增大液压式惯容器单元的耗能能力，同时波浪形软钢缓冲限位单元参与工作，提高阻尼器的整体耗能能力并限制液缸4相对活塞杆12的过大位移。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。