本发明涉及一种阻尼器，尤其涉及一种变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器，属于耗能减震技术领域。
背景技术：
粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器都是土木工程中最常用的阻尼器。传统的粘弹性阻尼器是一种适合于抗风振和小震的阻尼器，它可以在小位移下开始耗能，并且疲劳性能和耗能性能良好。而传统的摩擦阻尼器是只能提供不变的摩擦力，阻尼力不能随着位移的增大而出现明显的变化，不具备在风振、小震、中震以及大震不同的地震激励下提供不同的阻尼力的特点，并且长期多次的小位移作用(风振和小震)下磨损疲劳现象严重。摩擦阻尼器起滑力值设定过高时，阻尼会出现不滑或滑动位移过小而不能发挥良好的耗能作用；起滑力值设定过低时，在中震和大震下提供的阻尼力过小，不能满足所需的耗能能力。因此，采用摩擦变系数和调整预紧力的方法来实现不同激励和不同阶段提供不同阻力，同时又将粘弹性阻尼器的优点相结合，开发一种变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器很有必要。
技术实现要素：
本发明目的是针对现有摩擦阻尼器存在的问题，提供一种变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器，该复合阻尼器同时具备粘弹性阻尼器和变系数摩擦阻尼器的技术优点，既能有效减小结构在小震和风振下的振动响应，又能使阻尼器在中震和大震下产生良好的耗能能力，同时具有疲劳性能良好的优势。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器，整体为对称结构，包括两个圆筒式粘弹性阻尼器单元和两个圆筒式摩擦阻尼器单元，所述两个圆筒式粘弹性阻尼器单元对称相对连接，两个摩擦阻尼器单元分别对应套装在两个圆筒式粘弹性阻尼器单元外部；其中，
所述圆筒式粘弹性阻尼器单元其各部件为同轴设置，由内向外依次为环形内钢筒、环形粘弹性材料层、环形中钢筒，所述环形内钢筒中段外部套装有弹性元件，所述环形中钢筒分为左环形中钢筒、右环形中钢筒分别套装在环形内钢筒左段和右段并与弹性元件相连，所述环形外钢筒和环形内钢筒之间填充所述环形粘弹性材料层；所述环形中钢筒相远离两端分别连接有连接锚固钢板；
所述摩擦阻尼器单元其各部件为同轴设置，由内向外依次为环形中钢筒、环形摩擦片、环形摩擦板、环形外钢筒，所述外钢筒套装在环形中钢筒外部，所述环形摩擦片套装在环形中钢筒上，所述环形摩擦板贴设在环形外钢筒内壁的凹槽中，且环形摩擦片与环形摩擦板摩擦接触。
进一步地，所述环形摩擦板分为第一环形摩擦板和第二环形摩擦板，且第一环形摩擦板的摩擦系数较小，第二环形摩擦板的摩擦系数较大。
进一步地，所述环形钢中筒的外表面等间距设置若干环形固定凹槽，环形固定凹槽的尺寸与所述环形摩擦片的尺寸相匹配，且所述环形固定凹槽的深度为5mm～20mm。
进一步地，所述环形外钢筒由上半环形外钢筒和下半环形外钢筒采用螺栓装配连接组成，所述第一环形摩擦板由第一上半环形摩擦板和第一下半环形摩擦板组成，第一上半环形摩擦板和第一下半环形摩擦板分别对应贴设在上半环形外钢筒和下半环形外钢筒的内壁环形凹槽之中；所述第二环形摩擦板由第二上半环形摩擦板和第二下半环形摩擦板组成，第二上半环形摩擦板和第二下半环形摩擦板分别对应贴设在上半环形外钢筒和下半环形外钢筒的内壁环形凹槽之中，上半环形外钢筒和下半环形外钢筒、第一上半环形摩擦板和第一下半环形摩擦板、第二上半环形摩擦板和第二下半环形摩擦板之间设置有粘弹性可压缩垫片。
进一步地，所述环形内钢筒相远离两端设有左封闭钢板和右封闭钢板，所述左环形中钢筒和右环形中钢筒相远离两端内部设置有圆柱体粘弹性材料。
优选地，所述左环形中钢筒与右环形中钢筒之间距离为80mm～180mm。
进一步地，所述环形内钢筒、环形中钢筒与环形粘弹性材料层之间通过高温高压硫化方式或胶粘方式连接。
进一步地，环形中钢筒与其内部的圆柱体粘弹性材料通过高温高压硫化方式或胶粘方式连接。
优选地，连接锚固钢板分为左连接锚固钢板和右连接锚固钢板，所述环形外钢筒的左端面与左连接锚固钢板之间的间隔距离为200mm～400mm，所述环形外钢筒的右端面与右连接锚固钢板之间的间隔距离为200mm～400mm。
优选地，所述弹性元件为高强弹簧，所述环形粘弹性材料层和圆柱体粘弹性材料均为高阻尼三元异丙橡胶复合材料或高阻尼的硅橡胶复合材料，所述的环形摩擦片为高耐磨钢质摩擦片，所述第一环形摩擦板为聚四氟乙烯板，第二环形摩擦板为黄铜板。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明复合阻尼器同时具备粘弹性阻尼器和变系数摩擦阻尼器的技术优点，在小震或风振作用下，粘弹性阻尼器开始工作耗能，承担大部分耗能作用，且耗能性能和疲劳性能良好；在中震和大震作用下，粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器同时工作，共同耗散地震能量，使阻尼器耗散能力显著提高，这既能保证阻尼器有效减小结构在小震和风振下的振动响应，又能使阻尼器在中震和大震下产生更好的耗能能力，同时在小震或风振作用下，避免摩擦阻尼器发生磨损疲劳而使整个阻尼器失效，大幅度提高了阻尼器整体的使用寿命，中震和大震作用下，阻尼器的限位作用防止粘弹性材料发生剪切破坏；本发明复合阻尼器在小震、风振和中震、大震下均能够对结构的振动起到很好的减震效果。
在不同激励下较好调整阻尼性能的能力技术优点，根据所需阻尼力性能的要求，通过调整环形摩擦板和摩擦片的材料、尺寸以及调节预紧力的大小满足所需阻尼力(刚度和阻尼)的大小。设置在环形内钢筒中部的高强弹性元件在受压和受拉时均可提供较大的弹性恢复刚度，这增加了整个阻尼器抵抗变形的能力，使阻尼器具有自复位功能；中钢筒的端部的圆柱体粘弹性材料挤压变形既提供挤压耗能作用，又提供较大刚度起限位作用，保证了内筒和中筒之间的环形粘弹性材料层不被剪切破坏。各粘弹性材料层的边缘约束良好，使其耐疲劳性能良好；摩擦阻尼器单元采用装配式连接，保证其具有摩擦片易于更换、单元利用率高等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中环形内钢筒、环形粘弹性层、环形左中钢筒、第二环形摩擦板和环形外钢筒a-a向剖视图；
图3为图1中环形内钢筒、环形粘弹性层、环形右中钢筒、第一环形摩擦板和环形外钢筒b-b向剖视图；
图4为图1中环形右中钢筒、圆柱体粘弹性材料c-c向剖视图；
图5为本发明中连接锚固钢板的结构示意图；
图中：1弹性元件，2环形内钢筒，3-1左环形粘弹性材料层，3-2右环形粘弹性材料层，4-1左环形中钢筒，4-2右环形中钢筒，5-1左环形摩擦片，5-2右环形摩擦片，6-1第一上半环形摩擦板，6-2第一下半环形摩擦板，7-1第二上半环形摩擦板，7-2第二下半环形摩擦板，8-1上半环形钢筒，8-2下半环形钢筒，9-1左封闭钢板，9-2右封闭钢板，10-1左圆柱体粘弹性材料，10-2右圆柱体粘弹性材料，11-1左连接锚固钢板，11-2右连接锚固钢板，12-1左带孔连接件，12-2右带孔连接件，13高强螺栓，14粘弹性可压缩垫片。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例，请结合参照图1-5：
本发明变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器，阻尼器整体为对称结构，包括两个圆筒式粘弹性阻尼器单元和两个圆筒式摩擦阻尼器单元，所述两个圆筒式粘弹性阻尼器单元对称相对连接，两个摩擦阻尼器单元分别对应套设在两个圆筒式粘弹性阻尼器单元外侧，其中，
所述圆筒式粘弹性阻尼器单元其各部件为同轴设置，由内向外依次为环形内钢筒2、环形粘弹性材料层3、环形中钢筒4，环形内钢筒2分为左、中、右三段，环形中钢筒4分为左环形中钢筒4-1和右环形中钢筒4-2，其中左环形中钢筒4-1和右环形中钢筒4-2套装在环形内钢筒2的左段和右段，二者之间间隔一定距离，优选的所述间隔距离为80mm～180mm。环形内钢筒2与左环形中钢筒4-1和右环形中钢筒4-2之间填充有环形粘弹性材料层3，所述环形内钢筒2与左环形中钢筒4-1和右环形中钢筒4-2、环形粘弹性材料层3通过高温高压硫化方式或胶粘方式连接，保证它们之间的整体性且防止震动时它们之间产生脱离。环形内钢筒2中段套装有弹性元件1，弹性元件1两端分别与左环形中钢筒4-1和右环形中钢筒4-2固定连接，优选地，弹性元件1为高强弹簧以保证其挤压、拉伸抗性。所述环形内钢筒2两端设有左封闭钢板9-1和右封闭钢板9-2，大震作用下，封闭板可均匀与圆柱体粘弹性材料10接触产生挤压变形耗能，同时圆柱体粘弹性材料提供较大刚度起限位作用，防止环形粘弹性材料层3发生大位移剪切破坏，所述环形中钢筒4的相互远离的两端的内部均设置有圆柱体粘弹性材料10，所述环形中钢筒4与圆柱体粘弹性材料10通过高温高压硫化方式或高强胶粘方式连接，所述圆柱体粘弹性材料10挤压变形时既提供挤压耗能作用，又提供较大刚度起限位作用，保证了环形内筒2和环形中筒4之间的环形粘弹性材料层3不被剪切破坏。所述左环形中钢筒4-1的外端部设置有左连接锚固钢板11-1，右环形中钢筒4-2的外端部设置有右连接锚固钢板11-2，环形中钢筒4与连接锚固钢板11焊接固定连接，所述连接锚固钢板11外侧均设置有带孔连接件，所述连接锚固钢板11与有带孔连接件12焊接固定连接，通过带孔连接件12可将本发明固定于建筑物需要防震处。
所述摩擦阻尼器单元其各部件为同轴设置，由内向外依次为环形中钢筒4、环形摩擦片5、第一环形摩擦板6和第二环形摩擦板7、环形外钢筒8。所述环形外钢筒8套装在环形中钢筒4外部，二者之间设置有环形摩擦片5和环形摩擦板6。所述环形中钢筒4外壁等距离设置有若干环形固定凹槽，所述环形摩擦片5套装在所述固定凹槽内进而固定在环形中钢筒4外壁上。所述环形摩擦板分为第一环形摩擦板6和第二环形摩擦板7，所述第一环形摩擦板6由第一上半环形摩擦板6-1和第一下半环形摩擦6-2板组成，第一上半环形摩擦板6-1和第一下半环形摩擦板6-2分别对应贴设在上半环形外钢筒8-1和下半环形外钢筒8-2的内壁凹槽之中；所述第二环形摩擦板7由第二上半环形摩擦板7-1和第二下半环形摩擦板7-2组成，第二上半环形摩擦板7-1和第二下半环形摩擦板7-2分别对应贴设在上半环形外钢筒8-1和下半环形外钢筒8-2的内壁凹槽之中，上半环形外钢筒8-1和下半环形外钢筒8-2、第一上半环形摩擦板6-1和第一下半环形摩擦板6-2、第二上半环形摩擦板7-1和第二下半环形摩擦板7-2之间设置有粘弹性可压缩垫片14；所述内壁环形凹槽的深度为5mm～20mm。)，所述环形摩擦板分为第一环形摩擦板6和第二环形摩擦板7，其中第一环形摩擦板6的摩擦系数较小，第二环形摩擦板7的摩擦系数较大，摩擦阻尼器起滑力值设定过高时，阻尼会出现不滑或滑动位移过小而不能发挥良好的耗能作用；起滑力值设定过低时，在中震和大震下提供的阻尼力过小，不能满足所需的耗能能力。因此，采用摩擦变系数和调整预紧力的方法来实现不同激励和不同阶段提供不同阻力，优选地，所述第一环形摩擦板6为聚四氟乙烯板，第二环形摩擦板7为黄铜板，所述的环形摩擦片5为高耐磨钢质摩擦片。
所述环形外钢筒8由上半环形外钢筒8-1和下半环形外钢筒8-2采用高强螺栓13装配连接组成，上半环形外钢筒8-1和下半环形外钢筒8-2之间设置有粘弹性可压缩垫片14，所述粘弹性可压缩垫片14设置有与高强螺栓装13相匹配的孔洞，根据所需预紧力大小可通过高强螺栓13进行调节。
所述环形外钢筒8的左端面与左连接锚固钢板11-1之间的间隔距离为200mm～400mm，所述环形外钢筒8的右端面与右连接锚固钢板11-2之间的间隔距离为200mm～400mm。
优选地，所述环形粘弹性材料层3和圆柱体粘弹性材料10均为高阻尼三元异丙橡胶复合材料或高阻尼的硅橡胶复合材料。
使用时：将本变阻尼变刚度粘弹性-摩擦复合阻尼器采用人字形支撑、腋撑或对角斜撑布置于建筑结构层间。
在小震和风振下，环形内钢筒2和环形中钢筒4之间的环形粘弹性材料层3发生剪切变形承担大部分耗能作用，环形摩擦片5与第一环形摩擦板6相对摩擦承担小部分耗能作用。
在中震，环形内钢筒2和环形中钢筒4之间的环形粘弹性材料3层产生剪切变形、以及环形摩擦片5与第一环形摩擦板6和第二环形摩擦板7相对滑动摩擦共同耗能，耗能能力大幅度提升。
在大震下，环形内钢筒2和环形中钢筒4之间的环形粘弹性材料层3产生剪切变形、环形摩擦片5与第一环形摩擦板6和第二环形摩擦板7相对滑动摩擦以及圆柱体粘弹性材料10挤压变形共同耗能，耗能能力大幅度提升，并且提供较大刚度起限位作用，保证了环形内钢筒2和环形中钢筒4之间的环形粘弹性材料层不被剪切破坏。
另外，设置在环形内钢筒2中部的高强弹性元件1在受压和受拉时均可提供较大的弹性恢复刚度，这增加了整个阻尼器抵抗变形的能力，使阻尼器具有自复位功能。
根据所需阻尼力性能的要求，可通过调整环形摩擦板6、7的摩擦系数、尺寸以及通过高强螺栓13调节预紧力的大小满足刚度和阻尼的需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。