本发明属于土木工程防灾减灾领域，涉及一种可实现健康监测与减振一体化功能的自感知摩擦阻尼器。
背景技术：
结构减振是土木工程防灾减灾关注的重点之一。安置阻尼器是一种可靠且有效的耗能减振技术。摩擦阻尼器作为一种常用的阻尼器，被广泛应用于桥梁、建筑结构的消能缓冲、消能减震。传统的摩擦阻尼器分为pall型摩擦阻尼器、sumitomo摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器。相比其它耗能减振装置，摩擦阻尼器具有构造简单、成本低等优点，可为结构提供较大的附加阻尼，且受荷载大小和频率的影响较小，因此有广泛的应用前景。
结构健康监测是土木工程防灾减灾关注的另一个重点。现有的技术中，一般采用布置振动传感器、位移传感器、应变传感器等方法对结构的实时状况进行监测。结构的健康监测系统和振动控制系统通常是独立的，存在体系复杂、需要占据较大的空间、成本高等问题。将结构健康监测系统与减振系统进行一体化集成无疑具有重要的工程意义。
近年来，基于摩擦起电原理的摩擦纳米发电机技术应用受到关注。由于摩擦纳米发电机无需额外的传感器就可以将机械刺激转化为电信号，因而其在无源传感和自驱动传感器领域具有巨大的潜力。将摩擦发电技术与摩擦阻尼器结合，在原理上可开发出兼具耗能减振及位移监测双功能的自感知摩擦阻尼器。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有结构振动控制与健康监测相互独立的问题，提出一种自感知摩擦阻尼器。
本发明的构思如下：将传统滑动式摩擦阻尼器的同材质摩擦面用两种摩擦起电性差异显著的材料取代。当摩擦阻尼器在产生相对摩擦而耗能的过程中，摩擦面的相对接触面积减小，导致平面内电荷分离，分离的电荷会使一个摩擦面具有更高的电势。在电势差的驱使下，电子将从电势高的摩擦面流向电势低的摩擦面，而两个摩擦面间的电压差与其相对位移直接相关，从而可通过电压信号的采集监测相对位移。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种自感知摩擦阻尼器，从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组和摩擦起电下滑动副板组；
其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板、外层导电材料和摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板、内层导电材料、滑动主板、内层导电材料和摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板、外层导电材料和下滑动副板；
摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的摩擦起电负极板与内层导电材料、内层导电材料与滑动主板为粘接连接或螺栓连接。
摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓连接。
滑动主板与主板连接板通过螺栓连接，上滑动副板及下滑动副板均与副板连接板通过螺栓连接；主板连接板及副板连接板分别连接在结构中因荷载而产生相对变形的两个位置，连接方式为螺栓连接或焊接连接；
外层导电材料引出正电极导线、内层导电材料引出负电极导线，正电极导线及负电板导线间连接电压采集器。
滑动主板和滑动副板采用绝缘材料制备。
摩擦起电正极板采用但不限于以下材料：聚甲醛1.3-1.4、乙基纤维素、聚酰胺(尼龙)-11、聚酰胺(尼龙)-66、三聚氰胺、编织的羊毛、编织的蚕丝、铝、纸张、纺织的棉花、钢、木材、硬橡胶、镍、铜、硫、黄铜、银、醋酸纤维、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇；
摩擦起电负极板采用但不限于聚酯、聚异丁烯、聚氨酯、柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、氯丁橡胶、自然橡胶、聚丙烯腈、腈涤纶、聚碳酸双酚、聚3,3-双(氯甲基)丁氧环、聚偏乙氯二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。
外层导电材料及内层导电材料采用但不限于以下材料：铜、铝、钢、导电复合材料。
与现有技术相比，本发明的效果和益处是：
(1)本发明通过测量电路中电压信号可实现对摩擦阻尼器位移的监测；
(2)本发明自感知摩擦阻尼器结构简单、性能稳定，针对现有结构振动控制与健康监测相互独立的问题，实现了监测与减振功能的一体化，工程实用性更好，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明自感知摩擦阻尼器的俯视示意图；
图2为本发明自感知摩擦阻尼器实施例的a-a截面示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明自感知摩擦阻尼器实施例的b-b截面示意图；
图5为图4的局部放大图。
图中：1上滑动副板；2外层导电材料；3摩擦起电正极板；4摩擦起电负极板；5内层导电材料；6滑动主板；7垫板；8固定螺栓；9电压采集器；10孔道；11主板连接板；12滑动螺栓孔；13下滑动副板；14正电极导线；15负电极导线；16预压力限位螺栓；17副板连接板。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明的具体实施方式见图1至图5，可知，本实施例所述自感知摩擦阻尼器从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组，摩擦起电下滑动副板组。其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板1、外层导电材料2、摩擦起电正极板3；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板4、内层导电材料5、滑动主板6、内层导电材料5、摩擦起电负极板4；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板3、外层导电材料2、下滑动副板13组成。
摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板1与外层导电材料2、外层导电材料2与摩擦起电正极板3为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板13与外层导电材料2、外层导电材料2与摩擦起电正极板3为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的摩擦起电负极板4与内层导电材料5、内层导电材料5与滑动主板6为粘接连接或螺栓连接。
摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓16连接。
滑动主板6与主板连接板11通过螺栓连接，上滑动副板1、下滑动副板13与副板连接板17通过螺栓连接。
外层导电材料2引出正电极导线14、内层导电材料5引出负电极导线15，正电极导线14及负电板导线15间连接电压采集器9。
滑动主板6和上滑动副板1和下滑动副板13采用有机玻璃。
摩擦起电正极板3采用聚酰胺(尼龙)-66，摩擦起电负极板4采用聚四氟乙烯。外层导电材料2及内层导电材料5采用铜。
下面简述本发明的工作过程：
本发明可用于建筑结构减振及健康监测系统中。当结构受到强风荷载、地震等作用时，滑动主板6带动摩擦起电正极板3与摩擦起电负极板4摩擦耗能，同时，摩擦起电正极板3与摩擦起电负极板4之间产生电压，该电压信号由电压采集器9实时采集，并通过该电压计算出自感知摩擦阻尼器的位移。该自感知摩擦阻尼器兼具减振及健康监测一体化功能。