空气阻尼弹簧装置的制作方法

本实用新型涉及消能减震技术领域，尤其涉及一种空气阻尼弹簧装置。

背景技术：

传统的抗震设计是一种消极被动的方法，利用结构本身的抗震性能抵御地震，不具备自我调节和控制能力。该种抗震结构在地震中的能量方程可表示为：

其中，表示结构体系动能，

表示结构体系的粘滞阻尼耗能，

表示结构体系的弹性应变能，

表示结构体系的滞回耗能。

为解决上述问题而进行的消能减震技术研究，将结构物中的某些非承重构件设计成消能（阻尼）构件，或在结构的某些连接部位设置消能（阻尼）装置，利用消能（阻尼）构件或消能（阻尼）装置的初始刚度抵御风或小震，并由其刚度产生的弹性使结构物具有足够的侧向刚度以满足使用要求。当出现中、大震时，消能（阻尼）构件/装置率先进入消能状态，从而保护主体结构及构件在强震中免遭破坏。消能减震结构在地震中的能量方程可表示为：

其中，表示消能（阻尼）构件或装置耗散或吸收的能量。

能量方程中，和仅为能量转换，不能消能；约占总能量的5%左右。由此可见，传统抗震设计中，主要依靠消耗地震能量，利用结构物构件自身弹塑性变形消耗地震能量的同时，构件本身将发生损伤、破坏。而在消能减震结构体系中，消能（阻尼）构件或装置先于主体结构进入消能工作状态，耗散输入的地震能量，使结构物本身非线性消能降低，从而达到保护主体结构的设计要求。

目前，消能减震技术已较为成熟，消能（阻尼）结构体系被广泛应用于高层建筑、高柔结构、高耸结构、大跨度桥梁、旧有建筑抗震或抗风性能改善等领域。现有消能（阻尼）装置根据消能机制的不同可分为摩擦消能器、刚弹塑性消能器、铅挤压阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器等，以及由上述两种或两种以上的消能元件组合而成的复合消能器。

本实用新型即希望提供一种能够运用于某些对水平刚度有特定要求的支座中的复合消能（阻尼）器，利用其水平刚度和阻尼耗能性能，使支座同时具备减震和回复力。

技术实现要素：

本实用新型提供一种空气阻尼弹簧装置，以解决上述现有技术不足。通过活塞杆对气囊的挤压，使气囊内压缩空气压强增大，从而反作用于活塞杆，赋予本实用新型以回复力。同时，通过缸体对气囊内受压升温的压缩空气进行散热耗能，实现消能减震，从而使本实用新型同时具有减震和回复力性能。进一步地，通过缸体对上述结构进行联用，以较小的体积获得较强的回复力和消能减震效果，使本实用新型与制作应用要求相匹配。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下技术：

空气阻尼弹簧装置，其特征在于，包括缸体，缸体内依次设有若干相互隔离的空腔、两端由端盖封闭，空腔内设有气囊和活塞，气囊一端贴合于端盖，活塞杆贯穿端盖与活塞连接固定、使活塞始终与气囊另一端相贴合。

进一步，缸体采用导热材质。

进一步，缸体内设有4个相互平行的空腔。

进一步，缸体两侧空腔与缸体中部空腔中的气囊的位置相反。

进一步，气囊采用柔性高分子材料。

进一步，气囊内密封有压缩空气。

进一步，气囊与空腔的长度比不小于2:3。

进一步，活塞侧壁与空腔内壁相匹配。

进一步，活塞杆位于缸体外侧端处设有连接头。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型。通过活塞杆对气囊的挤压，使气囊内压缩空气压强增大，从而反作用于活塞杆，赋予本实用新型以回复力。

2、本实用新型通过缸体对气囊内受压升温的压缩空气进行散热耗能，实现消能减震，从而使本实用新型同时具有减震和回复力性能。

3、本实用新型通过缸体对上述结构进行联用，以较小的体积获得较强的回复力和消能减震效果，使本实用新型与制作应用要求相匹配。

附图说明

图1示出了本实用新型结构示意图。

图2示出了本实用新型应用时的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，空气阻尼弹簧装置，缸体1内依次设有若干相互隔离的空腔11，两端由端盖2封闭，从而在缸体1中形成若干个密闭腔室。

空腔11内设有气囊3和活塞4，气囊3一端贴合于端盖2。活塞杆5贯穿端盖2与活塞4连接固定、使活塞4始终与气囊3另一端相贴合。活塞杆5位于缸体1外侧端处设有连接头6。通过连接头6将本实用新型固定在两结构物构件间（如钢结构顶盖与屋架间）或桥梁支座内，通过活塞杆5对活塞4的推动压缩气囊3，使气囊3中的气体体积缩小、温度升高、气压增大，从而对活塞4产生较大的反作用力，进而使活塞杆5产生回复趋势，形成缸体1纵向切面方向上的水平刚性，以避免结构物构件间或支座可动面与底座间产生较大的水平位移。同时，活塞4侧壁与空腔11内壁相匹配，气囊3收缩过程中，活塞4与空腔11内壁间摩擦而产生热量，这部分热量以及气囊3内气体受压而产生的热量均可通过缸体1散失，从而实现消能（阻尼）减震。

缸体1采用导热材质。优选采用铝合金材质，便于缸体1内热量的迅速导出，且耐磨、质地轻巧。

气囊3采用柔性高分子材料。以便能够承受活塞杆5传递的较大的压缩力，在较大形变下仍旧具有较好的韧性和弹性。气囊3的韧性较之弹簧结构具有更大的压缩比，从而产生更大的阻尼耗能以提高减震效果。

气囊3内密封有压缩空气，通过调节压缩空气的起始压力即可调整水平刚度。

压缩气囊3与空腔11的长度比不小于2:3。由于本实用新型所具有的水平刚性和减震性能均来源于活塞杆5与气囊3的相互作用导致的气囊3的收缩，因而须确保气囊3具有一定的起始压力和充足的收缩范围。

采用气囊3作为受压元件，具有以下优点：

① 较之现有普通压缩弹簧具有较大的压缩比（普通压缩弹簧压缩量不超过1/2，而气囊压缩量接近2/3）；

② 气囊3内密封的压缩空气赋予气囊3以可调的刚度；

③ 气囊3的结构简单、紧凑，有利于缩减实用新型整体体积。

④ 气囊3与缸体1的接触面积大，有利于受压升温空气的散热，从而加速消能进程，提高减震效果。

如图2所示，缸体1内设有4个相互平行的空腔11。缸体1两侧空腔11a与缸体1中部空腔11b中的气囊3的位置相反。空腔联用的方式有利于增强本实用新型的水平刚度和消能（阻尼）减震效果。

结合实施例阐述本实用新型具体实施方式如下：

如图2所示，将中部空腔11b中活塞对应的活塞杆处的连接头固定于A端；将两侧空腔11a中活塞对应的活塞杆处的连接头固定于B端。

当A端快速向B端运动时，固定于A端的活塞杆（主动）推动活塞压缩位于中部空腔11b中的气囊。当A端活塞杆水平移动距离达到临界点后，中部空腔11b中的气囊推动与其相接的、与B端相接近的端盖，使缸体1朝向B端水平移动。由于B端活塞杆固定，缸体1的移动导致其被动地对两侧空腔11a中的气囊进行压缩。受压的上述气囊又推动与其相接的、与A端相接近的端盖，从而使缸体1两端水平受理达到平衡。

气囊中压缩空气被进一步压缩，气体体积缩小的同时，气体温度升高。

由理想气体状态方程：

其中，p表示理想气体压强，

V表示理想气体体积，

N表示气体物质的量，

R为理想气体常数，

T表示理想气体热力学温度。

由于气囊中压缩空气的量不会改变，因而气囊在被压缩后，其气体压强势必增大，从而对于其相接的活塞和活塞杆以及端盖产生较大的反作用力，形成水平方向的回复力。

利用上述回复力能够控制A端向B端的移动距离和移动速度，并且能够在A端作用力消失后，由气囊中封闭的压缩气体原有压力推动活塞杆恢复原位。

在活塞杆对气囊进行压缩的同时，缸体1对气囊和空腔内壁进行散热。通过热量的耗散以消减活塞杆产生的动能，利用阻尼耗能的原理进行减震。