[实用新型]变刚度摩擦型耗能减震装置无效
申请号: | 201020143128.0 | 申请日: | 2010-03-29 |
公开(公告)号: | CN201843226U | 公开(公告)日: | 2011-05-25 |
发明(设计)人: | 王涛;滕睿;陈曦 | 申请(专利权)人: | 王涛;滕睿;陈曦 |
主分类号: | E04B1/98 | 分类号: | E04B1/98 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 100083 北京市*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 刚度 摩擦 耗能 减震 装置 | ||
(一)所属技术领域
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。
(二)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。
(三)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(2)、端部盖板(3)、扇形摩擦片(4)、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(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。
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。
(四)附图说明
下面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。
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