[发明专利]一种变参数多功能粘滞阻尼器的设计方法及阻尼器

说明书

本发明公开了一种变参数多功能粘滞阻尼器的设计方法及阻尼器，涉及减振技术领域。根据粘滞性阻尼器的阻尼系数C_i与速度指数α_i随阻尼阀速度V的变化而变化，将粘滞阻尼器的本构关系曲线划分成若干阶段，根据其本构关系曲线设计粘滞性阻尼器中阻尼阀的三段弧形曲面，且第一曲面、第二曲面和第三曲面分别与第I阶段、第II阶段和第III阶段的分段函数对应。根据本发明的设计方法设计的粘滞阻尼器能够根据阻尼器活塞的运动速度自动调节阻尼力，能够在同一桥梁中满足多种应用场景，该粘滞阻尼器可有效避免温致变形对桥梁造成的损伤；有利于减少风振、刹车制动外荷载引起的位移，防止粘滞阻尼器、伸缩缝等装置过早发生疲劳破坏；有利于提高桥梁结构的抗震性能。

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种变参数多功能粘滞阻尼器的设计方法及阻尼器。

背景技术

常见的粘滞性阻尼器通常由缸体、活塞、活塞杆和阻尼介质等部件组成。阻尼介质充满于活塞前后的两个腔体内，活塞杆连带活塞可在缸体的内腔滑动，阻尼介质在活塞滑动过程中，通过活塞与缸体间的通道由一个腔体流动到另一个腔体。

阻尼系数和速度指数是反映粘滞性阻尼器力学性能的两个重要参数。小速度指数的粘滞性阻尼器在速度极低的情况下会产生较大的阻尼力，以活塞运动的速度指数为0.1为例，当粘滞性阻尼器的阻尼阀速度V＝0.005V_max时，粘滞性阻尼器对应的阻尼力F_D＝0.5887F_{D max}，其中V_max和F_{D max}分别为粘滞性阻尼器阻尼阀的最大速度和最大阻尼力，大跨度桥梁在强烈的温差作用下极易发生强烈的非线性时变温差效应，导致大跨度桥梁的结构出现严重的温致应力集中和温致变形，造成严重的结构损伤；小速度指数的粘滞性阻尼器在阻尼阀速度较高时，阻尼力增加幅度有限，不利于强震作用下提高结构的抗震性能。若选择速度指数较大的粘滞阻尼器，在速度较低的情况下，阻尼力的增长较为缓慢，桥梁在车辆制动、轻微风振作用下可能会产生较大的位移，导致粘滞阻尼器、伸缩缝等结构部件容易发生疲劳破坏。可见，传统固定参数的粘滞阻尼器的适用场景较为单一，一般在斜拉桥中同时采用多个不同规格的粘滞阻尼器解决上述问题，例如武汉天兴洲公铁两用斜拉桥桥采用了双重并用阻尼器，一方面在桥梁纵向采用12个40吨的磁流变阻尼器限制刹车引起的小振动，另一方面采用最大出力200吨的大型阻尼器控制主桥的未来地震等荷载的漂移，这必然会增加施工安装的难度及工程造价。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种变参数多功能粘滞阻尼器的设计方法及阻尼器，根据阻尼器活塞的运动速度自动调节阻尼力，能够在同一桥梁中满足多种应用场景，有利于提高桥梁结构的抗震性能。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种变参数多功能粘滞阻尼器的设计方法，根据粘滞性阻尼器的阻尼系数C_i与速度指数α_i随阻尼阀速度V的变化而变化，将粘滞阻尼器的本构关系曲线划分成若干阶段，根据本构关系曲线设计所述粘滞阻尼器中阻尼阀的弧形曲面。

在上述技术方案的基础上，具体步骤如下：

S1，根据粘滞性阻尼器的阻尼系数C_i与速度指数α_i随阻尼阀速度V的变化而变化，将粘滞性阻尼器的F_i阻尼力采用分段函数为公式Ⅰ表示如下：

根据分段函数设计粘滞性阻尼器的弧形端面包括三段曲面，分别为第一曲面、第二曲面和第三曲面，且第I阶段的分段函数对应第一曲面，第II阶段的分段函数对应第二曲面，第III阶段的分段函数对应第三曲面；