[发明专利]一种支撑式负刚度摩擦阻尼器

说明书

本发明提出的一种支撑式负刚度摩擦阻尼器，属于土木工程结构消能减振技术领域，包括横向变形约束箱体、分别位于该箱体内部和左右两侧的曲面摩擦构件和轴向连接支撑；曲面摩擦构件包括叠层橡胶弹簧，分别位于叠层橡胶弹簧两端由近及远依次设置的与该叠层橡胶弹簧共轴的滑箱、曲面自适应滑动铰以及外凸式摩擦曲面板，本阻尼器还包括一外箱，滑箱和叠层橡胶弹簧均位于该外箱内部；外凸式摩擦曲面板与横向变形约束箱体端板固定连接，横向变形约束箱体的两端板通过对穿丝杆固定，并通过该对穿丝杆向叠层橡胶弹簧施加预紧力；本发明设置于建筑结构中，能降低结构的等效刚度，增大结构阻尼，可控制结构在地震作用下的位移和加速度响应，减轻建筑物震损。

技术领域

本发明涉及土木工程结构消能减振技术领域，具体涉及一种支撑式负刚度摩擦阻尼器。

背景技术

近年来的几次大地震震害表明，经过抗震设计的现代建筑基本可以实现大震不倒，但结构构件(如梁、柱、剪力墙等)震损修复成本高、耗时长，震后难以修复或修复不经济，导致大量震损建筑被迫拆除；此外，非结构构件(如填充墙、吊顶等)和设备震损严重，影响重要建筑(比如医院)在震后的继续使用。结构构件的震损与建筑物的层间位移过大有关，非结构构件的震损与建筑物的层间位移过大或楼面加速度过大有关。因此，要实现重要建筑的震后功能快速恢复，需要对层间位移和楼面加速度实现双控，同时减小结构构件和非结构构件的地震损伤。

目前，工程上主要通过布设被动控制阻尼装置来提高建筑结构的抗震性能。传统的被动控制装置主要包括防屈曲支撑、粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等，其力学原理在于，通过向结构中附加阻尼和刚度，减小建筑结构在地震作用下的层间位移响应。但是，传统的被动控制装置无法有效减小建筑结构在地震作用下的楼面加速度响应，因此无法减小大量加速度相关型非结构构件的地震损伤。

发明内容

为了实现层间位移和楼面加速度双控，本发明的目的在于提供一种支撑式负刚度摩擦阻尼器，向结构中附加“大阻尼”，可以增大结构在地震作用下的耗能能力和等效阻尼比，控制结构在强震下的层间位移响应；同时，向结构中引入“负刚度”，可以降低结构的等效刚度，在相同位移下结构的总恢复力减小，从而有效降低结构的楼面加速度响应。本发明支撑式负刚度摩擦阻尼器具有构造简单、出力大、易于设计、布设灵活等特点，能够在地震作用下同时控制结构的层间位移和楼面加速度响应，提升建筑结构的震后功能快速恢复能力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种支撑式负刚度摩擦阻尼器，其特征在于，包括横向变形约束箱体、位于横向变形约束箱体内部的曲面摩擦构件以及位于横向变形约束箱体左、右两侧的轴向连接支撑；所述横向变形约束箱体包括上、下端板和左、右盖板；所述曲面摩擦构件包括叠层橡胶弹簧，分别位于叠层橡胶弹簧两端由近及远依次设置的与该叠层橡胶弹簧共轴的滑箱、曲面自适应滑动铰以及外凸式摩擦曲面板；该阻尼器还包括一外箱，滑箱和叠层橡胶弹簧均位于该外箱内部，且滑箱的外壁与该外箱两端的内壁贴合，滑箱与外箱之间可发生沿叠层橡胶弹簧轴向的相对滑动；其中，横向变形约束箱体的端板通过摩擦型高强螺栓与外凸式摩擦曲面板固定连接，横向变形约束箱体的上、下端板通过对穿丝杆固定，并通过该对穿丝杆向叠层橡胶弹簧施加预压力；预压力施加到位后，利用摩擦型高强螺栓连接横向变形约束箱体的端板与盖板，以固定两端板的相对位置；位于横向变形约束箱体右侧的轴向连接支撑一端与横向变形约束箱体右盖板固定，该轴向连接支撑另一端与建筑结构的节点固定；位于横向变形约束箱体左侧的轴向连接支撑一端与曲面摩擦构件中外箱的左侧壁固定，该轴向连接支撑另一端与建筑结构的节点固定。

所述负刚度摩擦阻尼器，所述外凸式摩擦曲面板具有外凸式圆曲面，且该圆曲面表面粗糙。

所述负刚度摩擦阻尼器，所述滑箱与曲面自适应滑动铰配套设置，滑箱表面设置有曲面凹槽，曲面自适应滑动铰由两个曲面剖切构成；其中，曲面自适应滑动铰的内凹曲面与外凸式摩擦曲面板的外凸式圆曲面相贴合，并发生相对滑动；曲面自适应滑动铰的外凸曲面与滑箱的曲面凹槽相贴合，并发生相对转动；滑箱自身在该负刚度摩擦阻尼器运动过程中始终保持平动。