一種二階摩擦阻尼器及減震方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二階摩擦阻尼器，一種二階摩擦阻尼器包括一階摩擦單元和二階摩擦單元，一階摩擦單元和二階摩擦單元通過焊接串聯；一階摩擦單元包括下連接板、下摩擦板、一階主板、上摩擦板、上連接板，通過高強螺栓將上連接板、一階主板、下連接板連接；二級摩擦單元包括角鋼A、角鋼B、摩擦板、墊板、二級主板，通過高強螺栓將角鋼A、角鋼B、二級主板連接。本發(fā)明的一種二階摩擦阻尼器能自動調整耗能單元，具有良好的耗能能力，大大提高了阻尼器利用率。
【專利說明】
一種二階摩擦阻尼器及減震方法
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑結構減震耗能裝置，尤其涉及一種通過調節(jié)高強螺栓正壓力提供摩擦的二階摩擦阻尼器。
【背景技術】
[0002]地震中建筑物的破壞與倒塌是造成地震災害的主要原因。傳統結構抗震是通過增強結構本身的強度、剛度和延性抵御地震破壞作用。這種方法既不經濟也不利于達到預期效果，而消能減震技術即為與結構本身并聯阻尼器，通過阻尼器耗散地震能量，經濟有效，是積極有效的抗震策略。
[0003]目前已有的被動耗能減震裝置有:粘滯型，摩擦型，金屬曲服型，粘彈性型等幾類。粘彈性阻尼器易老化、抗疲勞性能差;粘滯性阻尼器易滲漏；金屬屈服型強震后需要更換。中國專利公告號為CN 204401817U公布了具有兩級摩擦力的被動可變摩擦阻尼器，但該阻尼器構造復雜。傳統摩擦阻尼器起滑力單一即在強震下產生滑移發(fā)生耗能，在中震、小震下不發(fā)揮作用，使用效率低。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術的不足，本發(fā)明提出一種二階摩擦阻尼器，一種二階摩擦阻尼器包括一階摩擦單元和二階摩擦單元，一階摩擦單元和二階摩擦單元通過焊接串聯。一階摩擦單元從下到上安裝順序為下連接板、下摩擦板、一階主板、上摩擦板、上連接板，通過高強螺栓將上連接板、一階主板、下連接板連接;二級摩擦單元中角鋼A、角鋼B開有凹槽部分分別嵌入摩擦板，非開凹槽部分加有墊板，兩兩摩擦板之間夾有二級主板。該阻尼器可根據地震強度和工程結構的地震響應，自動調節(jié)耗能單元工作狀態(tài)，具有良好的耗能能力、構造簡單、造價低廉。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案為:一階高強螺栓、上連接板、上摩擦板、一階主板、下摩擦板、下連接板、角鋼A、角鋼B、摩擦板、二階主板、二階高強螺栓及墊板；所述一階高強螺栓、所述上連接板、所述上摩擦板、所述一階主板、所述下摩擦板和所述下連接板構成一階摩擦單元，所述一階主板位于所述上連接板、所述下連接板中間，所述上摩擦板、所述下摩擦板用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽和下連接板凹槽處，所述一階高強螺栓穿過共軸的上連接板螺栓孔、一階主板限位孔、下連接板螺栓孔，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)一階摩擦單元的摩擦阻尼力;所述角鋼A、所述角鋼B、所述摩擦板、所述二階主板、所述二階高強螺栓及墊板構成二階摩擦單元，所述二階主板夾于所述角鋼A、所述角鋼B之間，所述摩擦板采用環(huán)氧樹脂粘貼于角鋼A凹槽和角鋼B凹槽內，所述二階高強螺栓穿過該側角鋼A螺栓孔、角鋼B螺栓孔及墊板螺栓孔連接，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)二階摩擦單元的摩擦阻尼力，所述角鋼A、所述角鋼B非開凹槽側夾有所述墊板，所述二階高強螺栓穿過該側角鋼A螺栓孔、角鋼B螺栓孔及墊板螺栓孔連接;將角鋼A、角鋼B與上連接板、下連接板焊接，達到串聯一階摩擦單元和二階摩擦單元的目的。
[0006]—種二階摩擦阻尼器減震方法，包括如下步驟:①先組裝一階摩擦單元，一階高強螺栓、上連接板、上摩擦板、一階主板、下摩擦板和下連接板構成一階摩擦單元，一階主板位于上連接板、下連接板中間，上摩擦板、下摩擦板用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽和下連接板凹槽處，一階高強螺栓穿過共軸的上連接板螺栓孔、一階主板限位孔、下連接板螺栓孔，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)一階摩擦單元的摩擦阻尼力;②然后組裝二階摩擦單元，角鋼A、角鋼B、摩擦板、二階主板、二階高強螺栓及墊板構成二階摩擦單元，二階主板夾于角鋼A、角鋼B之間，摩擦板采用環(huán)氧樹脂粘貼于角鋼A凹槽和角鋼B凹槽內，二階高強螺栓穿過共軸的角鋼A螺栓孔、角鋼B螺栓孔、摩擦板螺栓孔及二級主板限位孔連接，同時，角鋼A、所述角鋼B非開凹槽側夾有所述墊板，二階高強螺栓穿過該側角鋼A螺栓孔、角鋼B螺栓孔及墊板螺栓孔連接，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)二階摩擦單元的摩擦阻尼力;③將一階摩擦單元和二階摩擦單元焊接，達到串聯一階摩擦單元和二階摩擦單元的目的；④將二階摩擦阻尼器的一階主板端部和上部支撐通過螺栓連接，上部支撐和鋼柱焊接，二階摩擦阻尼器的二階主板端部和下部支撐通過螺栓連接，下部支撐和鋼梁焊接;⑤調節(jié)一階摩擦單元一階高強螺栓預緊力和二階摩擦單元二階高強螺栓預緊力，一階高強螺栓預緊力對應小震荷載，二階高強螺栓預緊力對應大震荷載;⑥當外力小于一階摩擦起滑力時，一階摩擦單元未啟動;⑦當外力大于等于一階摩擦起滑力并且小于二階摩擦起滑力時，一級主板相對上摩擦板和下摩擦板運動，且一級主板在一階主板限位孔與一階高強螺栓限制下沿直線往復運動。一階摩擦部件啟動，發(fā)生耗能;⑧當外力大于等于二階摩擦起滑力時，二級主板相對摩擦板運動，二級主板在二階主板限位孔與二階高強螺栓限制下沿直線往復運動，一階和二階摩擦單元同時耗能。
[0007]本發(fā)明的有益實施效果是:二階摩擦阻尼器能根據地震強度和工程結構的地震響應自動調整耗能單元的工作狀態(tài)。具有良好的耗能能力，構造簡單、造價低廉。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明二階摩擦阻尼器示意圖。
[0009]圖2為圖1中切分一階摩擦單元示意圖。
[0010]圖3為圖1中一階摩擦單元示意圖。
[0011]圖4為圖3拆分不意圖。
[0012]圖5為圖2中上連接板示意圖。
[0013]圖6為圖2中一階主板示意圖。
[0014]圖7為圖1中二階摩擦單元示意圖。
[0015]圖8為圖7拆分不意圖。
[0016]圖9為圖7中角鋼A示意圖。
[0017]圖10為圖7中角鋼B示意圖。
[0018]圖11為圖7中墊板示意圖。
[0019]圖12為圖7中二階主板示意圖。
[0020]圖13為圖7中摩擦板示意圖。
[0021 ]圖14為二階摩擦阻尼器與鋼結構連接示意圖。
[0022]圖中:I一一階高強螺栓，2—上連接板，3—上摩擦板，4一一階主板，5—下摩擦板，6—下連接板，7—角鋼A，8—角鋼B，9 一摩擦板，10—二階主板，11 一二階高強螺栓，12—墊板，501—上連接板凹槽，502—上連接板螺栓孔，601—一階主板限位孔，901—角鋼A凹槽，902 一角鋼A螺檢孔，1001 一角鋼B凹槽，1002 一角鋼B螺檢孔，1101 一塾板螺檢孔，1201 一—.階主板限位孔，1301—摩擦板螺栓孔，13—鋼梁，14一上部支撐，15—二階摩擦阻尼器，16—鋼柱，17—下部支撐。
【具體實施方式】
[0023]下面結合技術方案和附圖詳細對本發(fā)明作進一步說明。
[0024]分別在小震和大震作用下對建筑結構進行分析，依據分析結果設置二階摩擦阻尼器的尺寸和參數。
[0025]根據圖1、圖2所示，該二階摩擦阻尼器由一階高強螺栓1、上連接板2、上摩擦板3、一階主板4、下摩擦板5、下連接板6、角鋼A7、角鋼B8、摩擦板9、二階主板10、二階高強螺栓11、墊板12組成。
[0026]如圖3、圖4、圖5和圖6所示。一階摩擦單元由一階高強螺栓1、上連接板2、上摩擦板
3、一階主板4、下摩擦板5、下連接板6組成。一階主板4位于上連接板2、下連接板6中間，上摩擦板3、下摩擦板5用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽501和下連接板凹槽處，一階高強螺栓I穿過共軸的上連接板螺栓孔502、一階主板限位孔601、下連接板螺栓孔連接并提供預壓力。當外力大于起滑力時，一階主板4相對上摩擦板3、下摩擦板5產生相對滑動，發(fā)生耗能。
[0027]如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13所示。二階摩擦單元由角鋼A7、角鋼B8、摩擦板9、二階主板10、二階高強螺栓12組成。摩擦板9分別嵌入角鋼A凹槽901和角鋼B凹槽1001，并用環(huán)氧樹脂膠粘牢，摩擦板9之間夾有二階主板10，非開凹槽部分夾有墊板12。二階高強螺栓11分別穿過共軸的角鋼A螺栓孔902、角鋼B螺栓孔1001、摩擦板9螺栓孔1301、二階主板限位孔1201。將角鋼A7、角鋼B8、摩擦板9、二階主板10連接并提供預壓力。同時高強螺栓11穿過角鋼A螺栓孔902、角鋼B螺栓孔1001、墊板螺栓孔1101，將其連接，目的使角鋼A7、角鋼B 8協同工作。
[0028]一階摩擦單元整體插入到二階摩擦單元非開凹槽一側120mm，并將角鋼A、角鋼B非開凹槽側底部與一階摩擦單元上連接板2、下連接板6焊接以串聯一階摩擦單元與二階摩擦單元。
[0029]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，上連接板2與下連接板6構造完全相同。上摩擦片3與下摩擦片3構造完全相同。
[0030]如圖6、圖12所示，一階主板限位孔601、二階主板限位孔1201，尺寸相同，全長34mm兩端半圓弧直徑為14.5_，其尺寸決定了限位位移大小，及耗能能力多少。上連接板螺栓孔502，角鋼A螺栓孔902，角鋼B螺栓孔1002，墊板螺栓孔1101，摩擦板螺栓孔1301尺寸相同，直徑為14.5mm。
[0031]上摩擦板3、下摩擦板5、摩擦板9均采用無石棉摩擦板，厚度均為3mm。
[0032]如圖5、圖9、圖1O所示，上連接板2凹槽501、下連接板6凹槽，分別涂刷一層環(huán)氧樹脂膠，再將上摩擦板3嵌入上連接板2凹槽502，下摩擦板5嵌入下連接板6凹槽。同理，角鋼A凹槽901、角鋼B凹槽1001，均涂刷一層環(huán)氧樹脂膠，再將摩擦板9嵌入到角鋼A凹槽901、角鋼B凹槽1001。
[0033]如圖11所示，二階摩擦阻尼器的一階主板2端部和上部支撐14通過螺栓連接，上部支撐14和鋼柱16焊接，二階摩擦阻尼器的二階主板10端部和下部支撐17通過螺栓連接，下部支撐17和鋼梁13焊接。
[0034]與傳統摩擦阻尼器相比，本阻尼器通過串聯一階、二階摩擦單元，大大增加了阻尼器耗能。傳統摩擦阻尼器只能在強震下耗能，對經常發(fā)生的中小震往往提供較大剛度，增加地震作用，有時會增加結構地震加速度，帶來不舒適感。本阻尼器可通過高強螺栓預壓力，調節(jié)起滑力。中、小震作用下啟動一階摩擦單元，大震時一階摩擦單元和二階摩擦單元同時工作。
[0035]上述一階及二階高強螺栓預緊力可根據小震和大震時結構抗震所需不同阻尼分別確定。
[0036]采用二階摩擦阻尼器的減震方法包括如下步驟:
[0037]①先組裝一階摩擦單元，一階高強螺栓1、上連接板2、上摩擦板3、一階主板4、下摩擦板5和下連接板6構成一階摩擦單元，一階主板4位于上連接板2、下連接板6中間，上摩擦板3、下摩擦板5用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽501和下連接板凹槽處，一階高強螺栓I穿過共軸的上連接板螺栓孔502、一階主板限位孔601、下連接板螺栓孔，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)一階摩擦單元的摩擦阻尼力。
[0038]②然后組裝二階摩擦單元，角鋼A7、角鋼B8、摩擦板9、二階主板10、二階高強螺栓11及墊板12構成二階摩擦單元，二階主板10夾于角鋼A7、角鋼B8之間，摩擦板9采用環(huán)氧樹脂粘貼于角鋼A凹槽901和角鋼B凹槽1001內，二階高強螺栓11穿過共軸的角鋼A螺栓孔902、角鋼B螺栓孔1002、摩擦板螺栓孔1301及二級主板限位孔1201連接，同時，角鋼A7、所述角鋼B8非開凹槽側夾有所述墊板12，二階高強螺栓11穿過該側角鋼A螺栓孔902、角鋼B螺栓孔1002及墊板螺栓孔1101連接，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)二階摩擦單元的摩擦阻尼力。
[0039]③將一階摩擦單元和二階摩擦單元焊接，達到串聯一階摩擦單元和二階摩擦單元的目的。
[0040]④將二階摩擦阻尼器的一階主板2端部和上部支撐14通過螺栓連接，上部支撐14和鋼柱16焊接，二階摩擦阻尼器的二階主板10端部和下部支撐17通過螺栓連接，下部支撐17和鋼梁13焊接。
[0041]⑤調節(jié)一階摩擦單元一階高強螺栓I預緊力和二階摩擦單元二階高強螺栓11預緊力，一階高強螺栓I預緊力對應小震荷載，二階高強螺栓11預緊力對應大震荷載。
[0042]⑥當外力小于一階摩擦起滑力時，一階摩擦單元未啟動。
[0043]⑦當外力大于等于一階摩擦起滑力并且小于二階摩擦起滑力時，一級主板4相對上摩擦板3和下摩擦板5運動，且一級主板4在一階主板限位孔601與一階高強螺栓I限制下沿直線往復運動。一階摩擦部件啟動，發(fā)生耗能。
[0044]⑧當外力大于等于二階摩擦起滑力時，二級主板10相對摩擦板9運動，二級主板10在二階主板限位孔601與二階高強螺栓11限制下沿直線往復運動，一階和二階摩擦單元同時耗能。
【主權項】
1.一種二階摩擦阻尼器，其特征在于，包括:一階高強螺栓(I)、上連接板(2)、上摩擦板(3)、一階主板(4)、下摩擦板(5)、下連接板(6)、角鋼A(7)、角鋼B(S)、摩擦板(9)、二階主板(10)、二階高強螺栓(11)及墊板(12);所述一階高強螺栓(I)、所述上連接板(2)、所述上摩擦板(3)、所述一階主板(4)、所述下摩擦板(5)和所述下連接板(6)構成一階摩擦單元，所述一階主板(4)位于所述上連接板(2)、所述下連接板(6)中間，所述上摩擦板(3)、所述下摩擦板(5)用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽(501)和下連接板凹槽處，所述一階高強螺栓(I)穿過共軸的上連接板螺栓孔(502)、一階主板限位孔(601)、下連接板螺栓孔，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)一階摩擦單元的摩擦阻尼力；所述角鋼A(7)、所述角鋼B(8)、所述摩擦板(9)、所述二階主板(10)、所述二階高強螺栓(11)及墊板(12)構成二階摩擦單元，所述二階主板(10)夾于所述角鋼A(7)、所述角鋼B(S)之間，所述摩擦板(9)采用環(huán)氧樹脂粘貼于角鋼A凹槽(901)和角鋼B凹槽(1001)內，所述二階高強螺栓(11)穿過共軸的角鋼A螺栓孔(902)、角鋼B螺栓孔(1002)、摩擦板螺栓孔(1301)及二級主板限位孔(1201)連接，同時，所述角鋼A(7)、所述角鋼B(S)非開凹槽側夾有所述墊板(12)，所述二階高強螺栓(11)穿過該側角鋼A螺栓孔(902)、角鋼B螺栓孔(1002)及墊板螺栓孔(1101)連接，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)二階摩擦單元的摩擦阻尼力； 將角鋼A(7)、角鋼B(S)與上連接板(2)、下連接板(6)焊接，達到串聯一階摩擦單元和二階摩擦單元的目的。2.一種二階摩擦阻尼器減震方法，其特征在于，包括如下步驟:①先組裝一階摩擦單元，一階高強螺栓(I)、上連接板(2)、上摩擦板(3)、一階主板(4)、下摩擦板(5)和下連接板(6)構成一階摩擦單元，一階主板(4)位于上連接板(2)、下連接板(6)中間，上摩擦板(3)、下摩擦板(5)用環(huán)氧樹脂分別粘貼于上連接板凹槽(501)和下連接板凹槽處，一階高強螺栓(I)穿過共軸的上連接板螺栓孔(502)、一階主板限位孔(601)、下連接板螺栓孔，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)一階摩擦單元的摩擦阻尼力； ②然后組裝二階摩擦單元，角鋼A(7)、角鋼B(8)、摩擦板(9)、二階主板(10)、二階高強螺栓(11)及墊板(12)構成二階摩擦單元，二階主板(10)夾于角鋼A(7)、角鋼B(S)之間，摩擦板(9)采用環(huán)氧樹脂粘貼于角鋼A凹槽(901)和角鋼B凹槽(1001)內，二階高強螺栓(11)穿過共軸的角鋼A螺栓孔(902)、角鋼B螺栓孔(1002)、摩擦板螺栓孔(1301)及二級主板限位孔(1201)連接，同時，角鋼A(7)、所述角鋼B(S)非開凹槽側夾有所述墊板(12)，二階高強螺栓(11)穿過該側角鋼A螺栓孔(902)、角鋼B螺栓孔(1002)及墊板螺栓孔(1101)連接，通過螺母旋緊施加壓力來調節(jié)二階摩擦單元的摩擦阻尼力； ③將一階摩擦單元和二階摩擦單元焊接，達到串聯一階摩擦單元和二階摩擦單元的目的； ④將二階摩擦阻尼器的一階主板(2)端部和上部支撐(14)通過螺栓連接，上部支撐(14)和鋼柱(16)焊接，二階摩擦阻尼器的二階主板(10)端部和下部支撐(17)通過螺栓連接，下部支撐(17)和鋼梁(13)焊接； ⑤調節(jié)一階摩擦單元一階高強螺栓(I)預緊力和二階摩擦單元二階高強螺栓(11)預緊力，一階高強螺栓(I)預緊力對應小震荷載，二階高強螺栓(11)預緊力對應大震荷載； ⑥當外力小于一階摩擦起滑力時，一階摩擦單元未啟動； ⑦當外力大于等于一階摩擦起滑力并且小于二階摩擦起滑力時，一級主板(4)相對上摩擦板(3)和下摩擦板(5)運動，且一級主板(4)在一階主板限位孔(601)與一階高強螺栓(I)限制下沿直線往復運動。一階摩擦部件啟動，發(fā)生耗能； ⑧當外力大于等于二階摩擦起滑力時，二級主板(10)相對摩擦板(9)運動，二級主板(10)在二階主板限位孔(601)與二階高強螺栓(11)限制下沿直線往復運動，一階和二階摩擦單元同時耗能。
【文檔編號】E04B1/98GK106013922SQ201610572825
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】王利強, 任文杰, 郭雙雙, 何小林
【申請人】天津職業(yè)技術師范大學