用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，包括阻尼器缸、摩擦裝置、第一彈性裝置、第二彈性裝置、活塞和導(dǎo)向桿；導(dǎo)向桿貫穿整個(gè)阻尼器缸，活塞沿導(dǎo)向桿左右活動(dòng)并且分別通過第一彈性裝置和第二彈性裝置與阻尼器缸的左右壁連接；摩擦裝置和阻尼器缸的上下壁活動(dòng)連接，而活塞通過連接斜桿與摩擦裝置連接，連接斜桿與活塞之間設(shè)有限位裝置。本實(shí)用新型的目的在于提供一種兼具耗能能力和自復(fù)位功能的阻尼器，該裝置能夠使上部結(jié)構(gòu)偏離平衡位置時(shí)具有摩擦力實(shí)現(xiàn)耗能，而在恢復(fù)到平衡位置的過程中不具有摩擦力，減小復(fù)位阻力，并且整個(gè)過程中阻尼器的各個(gè)構(gòu)件均處于彈性范圍內(nèi)，從而有效克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的一系列問題。
【專利說明】
用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及梁橋防震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于梁橋隔震系統(tǒng)的研究已經(jīng)證明隔震能夠有效的降低橋墩受到的水平慣性力，從而減小其截面彎矩和剪力，避免了其彎曲或剪切破壞。但目前的梁橋隔震系統(tǒng)一般存在以下幾個(gè)問題:
[0003](I)隔震系統(tǒng)在小震時(shí)不發(fā)揮作用，當(dāng)遇到中、大震時(shí)才能啟用隔震系統(tǒng)，隔震系統(tǒng)一般是待剪力銷釘?shù)募魯嗷蚍勒饟鯄K破壞后才開始發(fā)揮作用，震后需更換隔震系統(tǒng)的相關(guān)部件，這就造成了震后修復(fù)費(fèi)用的增加。
[0004](2)目前梁橋隔震系統(tǒng)的耗能一般采用摩擦力耗能，為增大其耗能能力一般將摩擦力設(shè)計(jì)的較大，但該摩擦力在地震結(jié)束后需要復(fù)位時(shí)仍然存在，阻止了上部結(jié)構(gòu)的復(fù)位。
[0005](3)部分隔震裝置利用軟鋼進(jìn)入塑性狀態(tài)后在反復(fù)荷載作用下具有的耗能能力實(shí)現(xiàn)耗能，但這種材料的耗能裝置不具有自復(fù)位功能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷而提供一種兼具耗能能力和自復(fù)位功能的阻尼器，該裝置能夠使上部結(jié)構(gòu)偏離平衡位置時(shí)具有摩擦力實(shí)現(xiàn)耗能，而在恢復(fù)到平衡位置的過程中不具有摩擦力，減小復(fù)位阻力，并且整個(gè)過程中阻尼器的各個(gè)構(gòu)件均處于彈性范圍內(nèi)，從而有效克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的一系列問題。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，包括阻尼器缸、摩擦裝置、第一彈性裝置、第二彈性裝置、活塞和導(dǎo)向桿；導(dǎo)向桿貫穿整個(gè)阻尼器缸，活塞沿導(dǎo)向桿左右活動(dòng)并且分別通過第一彈性裝置和第二彈性裝置與阻尼器缸的左右壁連接;摩擦裝置和阻尼器缸的上下壁活動(dòng)連接，而活塞通過連接斜桿與摩擦裝置連接，連接斜桿與活塞之間設(shè)有限位裝置。
[0009]為了方便安裝，便于使用，所述摩擦裝置為摩擦片，所述限位裝置為限位螺桿。
[0010]為便于梁橋隔震系統(tǒng)使用自復(fù)位摩擦阻尼器，所述阻尼器缸通過拉桿與梁橋的混凝土蓋梁連接;所述活塞通過拉桿與梁橋的混凝土主梁連接。
[0011]為了更好的實(shí)現(xiàn)阻尼器的自復(fù)位功能，所述第一彈性裝置為受壓彈簧，所述受壓彈簧圍繞導(dǎo)向桿設(shè)置并且與阻尼器缸的右壁連接;所述第二彈性裝置為受拉彈簧，所述受拉彈簧圍繞導(dǎo)向桿設(shè)置并且與阻尼器缸的左壁連接;所述導(dǎo)向桿至少設(shè)有兩個(gè)，對(duì)應(yīng)每個(gè)導(dǎo)向桿，活塞的左右都設(shè)有受拉彈簧和受壓彈簧;所述阻尼器缸的上下壁對(duì)稱設(shè)有多個(gè)摩擦裝置，對(duì)應(yīng)每個(gè)摩擦裝置的連接斜桿和限位裝置都需要等長(zhǎng)設(shè)置。
[0012]為了便于活塞活動(dòng)時(shí)增大摩擦力，所述連接斜桿與摩擦裝置及活塞的連接處可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]為了便于本實(shí)用新型應(yīng)用到梁橋隔震系統(tǒng)，所述拉桿與梁橋主體連接時(shí)，兩者之間還要設(shè)置鋼絞線，所述拉桿只承受拉力。
[0014]當(dāng)阻尼器的活塞在外力作用下發(fā)生向右的位移時(shí)，連接斜桿與活塞的夾角變大，則推動(dòng)摩擦片向阻尼器缸壁靠近，當(dāng)摩擦片與缸壁之間的接觸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，限位螺桿阻止夾角的進(jìn)一步增加，使得摩擦片與缸壁之間的接觸壓力達(dá)到最大值，此時(shí)摩擦片與缸壁之間產(chǎn)生靜摩擦力，當(dāng)外力大于該靜摩擦力時(shí)，摩擦片與缸壁之間的摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，當(dāng)活塞達(dá)到右側(cè)最大位移時(shí)，活塞不再移動(dòng)，外力全部由缸壁承擔(dān)。此時(shí)如果外力撤除，則活塞在受拉彈簧和受壓彈簧的共同作用下有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，且此時(shí)連接斜桿與活塞之間的夾角變小，摩擦片與缸壁脫離，摩擦力消失，則活塞向左移動(dòng)。直到活塞達(dá)到左側(cè)位移最大值，這一過程中從平衡位置向左移動(dòng)再返回到平衡位置的拉力位移曲線如圖3所示，其中:
[0015]OA段:此時(shí)外力小于最大靜摩擦力，活塞無相對(duì)缸壁的位移，這一階段的位移是由阻尼器左側(cè)的拉桿由于受力伸長(zhǎng)引起的，線段OA的斜率等于阻尼器左側(cè)拉桿的抗拉截面模量EA 0
[0016]AB段:A點(diǎn)的拉力等于阻尼器的最大靜摩擦力，當(dāng)外力繼續(xù)增加時(shí)，摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力并保持為恒定值，此時(shí)活塞受到的力有兩部分，一部分為滑動(dòng)摩擦力，一部分為拉壓彈簧對(duì)活塞的力，且線段AB段的斜率等于拉壓彈簧的彈性系數(shù)Mk2^kdk2遠(yuǎn)小于阻尼器左側(cè)拉桿的抗拉截面模量EA。這一階段的位移主要為活塞相對(duì)缸壁的位移。
[0017]BC段:當(dāng)活塞位移達(dá)到左側(cè)做大位移時(shí)，外力逐漸撤除，此時(shí)活塞無相對(duì)缸壁的位移，這一階段的位移為阻尼器左側(cè)的拉桿拉力變小產(chǎn)生的恢復(fù)位移。
[0018]CO段:C點(diǎn)的力等于活塞由左側(cè)最大位移移動(dòng)到右側(cè)最大位移時(shí)彈簧產(chǎn)生的力，當(dāng)外力繼續(xù)撤除時(shí)，活塞在彈簧的恢復(fù)力作用下向左移動(dòng)，直到左側(cè)最大位移。
[0019]通過上述過程可見，雖然AB段也有斜率，但該斜率遠(yuǎn)小于OA段的斜率，可以忽略不計(jì)，則這一裝置類似于一個(gè)理想的彈塑性裝置，且具有自復(fù)位功能，并且工作階段裝置的各個(gè)部分均處于彈性范圍，因此圖3的F—S曲線具有可重復(fù)性，不會(huì)像彈塑性材料那樣具有殘余位移?？傊?，該阻尼器具有“當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)具有摩擦力，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)無摩擦力”的功能。
[0020]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益的效果:
[0021 ] 1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，兼具耗能能力和自復(fù)位功能，能夠使上部結(jié)構(gòu)偏離平衡位置時(shí)產(chǎn)生摩擦力實(shí)現(xiàn)耗能，而恢復(fù)到平衡位置的過程中不產(chǎn)生摩擦力，減小復(fù)位阻力，并且整個(gè)過程中阻尼器的各個(gè)構(gòu)件均處于彈性范圍內(nèi)，不容易損壞，減少的維修成本，提高了使用年限。
[0022]2、本實(shí)用新型的活塞兩頭分別連接受拉彈簧和受壓彈簧，提高了結(jié)構(gòu)本身的自復(fù)位能力。
[0023]3、本實(shí)用新型的活塞與連接斜桿之間設(shè)置了限位螺桿，保證了活塞偏移時(shí)產(chǎn)生較大的摩擦力耗能，復(fù)位時(shí)不產(chǎn)生摩擦力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。
[0024]4、本實(shí)用新型的阻尼器缸中部設(shè)有多個(gè)導(dǎo)向桿，保證了活塞運(yùn)動(dòng)只發(fā)生水平方向的偏移和復(fù)位，提高了梁橋的抗震性能。
[0025]5、本實(shí)用新型在實(shí)際使用當(dāng)中能夠左右對(duì)稱設(shè)置，無論左右那個(gè)方向受到外力產(chǎn)生偏移后都能夠輕松的復(fù)位，大大提高了梁橋的防震，減震性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用性較尚O
【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型的阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型在梁橋隔震系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖；
[0028]圖3為本實(shí)用新型工作時(shí)的拉力位移曲線圖；
[0029]圖4為自復(fù)位摩擦阻尼器的梁橋隔震系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖；
[0030]圖5為簡(jiǎn)化的梁橋隔震系統(tǒng)各狀態(tài)F-S曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]如圖1所示，本實(shí)用新型的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，包括阻尼器缸
1、多組上下對(duì)稱設(shè)置的摩擦裝置2、第一彈性裝置3、第二彈性裝置4、活塞7和兩個(gè)導(dǎo)向桿8。兩個(gè)導(dǎo)向桿8貫穿整個(gè)阻尼器缸I，活塞7沿導(dǎo)向桿8左右活動(dòng)并且分別通過第一彈性裝置3和第二彈性裝置4與阻尼器缸I的左右壁連接;摩擦裝置2和阻尼器缸I的上下壁活動(dòng)連接，活塞7通過連接斜桿5與摩擦裝置2連接，其中，摩擦裝置2優(yōu)選摩擦片，并且連接斜桿5與活塞7之間設(shè)有限位裝置6，限位裝置6優(yōu)選限位螺桿;連接斜桿5與摩擦裝置2及活塞7的連接處可自由轉(zhuǎn)動(dòng);第一彈性裝置3使用受壓彈簧，受壓彈簧圍繞導(dǎo)向桿8設(shè)置并且與阻尼器缸I的右壁連接;第二彈性裝置4使用受拉彈簧，受拉彈簧圍繞導(dǎo)向桿8設(shè)置并且與阻尼器缸I的左壁連接。
[0033]本實(shí)用新型在用于梁橋防震系統(tǒng)時(shí)，阻尼器缸I通過拉桿9與梁橋的混凝土蓋梁連接;活塞7通過拉桿9與梁橋的混凝土主梁連接;拉桿9與梁橋主體連接時(shí)，兩者之間還要設(shè)置鋼絞線，拉桿9只承受拉力。
[0034]如圖2所示，具自復(fù)位摩擦阻尼器的梁橋隔震系統(tǒng)主要由鋼絞線27、自復(fù)位摩擦阻尼器25和聚四氟乙烯滑板支座26組成，還包括混凝土主梁21，混凝土蓋梁22，混凝土橋墩23，錨固塊24。該系統(tǒng)能夠在小震時(shí)保證橋墩與上部結(jié)構(gòu)無相對(duì)位移，對(duì)梁橋的后續(xù)使用不造成任何影響，在中震或大震作用下發(fā)生可人為控制的相對(duì)位移，從而減少下部結(jié)構(gòu)傳至上部結(jié)構(gòu)的地震力，有效防止橋墩發(fā)生剪切或彎曲破壞及上部結(jié)構(gòu)的橫向落梁。當(dāng)?shù)卣鹜Ｖ箷r(shí)上下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移在該系統(tǒng)的作用下又可以恢復(fù)，以此降低震后梁橋的修復(fù)費(fèi)用。
[0035]對(duì)圖2所示的具自復(fù)位摩擦阻尼器的梁橋隔震系統(tǒng)，如果將上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一個(gè)集中質(zhì)量，蓋梁用一固定裝置代替，則該系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為如圖4所示的單自由度振動(dòng)結(jié)構(gòu)體系O
[0036]1、平衡狀態(tài)
[0037]圖4所示狀態(tài)即為結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，此時(shí)兩側(cè)鋼絞線的拉力等于零。且此時(shí)阻尼器A活塞位于左側(cè)最大位移處，阻尼器B活塞位于右側(cè)最大位移處。
[0038]2、集中質(zhì)量由平衡位置發(fā)生向左的位移
[0039]此時(shí)鋼絞線Π拉力仍然為零，而鋼絞線m的拉力逐漸大于零，則阻尼器B摩擦片與缸壁之間有靜摩擦力，因此當(dāng)鋼絞線m的拉力小于阻尼器B摩擦片與缸壁之間的靜摩擦力時(shí)，活塞不動(dòng)，當(dāng)該位移繼續(xù)增大時(shí)，活塞開始滑動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，此時(shí)鋼絞線m的拉力保持不變。
[0040]3、集中質(zhì)量由左側(cè)最大位移處向平衡位置發(fā)生位移
[0041 ]此時(shí)鋼絞線m的拉力逐漸減小，且阻尼器B摩擦片與缸壁之間有靜摩擦力，當(dāng)集中質(zhì)量達(dá)到平衡位置時(shí)，鋼絞線m拉力為零，此時(shí)阻尼器B摩擦片與缸壁之間無摩擦力，阻尼器B活塞在受拉和受壓彈簧的作用下與集中質(zhì)量同步向右移動(dòng)達(dá)到該阻尼器右側(cè)最大位移。并且在這一過程中阻尼器A無變化。
[0042]4、集中質(zhì)量由平衡位置向右側(cè)最大位移處移動(dòng)
[0043]此時(shí)鋼絞線m拉力仍然為零，而鋼絞線Π的拉力逐漸大于零，則阻尼器A摩擦片與缸壁之間有靜摩擦力，因此當(dāng)鋼絞線π的拉力小于阻尼器A摩擦片與缸壁之間的靜摩擦力時(shí)，活塞不動(dòng)，當(dāng)該位移繼續(xù)增大時(shí)，活塞開始滑動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，此時(shí)鋼絞線Π的拉力保持不變。
[0044]5、集中質(zhì)量由右側(cè)最大位移處向平衡位置發(fā)生位移
[0045]此時(shí)鋼絞線Π的拉力逐漸減小，且阻尼器A摩擦片與缸壁之間有靜摩擦力，當(dāng)集中質(zhì)量達(dá)到平衡位置時(shí)，鋼絞線Π拉力為零，此時(shí)阻尼器A摩擦片與缸壁之間無摩擦力，阻尼器A活塞在受拉和受壓彈簧的作用下與集中質(zhì)量同步向右移動(dòng)達(dá)到該阻尼器右側(cè)最大位移。并且在這一過程中阻尼器B無變化。
[0046]上述第2、3、4、5步驟的F-S曲線如圖5所示。
[0047]6、集中質(zhì)量在任意位置處地震停止
[0048]此時(shí)相當(dāng)于集中質(zhì)量在平衡位置的左側(cè)或右側(cè)突然停止，假定停在平衡位置左偵U，此時(shí)阻尼器A的活塞位于其左側(cè)最大位置處且鋼絞線Π及受拉、受壓彈簧的力為零，阻尼器B活塞位于其右側(cè)最大位移的左側(cè)，且受拉、受壓彈簧對(duì)活塞有向右的恢復(fù)力，鋼絞線m拉力等于阻尼器B靜摩擦力。則集中質(zhì)量會(huì)在鋼絞線m拉力作用下向右發(fā)生微小位移，使得鋼絞線m的拉力逐漸減小，當(dāng)該拉力小于阻尼器B拉壓彈簧恢復(fù)力時(shí)，活塞及集中質(zhì)量在彈簧恢復(fù)力作用下向右移動(dòng)，直到集中質(zhì)量達(dá)到平衡位置，即集中質(zhì)量具有自復(fù)位功能。
[0049]總之，當(dāng)梁橋結(jié)構(gòu)遭遇小震作用時(shí)，墩頂水平位移較小，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的水平力也較小，可以通過調(diào)整阻尼器中限位螺桿來調(diào)整阻尼器的靜摩擦力，使得小震作用下上部結(jié)構(gòu)與墩頂無相對(duì)位移，當(dāng)遇到中震或大震時(shí)，墩頂水平位移較大，此時(shí)該裝置可以使墩頂與上部結(jié)構(gòu)之間發(fā)生相對(duì)位移，及墩頂有水平位移，而上部結(jié)構(gòu)不隨墩頂發(fā)生位移，從而減小上部結(jié)構(gòu)的水平加速度，減小墩頂受到的水平慣性力使其處于彈性范圍，并且在墩頂與上部結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)位移的過程中通過摩擦力實(shí)現(xiàn)耗能，從而避免或減小橋墩的破壞。當(dāng)?shù)卣鹜Ｖ箷r(shí)，該裝置又可以將上部結(jié)構(gòu)與墩頂?shù)南鄬?duì)位移減小至零，達(dá)到自復(fù)位功能。
[0050]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，包括阻尼器缸(I)、摩擦裝置(2)、第一彈性裝置(3)、第二彈性裝置(4)、活塞(7)和導(dǎo)向桿(8);所述導(dǎo)向桿(8)貫穿整個(gè)阻尼器缸(1)，所述活塞(7)沿導(dǎo)向桿(8)左右活動(dòng)并且分別通過第一彈性裝置(3)和第二彈性裝置(4)與阻尼器缸(I)的左右壁連接;所述摩擦裝置(2)和阻尼器缸(I)的上下壁活動(dòng)連接，活塞(7)通過連接斜桿(5)與摩擦裝置(2)連接。2.如權(quán)利要求1所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦裝置(2)為摩擦片。3.如權(quán)利要求2所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述連接斜桿(5)與活塞(7)之間設(shè)有限位裝置(6)。4.如權(quán)利要求3所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述限位裝置(6)為限位螺桿。5.如權(quán)利要求4所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于， 所述阻尼器缸(I)通過拉桿(9)與梁橋的混凝土蓋梁連接;所述活塞(7)通過拉桿(9)與梁橋的混凝土主梁連接。6.如權(quán)利要求5所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一彈性裝置(3)為受壓彈簧，所述受壓彈簧圍繞導(dǎo)向桿(8)設(shè)置并且與阻尼器缸(I)的右壁連接;所述第二彈性裝置(4)為受拉彈簧，所述受拉彈簧圍繞導(dǎo)向桿(8)設(shè)置并且與阻尼器缸(I)的左壁連接。7.如權(quán)利要求6所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述導(dǎo)向桿(8)至少設(shè)有兩個(gè)，對(duì)應(yīng)每個(gè)導(dǎo)向桿(8)，活塞(7)的左右都設(shè)有受拉彈簧和受壓彈簧。8.如權(quán)利要求7所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述阻尼器缸(I)的上下壁對(duì)稱設(shè)有多個(gè)摩擦裝置(2);對(duì)應(yīng)每個(gè)摩擦裝置(2)的連接斜桿(5)和限位裝置(6)都等長(zhǎng)設(shè)置。9.如權(quán)利要求8所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于， 所述連接斜桿(5)與摩擦裝置(2)及活塞(7)的連接處可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。10.如權(quán)利要求9所述的用于梁橋隔震系統(tǒng)的自復(fù)位摩擦阻尼器，其特征在于，所述拉桿(9)與梁橋主體連接時(shí)，兩者之間還要設(shè)置鋼絞線，所述拉桿(9)只承受拉力。
【文檔編號(hào)】E01D19/00GK205501801SQ201620301957
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】劉云帥, 韓建平, 王曉琴
【申請(qǐng)人】蘭州理工大學(xué)