一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器

摘要

本发明提供了一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器，主要应用于桥梁结构的耗能减震，属于结构振动控制技术领域。所述装置包括顶板、底板、中空棱台、高强螺栓、球铰固定装置、可分离式“葫芦型”转动球体、杠杆臂、球面钢板、摩擦片。本装置依靠可滑动分离的“葫芦型”转动球体的万向转动能力以及可分离性能，使装置能够在随机的多维地震作用下，依然能够保持良好工作状态，并利用装置的摩擦耗能材料特性进行耗能，进而提供多维有效阻尼。同时，该装置通过杠杆球铰转动机构将桥梁结构墩梁的相对位移放大，保证装置在不同等级的地震作用下都能发挥良好的耗能能力。本发明构造合理、安全可靠，是一种灵活、高效的耗能阻尼器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于土木工程的基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器，属于结构振动控制技术领域，特别涉及一种桥梁结构梁底耗能减震构件的位移放大型摩擦阻尼器装置。

背景技术

近代以来，地震频发，给人们的生活带来了诸多影响。而我国又是一个多地震国家，建国以来，我国已经发生了大大小小数十次地震，其中较为严重的是汶川地震与唐山地震。而这些地震震害有一个共同特征，就是震区的桥梁结构遭到了严重的破坏。桥梁作为灾后救援的关键生命线工程发生了巨大破坏，使救援部队不能及时到达灾区第一线，给国家、社会和人民的生命财产带来了巨大损失。因此，如何提高桥梁抗震性能一直是科研人员所关注的问题。

研究可靠的桥梁减震装置是减小桥梁地震灾害的一种有效手段，做好减震设计，研发简便、经济、高效的耗能减震装置是桥梁减震设计的关键问题。在过去二十年中，耗能减震技术的研究与应用迎来了世界各国的学者的关注，但是，各国学者对于耗能减震装置的研究大都方向单一，只能提供某一方向的阻尼，不能很好地适应实际随机的多维地震作用。

目前大多耗能减震装置在工作时与连接点的相对速度和位移相等，如果在相对速度和位移较小的情况下工作时，耗能减震装置就不能很好地发挥耗能减震能力，难以起到预期的耗能效果。目前，大多数人为了增加阻尼器的耗能能力，通常采用增加阻尼器的数量以及大小来实现，这样做不仅带来的效益较差，而且也造成了一定程度的浪费。

因此，如何提供一种多维高效、耗能效果显著的耗能减振装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器，其目的是实现在实际随机的多维地震作用下能够提供多向有效阻尼的能力，同时可以将外荷载作用下所连接构件之间产生的相对较小变形根据需要进行放大，利用摩擦耗能材料(如黄铜等)特性进行高效耗能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器，包括顶板1、底板2、上中空棱台3、球铰固定装置A4、高强螺栓A5、高强螺栓B6、球铰固定装置B7、可分离式“葫芦型”转动球体8、下杠杆臂9、上杠杆臂10、下中空棱台11、球面钢板B12、下部摩擦片13、球面钢板A14和上部摩擦片15；

所述顶板1和底板2的内表面中间部分设有凹槽；顶板1与上中空棱台3的上端通过八个高强螺栓A5连接，上中空棱台3的下端与球铰固定装置A4通过八个高强螺栓B6连接固定；下中空棱台11的上端与球铰固定装置B7通过八个高强螺栓B6连接固定；可分离式“葫芦型”转动球体8的上部球体和下部球体分别安置于球铰固定装置A4和球铰固定装置B7中；可分离式“葫芦型”转动球体8的上端通过焊接方式与上杠杆臂10的下端进行连接；可分离式“葫芦型”转动球体8的下端通过焊接方式与下杠杆臂9的上端进行连接；上杠杆臂10的上端通过球面钢板A14上的螺栓孔腔与球面钢板A14连接固定，球面钢板A14与上部摩擦片15紧密贴合；顶板1内表面设置有凹槽，上部摩擦片15嵌入到凹槽中；所述下杠杆臂9的下端与球面钢板B12通过螺栓孔腔连接，球面钢板B12与下部摩擦片13紧密贴合；所述底板2内表面设置有凹槽，下部摩擦片13嵌入到凹槽中，底板2与下中空棱台11通过八个高强螺栓A4连接；顶板1和底板2分别通过四个高强螺栓与桥梁结构的连接。

其中，所述可分离式“葫芦型”转动球体8由两个单球铰通过一个特定的弹簧拉杆拉在一起，当阻尼器在工作时，顶板和底板发生错动，“葫芦型”转动球体也随着发生转动，而转动会导致“葫芦型”转动球体发生倾斜从而导致初始状态的竖向高度减小，此时由于可分离式“葫芦型”转动球体8可在内部弹簧拉杆的弹性固定下发生适当分离，从而解决在装置上下部分发生错动时所造成的高度变化问题，防止阻尼器在工作时发生不必要的破坏；所述的球铰固定装置由左球铰固定装置与右球铰固定装置两部分拼接构成；所述球铰固定装置A4与球铰固定装置B7的材料、外形和尺寸相同；所述上杠杆臂10的上端和下杠杆臂9的下端设置有螺纹。

当建筑结构带动顶板1做水平运动时，通过装置的杠杆球铰转动机构将位移响应放大，并传递到上杠杆臂10的上端和下杠杆臂9的下端，分别带动相连接的钢板与摩擦片产生相对位移，依靠摩擦耗能特性，给结构提供附加刚度和阻尼，从而减小结构的动力反应，以实现减震的目的。

由杠杆和可滑动分离双球铰组成的杠杆球铰转动机构不仅将位移响应放大b/a倍后传递到上杠杆臂10的上端，而且将位移响应放大c/a倍后传递到下杠杆臂9的下端，从而增加钢板与摩擦片的相对位移量，提高阻尼器的耗能能力；其中，a为可分离式“葫芦型”转动球体8的下部球心至上部球心的距离；b为可分离式“葫芦型”转动球体8的下部球心至上杠杆臂10上端的距离；c为可分离式“葫芦型”转动球体8的下部球心至下杠杆臂9下端的距离。

本发明的有益效果：

1、本发明可提供多向有效阻尼，适应多维地震作用的耗能要求。

2、本发明具备响应放大技术，利用杠杆原理将桥梁结构墩梁相对位移进行放大，进而使串联耗能材料的位移、速度等响应放大，保证了在中、小震作用下发挥良好的耗能能力；

3、本发明采用的可分离式“葫芦型”转动球体结构能够很好地解决装置在工作时发生的错动所产生的竖向高度变化问题，防止阻尼器工作时发生不必要的破坏。

4、本发明所用粘弹性耗能材料的滞回曲线呈平滑的椭圆形，具备良好的空间变形能力和稳定耗能能力。

5、本发明的耗能放大倍数可根据结构构件的实际情况进行调整，通过改变杠杆力臂比调整耗能放大倍数，达到调节耗能效果的目的。

6、本发明构造明确、安全可靠、适用性强，取材方便、施工便捷、便于工厂化生产，通过合理的力学设计，拥有高效的耗能能力与结构性能，具有广阔的应用前景和推广市场。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器三维构造示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器的A-A截面剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器的B-B截面剖视图；

图4为本发明实施例提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器的可分离式“葫芦型”转动球体示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器的变形演示示意图；

图6为本发明基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器应用于桥梁结构的一种安装位置示意图。

图中：1顶板、2底板、3上中空棱台、4球铰固定装置A、5高强螺栓A、6高强螺栓B、7球铰固定装置B、8可分离式“葫芦型”转动球体、9下杠杆臂、10上杠杆臂、11下中空棱台、12球面钢板B、13下部摩擦片、14球面钢板A、15上部摩擦片。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明提供的一种基于可滑动分离双球铰的水平全方向位移放大型摩擦阻尼器的一个实施例，包括上下相向设置的顶板1和底板2，顶板1和底板2的内表面中间部分设置有凹槽，顶板1与上中空棱台3通过八个高强螺栓A5连接，上中空棱台3的下端与球铰固定装置A4通过八个高强螺栓B6连接固定；下中空棱台11的上端与球铰固定装置B7通过八个高强螺栓B6连接固定；可分离式“葫芦型”转动球体8的上部球体安置于球铰固定装置A4中，下部球体安装于球铰固定装置B7中；可分离式“葫芦型”转动球体8的上端通过焊接方式与上杠杆臂10的下端进行连接；可分离式“葫芦型”转动球体8的下端通过焊接方式与下杠杆臂9的上端进行连接；上杠杆臂10的上端通过球面钢板A14上的螺栓孔腔与球面钢板A14连接固定，球面钢板A14与上部摩擦片15紧密贴合；顶板1内表面设置有凹槽，上部摩擦片15嵌入到凹槽中；所述下杠杆臂9的下端与球面钢板B12通过螺栓孔腔连接，球面钢板B12与下部摩擦片13紧密贴合；所述底板2内表面设置有凹槽，下部摩擦片13嵌入到凹槽中，底板2与下中空棱台11通过八个高强螺栓A4连接；顶板1和底板2分别通过四个高强螺栓与桥梁结构的连接。其中，所述可分离式“葫芦型”转动球体8由两个单球铰通过一个特定的弹簧拉杆拉在一起，伴随阻尼器工作可发生分离；所述的球铰固定装置由左球铰固定装置与右球铰固定装置两部分拼接构成；所述球铰固定装置A4与球铰固定装置B7的材料、外形和尺寸相同；所述上杠杆臂10的上端和下杠杆臂9的下端设置有螺纹。所述顶板顶板1、底板2、上中空棱台3、球铰固定装置A4、高强螺栓A5、高强螺栓B6、球铰固定装置B7、可分离式“葫芦型”转动球体8、下杠杆臂9、上杠杆臂10、下中空棱台11、球面钢板B12、球面钢板A14均采用强度较大的碳素结构钢铸造而成。

如图5所示，本发明使用时，在随机地震作用下，该减震装置顶板1和底板2水平向发生错动，当顶板1和底板2发生相对位移为x时，产生的转角为θ，杠杆球铰转动机构不仅将位移响应放大近似b/a倍后传递到上杠杆臂10的上末端，而且将位移响应放大近似c/a倍后传递到下杠杆臂9的下末端，上杠杆臂10的上末端与下杠杆臂9的下末端分别带动相连接的钢板与摩擦片产生相对移动，从而依靠装置摩擦耗能特性，给结构提供附加刚度和阻尼，这样来减小结构的动力反应，以实现减震的目的。其中，“葫芦型”转动球体8的下球心至上球心的距离为a，下球心至上杠杆臂10的上端的距离为b，下球心至下杠杆臂9的下末端的距离为c。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。