CN112081260B - 新型钢条旋转摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明是新型钢条旋转摩擦阻尼器，包括左右侧连接钢板(1、3)、圆形钢条(2)、摩擦垫片(13)、扭转弹簧(15)。两侧阻尼器均由连接钢板(1、3)与摩擦垫片(13)通过高强螺栓连接组成，垫片外围设有扭转弹簧(15)。钢板外侧通过高强螺栓与结构固结。地震发生时，桥梁结构相对桥墩产生纵桥向位移，导致连接钢板(1、3)产生旋转摩擦，圆形钢条(2)、扭转弹簧(15)产生变形，从而实现能量耗散功能。本专利发明采用具有不同起滑力的旋转摩擦阻尼器串联钢条阻尼器的设计，以针对不同地震工况；可通过设置高强螺栓的预紧力获得不同的起滑力；具有构造灵活、易于制造和安装、维护成本低等优点，具有较高的实用价值和经济效益。

Description

新型钢条旋转摩擦阻尼器

技术领域

本发明专利涉及一种旋转摩擦阻尼器，具体地说涉及一种新型钢条旋转摩擦阻尼器。

背景技术

我国地处环太平洋和欧亚地震带之间，具有分布广、频度高、强度大、震源浅的特点，是一个地震灾害严重的国家，远超过其他自然灾害。由于目前地震难以预测，在建设中也只能做到建设预防与抗震优化。在过去的几十年里，作为一种快速的交通工具，高速铁路在国内外飞速发展，随着我国经济的快速增长，人民出行对高速铁路的需求也越来越大。由于高架桥相比于其他形式的运输具有占地面积小、墩台沉降小，环城方便等优点，在高架桥上修建高速铁路线路得到了广泛应用。因此，使我国的高速铁路形成了桥梁占比很高、高架长桥多的特点，同时高速铁路桥梁在震后应急救援方面也担负着重要作用。因此，必须采取措施来提高高速铁路桥梁的抗震能力。一般来说，结构控制可以分为主动、半主动和被动控制。摩擦阻尼器、金属阻尼器、基础隔振器、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器、调谐质量和液体阻尼器都被归类为被动控制系统。

摩擦阻尼器可以通过接触中两个粗糙表面之间的相对运动产生摩擦力以消耗大部分的地震能量，是消除动能的最有效机制之一，被广泛用于通过无源摩擦装置耗散土木工程结构中的输入地震能量。使用摩擦阻尼器可以将建筑结构的地震响应集中在可更换的阻尼器上，从而尽可能避免对主结构部件造成不可修复的损坏。相比于传统的摩擦阻尼器，旋转摩擦阻尼器具有构造简单灵活多变、易于制造和安装、体量小、寿命长等优点，但也存在摩擦起滑力范围固定，耗能能力达不到预期效果、震后存在永久变形等问题。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，本发明提出了新型钢条旋转摩擦阻尼器。旋转摩擦阻尼器主要由三块钢板与两两之间加入摩擦片组成，通过接触面相互运动产生摩擦来实现耗能，新型钢条旋转摩擦阻尼器由两个旋转摩擦阻尼器串联组成，两个摩擦阻尼器的起滑力不同，使得该新型旋转摩擦阻尼器适用于更广泛的起滑工作范围，更具有实用价值。结构配置简单，制造和维护成本比其他摩擦阻尼器相对较低。

为实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是发明新型钢条旋转摩擦阻尼器，包括钢条、左侧旋转摩擦阻尼器和右侧旋转摩擦阻尼器三个部分；左右两侧阻尼器通过钢条阻尼器串联连接；旋转摩擦阻尼器通过高强螺栓与钢条铰接。

其还在于，钢条采用圆形高强螺栓，两侧通过螺母与左右旋转摩擦阻尼器连接，钢条由两侧阻尼器连接钢板限制位移；外侧钢板通过高强螺栓与结构支撑固结。

其还在于，两侧阻尼器连接钢板上设置卡槽，允许钢条在受力时左右错动，使材料的变形基本由剪切产生。

其还在于，两个旋转摩擦阻尼器摩擦垫片外围设有带扭矩的扭转弹簧，旋转摩擦阻尼器在旋转过程中，扭转弹簧的扭矩发生变化，使得阻尼器的起滑阻尼力发生变化，并起到限制阻尼器扭转范围。

其还在于，钢条旋转摩擦阻尼器允许设计人员通过设置不同的螺栓预紧力、添加不同数量的钢条，以获得不同的阻尼力和变形能力。

与现有技术相比，本专利有益效果在于：

本发明专利采用两个具有不同起滑力的旋转摩擦阻尼器串联钢条阻尼器的设计，实现针对不同地震工况的较大的起滑力范围；两侧旋转摩擦阻尼器可通过设置高强螺栓的预紧力获得不同的起滑力；钢条受损后易于替换；可通过添加不同数量的钢条以获得钢条阻尼器不同的阻尼力和变形能力；本发明专利具有构造简单灵活多变、易于制造和安装、寿命长、维护成本低等优点，具有较高的实用价值和经济效益。

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的新型钢条旋转摩擦阻尼器的结构示意图；

图2为本发明实施例的新型钢条旋转摩擦阻尼器钢条的结构示意图；

图3为本发明实施例的新型钢条旋转摩擦阻尼器的侧立面图；

图4为本发明实施例的新型钢条旋转摩擦阻尼器左侧旋转摩擦阻尼器的结构示意图(无扭转弹簧)；

图5为本发明实施例的新型钢条旋转摩擦阻尼器中钢条阻尼器的结构示意图。

附图中，1、右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板；2、圆形钢条；3、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板；4、高强螺栓；5、右侧阻尼器上的预留螺栓孔(用于与结构支撑连接)；6、左侧阻尼器上上的预留螺栓孔(用于与结构支撑连接)；7、卡槽；8、圆形钢条固定螺母；9、圆形钢条固定螺纹；10、钢条耗能一段；11、圆形钢条上与右侧阻尼器固定凹槽；12、钢条耗能二段；13、摩擦垫片；14、左侧阻尼器连接钢板上的预留螺栓孔(用于与圆形钢条连接)；15、预先带扭矩的扭转弹簧。

具体实施方法

下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。

如图1、2、3、4、5所示，新型钢条旋转摩擦阻尼器，包括左侧旋转摩擦阻尼器、右侧旋转摩擦阻尼器，右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3通过高强螺栓与结构支撑固结，左侧旋转摩擦阻尼器、右侧旋转摩擦阻尼器分别由右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3通过高强螺栓4连接组成，右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1或左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3两两之间设有摩擦垫片13，摩擦垫片外围设有预先带扭矩的扭转弹簧15；圆形钢条2分为三段，包括钢条耗能一段10、圆形钢条上与右侧阻尼器固定凹槽11、钢条耗能二段12，圆形钢条2两侧设有固定螺纹9，通过左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3上的预留螺栓孔14与左侧旋转摩擦阻尼器连接，钢条耗能一段10、钢条耗能二段12在左侧旋转摩擦阻尼器、右侧旋转摩擦阻尼器作用下左右错动，导致圆形钢条2变形，从而实现金属剪切变形耗能，由卡槽7限制变形位移。

本发明钢条旋转摩擦阻尼器允许设置旋转摩擦阻尼器中高强螺栓4不同的预紧力、添加不同数量的圆形钢条2，以获得不同的起滑力和变形能力，本实例中采用设置6根圆形钢条2，同时可以通过更换不同材质的圆形钢条2来产生不同的阻尼力。

根据理论分析，本发明专利对右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3，以及摩擦垫片13、预先带扭矩的扭转弹簧15等设计了最佳几何方案，以实现阻尼器的最佳耗能效果。右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3长度为500mm，宽度为250mm，厚度为25mm，两相邻连接钢板的初始夹角为90°。摩擦垫片13内径为20mm，外径为120mm，厚度20mm。扭转弹簧15线径6mm，圈数3圈，最大挠度25°。圆形钢条耗能一段10、耗能二段12为等截面段，长度为20mm，直径为25mm，圆形钢条上与右侧阻尼器固定卡槽11长度为25mm，直径为20mm。高强螺栓4的螺栓直径为24mm，螺栓的螺杆均采用高强度钢材制作。右侧阻尼器上的预留螺栓孔5、左侧阻尼器上上的预留螺栓孔6、左侧阻尼器连接钢板上的预留螺栓孔14和卡槽7的表面应进行光滑处理。

右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板1、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板3均采用Q460的高强度低合金钢，圆形钢条2采用Q235钢材，摩擦垫片13采用黄铜，预先带扭矩的扭转弹簧15采用琴钢丝。

Claims (8)

1.新型钢条旋转摩擦阻尼器，包括右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(1)、圆形钢条(2)、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(3)、高强螺栓(4)、卡槽(7)、摩擦垫片(13)、预先带有扭矩的扭转弹簧(15)；其特征是两侧旋转摩擦阻尼器由右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(1)、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(3)通过高强螺栓(4)连接组成，右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(1)两两之间以及左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(3)两两之间夹有摩擦垫片(13)，摩擦垫片(13)外围设有预先带扭矩的扭转弹簧(15)，外侧钢板通过高强螺栓与结构支撑固结；两侧阻尼器通过圆形钢条固定螺母(8)与圆形钢条(2)连接。

2.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，圆形钢条(2)分为三段，包括钢条耗能一段(10)、圆形钢条上与右侧阻尼器固定凹槽(11)、钢条耗能二段(12)，圆形钢条(2)两侧设有固定螺纹(9)，圆形钢条(2)采用高强螺栓(4)，两侧通过螺母与左右旋转摩擦阻尼器连接，圆形钢条(2)由两侧阻尼器连接钢板限制位移。

3.根据权利要求2所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，钢条耗能一段(10)、钢条耗能二段(12)在左右两侧阻尼器作用下可以左右错动，从而实现圆形钢条(2)横向剪切变形耗能，由卡槽(7)限制变形位移。

4.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，可以设置两侧旋转摩擦阻尼器中高强螺栓(4)不同的预紧力以获得不同的起滑阻尼力。

5.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，两个旋转摩擦阻尼器摩擦垫片外围设有带扭矩的扭转弹簧(15)，旋转摩擦阻尼器在旋转过程中，带扭矩的扭转弹簧(15)的扭矩发生变化，使得阻尼器的起滑阻尼力发生变化，并起到限制阻尼器扭转范围。

6.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，通过增减不同的数量的圆形钢条(2)以获得不同的变形能力。

7.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，高强螺栓(4)采用一定直径的高强度螺栓，保证装置在地震作用下连接处螺栓不失效。

8.根据权利要求1所述的新型钢条旋转摩擦阻尼器，其特征在于，右侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(1)、左侧旋转摩擦阻尼器连接钢板(3)采用Q460的高强度低合金钢，圆形钢条(2)采用Q235钢材，摩擦垫片(13)采用黄铜，带扭矩的扭转弹簧(15)采用琴钢丝。

Images