咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的制作方法

本发明涉及结构工程技术领域，特指一种咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器。

背景技术：

建筑消能减震(振)技术是一类有效的结构被动控制技术。通过在结构相对变形较大的部位设置耗能减震(振)装置，可以有效地减小结构在地震作用、风荷载或其他动力荷载作用下的结构动力响应。

消能减震(振)装置的理想工作性能是：阻尼器不承担竖向荷载；在小震和风振作用下，阻尼器对结构提供侧向刚度，此时阻尼器可以视为支撑、斜撑构件；在中震和大震作用下，阻尼器不对结构提供侧向刚度，从而减小结构所受水平地震荷载，此时阻尼器的作用是通过其耗能性能耗散输入结构的地震能量。

目前常用的消能减震(振)装置主要有粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器，其中摩擦阻尼器的摩擦耗能作用明显，可提供较大的附加阻尼，荷载大小和频率对其性能无明显影响，同时构件简单，取材容易，造价低廉，因此具有很好的应用前景。摩擦阻尼器属于位移相关型阻尼器，阻尼器产生相对位移后才能通过摩擦对结构进行耗能减震。因此，摩擦型阻尼器在中震和大震下的使用效果很好，在小震和风振作用下使用效率偏低，需要进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器，解决现有技术中摩擦阻尼器中在小震和风振作用下使用效率偏低的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器，包括：

相互连接且可相对滑动的滑动组件，所述滑动组件包括间隔设置的滑动板，所述滑动组件间的滑动板穿插设置且相邻的滑动板之间垫设有滑动摩擦层，所述滑动组件于第一侧形成有延伸板，相邻的两个延伸板间设有相对设置的剪力销连接件，所述剪力销连接件与对应所述延伸板连接固定；

穿设连接相对设置的所述剪力销连接件的剪力销，所述剪力销设置的方向与所述滑动组件的滑动方向相垂直；

装设于所述滑动组件第一侧的第一连接板；以及

装设于所述滑动组件与所述第一侧相对的第二侧的第二连接板。

本发明的阻尼器具有明确的两阶段力学性能，在小震和风振作用下，剪力销受力，阻尼器具有足够的刚度，从而控制结构在小震和风振作用下的变形。中震和大震作用下，剪力销被剪断，结构刚度减小，进而减小结构所受水平地震力，同时摩擦耗能作用得到发挥，耗散中震和大震下输入结构的地震能量。本发明的阻尼器充分发挥阻尼器的作用，通过咬合式滑动件，增加了摩擦面，提高了摩擦耗能性能，构件结构简单、造价经济、便于更换，既可用于新建及建筑抗震设计，也可用于既有建筑加固改造。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，所述滑动组件上开设有对应的条形孔，所述条形孔的长度方向与所述滑动组件的滑动方向相一致，所述滑动组件间对应的条形孔中穿设有限位螺栓，通过紧固所述限位螺栓以实现所述滑动组件间的紧固连接并对所述滑动组件施加预压力。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，位于顶部的滑动组件和位于底部的滑动组件于所述第二侧形成有安装板，两个安装板之间连接固定有转接件，所述转接件与所述第二连接板连接固定。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，所述转接件包括相互垂直连接的第一板体和第二板体，所述第一板体设于所述第二板体的顶部和底部，所述第一板体与对应的所述安装板相贴合并通过连接螺栓连接固定，所述第二板体与所述第二连接板垂直连接固定。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，位于顶部的滑动组件和位于底部的滑动组件上的安装板上开设有条形孔，位于中部的滑动组件的滑动板上开设有相对应的条形孔，通过紧固穿设所述条形孔的限位螺栓紧固连接位于顶部、底部以及中部的滑动组件并对滑动组件施加预压力。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，位于中部的滑动组件的延伸板的端部连接有转接板，所述转接板与所述第一连接板垂直连接固定。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，位于中部的滑动组件的延伸板上开设有条形孔，位于顶部和底部的滑动组件的滑动板上开设有对应的条形孔，通过紧固穿设所述条形孔的限位螺栓紧固连接位于顶部、底部以及中部的滑动组件，并对滑动组件施加预压力。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，相对设置的所述剪力销连接件的端部设有相对应的、且供所述剪力销穿设的连接孔。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，所述剪力销连接件包括底板和形成于底板上的多个翼板，所述底板与对应的所述延伸板连接固定，所述翼板的端部开设有连接孔。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的进一步改进在于，所述滑动板上与所述滑动摩擦层相接触的接触面为锯齿面。

附图说明

图1为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的结构示意图。

图2为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中位于顶部的滑动组件的结构示意图。

图3为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中位于中部的滑动组件的结构示意图。

图4为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中位于底部的滑动组件的结构示意图。

图5为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中第一连接板和转接板连接的结构示意图。

图6为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中转接板和延伸板连接的结构示意图。图7为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中安装板和转接件连接的结构示意图。

图8为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中剪力销连接件的结构示意图。

图9为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器中剪力销连接件和剪力销连接的结构示意图。

图10为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第一种连接方式的结构示意图。

图11为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第二种连接方式的结构示意图。

图12为本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第三种连接方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器，应用于中高层建筑、高耸建筑、大跨空间结构，也可应用于既有建筑的加固改造。该阻尼器既能为建筑结构在小震和风振作用下提供刚度，又能在中震和大震作用下为建筑结构提供摩擦耗能，起到了较好的耗能效果，解决了现有的摩擦阻尼器在小震和风振作用下使用效率偏低的问题。本发明的阻尼器在滑动组件间连接有剪力销，该剪力销的设置方向与滑动组件的滑动方向相垂直，通过剪力销约束了滑动组件的滑动，实现了在小震和风振下，剪力销锁住阻尼器，限制滑动组件的相对位移，此时阻尼器发挥了支撑作用，为建筑结构提供了侧向刚度，保证其正常使用要求，不产生摩擦耗能作用；在中震和大震作用下，剪力销被剪断，约束消失，滑动组件间可产生相对滑移，摩擦耗能机制发挥作用，迅速消耗输入建筑结构的地震能量。下面结合附图对本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器进行说明。

如图1所示，本发明提供了一种咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器，该阻尼器20包括有滑动组件、剪力销22、第一连接板23和第二连接板24。滑动组件设有多个，多个滑动组件相互咬合且可相对滑动，该滑动组件包括间隔设置的滑动板211，滑动组件间的滑动板211穿插设置且相邻的两个滑动板211之间垫设有滑动摩擦层212。滑动组件于第一侧形成有延伸板213，相邻的两个延伸板213间设有相对设置的剪力销连接件214，剪力销连接件214与对应的延伸板213连接固定。剪力销22穿设连接相对设置的剪力销连接件214，剪力销22设置的方向与滑动组件的滑动方向相垂直，通过剪力销22锁固限位滑动组件的滑动，为阻尼器20提供了刚度。第一连接板23装设于滑动组件的第一侧，第二连接板24装设于滑动组件上与第一侧相对的第二侧，该第一连接板23和第二连接板24为阻尼器20提供了安装方式，通过第一连接板23和第二连接板24可将阻尼器20安装在建筑结构上，并为建筑结构提供减震耗能的作用。

本发明的阻尼器20具有两阶段力学性能，分别对应在小震和风振、与中震和大震下发挥作用，符合消耗减震装置理想的工作性能。阻尼器20通过在滑动组件间连接剪力销22，且剪力销22与滑动组件的滑动方向相垂直，约束了滑动组件的相对滑动，为阻尼器20提供了刚度，使得阻尼器20在小震和风振作用下具有足够的刚度，有效控制建筑结构在小震和风振下的变形和稳定性，减小长期荷载作用下建筑结构的徐变变形，同时阻尼器20不消耗摩擦耗能性能。解决了现有技术中的摩擦耗能阻尼器在小震和风振作用下使用效率偏低的问题。该阻尼器20在滑动组件间的滑动板211间设置滑动摩擦层212，可以有效吸收地震能量，具体地，在中震和大震作用下，剪力销22被剪断，对滑动组件的约束消失，滑动组件间可相对滑动，使得滑动板211间可相对滑动，滑动板211在滑动时与滑动摩擦层212产生摩擦耗能作用，从而消耗输入建筑结构的地震能量，同时阻尼器的刚度贡献消失，降低了结构所受水平地震力。

作为本发明的一较佳实施方式，滑动组件设置有三个，包括位于顶部的滑动组件21a，位于中部的滑动组件21b，和位于底部的滑动组件21c，结合图1至图4所示，滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c均包括有多个间隔设置的滑动板211。在组装滑动组件时，将滑动组件21a的滑动板211穿插到滑动组件21b的滑动板211间，将滑动组件21c的滑动板211穿插到滑动组件21b的滑动板211间，穿插完成后，于滑动板211间垫设滑动摩擦层212，滑动摩擦层212夹设在滑动板211之间，在滑动板211相对滑动时，会与滑动摩擦层212之间产生摩擦进而起到摩擦耗能的作用，而后将滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c连接紧固。

作为本发明的一较佳实施方式，如图1所示，在滑动组件上开设有对应的条形孔215，条形孔215的长度方向与滑动组件的滑动方向相一致，滑动组件间通过穿设条形孔215的限位螺栓216紧固连接。通过紧固限位螺栓216以实现滑动组件间的紧固连接并对滑动组件施加预压力，通过设置的条形孔215为滑动组件提供了滑动空间，该条形孔215为长条形的滑槽，其宽度大于限位螺栓216的直径。条形孔215的长度视减震需要确定，可选择为减震结构需求位移限值的2倍。

作为本发明的一较佳实施方式，如图2至图4所示，位于顶部的滑动组件21a和位于底部的滑动组件21c于第二侧形成有安装板217，结合图1所示，在两个安装板217之间连接固定有转接件25，转接件25与第二连接板24连接固定。转接件25包括相互垂直连接的第一板体251和第二板体252，第一板体251设于第二板体252的顶部和底部，结合图7所示，第一板体251与对应的安装板217相贴合并通过连接螺栓连接固定，第二板体252与第二连接板24垂直连接固定。

作为本发明的一较佳实施方式，如图1至图4所示，在位于顶部的滑动组件21a和位于底部的滑动组件21c上的安装板217上开设有条形孔215，两个安装板217上的条形孔215相对应设置，位于中部的滑动组件21b上的滑动板211上也开设有相对应的条形孔215，在将滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c穿插设置后，将各个板材上的条形孔215呈竖向对齐，而后将限位螺栓216穿设条形孔215，紧固限位螺栓216以紧固连接滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c，并对滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c施加预压力。

作为本发明的一较佳实施方式，如图1所示，在位于中部的滑动组件21b的延伸板213的端部连接有转接板26，结合图6所示，延伸板213的端部伸入到转接板26内，并与转接板26焊接固定。该转接板26与第一连接板23连接固定，结合图5所示，转接板26与第一连接板23垂直连接固定，在第一连接板23上开设有安装孔，用于与建筑结构连接固定。

作为本发明的一较佳实施方式，位于中部的滑动组件21b的延伸板213上开设有条形孔215，位于顶部和底部的滑动组件21a和21c的滑动板211上开设有对应的条形孔215，在将滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c穿插设置后，将各个板材上的条形孔215呈竖向对齐，而后将限位螺栓216穿设条形孔215，紧固限位螺栓216以紧固连接滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c，并对滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c施加预压力。限位螺栓216一方面限制滑动组件21a、滑动组件21b、以及滑动组件21c的滑动方向，一方面对滑动组件提供预压力，通过调整限位螺栓216的预压力，可以调整阻尼器20的摩擦耗能能力，该限位螺栓216预压力可考虑设计值的一半。较佳地，在限位螺栓216与顶部的滑动组件21a和底部的滑动组件21c之间设置摩擦垫片。

作为本发明的一较佳实施方式，如图1、图8和图9所示，相对设置的剪力销连接件214的端部设有相对应的且供剪力销22穿设的连接孔2141，该剪力销连接件214包括有底板2142和形成于底板2142上的多个翼板2143，翼板2143间隔设置且翼板2143的端部开设有连接孔2141。剪力销连接件214的底板2142与对应的延伸板213连接固定，固定在两个延伸板213之间的两个剪力销连接件214相对设置，两个剪力销连接件214上的翼板2143交替穿插设置，且翼板2143上的连接孔2141对齐设置，剪力销22穿设连接孔2141，将两个剪力销连接件214连接固定。

作为本发明的一较佳实施方式，滑动板211上与滑动摩擦层212相接触的接触面为锯齿面。将接触面设置为锯齿面，以提高滑动板211与滑动摩擦层212间的摩擦系数，提高摩擦耗能性能。

作为本发明的一较佳实施方式，滑动板211、连接件214、转接件25、转接板26、第一连接板23和第二连接板24采用钢材，滑动摩擦层212采用较低摩擦系数和良好耐磨性能的摩擦材料，如钢、铜或具有一定摩擦性能的高分子材料(聚四氟乙烯)。剪力销22采用具有较低剪切强度的金属材料，如铝、铜等。

如图10所示，显示了本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第一种连接方式的结构示意图。本发明的阻尼器20连接在框架梁11和框架柱12的连接节点处，结合图1所示，阻尼器20通过第一连接板23和第二连接板24安装固定在框架梁11和框架柱12上，该阻尼器20斜向支设在框架梁11和框架柱12的角部处。在框架梁11和框架柱12受到地震荷载作用时，通过阻尼器20进行减震消能。具体地，小震和风振作用下，阻尼器20的剪力销22起作用，剪力销22限位了滑动组件的相对滑移，为框架梁11和框架柱12提供刚度支撑，此时不消耗摩擦耗能性能，有效控制框架梁11和框架柱12在小震和风振下的变形和稳定性，减小长期荷载作用下结构的徐变变形。在中震和大震作用下，剪力销22被剪断，阻尼器20的滑动组件起作用，滑动板211间的相对滑动，与滑动摩擦层212产生摩擦力，对框架梁11和框架柱12起到了摩擦耗能作用，迅速消耗输入框架梁11和框架柱12的地震能量。通过调整滑动组件之间的咬合面数量，即滑动板设置的数量，调整滑动摩擦层数量，来调整阻尼器20的摩擦耗能能力。还可以通过调整限位螺栓的预压力，调整阻尼器20的摩擦耗能能力。还可以通过调整剪力销的截面面积、剪力销连接件中翼板的设置数量和厚度，调整剪力销剪断时对应的荷载，使得阻尼器在中震时迅速进入摩擦耗能状态。本发明的阻尼器20具有明确的两阶段力学性能，在大小地震和风振下均有良好的效果，符合消能减震装置理想的工作性能。

如图11所示，显示了本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第二种连接方式的结构示意图。本发明的阻尼器20与框架梁11和框架柱12连接，在框架梁11上安装有竖向连接板13，结合图1所示，阻尼器20通过第一连接板23和第二连接板24安装固定在框架梁11的竖向连接板13和框架柱12上，该阻尼器20呈水平状设置。在框架梁11和框架柱12受到地震荷载作用时，通过阻尼器20进行减震消能。具体地，小震和风振作用下，阻尼器20的剪力销22起作用，剪力销22限位了滑动组件的相对滑移，为框架梁11和框架柱12提供刚度支撑，此时不消耗摩擦耗能性能，有效控制框架梁11和框架柱12在小震和风振下的变形和稳定性，减小长期荷载作用下结构的徐变变形。在中震和大震作用下，剪力销22被剪断，阻尼器20的滑动组件起作用，滑动板211间的相对滑动，与滑动摩擦层212产生摩擦力，对框架梁11和框架柱12起到了摩擦耗能作用，迅速消耗输入框架梁11和框架柱12的地震能量，保护框架梁11和框架柱12的安全。

如图12所示，显示了本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器应用于建筑结构的第三种连接方式的结构示意图。本发明的阻尼器20与框架梁11和框架柱12连接，结合图1所示，该阻尼器20呈斜向支设于框架柱12的根部和框架梁11的中部。在框架梁11和框架柱12受到地震荷载作用时，通过阻尼器20进行减震消能。具体地，小震和风振作用下，阻尼器20的剪力销22起作用，剪力销22限位了滑动组件的相对滑移，为框架梁11和框架柱12提供刚度支撑，此时不消耗摩擦耗能性能，有效控制框架梁11和框架柱12在小震和风振下的变形和稳定性，减小长期荷载作用下结构的徐变变形。在中震和大震作用下，剪力销22被剪断，阻尼器20的滑动组件起作用，滑动板211间的相对滑动，与滑动摩擦层212产生摩擦力，对框架梁11和框架柱12起到了摩擦耗能作用，迅速消耗输入框架梁11和框架柱12的地震能量，保护框架梁11和框架柱12的安全。

本发明咬合式两阶段摩擦耗能阻尼器的有益效果为：

本发明的阻尼器具有明确的两阶段力学性能，在大、小地震和风振下均有良好的效果，符合消能减震(振)装置理想的工作性能。

本发明的阻尼器在小震和风振作用下具有足够的刚度，但不消耗其摩擦耗能性能，可以有效控制结构在小震和风振下的变形和稳定性，减小长期荷载作用下结构的徐变变形。

在中震和大震作用下，阻尼器不再对结构提供刚度，从而减小结构所受水平地震力，同时阻尼器的摩擦耗能机制发挥作用，迅速消耗输入结构的地震能量。

通过设置在滑动板之间的滑动摩擦层，可以有效吸收地震能量。

通过调整滑动组件之间的咬合面数量，可以调整滑动摩擦层数量，从而调整阻尼器的摩擦耗能能力。

通过调整限位螺栓的预压力，可以调整阻尼器的摩擦耗能能力。

通过调整剪力销的截面面积、剪力销连接件中翼板的数量和厚度，可以调整剪力销剪断时对应的荷载，使阻尼器在中震时迅速进入摩擦耗能状态。

本发明的阻尼器构造简单、传力明确、机理清晰，可用于中高层建筑、高耸建筑、大跨空间结构，也可用于既有建筑的加固改造。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。