一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用

本发明属于桥梁减隔震领域，具体而言，涉及一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用。

背景技术：

1、桥梁作为道路交通中重要的枢纽，在遭遇地震时，若桥梁发生落梁、过度倾斜等重大事故将会阻碍抢险救灾工作的开展，威胁人们的生命财产安全，因此维持桥梁的承载能力成为重点研究方向。近年来，国内外学者不断提出结构控制的机理，利用减震装置来减轻桥梁在地震作用下的响应。减震装置作为重要的传力构件，若刚度过大，在地震来临时不能充分耗能，破坏墩梁；若减震装置刚度过小，则无法提供足够的刚度而导致落梁，因此对减震装置性能要求较高。在正常运营与遭遇地震时均能实现减震（振）耗能，保证桥梁的良好的工作状态。现如今桥梁减隔震领域中广泛应用被动控制技术，具有较高的可靠度，如摩擦阻尼，粘滞阻尼等。

2、其中大规模使用的粘滞阻尼器适用性好，耗能能力较强，但传统阻尼器存在强震作用下阻尼器可能会失效、地震力过大破坏缸体内部密封性、阻尼无法调节、耗能方式单一等缺点，严重可能导致桥梁严重损害。为解决上述问题，一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，亟待解决。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在解决上述现有技术的缺点，提出一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用，可提供足够的竖向刚度，两阶段变刚度使得阻尼器具有应对强震的能力，可防止缸内压力过大，第一弹簧组与第二弹簧组分阶段工作实现整体刚度自适应调节，利用摩擦、弹性恢复、节流阻尼多种耗能机制复合耗能提升耗能效率，具有较好的抗震性能。

2、技术方案：为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明首先提供一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体以及设置在外缸体里面的第一内缸体和第二内缸体，所述第一内缸体里面设置有第二活塞，所述第二内缸体里面设置有第一活塞，活塞杆穿入所述外缸体并穿过第二内缸体和第一内缸体的里面与第二活塞和第一活塞连接，所述活塞杆上位于所述第一内缸体和第二内缸体的中间预制有构造圆盘，所述构造圆盘的圆周方向均匀设置有一组传力杆，所述传力杆的两端连接有摩擦块，所述第一内缸体和第二内缸体上靠近外缸体端部的位置分别通过卡销安装有垫板，所述摩擦块与所述垫板之间设置有第一弹簧组，所述第一内缸体与所述外缸体的端部以及第二内缸体与所述外缸体的端部设置有第二弹簧组，所述外缸体与所述第一内缸体和所述第二内缸体之间还设置有摩擦阻尼模块。

4、进一步地，所述摩擦阻尼模块包括分别设置在所述外缸体的内壁以及第一内缸体和第二内缸体的外壁上的限位滑轨，所述限位滑轨上安装有摩擦板，所述摩擦板与所述摩擦块相贴合。

5、进一步地，所述活塞杆的外端以及所述外缸体的外端均设置有连接耳环。

6、进一步地，所述第一内缸体和第二内缸体内部充满相同的粘滞流体，

7、进一步地，所述第一活塞与第二活塞均设置粘滞流体通孔。

8、进一步地，所述活塞杆的外部设置有限位环。

9、进一步地，第一内缸体与第二内缸体在活塞杆贯穿处均设置密封圈。

10、本发明还提供一种上述的分阶段变刚度粘滞阻尼器的安装方法，该方法包括如下步骤：

11、s11.制作和准备活塞杆、外缸体、限位滑轨、第一内缸体、第二内缸体、传力杆、摩擦板、第一弹簧组、第二弹簧组、密封圈、连接耳环、粘滞流体、垫板、限位环、卡销、摩擦块、第一活塞、第二活塞、构造圆盘；

12、s12.将与构造圆盘一体预制活塞杆与第一活塞、第二活塞在第一内缸体、第二内缸体内连接安装，注满粘滞流体，将第一活塞、第二活塞分别调整到第二内缸体和第一内缸体的缸内中心位置，安装密封圈；

13、s13.将摩擦板固定于限位滑轨上，限位滑轨固定在第一内缸体、第二内缸体的外侧面与外缸体的内侧面，然后在传力杆的端部安装摩擦块，再安装外缸体，调整摩擦板及限位滑轨的位置后再安装第一弹簧组、垫板以及卡销，将第一弹簧组固定在摩擦块与垫板上，保证两侧结构对称且无预应力；

14、s14.将第二弹簧组固定于第一内缸体、第二内缸体的底部与外缸体两端盖板上，再安装盖板。

15、本发明另外提供一种上述的分阶段变刚度粘滞阻尼器的应用，将所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器安装于墩梁之间或桥梁两端，实现桥梁的消能减震功能，在正常工况与地震作用下，墩梁之间发生相对位移，活塞杆受到往复的轴向力；

16、在正常使用与设防地震作用工况下，此时活塞杆作用于第一活塞、第二活塞，同时摩擦板与摩擦块发生相对位移，实现摩擦阻尼与节流阻尼双重增效耗能，第一弹簧组储存并传递地震能量，此时第一弹簧组受力作用于卡销，卡销未被破坏，此阶段能够有效减小桥梁位移，耗散地震能量；

17、当遇到罕遇地震时，阻尼器受到较大地震力作用，使得卡销受力超过其承载能力失效，第一弹簧组无法继续工作，此状态下第一内缸体与第二内缸体在活塞杆的作用下发生沿轴向位移，且第二弹簧组产生形变，摩擦阻尼模块的阻尼行程增大，满足强震作用下的消能减震需求。

18、有益效果

19、本发明主要传力构件为通长的活塞杆，在初始耗能阶段即第一阶段，内置第一弹簧组提供初始刚度，利用弹簧弹性恢复、节流阻尼复合机制协同耗能，利用第一弹簧储能，在正常运营状态下减小桥面抬升，保证桥梁正常使用。在中小震状态下，摩擦模块发生相对滑动产生的摩擦阻尼、第一活塞与第二活塞通过限制流体流动产生节流阻尼耗能机制协同工作，极大提升了耗能效率，第一弹簧组提供较大的刚度能有效防止内缸体压力过大；相比于传统粘滞阻尼器，本发明有效提高了阻尼器的耗能效率，耐久性明显改善。

20、在强震作用阶段即第二阶段，卡销失效，第一弹簧组不再提供竖向刚度，由第二弹簧组提供竖向刚度，此时第二弹簧组为主要的刚度来源，刚度相对减小，桥面承受的地震力相对减小，活塞杆位移相对增大，此时摩擦阻尼模块的耗能效率增强，具备自适应抗震的能力，在强震下提供更好的耗能效果；限位滑轨能限制活塞杆在一定的范围内发生位移，防止活塞杆发生过大位移而导致桥面发生过大位移。

21、3、由于活塞运动位置有限，粘滞阻尼模块在大震作用下其耗能能力不足。在强震作用下不同弹簧组工作状态变更，阻尼器整体刚度相对减小，内外缸体发生相对运动使得摩擦阻尼行程增大，具有较好的阻尼能力，因此本发明将两种耗能机制增效弥补粘滞阻尼器的缺点，在大震作用下具有较强的耗能潜力。

技术特征：

1.一种分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于：所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体（2）以及设置在外缸体里面的第一内缸体（4）和第二内缸体（5），所述第一内缸体（4）里面设置有第二活塞（18），所述第二内缸体（5）里面设置有第一活塞（17），活塞杆（1）穿入所述外缸体（2）并穿过第二内缸体（5）和第一内缸体（4）的里面与第二活塞（18）和第一活塞（17）连接，所述活塞杆（1）上位于所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）的中间预制有构造圆盘（19），所述构造圆盘（19）的圆周方向均匀设置有一组传力杆（6），所述传力杆（6）的两端连接有摩擦块（16），所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）上靠近外缸体（2）端部的位置分别通过卡销（15）安装有垫板（13），所述摩擦块（16）与所述垫板（13）之间设置有第一弹簧组（8），所述第一内缸体（4）与所述外缸体（2）的端部以及第二内缸体（5）与所述外缸体（2）的端部设置有第二弹簧组（9），所述外缸体（2）与所述第一内缸体（4）和所述第二内缸体（5）之间还设置有摩擦阻尼模块。

2.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述摩擦阻尼模块包括分别设置在所述外缸体（2）的内壁以及第一内缸体（4）和第二内缸体（5）的外壁上的限位滑轨（3），所述限位滑轨（3）上安装有摩擦板（7），所述摩擦板（7）与所述摩擦块（16）相贴合。

3.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述活塞杆（1）的外端以及所述外缸体（2）的外端均设置有连接耳环（11）。

4.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述第一内缸体（4）和第二内缸体（5）内部充满相同的粘滞流体（12）。

5.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述第一活塞（17）与第二活塞（18）均设置粘滞流体通孔。

6.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，所述活塞杆（1）的外部设置有限位环（14）。

7.根据权利要求1所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器，其特征在于，第一内缸体（4）与第二内缸体（5）在活塞杆（1）贯穿处均设置密封圈（10）。

8.一种权利要求1-7之一所述分阶段变刚度粘滞阻尼器的安装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

9.一种权利要求1-7之一所述分阶段变刚度粘滞阻尼器的应用，其特征在于，将所述的分阶段变刚度粘滞阻尼器安装于墩梁之间或桥梁两端，实现桥梁的消能减震功能，在正常工况与地震作用下，墩梁之间发生相对位移，活塞杆（1）受到往复的轴向力；

技术总结
本发明属于桥梁减隔震领域，公开了一种分阶段变刚度粘滞阻尼器及其安装方法及应用，该分阶段变刚度粘滞阻尼器包括外缸体以及设置在外缸体里面的两个内缸体，两个内缸体里面分别设置有活塞，活塞杆穿入外缸体并与活塞连接，活塞杆上预制有构造圆盘，构造圆盘的圆周方向均匀设置有一组传力杆，传力杆的两端连接有摩擦块，内缸体上靠近外缸体端部通过卡销安装有垫板，摩擦块与垫板之间设置有第一弹簧组，内缸体与外缸体的端部设置有第二弹簧组，外缸体与内缸体之间还设置有摩擦阻尼模块。本发明采用摩擦阻尼与粘滞阻尼耗能机制双重增效解决了传统阻尼器耗能能力不足与寿命短的问题，提升阻尼器的耗能效率与耐久性。

技术研发人员：郑文智,姚嘉栋,刘彦辉,谭平,冼志彬
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13