一种摩擦系数可变的索式摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及一种摩擦阻尼器，具体涉及一种正反向运动时摩擦系数可变的索式摩擦阻尼器。

背景技术

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)可知，许多地区包括一些著名大中型城市在内都属于高烈度地震区域，如昆明、北京、唐山等。对于高烈度地区，单纯依靠结构自身刚度抵抗中震、大震不仅不够经济，也难于从技术上做到，因此有必要对这些区域的建筑物进行减震设计。

云南省政府出台的《云南省隔震减震建筑工程促进规定》规定下列新建建筑工程应当采用隔震减震技术：(一)设防烈度7度以上区域内三层以上、且单体建筑面积1000平方米以上的学校、幼儿园校舍和医院医疗用房建筑工程；(二)前项规定以外，设防烈度8度以上区域内单体建筑面积1000平方米以上的重点设防类、特殊设防类建筑工程；(三)地震灾区恢复重建三层以上、且单体建筑面积1000平方米以上的公共建筑。鼓励前款规定范围以外的其他建筑工程采用隔震减震技术。由此可见，建筑结构的减震技术有着广阔的应用空间。

目前在多高层建筑中使用的减震用阻尼器多为摩擦阻尼器、金属阻尼器和粘滞阻尼器，其中摩擦阻尼器一般采用刚性金属杆件连接安装，通常安装在建筑物的某一层或某几层之间，一般采用交叉型斜向布置，通过利用某一层或某几层之间的层间位移来摩擦减震，但这种连接方式有着如下几个问题：一，采用刚性金属杆件连接，将会显著增加结构的侧向刚度，从而增大地震能量的输入；二、刚性金属杆在地震作用下为受拉受压杆件，由于长细比和截面大小的限制，难以利用多个楼层间的层间位移，从而导致单个摩擦阻尼器耗能能力有限，在实际工程中不得不增加摩擦阻尼器的布置数量，导致了工程成本的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种减震效果好、设备安装费用低的摩擦系数可变的索式摩擦阻尼器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种摩擦系数可变的索式摩擦阻尼器，包括摩擦阻尼器本体，所述摩擦阻尼器本体倾斜的连接建筑物的左上端和右下角，所述摩擦阻尼器本体包括阻尼器底盘、阻尼器上盖、可在阻尼器底盘与阻尼器上盖之间移动的金属块，所述金属块的一端通过钢索连接至建筑物的左上端，另一端通过复位弹簧连接建筑物的右下角，所述阻尼器上盖通过拉杆铰接在右侧建筑物上，所述阻尼器底盘通过支座固定在地面上。

进一步，所述阻尼器底盘与阻尼器上盖之间通过压力弹簧活动连接。阻尼器底盘与阻尼器上盖的中部形成空腔，所述空腔的内周圈固定有正反向摩擦系数可变的垫层。

进一步，所述金属块的材质为高锰钢。

本发明采用钢索受拉带动正反向摩擦系数可变的摩擦阻尼器耗能来代替现有的安装在金属杆上的摩擦阻尼器拉压耗能的方法，最大限度的减小了对建筑结构侧向刚度的增大作用，减少了地震能量的输入，同时能够利用钢索跨越尽可能多的楼层，利用更大的层间位移差来耗能(即增大了单个摩擦阻尼器的耗能能力)；可有效的减少设备安装费用和阻尼器安装数量。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中A-A处的截面示意图。

图中：1.摩擦阻尼器本体，1-1.阻尼器底盘，1-2.阻尼器上盖，1-3.压力弹簧，1-4.空腔,1-5.垫层，1-6.金属块，2.建筑物，3.钢索，4.复位弹簧，5.拉杆，6.支座，7.地面或楼层梁。

具体实施方式

下面结合附图1～图2和实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1-2，本实施例包括摩擦阻尼器本体1，所述摩擦阻尼器本体1倾斜的连接建筑物2的左上端和右下角，所述摩擦阻尼器本体1包括阻尼器底盘1-1和阻尼器上盖1-2，所述阻尼器底盘1-1与阻尼器上盖1-2之间通过左右两侧的压力弹簧1-3活动连接，压力弹簧1-3在其左右两侧均设有多组，阻尼器底盘1-1与阻尼器上盖1-2的中部形成空腔1-4，所述空腔1-4的内周圈固定有正反向摩擦系数可变的垫层1-5，空腔1-4内部设有可移动的金属块1-6，金属块1-6被多根压力弹簧1-3夹紧在阻尼器底盘1-1与阻尼器上盖1-2之间，当金属块1-6移动时，在垫层1-5、阻尼器底盘1-1和阻尼器上盖1-2之间产生耗能摩擦力。

金属块1-6的一端通过钢索3连接至建筑物2的左上端，另一端通过复位弹簧4连接建筑物2的右下角，所述阻尼器上盖1-2通过拉杆5铰接在右侧建筑物2上，可绕固定在柱或墙上的转动轴转动，避免被金属块运动时产生的摩擦力带动而发生运动。所述阻尼器底盘1-1通过支座6固定在地面7或楼层梁上。

金属块1-6的材质为高锰钢。

工作过程及工作原理：

当建筑物2所在区域发生地震时，建筑物2所处的地质结构在地震波作用下发生侧向位移，钢索3连接的建筑物2左上端的节点与右下角支座6之间产生侧向位移差，由此钢索3被带动向左侧移动，带动金属块1-6与阻尼器底盘1-1和阻尼器上盖1-2产生位移，在压力弹簧1-3的压力作用下，金属块1-6与阻尼器底盘1-1和阻尼器上盖1-2之间产生摩擦力耗散地震能量，同时复位弹簧4被拉伸而实现储能。当地质结构正向侧向位移达到最大值后反向运动，钢索3因为不能受压而松弛，此时金属块1-6在复位弹簧4的复位弹簧力作用下反向运动(需保证复位弹簧力大于反向摩擦力，且需合理设计复位弹簧的刚度及反向摩擦系数)至初始位置附近。当建筑结构反向运动至最大侧向位移后又开始做正向运动，由此开始摩擦阻尼器新一轮的耗能循环。

当地震发生时，建筑物2发生侧向位移，不同层之间产生的层间位移不同，故存在层间位移差，安装在不同层之间的钢索3被带动发生移动，由此钢索3带动金属块1-6正向运动(向图中所示斜上方运动)，与阻尼器底盘1-1及阻尼器上盖1-2之间发生摩擦耗能，同时带动金属块1-6尾部的复位弹簧4储能。

由于垫层1-5在正反向运动时的摩擦系数不同，假定垫层1-5正向摩擦系数为μ

F＝μ

其中，Δx为金属块1-6被钢索3带动后的移动距离，N为阻尼器底盘1-1及阻尼器上盖1-2施加在金属块1-6上的压力，其可由下式计算得到：N＝n×K

其中，Δx与索式阻尼器连接的建筑物2两端(一层或几层)的层间位移差成正比，其计算公式为：

故本索式摩擦阻尼器正向运动一个单程所耗散的能量为：

E

其中，Δx

正向运动一个单程所储存的能量为：

地震时结构会在地震波作用下发生往复运动，因此，当建筑物2结构正向侧向位移达到最大值后，将向反方向运动，此时，钢索3将松弛，理想状态下，作用在金属块1-6上的力将只有金属块1-6尾部的复位弹簧力与金属块1-6的反向摩擦力以及垂直于摩擦力的压力，如果复位弹簧力大于反向摩擦力，通过合理设计复位弹簧的刚度以及反向摩擦系数，金属块1-6将在尾部复位弹簧力的作用下回到最初的位置附近，从而使本索式阻尼器能够在下一次建筑结构的正向侧向运动时继续耗能，同时，复位弹簧力带动的复位运动也将耗散储存在复位弹簧4中的地震能量。

这要求复位弹簧力要大于反向摩擦力，即：K

还要求储存在弹簧中的能量大于反向运动至最初位置时摩擦力所耗散的能量，即：

由于钢索3的刚度远小于刚性杆件，因此其对建筑结构侧向刚度的增大作用将减小，同时由于在反向运动时钢索会松弛，也减小了反向运动时房屋建筑的刚度。

同时钢索为受拉构件，不受杆件长细比的约束，因此能够跨越的层数大大增加，从而能够利用更多楼层之间的层间位移，从而增加了阻尼器的减震性能。

本发明采用钢索受拉带动正反向摩擦系数可变的摩擦阻尼器耗能来代替现有的安装在金属杆上的摩擦阻尼器拉压耗能的方法，从而最大限度的减小了对建筑结构侧向刚度的增大作用，减少了地震能量的输入，同时能够利用钢索跨越尽可能多的楼层，利用更大的层间位移差来耗能(即增大了单个摩擦阻尼器的耗能能力)，作为一种新型摩擦耗能器，有利于减少设备安装费用和阻尼器安装数量。

本领域的技术人员对本发明进行的各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。