[發明專利]基于疊層壓電驅動器調節的智能黏滯阻尼器

有效

• 申請號: 201610056967.0
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105696721B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 譚平;戴納新;李洋;劉歡;龍耀球
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所 11344
• 代理人: 馬麗麗;江錦利

本發明涉及一種基于疊層壓電驅動器調節的智能黏滯阻尼器，包括具有主缸和副缸的缸筒，以及位于缸筒內的活塞、主導桿和副導桿，主導桿的尾端固定連接在所述活塞的與所述主缸對應的第一端面上，副導桿的首端固定連接在所述活塞的與所述副缸對應的第二端面上；所述缸筒內部裝有黏滯液體阻尼材料，所述活塞上具有貫穿所述第一端面及第二端面的阻尼孔；還包括安裝在所述副導桿上的疊層壓電驅動器、安裝在所述阻尼孔上的閥門、以及連接所述疊層壓電驅動器和所述閥門的傳動軸；所述傳動軸在所述疊層壓電驅動器的驅動下帶動所述閥門運動，使所述阻尼孔的孔徑可調。本發明能夠減少時滯影響并提高輸出力，從而滿足土木工程在地震作用下減震控制的需求。

技術領域

本發明涉及土木工程結構消能減震半主動控制技術領域，具體是涉及一種具有大出力、可調倍數高和響應速度快的可變孔徑的黏滯阻尼器，其采用基于疊層壓電驅動器的壓電閥調節黏滯阻尼力。

背景技術

黏滯流體消能阻尼器(Viscous Fluid Damper,即VFD，簡稱黏滯阻尼器),是指通過黏滯液體在活塞孔和/或間隙中流動產生阻尼，耗散振動能量，黏滯流體力學的相關研究表明，這種阻尼力主要與活塞的運動速度相關，所以是一種速度相關型消能阻尼器。該類型阻尼器一般如圖1所示，由缸筒(包括主缸1和副缸2)、活塞3、阻尼孔4、主導桿5和副導桿6等部分組成，缸筒內裝滿黏滯流體，為產生較大阻尼力，還利用缸筒的密封形成最大可達200MPa左右的油壓(該油壓的具體值由減震所需阻尼力的大小決定)，此時活塞沿缸筒縱向做往復運動，而活塞上有適量小孔成為阻尼孔(和/或活塞與缸筒間的機械配合間隙)，黏滯流體阻尼材料從活塞阻尼孔中高速通過，能夠產生較大的黏滯阻尼力。土木工程結構用黏滯阻尼器的缸筒一般由大型的品牌機械廠設計制造(這與摩擦阻尼器由建筑施工企業設計和現場安裝明顯不同)，缸筒材料往往可以采用高強度合金鋼，具有很好的密封性和耐壓能力，所以缸筒能承受很大的油壓，能提供很大的阻尼(阻尼力比摩擦阻尼器大一個數量級)，因而能有效地減少土木工程結構的振動，因為相對于機械工程領域的阻尼器，土木工程的特點是結構物的質量特別巨大，需要的阻尼也往往比機械領域大幾個數量級。同樣是由于機械加工廠高精度生產的原因，它還有產品性能穩定、阻尼力出力精度高(大大提高了結構地震響應的可控性，并且便于結構地震響應的計算)、耐久性和溫度穩定也特別好等優點。

上述優點表明，在土木工程結構抗震和抗風控制中黏滯阻尼器有廣闊的應用前景；從20世紀70年代以來，已經逐步廣泛應用于土木工程結構的消能減震控制。在這個過程中，美國、日本和歐洲的意大利等發達經濟體國家已率先將其應用于實際工程，然后世界各國的中心城市，特別是地震高烈度的城市，也先后在其標志性建筑的減震控制中投入實際工程應用。近年來，我國的高烈度地區的中心城市(特別是北京和天津等特大型城市)也逐漸開始工程實際應用，其中美國泰勒公司(Taylor Devices Inc.)、上海材料研究所和柳州歐唯姆公司等的產品在國內應用相當廣泛，特別是在大型橋梁的振動控制應用中已經比較普及，例如：北京奧運會盤古大觀高層建筑、北京火車西客站抗震加固，杭州灣跨海大橋和正在建設中的港珠澳大橋等。

目前的黏滯阻尼器設計的黏滯阻尼力不可調節，導致其土木工程結構的減震效果非常有限，大大限制了黏滯阻尼器的應用范圍。例如美國隔震領域的學者Kelly早就指出在隔震層安裝黏滯阻尼器，將導致在小震和中震時放大隔震層上部結構的加速度和層間位移，也就是說減小了隔震效果甚至將隔震效果降為零,再加上安裝黏滯阻尼器費用昂貴的特點，導致其工程應用范圍受到很大影響。

1998年美國的Patten W.等人在美國Okahoma的公路橋上安裝了利用傳統電磁閥來控制的可變小孔黏滯阻尼器，并進行了現場實測，實測結果表明，該半主動控制能大幅度減少車輛導致的橋梁結構振動，從而在原有基礎上延長了公路橋的使用年限達40年。2000年，世界上第一棟智能混合隔震建筑在日本Keio大學建成，是該大學工程學院院樓，這個辦公與試驗大樓就是采用了可變小孔黏滯阻尼器與疊層橡膠隔震支座作為地震防護系統。