一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器与土木工程结构
1.本发明属于结构振动控制相关技术领域，更具体地，涉及一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器与土木工程结构。
背景技术：
2.传统土木工程结构的抗震和抗风设计是通过提高结构自身的能力来耗散地震能量，然而对于比较严重的自然灾害，如强震和台风等，这种方法既不经济，也无法满足对安全的要求，达不到预期效果，所以工程结构振动控制一直是抗震技术中的热点问题之一。其中，结构消能减震技术通过在结构某些关键性部位(如支撑、剪力墙、连接缝或连接构件位置等)设置耗能装置，使得主体进入非弹性状态前装置率先进入耗能工作状态，进而通过该装置产生摩擦、弯曲、剪切、扭转等弹塑性或粘弹性滞回变形来耗散能量或吸收地震输入结构的能量，以减轻主体结构的地震反应。
3.目前，利用黏滞流体阻尼器对结构进行被动控制的方法由于装置简单，材料经济，减震性能好，在实际结构振动控制中具有广泛的应用前景。传统黏滞阻尼器主要由活塞、缸体、端盖、阻尼介质和连接体组成。活塞将缸体一分为二，活塞在缸体内往复运动过程中，阻尼介质在两个分隔腔体内迅速流动，流动中产生的阻尼力，将地震动能，通过活塞在阻尼介质中的往复运动转化为热量耗散掉，使活塞运动速度逐渐降低，最终达到阻尼耗能的目的。但现有技术中的黏滞流体阻尼器几乎只能在受拉和受压时发挥耗能的作用，无法在受扭时起到减振作用。实际上，由于地震波在地面上各点的波速、周期和相位不同，许多建筑、桥梁、大型机械设备均会产生扭转振动，甚至发生倾覆类的扭转破坏。因此传统黏滞流体阻尼器无法很好的满足工程振动控制的需求。
技术实现要素：
4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器与土木工程结构，其利用黏性流体提供的阻尼发挥耗能作用，从而能够同时在拉压和扭转方位上对结构起到减振耗能效果，该阻尼器具有功能丰富、构造简单、操作简单、能够自动复位等优点。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，所述阻尼器包括外筒体机构、拉压耗能机构及扭转耗能机构，所述扭转耗能机构设置在所述外筒体机构内，所述拉压耗能机构连接于所述扭转耗能机构；所述扭转耗能机构能绕所述外筒体机构的中心轴转动；
6.所述拉压耗能机构通过沿所述外筒体机构的轴向运动以提供轴向阻尼力；所述扭转耗能机构通过绕所述外筒体机构的中心轴旋转以起到受扭时的减振作用。
7.进一步地，所述外筒体机构包括外筒体，所述外筒体呈圆柱状，其内部开设有圆柱形的收容腔；所述扭转耗能机构设置在所述收容腔内，其相背的两端分别通过上端轴承及下端轴承转动地连接于所述收容腔相背的两端面；所述收容腔内充满黏滞阻尼液。
8.进一步地，所述收容腔相背的两个底面分别开设有顶部凹槽及底部凹槽；所述顶部凹槽及所述顶部凹槽分别用于固定上端轴承及下端轴承，继而通过所述上端轴承及所述下端轴承连接所述扭转耗能机构相背的两端，使得所述扭转耗能机构能够绕所述外筒体的中心轴转动。
9.进一步地，所述拉压耗能机构包括顶部连接件、活塞杆、活塞式阻尼板、第一复位弹簧及第二复位弹簧，所述顶部连接件刚性连接于所述活塞杆的一端，所述活塞杆的另一端依次穿过所述外筒体的顶部及所述上端轴承后伸入所述扭转耗能机构内，且其刚性连接于所述活塞式阻尼板；所述第一复位弹簧套设在所述活塞杆上，且其位于所述活塞式阻尼板与所述顶部连接件之间，所述第二复位弹簧的一端抵靠在所述活塞式阻尼板上，且其与所述第一复位弹簧分别位于所述活塞式阻尼板相背的两侧。
10.进一步地，所述活塞式阻尼板呈盘状，其开设有多个贯穿的阻尼板孔及多个矩形孔，所述阻尼板孔用于供黏滞阻尼液通过以产生轴向阻尼力；所述矩形孔的长度方向沿所述活塞式阻尼板的径向设置；多个所述矩形孔绕所述活塞式阻尼板的中心轴均匀排布。
11.进一步地，所述扭转耗能机构包括内筒体顶板、内筒体底板及多个阻尼肋板，所述上端轴承的内环与外环分别与所述内筒体顶板及所述顶部凹槽刚性连接；所述下端轴承的内环与外环分别与所述内筒体底板及所述底部凹槽刚性连接；所述阻尼肋板相背的两端分别刚性连接于所述内筒体顶板及所述内筒体底板以组成内筒体结构，且多个所述阻尼肋板绕所述内筒体顶板的中心轴均匀排布。
12.进一步地，所述阻尼肋板的宽度方向沿所述内筒体顶板的径向设置，多个所述阻尼肋板组成一个安装腔，所述安装腔用于收容所述第一复位弹簧、所述第二复位弹簧及部分所述活塞杆，所述阻尼肋板与所述活塞杆之间间隔预定距离。
13.将进一步地，所述阻尼肋板的数量与所述矩形孔的数量相同，矩形孔的尺寸比阻尼肋板的截面尺寸略大一点，多个所述阻尼肋板分别穿过多个所述矩形孔，所述活塞式阻尼板能够沿所述阻尼肋板上下运动。
14.进一步地，所述阻尼肋板开设有多个均匀分布且贯穿的肋板孔，相邻阻尼肋板上的肋板孔的位置相对错开，间隔的阻尼肋板的肋板孔的位置保持一致。
15.本发明提供了一种土木工程结构，所述土木工程结构包括本体机构及如上所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，所述耗能阻尼器连接于所述本体机构。
16.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器与土木工程结构主要具有以下有益效果：
17.1.当结构受拉或者受压时，活塞杆带动活塞式阻尼板轴向运动以产生并提供轴向阻尼力，能够起到黏滞耗能和减振作用；当结构受到冲击变形时，复位弹簧产生形变和复位可以达到复位效果。
18.2.当外部结构同时发生拉压和扭转变形时，活塞式阻尼板在发生轴向运动和转动的同时可以带动内筒体绕轴转动，黏滞阻尼液流过相邻阻尼肋板上错位的小孔时，可以产生更大的阻尼力，进而同时起到受拉压和受扭的减振和粘性耗能作用。
19.3.本发明可以根据实际工程需要调整内外筒体结构的尺寸、阻尼板的开孔大小和位置，增加筒体长度，可以提高活塞式阻尼板的轴向运动行程以应对结构发生较大变形的情况，与此同时六块阻尼肋板的长度也得以增大，能够提供更高的受扭阻尼，结构受扭的减
振性能也能得以提升。
20.4.本发明所提供的阻尼器为纯机械连接，且构造简单直接，并且对黏滞阻尼液的密封性较好，制造、安装及维护简单，使用时性能更稳定，且易于拆卸并能重复使用。
附图说明
21.图1是本发明提供的一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器的结构示意图；
22.图2是图1中的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器的剖视图；
23.图3中的(a)、(b)分别是图1中的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器的拉压耗能机构的结构示意图及剖视图；
24.图4中的(a)、(b)分别是图1中的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器的扭转耗能机构的结构示意图及剖视图。
25.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-顶部连接件，2-活塞杆，3-上端轴承，4-内筒体顶板，5-阻尼肋板，6-肋板孔，7-第一复位弹簧，8-活塞式阻尼板，9-第二复位弹簧，10-内筒体底板，11-外筒体，12-下端轴承，13-底部连接件，14-阻尼板孔，15-矩形孔。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.请参阅图1及图2，本发明提供的一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，所述阻尼器包括外筒体机构、拉压耗能机构及扭转耗能机构，所述扭转耗能机构设置在所述外筒体机构内，所述拉压耗能机构连接于所述扭转耗能机构。所述拉压耗能机构通过沿所述外筒体机构的轴向运动以提供轴向阻尼力；所述扭转耗能机构通过绕所述外筒体的中心轴旋转以起到受扭时的减振作用。
28.所述外筒体机构包括外筒体11及底部连接件13，所述外筒体11呈圆柱状，其内部开设有圆柱形的收容腔，所述收容腔用于收容所述扭转耗能机构。所述收容腔相背的两个底面分别开设有顶部凹槽及底部凹槽，所述顶部凹槽及所述底部凹槽均为圆形，且所述顶部凹槽的中心轴、所述底部凹槽的中心轴、所述收容腔的中心轴及所述外筒体11的中心轴重合。其中，所述顶部凹槽及所述顶部凹槽分别用于固定上端轴承3及下端轴承12，继而通过所述上端轴承3及所述下端轴承12连接所述扭转耗能机构，使得所述扭转耗能机构能够绕所述外筒体11的中心轴转动。所述外筒体11邻近所述底部凹槽的一端连接所述底部连接件13，所述外筒体机构通过所述底部连接件13连接其他建筑结构或者其他机械结构等外部结构。本实施方式中，所述收容腔内充满了黏滞阻尼液。
29.请参阅图3，所述拉压耗能机构包括顶部连接件1、活塞杆2、活塞式阻尼板8、第一复位弹簧7及第二复位弹簧9，所述顶部连接件1刚性连接于所述活塞杆2的一端，所述活塞杆2的另一端依次穿过所述外筒体11的顶部及所述上端轴承3后伸入所述扭转耗能机构内，且其刚性连接于所述活塞式阻尼板8。所述拉压耗能机构通过所述顶部连接件1连接于外部
结构。所述活塞杆2的中心轴与所述活塞式阻尼板8的中心轴重合，所述第一复位弹簧7套设在所述活塞杆2上，且其位于所述活塞式阻尼板8与所述顶部连接件1之间，所述第二复位弹簧9的一端抵靠在所述活塞式阻尼板8上，且其与所述第一复位弹簧7分别位于所述活塞式阻尼板8相背的两侧。
30.所述活塞式阻尼板8呈盘状，其开设有多个贯穿的阻尼板孔14及多个所述矩形孔15，所述阻尼板孔14用于供黏滞阻尼液通过。所述矩形孔15的长度方向沿所述活塞式阻尼板8的径向设置。多个所述矩形孔15绕所述活塞式阻尼板8的中心轴均匀排布。其中，所述活塞式阻尼板8沿所述活塞杆2的轴向运动时挤压所述收容腔内的粘性阻尼液流过所述阻尼板孔14，从而产生轴向阻尼力。
31.请参阅图4，所述扭转耗能机构包括上端轴承3、下端轴承12、内筒体顶板4、内筒体底板10及多个阻尼肋板5，所述上端轴承3的内环与外环分别与所述内筒体顶板4及所述顶部凹槽刚性连接。所述下端轴承12的内环与外环分别与所述内筒体底板10及所述底部凹槽刚性连接。所述阻尼肋板5相背的两端分别刚性连接于所述内筒体顶板4及所述内筒体底板10以组成内筒体结构，且多个所述阻尼肋板5绕所述内筒体顶板4的中心轴均匀排布。所述阻尼肋板5的宽度方向沿所述内筒体顶板4的径向设置。多个所述阻尼肋板5组成一个安装腔，所述安装腔用于收容所述第一复位弹簧7、所述第二复位弹簧9及部分所述活塞杆2，即所述阻尼肋板5与所述活塞杆2的中心轴之间间隔预定距离。
32.本实施方式中，所述阻尼肋板5的数量与所述矩形孔15的数量相同，均为六个；六个所述阻尼肋板5分别穿过六个所述矩形孔15，所述活塞式阻尼板8能够沿所述阻尼肋板5上下运动；所述内筒体结构的中心轴与所述活塞杆2的中心轴重合。
33.所述阻尼肋板5开设有多个均匀分布且贯穿的肋板孔6，相邻阻尼肋板5上的肋板孔6的位置相对错开，防止黏性阻尼液轻易通过相邻阻尼肋板5，以此增大阻尼器受扭时的黏滞耗能作用，间隔的阻尼肋板5的肋板孔6的位置保持一致，使得阻尼肋板5能提供更强的阻尼力，进而整个扭转耗能机构便可在收容腔内绕轴自由转动。
34.所述第一复位弹簧7相背的两端分别与所述活塞式阻尼板8及所述收收容腔的一个底面相抵，所述第二复位弹簧9相背的两端分别与所述活塞式阻尼板8及所述收容腔的另一底面相抵，两者共同用于使所述活塞式阻尼板8发生轴向运动后可自动复位。
35.在安装内筒体结构时，先将六块阻尼肋板穿过活塞式阻尼板的六个矩形孔，再与内筒体顶板和内筒体底板焊接。当外部结构同时发生轴向和扭转变形时，活塞式阻尼板发生轴向运动的同时会带动内筒体结构转动，内筒体结构的六块肋板与黏性阻尼液发生相互作用而产生扭转阻尼力，进而使阻尼器不但可以实现受拉、受压耗能，同时也可实现扭转耗能，这也提高了阻尼器的减振耗能功效。
36.本发明还提供了一种土木工程结构，所述土木工程结构包括本体机构及如上所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，所述耗能阻尼器连接于所述本体机构。具体地，所述耗能阻尼器通过顶部连接件及底部连接件连接所述本体机构。
37.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述阻尼器包括外筒体机构、拉压耗能机构及扭转耗能机构，所述扭转耗能机构设置在所述外筒体机构内，所述拉压耗能机构连接于所述扭转耗能机构；所述扭转耗能机构能绕所述外筒体机构的中心轴转动；所述拉压耗能机构通过沿所述外筒体机构的轴向运动以提供轴向阻尼力；所述扭转耗能机构通过绕所述外筒体机构的中心轴旋转以起到受扭时的减振作用。2.如权利要求1所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述外筒体机构包括外筒体，所述外筒体呈圆柱状，其内部开设有圆柱形的收容腔；所述扭转耗能机构设置在所述收容腔内，其相背的两端分别通过上端轴承及下端轴承转动地连接于所述收容腔相背的两端面；所述收容腔内充满黏滞阻尼液。3.如权利要求2所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述收容腔相背的两个底面分别开设有顶部凹槽及底部凹槽；所述顶部凹槽及所述底部凹槽分别用于固定上端轴承及下端轴承，继而通过所述上端轴承及所述下端轴承连接所述扭转耗能机构相背的两端，使得所述扭转耗能机构能够绕所述外筒体的中心轴转动。4.如权利要求3所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述拉压耗能机构包括顶部连接件、活塞杆、活塞式阻尼板、第一复位弹簧及第二复位弹簧，所述顶部连接件刚性连接于所述活塞杆的一端，所述活塞杆的另一端依次穿过所述外筒体的顶部及所述上端轴承后伸入所述扭转耗能机构内，且其刚性连接于所述活塞式阻尼板；所述第一复位弹簧套设在所述活塞杆上，且其位于所述活塞式阻尼板与所述顶部连接件之间，所述第二复位弹簧的一端抵靠在所述活塞式阻尼板上，且其与所述第一复位弹簧分别位于所述活塞式阻尼板相背的两侧。5.如权利要求4所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述活塞式阻尼板呈盘状，其开设有多个贯穿的阻尼板孔及多个矩形孔，所述阻尼板孔用于供黏滞阻尼液通过以产生轴向阻尼力；所述矩形孔的长度方向沿所述活塞式阻尼板的径向设置；多个所述矩形孔绕所述活塞式阻尼板的中心轴均匀排布。6.如权利要求5所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述扭转耗能机构包括内筒体顶板、内筒体底板及多个阻尼肋板，所述上端轴承的内环与外环分别与所述内筒体顶板及所述顶部凹槽刚性连接；所述下端轴承的内环与外环分别与所述内筒体底板及所述底部凹槽刚性连接；所述阻尼肋板相背的两端分别刚性连接于所述内筒体顶板及所述内筒体底板以组成内筒体结构，且多个所述阻尼肋板绕所述内筒体顶板的中心轴均匀排布。7.如权利要求6所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述阻尼肋板的宽度方向沿所述内筒体顶板的径向设置，多个所述阻尼肋板组成一个安装腔，所述安装腔用于收容所述第一复位弹簧、所述第二复位弹簧及部分所述活塞杆，所述阻尼肋板与所述活塞杆之间间隔预定距离。8.如权利要求6所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述阻尼肋板的数量与所述矩形孔的数量相同，多个所述阻尼肋板分别穿过多个所述矩形孔，所述活塞式阻尼板能够沿所述阻尼肋板上下运动。9.如权利要求6所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，其特征在于：所述阻尼肋板开设有多个均匀分布且贯穿的肋板孔，相邻阻尼肋板上的肋板孔的位置相对错开，间隔的阻尼肋
板的肋板孔的位置保持一致。10.一种土木工程结构，其特征在于：所述土木工程结构包括本体机构及权利要求1-9任一项所述的拉压与扭转黏滞耗能阻尼器，所述耗能阻尼器连接于所述本体机构。
技术总结
本发明属于结构振动控制相关技术领域，其公开了一种拉压与扭转黏滞耗能阻尼器及土木工程结构，所述阻尼器包括外筒体机构、拉压耗能机构及扭转耗能机构，所述扭转耗能机构设置在所述外筒体机构内，所述拉压耗能机构连接于所述扭转耗能机构；所述扭转耗能机构能绕所述外筒体机构的中心轴转动；所述拉压耗能机构通过沿所述外筒体机构的轴向运动以提供轴向阻尼力；所述扭转耗能机构通过绕所述外筒体机构的中心轴旋转以起到受扭时的减振作用。本发明利用黏性流体提供的阻尼发挥耗能作用，从而能够同时在拉压和扭转方位上对结构起到减振耗能效果；该阻尼器具有功能丰富、构造简单、操作简单、能够自动复位等优点。能够自动复位等优点。能够自动复位等优点。
