一種新型建筑用阻尼器的研發和應用

孫艷芬，盧小青

（1.常州機電職業技術學院，江蘇 常州 213164；2.常州格林電力機械制造有限公司，江蘇 常州 213119）

一種新型建筑用阻尼器的研發和應用

孫艷芬1，盧小青2

（1.常州機電職業技術學院，江蘇 常州 213164；2.常州格林電力機械制造有限公司，江蘇 常州 213119）

工程建設中振動控制是一個關鍵要素，針對目前振動控制結構的應用情況，論文提出了一種安裝在建筑物上用于減輕地震及風力等破壞的新型建筑用阻尼器。該阻尼器通過對速度控制實現對建筑振動有效調控，起到安全保護的作用，本設計安全和實用性高，具有很好的應用和推廣價值。

建筑工程；減振控制；阻尼器

0 引言

現今高科技的快速發展，高層建筑遍地開花。高層建筑展示著一個國家和區域的經濟發展的實力和科技水平，尤其是超高層建筑更是一個城市的地標，綜合體現著多個領域的高新技術，其中建筑物結構之安全設計最為重要。要確保建筑結構安全，首先就要有超強抗地震能力，二十世紀，特別是近二三十年人們對建筑物的抗振動能力的提高十分重視也做出了巨大努力，取得了顯著的成果，人們對提高抗震能力的措施從增加梁、柱逐步轉向結合結構的動力性能來避免或減少了地震、風力的破壞，其中阻尼吸能、耗能系統、主動控制減振系統等逐漸走向了工程實際，這些結構保護系統中利用阻尼器其來吸能減振效果具有較好的口碑，阻尼消能減振技術是利用阻尼特性來減振，由于其減振效果顯著且安全可靠，在新建建筑、橋梁及建筑物加固等的形式中應用日趨廣闊。

1 總體設計思路

文中提出的一種新型建筑用阻尼器，在綜合考慮結構安全性和舒適度的要求下，設計了減振機理明確，減振效果明顯的新型阻尼減振裝置，用以解決現有減振技術設計不夠合理等方面，在平時情況下，建筑阻尼器處于自由狀態，長度可以隨建筑物溫度變化進行伸縮調整。當受到地震或者其他突然沖擊時會呈現閉鎖狀態，將項鏈的兩個構件連成一個整體，共同受力，同時該建筑阻尼器是利用阻尼特性來耗能減振的，當受到地震或者其他突然外沖擊時用來減小建筑物的損壞，猶如汽車中的安全帶的功能，對建筑物起到安全保護的作用。該設計思路簡單實用，并具有動力性能穩定、高耗能、對溫度不敏感等特點，具有一定的應用推廣價值。

2 建筑用阻尼器的結構及動作原理

本文設計的阻尼器是一種安置在結構系統上的減振構件，用來提供運動的阻力進而減緩機械振動耗減動能的裝置，動作原理為：阻尼器活塞上設有阻尼孔，缸內裝滿高粘性阻尼介質，當建筑結構由于地震及風力等發生振動時，安裝在結構中的建筑阻尼器的活塞和液壓缸發生相對運動。阻尼介質與阻尼器結構中的部件由于相互作用產生耗能力，耗散外界輸入結構的振動及沖擊能量進而達到減振的目的。

建筑阻尼器結構組成如下圖1所示，主要由以下部分組成：液壓缸、活塞、活塞桿（在活塞兩側對稱設置）、密封材料和連接裝置。

圖1　建筑用阻尼器結構圖Fig.1 Damper structure map building

本設計中粘性介質采用的粘性介質為硅油，具有優良的熱氧化穩定性，在極低和極高溫度下（-50℃～+250℃）性能穩定，吸收振動性能較好。同時它具有優良的電絕緣性能、疏水性和及良好的抗氧化等性能。

3 阻尼器性能分析與應用

建筑阻尼器應用在新建建筑、橋梁等場合主要是利用其阻尼特性，阻尼器主要用于起緩沖作用，就如安全氣囊保護作用一樣，可以對相連的機構的速度起緩沖作用。阻尼器阻尼作用，是通過速度的控制來實現的，對于一般的建筑工程結構，當收到地震或風力影響時，阻尼器的阻尼器系數不隨振動頻率的變化而變化，通常情況下，阻尼器的輸出阻尼力F，與活塞的運動速度u的a次方成正比，即可以用以下公式描述：

F=cuα

式中：F—阻尼器輸出阻尼力（N）；c—阻尼系數（N·s/m）；u—阻尼器活塞運動速度（m/s）；α—阻尼速度指數（常取0.3～1.0）。

式中阻尼力隨著運動速度的變化而變化。當運動速度比較快時，阻力就明顯增大，當運動速度很低時，阻力則幾乎沒有。運用速度控制原理，本設計中設置位移指示方便判斷活塞在油缸中的位置，通過控制活塞速度即低速時允許移動，在速度或加速度超過相應的值時產生閉鎖，形成剛性支撐，當大震作用時，阻尼器發揮其耗能作用，減小各單體間傳遞的地震力保持各結構單體間的有效連接，進而有效吸能防震。同時該阻尼器外形簡潔，結構對稱、緊湊，安裝便捷，安裝空間小；低速運動阻力小，不超過額定載荷的10%；耗能效率高，達到90%以上；阻尼器兩端均裝有關節軸承，利于施工安裝和工作擺動（允許工作擺角±6°）；液壓硅油穩定、抗燃、耐老化；密封性好，密封件采用與介質相容性好的橡膠材料或采用金屬密封件。本產品的應用范圍較廣泛：如民用建筑如住宅、辦公樓、商場等多層高層及大跨建筑結構等；生命線工程如醫院、學校、城市功能建筑等；工業建筑如廠房、塔架、設備減振等；橋梁如人行橋、高架路橋等；軍工、核電、火電、石化、鋼鐵等行業管道和閥門。建筑阻尼器的安裝形式有多種，鑒于工作效率和減振效果考慮，建議如圖2所示，也可根據工程實際設置其他安裝方式。

圖2　建筑阻尼器安裝方式Fig.2 Building damper installation mode

4 結束語

建筑阻尼器的研發和應用，猶如給建筑或橋梁裝上了“安全帶”。當工程結構因振動而發生變形，阻尼器就發揮其耗能減振的作用，最大限度吸收和消耗了地震風力等振動發生時對建筑結構的沖擊能量，大大緩解了對建筑物的損害，本設計安全可靠、實用性較強，具有一定的應用推廣價值。

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A New Type of Building Research and Development and Application of Damper

SUN Yan-Fen1，LU Xiao-Qin2
（1.Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou Jiangsu 213164，China；2.Changzhou Gelin Electric Power Machinery Manufacture Co.，Ltd.，Changzhou Jiangsu 213119，China）

Vibration control in engineering construction is a key element，based on the current application of vibration control structures，this paper puts forward a installed in buildings to reduce earthquake damage such as wind power of the new building of damper.The damper based on speed control realize effective control of construction vibration，have the effect of security protection，This design security and practicability，has the very good application and popularization value.

construction engineering；vibration control；damper

TB21

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.03.021

1002-6673（2015）03-061-02

2015-03-12

孫艷芬（1980-），女，江蘇常州人，講師。研究方向：機械制造及結構設計；盧小青（1980-），男，江蘇金壇人，工程師。研究方向：機械工程技術與應用。