橋梁用可調式阻尼器相關專利的創新點及功能分析

（徐州市市政設計院有限公司，江蘇 徐州 221000）

傳統的橋梁用粘滯阻尼器，同規格產品只能滿足于單一的荷載，無法滿足各種復雜工況下的阻尼可調需求。

例如：情況1，在車輛制動及輕微風振作用下，阻尼器持續工作，導致阻尼器、伸縮縫等結構部件在地震發生前就疲勞損壞，無法達到對橋梁結構預期的減震作用；情況2，對于漂浮或者半漂浮體系的斜拉橋，需要在日常工作狀態下放松阻尼器的約束，由斜拉索彈性約束來承擔日常荷載；情況3，傳統液體粘滯阻尼器在高速時達到設計阻尼力，低速阻尼偏大，無法同時滿足高速較大阻尼力和低速較小阻尼力；情況4，山區橋梁需要通過阻尼器將動力荷載傳給橋臺，并期望橋臺僅受壓力作用，傳統阻尼器雙向傳力，橋臺容易受損。

筆者結合可調阻尼器領域的相關專利文件，將現有典型的專利技術在可調阻尼方面的功能和實現方式創新點整理如下，并提出本人對于該領域的技術設想。

1 典型專利技術整理

（1）專利名稱：可控式粘滯阻尼器（授權公告號：CN101576139B）。

專利要點：采用雙層筒結構，內外筒間設壓差調節裝置，阻尼器在往復運動中，當活塞相對運動速度較小時，缸筒內活塞兩邊的壓差也較小，沒有達到壓差調節裝置的開啟壓力，阻尼介質基本都是在壓差作用下，通過與調節裝置并聯的阻尼孔道從缸筒內高壓腔流往低壓腔。如果外界激勵作用加大，隨著活塞運動速度的加快，阻尼器缸筒內活塞兩端的壓差也相應加大。當高壓腔內阻尼介質的壓力達到或超過壓差調節裝置的開啟壓力時，調節裝置對高壓腔內的阻尼介質進行溢流，從而限制阻尼器缸筒高壓腔壓力的增大，使活塞兩邊的壓差基本保持穩定；在此同時，阻尼介質仍舊在壓差作用下，通過阻尼孔道從缸筒內的高壓腔流往低壓腔，只是阻尼孔兩端的壓差變化不大，所以阻尼器的最大輸出阻尼力能夠限制在設計范圍內（見圖1）。

圖1 可控式粘滯阻尼器

（2）專利名稱：一種粘滯阻尼器輸入位移速率加速裝置（授權公告號：CN104499597B）。

專利要點：將常規粘滯阻尼器與齒輪桿結構的加速傳動系統連接，亦可采用杠桿結構，利用齒輪和杠桿結構對位移的放大作用，提高阻尼器的耗能效率，從而提高了對結構振動的控制效率（見圖2）。

圖2 粘滯阻尼器輸入位移速率加速裝置

（3）專利名稱：一種在公路橋梁上使用的彈性間隙式粘滯阻尼器（授權公告號：CN104695321B）。

專利要點：增大傳統液體粘滯阻尼器的活塞的流通孔，并在增大后的活塞內流通空間中設置低模量彈性材料，當阻尼器運行速度急劇增大時，流通孔內液體的壓應力相應增大，彈性材料壓縮變形相應增大，同時液體流通間隙也相應增大，降低了液體流速增大的幅度，抑制了阻尼力增加的幅度，從而增加了滯回曲線的飽滿程度。

該發明的另一個優點是，傳統可變阻尼力的變間隙阻尼器對安裝精度要求很高，產品安裝時活塞必須位于間隙構造的中央對稱位才能滿足設計制造目的；并且傳統變間隙阻尼器的活塞外表和缸壁內需要曲面加工，曲面函數建模復雜，加工工藝難度大，很難保持產品質量穩定。該發明避免了設計加工難度大、滯回曲線不飽滿、安裝要求高等問題（見圖3）。

圖3 彈性間隙式粘滯阻尼器

（4）專利名稱：一種帶有磁性控制閥的大工作速度范圍的粘滯阻尼器（授權公告號：CN104805923B）。

專利要點：利用永磁鐵同性相斥的原則，在粘滯介質通過的孔隙上設置磁性控制閥，磁性控制閥由三塊彼此排斥的永磁鐵排列而成，其間隙為粘滯介質通過的孔隙，當阻尼器運動速度較小時，粘滯介質的壓力較小，磁性控制閥中的三塊永磁鐵的間距較大，介質通道面積較大，阻尼力增加幅度很小；當阻尼器運動速度較大時，粘滯介質的壓力較大，磁性控制閥中的三塊永磁鐵間距較小，介質通道面積較小，阻尼力進一步增大（見圖4）。

圖4 磁性控制閥

（5）專利名稱：一種粘滯阻尼器及安裝有該粘滯阻尼器的橋梁（授權公告號：CN106758766A）。

專利要點：通過在傳統粘滯阻尼器的過流孔隙上增設彈簧翻轉片（類似止逆閥），來實現阻尼器的單向持力，減小火車引起的橋臺受拉作用，保證山區橋梁只承受指向山體的壓力作用。避免橋臺損傷（見圖5）。

圖5 過流孔隙上增設彈簧翻轉片

（6）專利名稱：一種具有液壓熔斷功能的粘滯阻尼器（授權公告號：CN107152486A）。

專利要點：不同于傳統的金屬熔斷阻尼器，本發明設計了一種液壓熔斷機制，即在活塞上設置單向閥，單向閥在荷載小于熔斷臨界值時處于關閉狀態，使得腔室之間無法交換粘滯介質，在荷載大于熔斷臨界值時處于開啟狀態，粘滯介質由高壓腔室運動至低壓腔室，有效實現了粘滯阻尼器輕載時鎖定、重載（地震）時耗能減震的目的，并且避免了重復更換金屬熔斷裝置的問題（見圖6）。

圖6 具有液壓熔斷功能的粘滯阻尼器

（7）專利名稱：阻尼力可調的粘滯阻尼器（授權公告號：CN201396390Y）。

專利要點：通過腔內壓力控制彈簧閥芯的開合，從而使移動過快時，阻尼力不至于過大。

（8）專利名稱：一種帶靜剛度的粘滯阻尼器（授權公告號：CN203247729U）。

專利要點：通過在阻尼器中增設彈簧，使粘滯阻尼器具有初始剛度（見圖7）。

圖7 帶靜剛度的粘滯阻尼器

（9）專利名稱：一種粘滯阻尼器（授權公告號：CN203656013U）。

專利要點：通過腔內壓力控制彈簧閥芯的開合，從而使移動慢時阻尼力小，快時力大（見圖8）。

圖8 帶壓力控制彈簧閥芯的阻尼器

（10）專利名稱：一種恒力粘滯阻尼器（授權公告號：CN203670578U）。

專利要點：通過變管徑即變間隙使阻尼力基本恒定，防止阻尼力變化過快導致的阻尼器自身結構失效，通過持續施加阻尼力，穩定耗能減振。

2 結語

綜上所列專利可見，通過將傳統粘滯阻尼器與常見的機械結構組合，可以變形出具有各色功能的新型阻尼器，改善傳統粘滯阻尼器在耗能效率、疲勞損傷、過載損傷、持續維護等方面的表現。

同時，本文提及的可變阻尼的粘滯阻尼器專利技術多采用被動控制方式[1]，阻尼器設計上復雜程度仍然較高，穩定性和耐久性仍為該領域需重點關注內容[2]。