一种新型建筑用阻尼器的研发和应用

孙艳芬 卢小青



一种新型建筑用阻尼器的研发和应用

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（1. 常州机电职业技术学院 江苏常州 213164；2. 常州格林电力机械制造有限公司 江苏常州 213119）

工程建设中振动控制是一个关键要素，针对目前振动控制结构的应用情况，提出了一种安装在建筑物上用于减轻地震及风力等破坏的新型建筑用阻尼器。该阻尼器通过对速度控制实现对建筑振动有效调控，起到安全保护的作用，设计的安全性和实用性高，具有很好的应用和推广价值。

建筑工程 减振控制 阻尼器

1 引言

现今高科技的快速发展，高层建筑遍地开花。高层建筑展示着一个国家和地区经济繁荣与科技进步，尤其是超高层建筑更可堪称一个城市的地标，综合体现着多个领域的高新技术，其中建筑物结构之安全设计最为重要。

要确保建筑结构安全，首先就要有超强抗地震能力，二十世纪，特别是近二三十年人们对建筑物的抗振动能力的提高十分重视，也做出了巨大努力，取得了显著的成果，人们跳出了传统增加梁、柱来提高抗振动能力的概念，而是结合结构的动力性能，避免或减少地震、风力的破坏，基础隔振、阻尼吸能、耗能系统、主动控制减振系统等逐渐走向了工程实际，这些结构保护系统中利用阻尼器来吸能减振效果具有较好的口碑，

阻尼器是安置在结构系统上的“特殊”构件，是一种可以提供运动的阻力和耗减运动能量的装置，阻尼消能减振技术由于其减振效果显著安全可靠，在新建建筑和震损建筑、加固中的应用形式和范围也日趋广阔。

2 总体设计思路

文中提出的一种新型建筑用阻尼器，在综合考虑结构安全性和舒适度的要求下，设计了减振机理明确，减振效果明显的阻尼减振装置，用以解决现有减振技术设计不够合理方面。在通常情况下，建筑阻尼器处于自由状态，长度可以随建筑物温度变化进行伸缩调整。当受到地震或者其他突然外冲击时会呈现闭锁状态，将项链的两个构件连成一个整体，共同受力，同时该建筑阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，具有高耗能、对温度不敏感以及稳定的动力性能等特点，当受到地震或者其他突然外冲击时用来减小建筑物的损坏，犹如汽车中的安全带的功能，起到安全保护的作用。该设计思路简单实用，具有一定的应用推广价值。

3 建筑用阻尼器的结构及工作原理

该建筑阻尼器是应用黏性介质和阻尼器结构部件的相互作用产生阻尼力的原理设计制作的一种被动速度相关型阻尼器。使用的介质为硅油。该介质具有粘温系数小、极低和极高温度下(-50℃~+250℃)性能稳定，抗辐射性能较好。同时它具有优良的电气绝缘性能和优良的抗臭氧、耐电晕、憎水防潮性能。

本建筑阻尼器主要由以下部分组成：液压缸、活塞、活塞杆（在活塞两侧对称设置）、密封材料和连接装置，结构组成如图1所示。

图1 建筑用阻尼器结构图

阻尼器活塞上设有小孔作为阻尼孔，缸内装满高黏性流体阻尼材料作为阻尼介质（见图1）。当工程结构因振动而发生变形时，安装在结构中的建筑阻尼器的活塞和液压缸发生相对运动，由于活塞前后的压力差使耗能流体（液压油）从耗能通道中通过，从而产生消能力，耗散外界输入结构的振动能量，达到减轻结构振动响应的目的。

4 阻尼器性能分析与应用

在工程应用中，在地震或者风的作用下，一般的建筑工程结构其振动均为低频振动，振动频率一般小于3 Hz，因此，阻尼器的刚度基本可以忽略，可近似认为阻尼器的阻尼器系数不随振动频率的变化而变化。

通常情况下，阻尼器的输出阻尼力，与活塞的运动速度的次方成正比，即可以用以下公式描述：=cu。

式中，为阻尼器输出阻尼力（）；为阻尼系数（N·s/m）；为阻尼器活塞运动速度（m/s）；为阻尼速度指数（常取0.3~1.0）。

设计中阻尼器阻尼作用，是通过对速度的控制来实现，当活塞的运动速度很低时，阻力很小；位移指示清晰明了，方便判断活塞在油缸中的位置；低速时允许移动，在速度或加速度超过相应的值时闭锁，形成刚性支撑，当大震作用时，阻尼器发挥其耗能作用，减小各单体间传递的地震力保持各结构单体间的有效连接，进而有效吸能防震。

同时该阻尼器外形简洁，结构对称、紧凑，安装便捷，安装空间小；低速运动阻力小，不超过额定载荷的10%；耗能效率高，达到90%以上；阻尼器两端均装有关节轴承，利于施工安装和工作摆动（允许工作摆角±6°）；液压硅油稳定、抗燃、耐老化；密封性好，密封件采用与介质相容性好的橡胶材料或采用金属密封件。

由于建筑阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，具有高耗能、对温度不敏感以及稳定的动力性能等特点，所以产品的应用范围较广泛：如民用建筑如住宅、办公楼、商场等多层高层及大跨建筑结构等；生命线工程如医院、学校、城市功能建筑等；工业建筑如厂房、塔架、设备减振等；桥梁如人行桥、高架路桥等；军工、核电、火电、石化、钢铁等行业管道和阀门。

建筑阻尼器的安装形式有多种，鉴于工作效率和减振效果考虑，建议如图2所示安装，也可根据工程实际设置其他安装方式。

图2 建筑阻尼器安装方式

5 结语

建筑阻尼器的研发和应用，等于给建筑或桥梁装上了“安全气囊”。当地震来临时，阻尼器可以最大限度地吸收和消耗地震对建筑结构的冲击能量，从而缓解了地震对建筑结构造成的冲击和破坏，阻尼器起到的耗能作用明显。该设计的阻尼器实用性较强，由于结构简单便于制作，所以具有一定的应用推广价值。

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