半主动压电摩擦阻尼器.pdf

本发明涉及到一种半主动压电摩擦阻尼器，主要由管状压电陶瓷驱动器、管状力传感器、上钢板、下钢板、滑动钢板、摩擦片(黄铜或刹车垫)组成。其特征是上钢板、下钢板上开有螺孔，摩擦片与滑动钢板上开有镙孔和滑槽。预紧螺栓通过压电陶瓷驱动器的内孔和力传感器的内孔，将上钢板、下钢板、滑动钢板和摩擦片连接成一整体。此种半主动摩擦阻尼器既具加工方便、性能稳定、耗能能力强等特点，又能够根据工程结构的响应和地震动的信号，通过调节施加给压电陶瓷驱动器的电压，实时地改变滑动摩擦力的大小，具有自适应能力。本发明可通过V型支撑或斜支撑，连接到多高层建筑结构中，具有一定的经济和使用价值，能广泛地应用于土木工程结构消能减震领域。

1.  一种半主动压电摩擦阻尼器，由管状压电陶瓷驱动器(3)、管状力传感器(8)、上钢板(5)、下钢板(9)、滑动钢板(7)、摩擦片(6)组成，其特征是上钢板(5)、下钢板(9)上分别开有螺孔(11和12、13)，摩擦片(6)与滑动钢板(7)上开有镙孔(14)和滑槽(15)，预紧螺栓(2)通过压电陶瓷驱动器(3)的内孔和力传感器(8)的内孔，将上钢板(5)、下钢板(9)、摩擦片(6)和滑动钢板(7)连接成一整体，根据减震性能要求，通过调节施加给压电陶瓷驱动器(3)的电压，可实时改变滑动摩擦力的大小。

半主动压电摩擦阻尼器
技术领域
本发明属于土木工程结构抗震技术领域，涉及到半主动压电摩擦阻尼器的构造。
背景技术
地震、强风的作用给土木工程结构的安全性和舒适性构成了严重地威胁。如何有效地减轻工程结构在地震和风等动力荷载下的响应，提高结构的抗震、抗风能力和抗灾性能是土木工程学科中急待解决的问题之一。传统的抗震策略是被动地依靠结构自身的刚度、强度来抵抗地震动和风振的作用，在强震作用下，必然导致结构的部分构件的损伤或破坏，这样既不经济又达不大到预期的效果，而现代结构振动控制技术为解决上述问题提供了合理有效的途径。
被动耗能阻尼器的减振技术相对比较成熟，然而作为一种被动控制装置，它不能根据结构的用途、荷载情况和结构的响应而实时地改变结构自身的特性，因而在应用上有很大的局限性。如设定在大震作用下能滑动的摩擦耗能器，在小震作用下却不一定能滑动，所以不能起到在小震作用下的耗能减震作用；与此相反，在小震作用下设定滑动的摩擦耗能器，因固定的摩擦力太小，导致大震作用下的减震能力不够。为了克服上述被动耗能摩擦阻尼器的缺点，将压电陶瓷驱动器与性能稳定，加工方便、耗能能力强的被动摩擦耗能系统相结合，来实时调节滑动摩擦力的大小，能极大地改善耗能减震的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自适应能力的半主动压电摩擦阻尼器，以解决现有被动摩擦阻尼器不能根据结构的响应和地震动的强度来实时调节滑动摩擦力的技术不足。
本发明的技术方案如下：
此种半主动压电摩擦阻尼器，由管状压电陶瓷驱动器3、管状力传感器8、上钢板5、下钢板9、滑动钢板7、摩擦片6(黄铜或刹车垫)组成。其特征在于：上钢板5、下钢板9上分别开有螺孔11和12、13，摩擦片6与滑动钢板7上开有镙孔14和滑槽15。预紧螺栓2通过压电陶瓷驱动器3的内孔和力传感器8的内孔，将上钢板5、下钢板9、滑动钢板7和摩擦片6连接成一整体。可通过高强螺栓4将滑动钢板7与阻尼器所处位置上部的梁、楼板1等结构构件连接，可用支撑10将下钢板9与阻尼器所处位置下部的梁柱节点连接。
在压电陶瓷驱动器3上通以电压，所有压电陶瓷晶粒极化方向趋于电场方向，造成压电陶瓷元件内部正负电荷中心的相对位移，导致压电陶瓷驱动器3的变形。约束住压电陶瓷驱动器3的变形，即可产生力。利用压电陶瓷驱动器3的这种电致伸缩效应，改变施加给压电陶瓷驱动器3的电压，即可实时地改变上钢板5、下钢板9与滑动钢板7接触面上的正压力，进而改变滑动摩擦力的大小，达到优化耗能减震的目的。
本发明的效果和益处是克服了被动摩擦的缺点，能够利用结构构件与阻尼器的相对运动和可调节的摩擦力，增强工程结构在遭受幅值、频谱和持时均不可预测的地震时的安全性，对保证国家和社会在灾时的稳定和人民生命财产安全具有重要的战略意义。
附图说明
附图1是半主动压电摩擦阻尼器的总体构造示意图。
图中：1结构的梁或楼板，2预紧螺栓，3压电陶瓷驱动器，4高强螺栓，5上钢板，6摩擦片，7滑动钢板，8力传感器，9下钢板，10连接支撑。
附图2是上钢板三视图。
图中：a正视图，b俯视图，c左视图，11镙孔。
附图3是下钢板三视图。
图中：d正视图，e俯视图，f左视图，12镙孔，13镙孔。
附图4是滑动钢板三视图。
图中：g正视图，h俯视图，i左视图，14镙孔，15滑槽。(注：摩擦片与滑动钢板规格、形状完全相同，但材料可能不同)
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施步骤。
实施时，首先在小震和大震作用下，对工程结构进行分析，并根据所采用的控制算法，分别确定半主动压电摩擦阻尼器所要提供的最小滑动摩擦力和最大滑动摩擦力，设计半主动压电摩擦阻尼器的尺寸及参数；其次，加工所需的上钢板5、下钢板9、滑动板7和摩擦片6，设计或购置满足设计要求的压电陶瓷驱动器3和力传感器8；再次，将最小滑动摩擦力对应的正压力作为预紧力，通过预紧螺栓2施加给压电陶瓷驱动器，并用螺栓将各构件组成整体；最后，通过高强螺栓4将滑动钢板7与阻尼器所处位置上部的梁、板1等结构构件连接，用支撑10将下钢板9与阻尼器所处位置下部的梁柱节点连接。