桥梁用可调式阻尼器相关专利的创新点及功能分析

2020-01-08

智能城市 2019年24期

（徐州市市政设计院有限公司，江苏徐州 221000）

传统的桥梁用粘滞阻尼器，同规格产品只能满足于单一的荷载，无法满足各种复杂工况下的阻尼可调需求。

例如：情况1，在车辆制动及轻微风振作用下，阻尼器持续工作，导致阻尼器、伸缩缝等结构部件在地震发生前就疲劳损坏，无法达到对桥梁结构预期的减震作用；情况2，对于漂浮或者半漂浮体系的斜拉桥，需要在日常工作状态下放松阻尼器的约束，由斜拉索弹性约束来承担日常荷载；情况3，传统液体粘滞阻尼器在高速时达到设计阻尼力，低速阻尼偏大，无法同时满足高速较大阻尼力和低速较小阻尼力；情况4，山区桥梁需要通过阻尼器将动力荷载传给桥台，并期望桥台仅受压力作用，传统阻尼器双向传力，桥台容易受损。

笔者结合可调阻尼器领域的相关专利文件，将现有典型的专利技术在可调阻尼方面的功能和实现方式创新点整理如下，并提出本人对于该领域的技术设想。

1 典型专利技术整理

（1）专利名称：可控式粘滞阻尼器（授权公告号：CN101576139B）。

专利要点：采用双层筒结构，内外筒间设压差调节装置，阻尼器在往复运动中，当活塞相对运动速度较小时，缸筒内活塞两边的压差也较小，没有达到压差调节装置的开启压力，阻尼介质基本都是在压差作用下，通过与调节装置并联的阻尼孔道从缸筒内高压腔流往低压腔。如果外界激励作用加大，随着活塞运动速度的加快，阻尼器缸筒内活塞两端的压差也相应加大。当高压腔内阻尼介质的压力达到或超过压差调节装置的开启压力时，调节装置对高压腔内的阻尼介质进行溢流，从而限制阻尼器缸筒高压腔压力的增大，使活塞两边的压差基本保持稳定；在此同时，阻尼介质仍旧在压差作用下，通过阻尼孔道从缸筒内的高压腔流往低压腔，只是阻尼孔两端的压差变化不大，所以阻尼器的最大输出阻尼力能够限制在设计范围内（见图1）。

图1 可控式粘滞阻尼器

（2）专利名称：一种粘滞阻尼器输入位移速率加速装置（授权公告号：CN104499597B）。

专利要点：将常规粘滞阻尼器与齿轮杆结构的加速传动系统连接，亦可采用杠杆结构，利用齿轮和杠杆结构对位移的放大作用，提高阻尼器的耗能效率，从而提高了对结构振动的控制效率（见图2）。

图2 粘滞阻尼器输入位移速率加速装置

（3）专利名称：一种在公路桥梁上使用的弹性间隙式粘滞阻尼器（授权公告号：CN104695321B）。

专利要点：增大传统液体粘滞阻尼器的活塞的流通孔，并在增大后的活塞内流通空间中设置低模量弹性材料，当阻尼器运行速度急剧增大时，流通孔内液体的压应力相应增大，弹性材料压缩变形相应增大，同时液体流通间隙也相应增大，降低了液体流速增大的幅度，抑制了阻尼力增加的幅度，从而增加了滞回曲线的饱满程度。

该发明的另一个优点是，传统可变阻尼力的变间隙阻尼器对安装精度要求很高，产品安装时活塞必须位于间隙构造的中央对称位才能满足设计制造目的；并且传统变间隙阻尼器的活塞外表和缸壁内需要曲面加工，曲面函数建模复杂，加工工艺难度大，很难保持产品质量稳定。该发明避免了设计加工难度大、滞回曲线不饱满、安装要求高等问题（见图3）。

图3 弹性间隙式粘滞阻尼器

（4）专利名称：一种带有磁性控制阀的大工作速度范围的粘滞阻尼器（授权公告号：CN104805923B）。

专利要点：利用永磁铁同性相斥的原则，在粘滞介质通过的孔隙上设置磁性控制阀，磁性控制阀由三块彼此排斥的永磁铁排列而成，其间隙为粘滞介质通过的孔隙，当阻尼器运动速度较小时，粘滞介质的压力较小，磁性控制阀中的三块永磁铁的间距较大，介质通道面积较大，阻尼力增加幅度很小；当阻尼器运动速度较大时，粘滞介质的压力较大，磁性控制阀中的三块永磁铁间距较小，介质通道面积较小，阻尼力进一步增大（见图4）。

图4 磁性控制阀

（5）专利名称：一种粘滞阻尼器及安装有该粘滞阻尼器的桥梁（授权公告号：CN106758766A）。

专利要点：通过在传统粘滞阻尼器的过流孔隙上增设弹簧翻转片（类似止逆阀），来实现阻尼器的单向持力，减小火车引起的桥台受拉作用，保证山区桥梁只承受指向山体的压力作用。避免桥台损伤（见图5）。

图5 过流孔隙上增设弹簧翻转片

（6）专利名称：一种具有液压熔断功能的粘滞阻尼器（授权公告号：CN107152486A）。

专利要点：不同于传统的金属熔断阻尼器，本发明设计了一种液压熔断机制，即在活塞上设置单向阀，单向阀在荷载小于熔断临界值时处于关闭状态，使得腔室之间无法交换粘滞介质，在荷载大于熔断临界值时处于开启状态，粘滞介质由高压腔室运动至低压腔室，有效实现了粘滞阻尼器轻载时锁定、重载（地震）时耗能减震的目的，并且避免了重复更换金属熔断装置的问题（见图6）。