孙艳芬，卢小青

（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）

一种新型建筑用阻尼器的研发和应用

孙艳芬1，卢小青2

（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，论文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，本设计安全和实用性高，具有很好的应用和推广价值。

建筑工程；减振控制；阻尼器

0 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区域的经济发展的实力和科技水平，尤其是超高层建筑更是一个城市的地标，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，人们对提高抗震能力的措施从增加梁、柱逐步转向结合结构的动力性能来避免或减少了地震、风力的破坏，其中阻尼吸能、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其来吸能减振效果具有较好的口碑，阻尼消能减振技术是利用阻尼特性来减振，由于其减振效果显著且安全可靠，在新建建筑、桥梁及建筑物加固等的形式中应用日趋广阔。

1 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，减振效果明显的新型阻尼减振装置，用以解决现有减振技术设计不够合理等方面，在平时情况下，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利用阻尼特性来耗能减振的，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，对建筑物起到安全保护的作用。该设计思路简单实用，并具有动力性能稳定、高耗能、对温度不敏感等特点，具有一定的应用推广价值。

2 建筑用阻尼器的结构及动作原理

本文设计的阻尼器是一种安置在结构系统上的减振构件，用来提供运动的阻力进而减缓机械振动耗减动能的装置，动作原理为：阻尼器活塞上设有阻尼孔，缸内装满高粘性阻尼介质，当建筑结构由于地震及风力等发生振动时，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。阻尼介质与阻尼器结构中的部件由于相互作用产生耗能力，耗散外界输入结构的振动及冲击能量进而达到减振的目的。

建筑阻尼器结构组成如下图1所示，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。

图1　建筑用阻尼器结构图Fig.1 Damper structure map building

本设计中粘性介质采用的粘性介质为硅油，具有优良的热氧化稳定性，在极低和极高温度下（-50℃～+250℃）性能稳定，吸收振动性能较好。同时它具有优良的电绝缘性能、疏水性和及良好的抗氧化等性能。

3 阻尼器性能分析与应用

建筑阻尼器应用在新建建筑、桥梁等场合主要是利用其阻尼特性，阻尼器主要用于起缓冲作用，就如安全气囊保护作用一样，可以对相连的机构的速度起缓冲作用。阻尼器阻尼作用，是通过速度的控制来实现的，对于一般的建筑工程结构，当收到地震或风力影响时，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F，与活塞的运动速度u的a次方成正比，即可以用以下公式描述：

F=cuα

式中：F—阻尼器输出阻尼力（N）；c—阻尼系数（N·s/m）；u—阻尼器活塞运动速度（m/s）；α—阻尼速度指数（常取0.3～1.0）。

式中阻尼力随着运动速度的变化而变化。当运动速度比较快时，阻力就明显增大，当运动速度很低时，阻力则几乎没有。运用速度控制原理，本设计中设置位移指示方便判断活塞在油缸中的位置，通过控制活塞速度即低速时允许移动，在速度或加速度超过相应的值时产生闭锁，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。本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，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Fig.2 Building damper installation mode

4 结束语

建筑阻尼器的研发和应用，犹如给建筑或桥梁装上了“安全带”。当工程结构因振动而发生变形，阻尼器就发挥其耗能减振的作用，最大限度吸收和消耗了地震风力等振动发生时对建筑结构的冲击能量，大大缓解了对建筑物的损害，本设计安全可靠、实用性较强，具有一定的应用推广价值。

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［3］Spence B F and？Nagarajaiah S，State-of-the-Art of Structural Control［J］.ASCE Journal of Structural Engineering.2003.

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［5］郭彦林，刘建彬.结构的耗能减振与防屈曲支撑［J］.建筑结构，2005，8.

［6］蓝宗建，房良，王新德，等.钢筋混凝土巨型框架多功能减振结构体系［J］.工业建筑，2002，2.

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

孙艳芬（1980-），女，江苏常州人，讲师。研究方向：机械制造及结构设计；卢小青（1980-），男，江苏金坛人，工程师。研究方向：机械工程技术与应用。