專利名稱：運動鎖定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于在低速載荷下允許構(gòu)件相互運動，而在高速載荷下鎖定構(gòu)件運動的阻尼裝置，特別是用于橋梁活動支座中的運動鎖定裝置。
背景技術(shù)：
地震作為不能避免的自然災(zāi)害，會造成生命財產(chǎn)的損失。而地震對于橋梁的破壞直接損失更大，因此對于橋梁建設(shè)而言，如何提高橋梁的抗震能力并降低地震對橋梁的坡環(huán)，是十分重要的問題。
對于橋梁抗震來說，長期以來人們往往是加大梁、柱、剪力墻用來被動抵抗，而非采用更主動的辦法去減小結(jié)構(gòu)所受地震力。到了二十世紀(jì)末期，這種現(xiàn)象有了很大的改變。人們在增強傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之外，吸收航空和機械等其他領(lǐng)域的成果，采取在結(jié)構(gòu)上另外安裝新的裝置來減小結(jié)構(gòu)所受的地震力，例如利用隔震措施或各種阻尼器的減震系統(tǒng)，以及在高層建筑中已投入實用的被動質(zhì)量調(diào)諧阻尼系統(tǒng)和主動控制減震系統(tǒng)。這些方法歸納起來形成了目前橋梁抗震領(lǐng)域常用的三種抗震設(shè)計方法，即傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法，近些年出現(xiàn)的減隔震結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)控制設(shè)計方法。
減隔震技術(shù)是通過引入隔震裝置改變結(jié)構(gòu)在地震中的動力響應(yīng)特性，從而減少地震輸入，外加耗能機制作為主要的抗震構(gòu)件，而以結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震為輔。在該方法中，基本目的是要大大減小傳遞到結(jié)構(gòu)上的地震力和能量，其抗震能力是通過延長結(jié)構(gòu)周期，增加耗能能力來實現(xiàn)。設(shè)計依據(jù)一般包括全保護(hù)隔震設(shè)計、部分保護(hù)隔震設(shè)計兩種設(shè)計原則。從各國的橋梁減隔震應(yīng)用情況來看，目前橋梁減隔震設(shè)計中已采用的主要是分層橡膠支座、鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座，且通常安裝在橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺之間。
目前針對這種情況研究和使用較多的是從減隔震設(shè)計的思路出發(fā)，將制動墩支座做成減隔震支座進(jìn)行隔震設(shè)計，但是該方法也有它的適用范圍，因為橋梁是否適合采用隔震設(shè)計，應(yīng)從橋梁在地震時和正常使用時兩個方面來考慮，并結(jié)合其延長橋梁結(jié)構(gòu)固有周期及吸收能量能力的效果進(jìn)行研究后方可決定。
而且，減隔震設(shè)計也面臨著其它問題首先，因為減隔震設(shè)計一般是通過使用低剛度的支座來改變延長結(jié)構(gòu)的動力周期，這樣由于支座剛度較低使得它自身的變形在地震以外的工況下會增大，進(jìn)而可能會影響整體系統(tǒng)的穩(wěn)定及自身的穩(wěn)定，所以每個減隔震系統(tǒng)的設(shè)計都需要針對具體工程情況進(jìn)行仔細(xì)計算和設(shè)計，以保證在常規(guī)作用和地震作用下結(jié)構(gòu)強度、靜動剛度和穩(wěn)定性能夠滿足兩個時期各自的要求，這需要設(shè)計單位有很高的減隔震設(shè)計理論和計算分析能力；同時，從隔震產(chǎn)品角度來講，由于環(huán)保的原因，發(fā)達(dá)國家現(xiàn)在已經(jīng)較少使用原本減隔震支座中的主力一一鉛芯橡膠支座，而另一個主要的隔震產(chǎn)品一一分層橡膠支座由于需要控制它在地震下過大的變形， 一般需要配合阻尼器來共同使用，這需要各個隔震產(chǎn)品的成熟和配合的可靠，同時也增加了使用的復(fù)雜度和成本，而高阻尼橡膠支座需要保證能生產(chǎn)出大量性能穩(wěn)定和可靠產(chǎn)品；另外，從耐久性角度，使用減隔震支座后，整個結(jié)構(gòu)的抗震將依賴隔震支座來獨自承擔(dān)，而隔震支座目前多為橡膠和鋼板膠合結(jié)構(gòu)，在風(fēng)吹日曬等條件下的使用壽命一般低于盆式支座，這將成為整個抗震系統(tǒng)的隱憂；最后，從工程造價角度，橋梁結(jié)構(gòu)使用隔震支座時， 一般每個支撐位置都需要使用隔震支座，這也使得整個系統(tǒng)成本大大提高。
為此，本實用新型的申請人提出一種橋梁抗震活動支座，支座的上部結(jié)構(gòu)安裝在梁體上，支座的下部結(jié)構(gòu)安裝在墩柱上。在低速載荷下，支座上部結(jié)構(gòu)可以相對支座下部結(jié)構(gòu)運動。但是在高速載荷下(例如發(fā)生地震時)，可以鎖定支座上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，使得梁體和墩柱剛性地連成一體。這樣地震水平載荷由橋梁中的所有支座分擔(dān)，而不單獨由隔震支座承擔(dān)，從而改善了墩柱的受力狀況，有利于提高橋梁的抗震能力。
現(xiàn)有的流體阻尼器主要是用于大跨度橋梁、大柔度橋梁上，由于耗能需要大的位移量，就需要阻尼器產(chǎn)生很大的位移，來吸收能量。因而，這種現(xiàn)有流體阻尼器不能滿足在低速載荷下允許相對運動，在高速載荷下鎖定運動的要求，因而無法應(yīng)用到該橋梁抗震支座中。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種運動鎖定裝置，其能滿足在低速荷載下允許相對運動，在高速荷載下能鎖定運動的要求。
為達(dá)成上述目的，本實用新型提供一種運動鎖定裝置，包括缸體和活塞桿，活塞桿包括位于缸體內(nèi)的活塞頭，活塞頭將缸體分成第一腔室和第二腔室，端蓋分別位于缸體的兩端，活塞桿的兩端從端蓋伸出，其中所述活塞頭的外徑比缸體的內(nèi)徑小，從而在活塞頭和缸體之間形成有間隙；阻尼介質(zhì)充滿在缸體的第一腔室和第二腔室中，并可通過間隙在第一腔室和第二腔室中流動。
上述的運動鎖定裝置中，該阻尼介質(zhì)對活塞桿產(chǎn)生的阻尼力F與活塞桿運動的速度V的關(guān)系由下式?jīng)Q定
F=C.Va
其中，C為阻尼系數(shù)，a為速度指數(shù)，該速度指數(shù)大于等于2。上述阻尼介質(zhì)為有機硅油，其有機基質(zhì)為甲基硅油，無機填料為白炭黑。
上述缸體的壁面上的設(shè)有通孔，所述阻尼介質(zhì)可通過該通孔注入或卸出缸體，該通孔上設(shè)有密封件將其密封。
上述端蓋上在靠近活塞桿的內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽和第四密封槽；在靠近缸體的外壁上設(shè)有第五密封槽，第一密封槽內(nèi)設(shè)置有第一密封環(huán)，第四密封槽內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)，第二密封槽內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán)，第三密封槽內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)向環(huán)，第五密封槽內(nèi)設(shè)有卡環(huán)。
本實用新型的運動鎖定裝置，使得在低速情況下可以允許活塞桿相對缸體運動，而在高速情況下則產(chǎn)生極大阻尼力使得活塞桿鎖定。


圖1為本實用新型運動鎖定裝置的剖視圖。圖2為圖1中A部的放大圖。
圖3為安裝有本實用新型運動鎖定裝置的橋梁支座的俯視圖。圖4為本實用新型運動鎖定裝置與現(xiàn)有流體阻尼器的速度一阻尼力曲線比較圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的運動鎖定裝置包括缸體1和活塞桿2。缸體1的兩端設(shè)有端蓋3，用于密閉缸體l。端蓋3上設(shè)有開口供活塞桿2的兩端從端蓋中伸出?；钊麠U2中部形成活塞頭21，活塞頭21位于缸體1中將其分成第一腔室11和第二腔室12。
活塞頭21的外徑小于缸體1的內(nèi)徑，從而在兩者之間形成細(xì)微的間隙22。在一較佳實施例中，該間隙的徑向距離例如為lmm。第一腔室ll和第二腔室12通過該間隙22連通。
缸體1內(nèi)充滿阻尼介質(zhì)4。阻尼介質(zhì)4可通過缸體1壁面上的通孔23注入或卸出缸體l。阻尼介質(zhì)4注入后，需將通孔23用密封件(未顯示)密封，防止泄漏。
由于間隙22較小，當(dāng)活塞桿2在低速載荷下進(jìn)行運動時，阻尼介質(zhì)4可通過間隙22從第一腔室11緩慢地流到第二腔室12，或者從第二腔室12緩慢地流到第一腔室ll。在這種情況下，活塞桿2可以相對缸體1沿軸向運動。
端蓋3設(shè)有密封槽和密封件以密封阻尼介質(zhì)4。具體地，端蓋3上在靠近活塞桿2的內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽31、第二密封槽32、第三密封槽33和第四密封槽34;在靠近缸體1的外壁上設(shè)有第五密封槽35。第一密封槽31內(nèi)設(shè)置有第一密封環(huán)310，第四密封槽34內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)340。第二密封槽32內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán)320，第三密封槽33內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)向環(huán)330。第五密封槽35內(nèi)設(shè)有卡環(huán)350。當(dāng)安裝到如圖2所示的活動橋梁支座上時，缸體1與支座的上部結(jié)構(gòu)50固定，活塞桿與支座的下部結(jié)構(gòu)60固定，從而在低速條件下可以讓支座上部結(jié)構(gòu)50相對于支座下部結(jié)構(gòu)60水平運動。
若活塞桿2受到高速載荷，例如地震發(fā)生時的水平載荷，由于間隙22較小，阻尼介質(zhì)4無法快速通過間隙22在兩個腔室內(nèi)流動，從而對活塞體21形成極大的反向阻力。此時，活塞桿2無法相對缸體1運動，相當(dāng)于將活塞桿2鎖定。通過此方式，將橋梁支座鎖定，讓地震載荷由橋梁上所有的支座一起分擔(dān)。
一般，流體阻尼器中的阻尼力由下列公式得出F=OV"上式中，F(xiàn)為阻尼力，C為阻尼系數(shù)，V為活塞桿的速度，a為速度指數(shù)。現(xiàn)有的流體阻尼器，通常選擇01 = 0.1為速度指數(shù)，因而隨著速度的上升，阻尼力而緩慢增大。在本實用新型中，選擇a》2為速度指數(shù)。這樣，阻尼力隨著速度上升而急劇上升，受此阻力，活塞桿2無法相對于缸體1運動而鎖定。圖3所示為本實用新型與現(xiàn)有流體阻尼器的曲線比較圖，其中橫軸表示活塞桿的速度V，縱軸表示阻尼力F。曲線A表示本實用新型在a二2時實施例的速度一阻尼力比率圖，曲線B表示現(xiàn)有阻尼器的速度一阻尼力比率圖，直線C表示兩者的分界線。從圖3可以看出，現(xiàn)有阻尼器隨著速度增加，阻尼力也會逐漸增加。而本實用新型的速度在同樣增加的情況下，阻尼力上升的斜率很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有阻尼器的升幅，因此很快就能達(dá)到使得活塞桿2鎖定的預(yù)定值。
本實用新型采用性能穩(wěn)定的有機硅油作為阻尼介質(zhì)，該有機硅油的塑性粘度0.82，反彈率80%，塌落度12.7mm。有機硅油是分子結(jié)構(gòu)中含有硅元素的高分子合成材料，其分子主鏈?zhǔn)且粭l由硅原子和氧原子交替組成的骨架。在本實用新型中，該硅脂材料的有機基質(zhì)為甲基硅油，無機填料為白炭黑，分子量為6787。
這種特殊的分子結(jié)構(gòu)和組成使硅油集無機物的特性和有機物的功能于一身，不但具有無機物二氧化硅的耐高溫、耐氣候老化、耐臭氧、電絕緣、耐燃、無毒無腐蝕和化學(xué)性穩(wěn)定、無色無味、不揮發(fā)等優(yōu)異性能，而且具有高分子材料高粘性的特性。
權(quán)利要求1.一種運動鎖定裝置，包括缸體(1)和活塞桿(2)，活塞桿(2)包括位于缸體(1)內(nèi)的活塞頭(21)，活塞頭(21)將缸體分成第一腔室(11)和第二腔室(12)，端蓋(3)分別位于缸體(1)的兩端，活塞桿(2)的兩端從端蓋(3)伸出，其特征在于，所述活塞頭(21)的外徑比缸體(1)的內(nèi)徑小，從而在活塞頭(21)和缸體(1)之間形成有間隙(22)；阻尼介質(zhì)(4)充滿在缸體(1)的第一腔室(11)和第二腔室(12)中，并可通過間隙(22)在第一腔室(11)和第二腔室(12)中流動。
2. 如權(quán)利要求l所述的運動鎖定裝置，其特征在于，所述阻尼介質(zhì)(4)為有機硅油，其有機基質(zhì)為甲基硅油，無機填料為白炭黑。
3. 如權(quán)利要求l所述的運動鎖定裝置，其特征在于，所述缸體(1)的壁面上的設(shè)有通孔(23)，所述阻尼介質(zhì)(4)可通過該通孔(23)注入或卸出缸體(1)，該通孔(23)上設(shè)有密封件將其密封。
4. 如權(quán)利要求l所述的運動鎖定裝置，其特征在于，端蓋(3)上在靠近活塞桿(2)的內(nèi)壁上從外至內(nèi)依次第一密封槽(31)、第二密封槽(32)、第三密封槽(33)和第四密封槽(34);在靠近缸體(1)的外壁上設(shè)有第五密封槽(35)，第一密封槽(31)內(nèi)設(shè)置有第一密封環(huán)(310)，第四密封槽(34)內(nèi)設(shè)有第二密封環(huán)(340)，第二密封槽(32)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)向環(huán)(320)，第三密封槽(33)內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)向環(huán)(330),第五密封槽(35)內(nèi)設(shè)有卡環(huán)(350)。
專利摘要本實用新型為一種運動鎖定裝置，包括缸體和活塞桿，活塞桿包括位于缸體內(nèi)的活塞頭，活塞頭將缸體分成第一腔室和第二腔室，端蓋分別位于缸體的兩端，活塞桿的兩端從端蓋伸出，其中所述活塞頭的外徑比缸體的內(nèi)徑小，從而在活塞頭和缸體之間形成有間隙；阻尼介質(zhì)充滿在缸體的第一腔室和第二腔室中，并可通過間隙在第一腔室和第二腔室中流動，該運動鎖定裝置的力學(xué)性能可以用F＝C·V^α來描述，其中F為阻尼力，V為活塞桿相對于缸體的速度，α為速度指數(shù)，C為阻尼系數(shù)，通常α≥2。該運動鎖定裝置使得在低速情況下可以允許活塞桿相對缸體運動，而在高速情況下則產(chǎn)生極大阻尼力使得活塞桿鎖定。
文檔編號E01D19/04GK201310070SQ200820153868
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者強 仝, 周振興, 沈桂平, 閆興非, 陳巧珊, 馬韓江 申請人:上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院;武漢艾爾格橋梁新技術(shù)開發(fā)有限公司;上海城建(集團(tuán))公司