工程结构用液体粘滞阻尼器的结构构造和速度指数摘要：用于增加阻尼、耗能减振的液体粘滞阻尼器已经得到越来越广泛的认同和工程应用。

然而，世界上先进的液体粘滞阻尼器内部的结构到底是怎样的？我们可能看到的图片和文字中介绍的外置或内设油库、外置或内设阀门、活塞小孔、单出杆或双出杆都是什么零件？有什么作用？特别是我们结构设计要给出的阻尼器速度指数是怎样实现的？我们想尽我们所知作一个介绍和分析。

各种阻尼器产品的速度指数是阻尼器的一个重要标志。

希望速度指数能在一定范围内由设计者自由选择，也是设计者优化设计的需要和期望。

不幸的是，世界上实际仅有极少数阻尼器生产厂可以满足这一要求，生产出速度指数不同的阻尼器。

介绍世界各种液体粘滞阻尼器的构成。

其先进厂家和阻尼器的发展过程和设计理念，希望为阻尼器的生产者和使用者提供参考。

关键词：速度指数油库阻尼器阀门活塞小孔双出杆Abstract: The Fluid Viscous Damper (FVD) get more and more acceptable and application of the structural engineers in the world. However, few structural engineers concern its construction. What is damper's external or internal accumulator, external or internal damper valve? What is damper orifice? What is run through piston rod? What kind of function these parts have? Especially, how to realize the different value of velocity exponents in the dampers? The above questions will be discussed here. It is a important symbol of damper quality the damper velocity exponents. Free choose of the exponents in certain range is need by design optimization. Unfortunately only few damper manufactories are able to make damper with different exponents Introduction of the construction of damper and design ideal is to be reference for both damper's maker and users.Key worlds : Velocity Exponents Accumulator Damper Valve Orifices Run Through Piston Rod•前言我们所谈的是速度型液体粘滞阻尼器。

这种阻尼器基本公式为：F=CV α （1 ）这里，F －阻尼力；C －阻尼系数；α －速度指数。

速度指数为 1 时，为线性阻尼器。

不等于 1 时通称非线性阻尼器。

我们工程中常用的范围为α 在0.3 ～1.0 之间。

一般的说, 速度指数越小阻尼器的耗能越大（见图 1 ），但对结构未必是最优状态（见后）。

图 1 不同速度指数的位移－阻尼力模型经过几十年发展起来的阻尼器基本构成如图 2 所示。

图 2 单出杆阻尼器示意从目前所有证据和各种试验报告显示, 世界上目前几乎只有美国泰勒公司可以生产速度可以任设计者选择的阻尼器。

我们将在下文中介绍这一令人难以置信的事实。

实际上，在美国Enidine 停止生产，和它合资的法国Jarrt Structures 公司破产后，在我国出现的国外产品，已经几乎没有一家自己说可以生产速度指数可以任意选择的产品了（见表 1 ）。

表 1 不同厂家的产品所定义的不同速度指数* 以上情况主要根据产品目录和公开发表的论文，网上资料，如有不对，请原谅并指出。

国内厂家的产品都自称可以生产出速度指数可以任意变化的阻尼器。

然而，目前国内实际上还没有这样相应大型测试设备，也没有经过由政府或协会组织的公开鉴定测试。

我们不作评述。

我们还是先简单介绍一下国际上阻尼器速度指数相关技术的发展过程。

看上不难，但经过了几十年发展起来的液体粘滞阻尼器的过程。

当然，大家都说自己做的是油阻尼器，我也就先从油阻尼器说起。

实际上，生产厂家速度指数的大小是观察其产品生产工艺和性能的一个重要观察口。

它是阻尼器生产技术中另一个难以解决的重要问题。

•阻尼器的构造为了说明问题，我们只能从头说起并涉及的阻尼器结构中的其它部分。

2.1 油库和阀门油阻尼器，最初发展阶段，几乎都设有外置油库。

请看FIP, Mauler, Alga 等阻尼器厂家的图。

图 3 Mauler 阻尼器图 4 FIP 阻尼器图 5 Alga 阻尼器从这些阻尼器的图上都可以看出它的外置油库。

这些外置油库很容易破坏，而影响阻尼器的寿命。

到了70 年代以后就开始有了内置油库。

见图 2 中美国Taylor 公司, 和图6 中Enidine 公司的图片所示。

图 6 美国Enidine 过去生产的阻尼器这一油库的目的主要是：1 ，在单出杆（阻尼器活塞杆仅一端支撑，另一端活塞头滑动）的阻尼器内部，活塞杆占油室的体积在运动中要平衡，必须设有油库补给或放出。

2 ，加大用油体积，也就可以吸收更多的热量。

3 ，一些不能做到严密封闭、不漏油的厂家用油库来补充漏油。

可见，设置油库至少对于单出杆阻尼器是必须有的一部分。

油库不能是个自由开通的部分，必须设置控制阀门。

这种控制油库开通与否的阀门就成了阻尼器内第一个易损零件，也是我们要谈的第一阀门。

80 年代以后美国先进的阻尼器生产厂家将用在其它领域的双出杆阻尼器引到我们结构工程阻尼器中应用。

这种内设油库并有油库阀门的阻尼器就很少在我们以抗震为目的的阻尼器中应用，容易破坏的第一个原因不存在了。

这种双出杆并没有油库的阻尼器也就开始被大力推广使用。

当然这种单出杆设油库的阻尼器并不是一无是处，油库加大了可以耗散更多的热量。

在美国最近生产的功率较大的斜拉索和TMD 阻尼器上，会起到很好的作用[1] 。

2.2 控制速度指数和实现最初作为阻尼器系统在桥梁上应用是从缓冲器——锁定装置——阻尼器的发展过程。

和我们称之为阻尼器外表样子一样的锁定装置实际先于我们现在说的阻尼器在桥梁上得到应用。

和耗能阻尼器相比，它比较容易制造。

和阻尼器一样，在温度等慢速作用下，它可以自由运动。

在速度超过其控制值时，它会像汽车中的安全带一样将运动锁住，起到分散和转移受力的作用。

确切地说，它仅是一个“ O ”“ 1 ”开关。

最初，在缓冲器中的硅质胶泥就被美国ASSHTO 规程[2] 允许用在锁定装置里。

后来，欧洲和美国均使用硅油作锁定装置的粘滞材料。

相对阻尼器，用硅油的锁定装置的制作也比较简单，只要在活塞头内设置一个提升式阀门（阻尼器内第二个易损零件）。

这种作为“ O ”“ 1 ” 开关用的装置就可以实现。

这不仅是我上述提到的欧洲阻尼器厂家的作法，其实也是核电站中一些称之为阻尼器(Snubber) 厂，如德国lisega ，上海理工大学附属工厂的作法。

图7 德国Lisega 公司的阻尼器图8 上海理工大学阻尼器最理想的办法是靠活塞头的小孔来实现调整速度指数。

只要能把速度指数调整到 2 以上（一些小圆孔就可以实现），它就可能成为锁定装置。

但要能达到不同的速度控制起点，多数厂家还是要借助于控制开关。

克服了以上易损阀门的缺点，作为另一个彻底的创新，完全靠活塞头上小孔的形状就可以调整速度指数在0.3~2 中变化（图9 ，图10 ）。

再加上双出杆，高度密封等技术，就形成的现代的阻尼器( 图11) 。

它已经完全摆脱了阻尼器内的两个易损零件——阀门。

不但延长了阻尼器的寿命，也大大降低了阻尼器的造价。

图11 双出杆阻尼器概念图在这竞争激烈的世界上，阻尼器厂家都想攻破这一难关，模仿出类似的阻尼器。

据我们了解，至今欧洲的厂家没有一个得以成功，他们还采用外置或内置阀门。

唯一例外是美国Endine 公司，他们一定程度地掌握这一新的专利技术，可以不用活塞头阀门制造出速度指数可以变化的阻尼器。

但他们没有解决阻尼器的另一大问题——漏油问题，也不善于使用好的阀门控制，其合营公司Jarret Structures 在加州政府大楼的256 个阻尼器工程中检测出30 个失控产品，最终导致了公司破产。

到目前为止，就只有美国泰勒公司可以有证据的证明，他们的产品可以做到速度指数在0.3~2 中的自由调整。

要说明的是，当速度指数小于0.3 时，阻尼器活塞孔内的高压和极高的速度很难控制。

也就是说，出自硅油本身的性能特点，即使用复杂的活塞小孔，欧、美、和日本都做不到不用阀门实现小速度指数（小于0.3 ）的阻尼器。

欧洲的阻尼器公司大都说可以做到阻尼器的速度指数为0.015 ，0.15 ，0.2 。

实际上，他们都是用阀门控制的。

要指出的是，当速度指数小于0.2 时，我们常用的SAP2000 和ETABS 计算机计算程序都因可能的不收敛而不能使用。

如果我国的阻尼器生产厂真在这方面有了实在的发展，拿出测试数据，将是世界阻尼器科技发展上的大事。

当然，研究过阻尼器结构的人都知道，生产这种阻尼器的困难不仅如此，怎么能实现阻尼器中阻尼系数 C 和速度指数都能按设计者自由选择是最困难的。

通常，先进的阻尼器的阻尼系数是靠活塞头上小孔的大小和形状调节的。

我们还想介绍一下以下两种另类阻尼器和其速度指数。

3 ．硅胶产品和速度指数法国Jarret 公司试图打破硅油产品的主导地位，在90 年代初，他们用早已用于缓冲器的硅胶制造了“阻尼器”。

作为化工原料阻尼器内用的硅油和硅胶两种材料，都可以在美国杜帮公司容易的买到，一种是粉色胶泥状物质，一种无色透明粘滞性液体。

50 年代开始，泰勒最先把硅胶用于减振装置中，同时申报了专利。

现在专利已经过期。

60 年代，泰勒公司就发现这种材料的温度稳定等性能极差，无法达到液体弹簧和阻尼器的高精度要求。

作为一次性减振没有很高参数要求的缓冲器，至今仍用这种材料作填充器。

为了取得产品的论证，Jarret 委托美国国家地震研究中心（MCEER ）做了产品的性能测试。

不幸的是，实验结果实际已显示了这种设想的失败[3] 。

这种硅胶阻尼器只能在 1 、3 两个象限内工作，耗能系数小于40 ％（图12 ）。