CN102287016B - 摆式摩擦墙 - Google Patents

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本发明专利涉及一种摆式摩擦墙,用于房屋建筑的消能减震。本发明的摆式摩擦墙由上下横梁、一对连接板、摩擦摆、一对轻质墙体、铰链轴、滑槽和对拉螺栓构成。本发明的摆式摩擦墙可作为建筑功能的分割元件安装在结构中,不承担竖向荷载;在遭受到风荷载或者地震荷载作用时,摩擦摆摆动时产生的摩擦耗散风荷载或者地震荷载输入的能量,从而保护结构的主要构件;摩擦力可通过摆臂的杠杆作用放大,摩擦面上可保持较低的面压,减少摩擦副的磨耗。

Description

摆式摩擦墙
(一)技术领域
本发明属于结构工程抗震技术领域,涉及一种利用摩擦机制耗散振动能量的墙式阻尼器。
(二)背景技术
现代土木工程结构经常采用一些机械装置耗散风振和地震作用引入的能量,从而达到保护主要承重构件的目的,这就是结构控制的概念。目前,结构控制的研究和应用主要分为被动控制、半主动控制、主动控制和混合控制几种。其中,被动控制技术因其构造简单可靠、耗能性能稳定、价格低廉、维护方便而被广泛应用于工程建设,或用于改善已有老旧建筑物的抗震或抗风性能之中。结构的被动耗能减震技术是指在结构的某些部位设置耗能装置,例如阻尼器,通过耗能装置产生的摩擦、弯曲、弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量,以减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到减震控制的目的。目前结构体系中采用的被动耗能减震装置主要可分为:粘滞阻尼器、金属阻尼器、粘弹性阻尼器以及摩擦阻尼器。
其中,摩擦阻尼器以其刚塑性的力学特性而受到人们的普遍青睐,极高的初始刚度保证了结构在小震作用和风荷载作用下具备足够的刚度限制结构的变形,较小的屈服(起滑)位移保证其在钢筋混凝土结构中同样可以得到很好的推广。研究结果表明,相比于油阻尼器、黏滞阻尼器及黏弹性阻尼器,摩擦阻尼器在控制结构层间位移角方面,具有显著优势。同时,与软钢阻尼器相比,在相同的地震位移响应条件下,摩擦阻尼器受力和结构层间剪力可进一步降低。此外,摩擦阻尼器也是这五种类型阻尼器中价格最低廉的。目前国内外研究人员已经开发出多种摩擦阻尼器:1982年保罗(Pall)等设计出一种安装在X型支撑中央的双向摩擦耗能装置;1990年艾肯(Aiken)和凯利(Kelly)设计出一种可复位的单向摩擦阻尼器。但是,传统摩擦型阻尼器面压很高,多次摩擦后摩擦副材料磨耗严重,导致输出力的显著下降。另外,这些阻尼器需要安装在结构特定的位置,不利于建筑功能的分割。
(三)发明内容
本发明为了克服以上技术的不足,提出一种新型摆式摩擦墙,可以作为建筑分割构件(非承重墙)安装在结构中;工作时具备耗散风荷载或者地震荷载输入的能量,保护结构主要构件的功能;该新型摆式摩擦墙构造简单、性能可靠、施工方便,可以应用于混凝土框架结构、混凝土剪力墙结构、钢结构等主要结构体系中。
本发明是通过以下措施来实现的:
本发明的摆式摩擦墙,包括摩擦片(1),摆臂(2),轻质墙体(3),对拉螺栓(4),铰链轴(5),滑槽轴(6),连接板(7),上横梁(8),下横梁(9),其中,上横梁(8)和下横梁(9)分别连接在结构的顶板和楼板上,连接板(7)焊接在上横梁(8)上,轻质墙体(3)固定在下横梁(9)上,摩擦摆由摆臂(2)和摩擦片(1)构成,通过铰链轴(5)连接在连接板(7)上,对拉螺栓(4)提供预压力,摆臂(2)上有一矩形滑槽,滑槽轴(6)固定在轻质墙体(3)上并设置在滑槽内,其特征在于摆臂(2)以滑槽轴(6)为支点作杠杆式摆动。
依照本发明实施例所述,摆臂(2)的滑槽轴(6)到铰链轴(5)以及滑槽轴(6)到摩擦片(1)的距离可调。
依照本发明实施例所述,摩擦片(1)与轻质墙体(3)形成摩擦副。
依照本发明实施例所述,轻质墙体(3)具有耐磨表面。
本发明的工作原理:
本发明安装在楼层之间,上下横梁分别固定在楼层的上下楼板上,连接板牢固的焊接在上横梁下;摩擦摆包括摆臂和摩擦片,摆臂通过铰链轴与连接板连接;一对轻质墙体通过一些对拉螺栓将摩擦摆夹在中间,并通过滑槽的轴与摆臂连接,滑槽轴作为摩擦摆工作的支点;轻质墙体与下横梁牢固的连接在一起。本发明不工作时,可作为建筑功能分割体系应用,即可应用于新建筑,也可用于既有建筑的加固改造。本发明在工作时,上下横梁之间发生水平错动,引起摆以滑槽轴为圆心的摆动,上下横梁的水平错动可以通过调整滑槽轴到铰链轴与滑槽轴到摩擦片的距离之比进行放大,同时这种杠杆作用也放大了摩擦墙的输出力。
本发明的有益效果:
可以作为建筑功能的分割元件安装在结构中;具备耗散地震作用和风荷载引入的振动能量,保护主要承重构件的能力;可以作为消能减震装置安装在既有结构中,增加既有结构的抗震能力;摆臂的杠杆作用可以起到放大摩擦面的位移和放大摩擦墙输出力的作用。
(四)附图说明
图1为本发明的立面图
图2为图1的侧视图
图3为本发明的实施例二的结构示意图
图4和图5为本发明的实施例三的结构示意图
图6为本发明的实施例四的结构示意图
图中,1摩擦片,2摆臂,3轻质墙体,4对拉螺栓,5铰链轴,6滑槽轴,7连接板,8上横梁,9下横梁,10剪力墙
(五)具体实施方式
实施例1
图1、图2是本实施例的具体结构示意图。本实施例是由摩擦片1,摆臂2,轻质墙体3,对拉螺栓4,铰链轴5,滑槽轴6,连接板7,上横梁8,下横梁9组成。下横梁9和上横梁8可选择槽钢或者工字钢制作,并牢固的连接在结构的顶板和楼板上。连接板7焊接在上横梁8上,是连接结构和摩擦摆的构件,实际操作时也可以把连接板7与上横梁8合二为一。摩擦摆由摆臂2和摩擦片1构成,通过铰链轴5与连接板7连在一起,可以绕铰链轴自由转动。摆臂2上开一矩形滑槽,滑槽轴6固定在轻质墙体3上,摆臂2通过滑槽轴6传递水平剪力,滑槽轴6也是摩擦摆的支点。轻质墙体3下部牢固地固定在下横梁9上,轻质墙体3与摩擦片1形成摩擦副的位置需要做耐磨处理。在工作时,上横梁8和下横梁9有相对位移,带动连接板7和轻质墙体3产生相对位移,固定在连接板7上的铰链轴5与固定在轻质墙体3上的滑槽轴6也产生相对位移,并通过摆臂2的杠杆作用放大,摩擦片1与轻质墙体3之间发生滑移,将动能转化为热能,耗散地震能量。
实施例2
图3是本实施例的具体结构示意图。在一个摩擦墙中可以布置多个摩擦摆。其它结构与实施例1基本相同。
实施例3
图4和图5是本实施例的具体结构示意图。本实施例采用多摆并行放置,适用于建筑空间有限,但需要较大阻尼的情形。其它结构与实施例1基本相同。
实施例4
图6是本实施例的具体结构示意图。本实施例适用于剪力墙结构,传统剪力墙结构由剪力墙10构成,将本实施例放置在两片剪力墙10之间,起到连接两片墙体使之协调变形的作用。两片剪力墙10的错动变形引起摩擦片1的滑移,并耗散地震能量。其它结构与实施例1基本相同。

Claims (4)

1.一种摆式摩擦墙,包括有摩擦片(1),摆臂(2),轻质墙体(3),对拉螺栓(4),铰链轴(5),滑槽轴(6),连接板(7),上横梁(8),下横梁(9),其中,上横梁(8)和下横梁(9)分别连接在结构的顶板和楼板上,连接板(7)焊接在上横梁(8)上,轻质墙体(3)固定在下横梁(9)上,摩擦摆由摆臂(2)和摩擦片(1)构成,通过铰链轴(5)连接在连接板(7)上,轻质墙体(3)通过对拉螺栓(4)将摩擦摆夹在轻质墙体(3)中间,对拉螺栓(4)提供预压力,摆臂(2)上有一矩形滑槽,滑槽轴(6)固定在轻质墙体(3)上并设置在滑槽内,其特征在于摆臂(2)以滑槽轴(6)为支点作杠杆式摆动。
2.根据权利要求1所述的摆式摩擦墙,其特征在于,摆臂(2)的滑槽轴(6)到铰链轴(5)以及滑槽轴(6)到摩擦片(1)的距离可调。
3.根据权利要求1所述的摆式摩擦墙,其特征在于,摩擦片(1)与轻质墙体(3)形成摩擦副。
4.根据权利要求1所述的摆式摩擦墙,其特征在于,轻质墙体(3)具有耐磨表面。
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