CN103938750A - 耗能支撑减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗能支撑减震装置，包括第一连接件、活塞耗能单元、钢管耗能单元和第二连接件，活塞耗能单元包括密封的活塞内缸、设置活塞内缸内的活塞头、以及用于推动活塞头在活塞内缸内作往复运动的活塞杆，活塞头将活塞内缸分隔成第一内腔和第二内腔，第一内腔和第二内腔内填充有在受冲击的瞬间能够变得坚硬的剪切增稠液体，活塞头上还设有用于连通第一内腔和第二内腔的导液孔；本装置结构简单，能够避免温度应力的影响，在不同等级地震条件下对建筑结构物进行减震，还能避免震后产生的纵向残余位移；另外，本装置原材料成本低，可设计不同吨位的支撑，即使安装数目较少时也能起到优良的减震效果，有利于提高主结构体的安全性和稳定性。

Description

耗能支撑减震装置

技术领域

本发明属于建筑结构工程领域，涉及一种减震装置。

背景技术

目前，建筑结构物的抗震设计已广泛采用耗能支撑减震装置，常见的耗能支撑减震装置包括黏滞阻尼耗能器、黏弹性耗能器、金属屈服型耗能器和摩擦型耗能器等。这些耗能支撑减震装置能够在地震中消耗地震作用于建筑结构物的能量，以确保建筑结构物的结构安全并减少结构被损坏而带来的经济损失。

相当多的建筑结构物由于建筑美学和耐久性的需要，在结构上不能设置任何伸缩缝，为了满足其抗震要求，不得不在柱间设置支撑。然而，对于这些建筑结构物而言，通常的柱间钢支撑或者金属屈服型耗能支撑会给结构物本身带来较大的温度应力，给结构物的设计和使用带来困难。设置黏滞阻尼器耗能支撑虽然能够解决此问题，但是成本过高。此外，金属类耗能支撑装置在地震后通常有一部分残余位移，导致震后修复成本和难度过大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种不仅能够解决目前的普通支撑布置所带来的温度应力问题和传统金属屈服型耗能支撑装置的震后纵向残余位移问题，而且能满足各种建筑结构物正常使用时需变位移的要求，并且在建筑结构物遭遇地震时具有良好的耗能减震效果的耗能支撑减震装置。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种耗能支撑减震装置，包括串联连接的第一连接件、活塞耗能单元、在受冲击时发生屈曲耗能的钢管耗能单元和第二连接件，活塞耗能单元包括密封的活塞内缸、设置活塞内缸内的活塞头、以及用于推动活塞头在活塞内缸内作往复运动的活塞杆，活塞头将活塞内缸分隔成第一内腔和第二内腔，第一内腔和第二内腔内填充有在受冲击的瞬间能够变得坚硬的剪切增稠液体，活塞头上还设有至少一个连通第一内腔和第二内腔的导液孔。

上述的活塞内缸包括环绕着活塞头的内缸钢管、与内缸钢管的一端密封连接的堵件以及与内缸钢管的另一端的内表面密封连接的堵头，堵头上设有用于使活塞杆穿出的贯通孔，活塞杆与贯通孔可移动地密封连接。

上述的堵件具有凹形截面，堵件的平头端与第一连接件固定连接，堵件的凹头端密封套接在内缸钢管的一端的外表面上。

上述的耗能支撑减震装置还包括可移动地套接在内缸钢管的外表面上的外缸钢管和分别与外缸钢管和活塞杆固定连接的活塞座。

上述的钢管耗能单元包括分别与活塞座固定连接的内约束钢管和外约束钢管、设置在内约束钢管和外约束钢管之间的软钢芯材管以及一侧与软钢芯材管固定连接且另一侧与第二连接件固定连接的端部连接板，软钢芯材管的长度大于内约束钢管和外约束钢管的长度。

上述的第一连接件和第二连接件为单耳环铰座。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

在本发明的耗能支撑减震装置中，第一内腔和第二内腔内填充有剪切增稠液体，该种液体在平时使用时呈液态，使得活塞头能够在内缸钢管内改变位置，从而在支撑轴向上发生适应性地自动变形，不会给建筑结构物带来额外的温度应力的影响；一旦发生强烈地震，该种液体就会变成固态，锁定住活塞头的移动，使得软钢芯材管在支撑轴向上发生屈服，从而大量地耗散了地震能量，保护了建筑主结构。在震后，剪切增稠液体又恢复为液态，使得活塞内缸具有自适应性能，避免了金属耗能支撑的残余位移问题。

附图说明

图1为本发明实施例中的耗能支撑减震装置的对角安装示意图。

图2为本发明实施例中的耗能支撑减震装置的平面图。

附图标记：

第一连接件1、堵件2、导液孔3、活塞头4、活塞杆5、内缸钢管6、堵头7、活塞座8、内约束钢管9、软钢芯材管10、外约束钢管11、端部连接板12、第二连接件13、第一内腔14、第二内腔15、外缸钢管16、外腔17。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例提供了一种用于对建筑结构物提供抗震支撑的耗能支撑减震装置，该耗能支撑减震装置在建筑结构物的柱间以对角或人字形等适合的方式进行安装。如图1所示，耗能支撑减震装置可以对角安装在建筑结构物的柱间。

如图2所示，耗能支撑减震装置包括依次串联连接的第一连接件1、活塞耗能单元、钢管耗能单元和第二连接件13。

第一连接件1和第二连接件13位于耗能支撑减震装置的两端，分别与建筑结构物的柱或墙相铰接。本实施例中，第一连接件1和第二连接件13为单耳环铰座。

活塞耗能单元包括活塞内缸、活塞头4、活塞杆5、外缸钢管16和活塞座8。

活塞内缸为密封结构，包括内缸钢管6、堵件2和堵头7。内缸钢管6为中空并且两端开口的无缝钢管。堵件2为带有一圈凸缘的圆板，凸缘和圆板形成凹形截面。堵件2的没有凸缘的一端为平头端，该平头端与第一连接件1固定连接。堵件2的带有凸缘的一端为凹头端，该凹头端密封套接在内缸钢管6的其中一端的外表面上。堵头7为圆板，其与内缸钢管6的另外一端的内表面密封连接。堵头7上设有用于供活塞杆5贯穿的贯通孔。

活塞头4的外形为圆板，设置于内缸钢管6内，能够在活塞杆5的带动下在内缸钢管6内作往复移动。活塞头4将活塞内缸分隔成第一内腔14和第二内腔15。第一内腔14和第二内腔15内完全填充有在受冲击的瞬间能够变得坚硬的剪切增稠液体。活塞头4上还设有至少一个连通第一内腔14和第二内腔15的导液孔3。剪切增稠液体能够通过导液孔3在第一内腔14和第二内腔15之间进行交换。剪切增稠液体是自然界中最坚硬的非金属材料之一，其是将极其细小并且坚硬的纳米球形微粒混入到不挥发并且流动性好的无毒液体中所形成的悬浮液或凝胶。剪切增稠液体平时具有流动性，非常容易变形，几乎无任何刚度，纳米球形微粒在无毒液体中呈悬浮状态；然而，一旦受到冲击，原先呈悬浮状态的纳米球形微粒在碰撞点便会骤然聚集成微粒簇，从而使得剪切增稠液体在瞬间变得十分坚硬，固态和液态之间进行毫秒级转化。换而言之，在不受冲击时纳米球形微粒之间互不干扰，剪切增稠液体呈液态；一旦受到冲击，不同纳米球形微粒激烈碰撞使得剪切增稠液体变成固态；当冲击力消失之后，纳米球形微粒之间又变得互不干扰，剪切增稠液体重新恢复到液体状态。剪切增稠液体在平时呈现柔韧性，能够满足平时使用时温度应力要求耗能支撑减震装置具有一定的易变形性；剪切增稠液体在受到冲击时呈现坚固性，能够满足在地震时需要耗能支撑减震装置具有大刚度的性能，从而使得耗能支撑减震装置满足有时要有柔韧性有时要有大刚度这一矛盾，同时耗能支撑减震装置又具有自复位性能，可以避免震后纵向残余位移。

活塞杆5的一端固定连接到活塞头4上，中间部分与贯通孔可移动地密封连接，另一端固定连接到活塞座8上。当结构发生微小形变时或地震时，活塞杆5能够推动活塞头4在活塞内缸内作往复运动，从而消耗能量。活塞头4和活塞杆5的总长度L1大于内缸钢管6的长度，以确保活塞头4在活塞内缸内具有足够的位移量。

外缸钢管16为中空并且两端开口的无缝钢管，其一端可移动地套接在内缸钢管6的外表面上，另外一端固定连接到活塞座8上。外缸钢管16的内径等于内缸钢管6的外径。

钢管耗能单元为公知技术，包括外约束钢管11、内约束钢管9、软钢芯材管10和端部连接板12。外约束钢管11的一端固定连接到活塞座8上，另一端为自由端。内约束钢管9的外径小于外约束钢管11的内径，其一端固定连接到活塞座8上，另一端为自由端。软钢芯材管10设置在内约束钢管9和外约束钢管11之间的空隙内，其一端固定连接到活塞座8上，另一端固定连接到端部连接板12上。软钢芯材管10由软钢制成，容易发生屈曲变形，其长度L3分别大于外约束钢管11和内约束钢管9的长度。因此，当地震时，软钢芯材管10会发生屈曲变形，从而大量地耗散地震带给建筑结构物的能量。

综上，在本实施例的耗能支撑减震装置中，因为第一内腔14和第二内腔15内填充有剪切增稠液体，该种液体在日常情况下呈液态，在受到冲击的瞬间变为固态，因此，在建筑结构物日常使用的温度变化下，剪切增稠液体能够通过导液孔3在第一内腔14和第二内腔15之间缓慢交换，导致活塞头4在内缸钢管6内改变位置，从而耗能支撑减震装置在支撑轴向上发生自动变形，不会给建筑结构物带来额外的温度应力的影响，也不影响建筑结构物的正常使用。当发生弱震时，剪切增稠液体的交换能起到一定的耗能作用。当发生强烈地震时，剪切增稠液的性能会发生剧变，变为坚硬的固体，锁定住活塞头4在内缸钢管6内的移动，从而为内约束钢管9、软钢芯材管10和外约束钢管11提供极高的反力，此时，由于内约束钢管9和外约束钢管11对软钢芯材管10有约束作用，所以软钢芯材管10可以在支撑轴向屈服，从而大量地耗散地震能量，有利于保护建筑结构物的主体结构。本耗能支撑减震装置在结构物正常使用、极限状态和震后恢复均有良好的性能表现，能够在不同等级地震条件下对建筑结构物进行减震，对不同等级地震有较强的适应性，便于建筑结构物支撑的总体设计和布置；另外，本耗能支撑减震装置的原材料成本低，可设计不同吨位的支撑，即使安装数目较少时也能起到优良的减震效果，有利于提高主结构体的稳定性和安全性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耗能支撑减震装置，其特征在于：包括串联连接的第一连接件、活塞耗能单元、在受冲击时发生屈曲耗能的钢管耗能单元和第二连接件，活塞耗能单元包括密封的活塞内缸、设置所述活塞内缸内的活塞头以及用于推动所述活塞头在所述活塞内缸内作往复运动的活塞杆，所述活塞头将所述活塞内缸分隔成第一内腔和第二内腔，所述第一内腔和所述第二内腔内填充有在受冲击的瞬间能够变得坚硬的剪切增稠液体，所述活塞头上还设有至少一个连通所述第一内腔和所述第二内腔的导液孔。

2.根据权利要求1所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：所述活塞内缸包括环绕着所述活塞头的内缸钢管、与所述内缸钢管的一端密封连接的堵件以及与所述内缸钢管的另一端的内表面密封连接的堵头，所述堵头上设有用于使所述活塞杆穿出的贯通孔，所述活塞杆与贯通孔所述可移动的密封连接。

3.根据权利要求1所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：所述堵件具有凹形截面，所述堵件的平头端与所述第一连接件固定连接，所述堵件的凹头端密封套接在所述内缸钢管的所述一端的外表面上。

4.根据权利要求1所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：还包括可移动的套接在所述内缸钢管的外表面上的外缸钢管和分别与所述外缸钢管和所述活塞杆固定连接的活塞座。

5.根据权利要求1所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：所述钢管耗能单元包括分别与所述活塞座固定连接的内约束钢管和外约束钢管、设置在所述内约束钢管和所述外约束钢管之间的软钢芯材管以及一侧与所述软钢芯材管固定连接且另一侧与所述第二连接件固定连接的端部连接板。

6.根据权利要求5所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：所述软钢芯材管的长度分别大于所述内约束钢管和所述外约束钢管的长度。

7.根据权利要求1所述的耗能支撑减震装置，其特征在于：所述第一连接件和所述第二连接件为单耳环铰座。