CN104005492B - 流砂型混合消能减震阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流砂型混合消能减震阻尼装置，包括阻尼器和安装板。所述阻尼器具有一个中空的腔体。所述阻尼器固定在所述安装板的上表面。所述安装板的下表面与建筑物结构件相连。所述阻尼器的腔体中装入若干圆球和/或鹅卵石。所述阻尼器的腔体中还填入砂土和水的混合物。本发明综合了调谐液体阻尼器、调谐质量阻尼器、粘滞阻尼器和颗粒阻尼器的优点，耗能效果好，在建筑工程抗震和抗风领域具有广泛适用性。

Description

流砂型混合消能减震阻尼装置

技术领域

本发明涉及建筑结构工程减震和抗风技术领域。

背景技术

随着高层建筑向大高宽比以及轻质高强材料的方向发展，结构刚度和阻尼逐渐减小，对风和地震等强激励越来越敏感。结构振动控制作为一种经济有效的手段，近年来越来越受到重视，抗震及消能减震技术在工程中也得到了十足的应用和发展。

建筑减震技术从控制理论看主要有主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制四种方法，其中应用较多的阻尼器就是被动控制的一种。国内外许多学者致力于减震理论和方法的研究，并取得了大量的成果。然而阻尼器在工程应用中暴露出了自身的一些弊端，如多数阻尼器工作机理单一，减震能力有限；调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器均存在有效带宽较窄的问题；粘滞阻尼器存在粘滞材料的老化问题，且材料本身造价高；金属阻尼器屈服点集中，低周疲劳性能差；颗粒阻尼器响应滞后，且噪音大。所以研究一种能自启动、适应不同工程、便于制作、天然环保，同时耗能效果好的混合消能减震装置有很大的工程意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有的阻尼器应用范围受限的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种流砂型混合消能减震阻尼装置，包括一个中空的阻尼器腔体。所述阻尼器腔体固定在结构构件上。所述阻尼器腔体中装入若干圆球和/或鹅卵石。所述阻尼器腔体中还填入砂土和水的混合物。

进一步，所述阻尼器腔体是由钢板围成的立方体或圆柱体。

进一步，还包括一块安装板。所述阻尼器腔体固定在所述安装板的上表面。采用螺栓将所述安装板与结构构件相连。

进一步，所述阻尼器腔体是混凝土浇筑成的立方体或圆柱体。

进一步，所述阻尼器腔体中填入砂土和水的混合物后，所述混合物的深度是所述立方体或圆柱体高度的1/2～2/3。

进一步，所述阻尼器腔体的上端敞口。所述敞口采用盖板或上面植有草皮的塑料网片封堵。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。在地震或者风的作用下，安装有本发明所公开装置的建筑物发生振动，引发腔内砂土液化和流动，腔内圆球或鹅卵石在惯性力的作用下与流体存在相对运动或相对运动趋势，从而导致流砂对圆球或鹅卵石产生一定的吸附力。上述过程存在多种消能减震的工作机理，可以有效地消耗地震能量，保证结构的安全。

更好的是，本发明所公开的装置具有取材方便、天然环保、造价低且易于施工的优势。

更好的是，本发明对水平任意方向的振动都有较好的减振效果，可广泛用于建筑结构抗震设计和既有建筑的抗震加固。

更好的是，本发明综合了多种类型阻尼器的优点：

相对于调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器，本发明有效带宽长，减震效果稳定。不局限于一阶振型的减震控制，对高阶振型也有一定的减震效果；

相对于粘滞阻尼器，本发明不存在阻尼材料老化问题，使用过程中也无需过多维护；

相对于金属阻尼器，本发明不存在屈服点集中，低周疲劳性能差等问题；

相对于颗粒阻尼器，本发明不存在响应滞后，且噪音大等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图(图1所示装置移除上盖和部分侧板)；

图3为图1的剖视图；

图中：阻尼器腔体－1、砂土和水的混合物－2、圆球－3、安装板－4、安装孔－5、砂土和水混合物的上表面－M。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种流砂型混合消能减震阻尼装置，包括阻尼器腔体1和安装板4。所述阻尼器腔体1具有一个中空的腔体，阻尼器腔体1内装有砂土和水的混合物2(可以为饱和砂土)。

参见图1，所述阻尼器腔体1固定在所述安装板4的上表面。所述安装板4的下表面与结构构件相连。实施例中，所述安装板4是一块平整的钢板，其板面上具有若干安装孔5。安装时，可以通过穿过所述安装孔5的螺栓将所述安装板4，及其与之相连的阻尼器腔体1固定在构件上。

参见图2，该图展现所述阻尼器的内部结构。即所述阻尼器腔体1中装入若干圆球3和/或鹅卵石。本实施例中，所示阻尼器腔体1的容积可以根据实际抗震需要选择。实施例中，所述圆球3是半径为r的钢球、混凝土球或陶粒球中的一种或多种。所述半径为r的数值可以根据实际情况选择单一直径或不同直径。优选地，r＝50mm～100mm。优选地，所述鹅卵石选择圆球形鹅卵石。

本实施例中，所述阻尼器腔体1中的圆球3的数量可以根据实际需要选择。优选地，圆球3总的水平投影面积为阻尼器腔体1底面积的20％～40％；圆球3总的体积应为阻尼器腔体1体积的5％～15％。

所述阻尼器1的腔体中还填入砂土和水的混合物2，形成摩阻材料。该混合物2耐热，不易挥发，属于不燃材料，化学性质稳定，粘性系数可以根据需要通过调节水和砂土的配合比(以下简称水砂比)和砂土的粒径来选择。本发明所采用的砂土，为生活中普通的砂土即可；水砂比可根据工程频率大小进行调节。优选地，水砂比需满足饱和砂土的要求。所以此流砂型混合消能减震阻尼器具有很强的工程适应性。

值得说明的是，由于阻尼器腔体1内有可移动圆球3和摩阻材料，在风或地震作用下，建筑物发生振动，阻尼器腔体1内的砂土颗粒形同“液体”一样处于悬浮状态，产生流动，效果同调谐液体阻尼器(TLD)，消耗能量。

更好的是，在结构发生振动时，由于惯性力的存在导致阻尼器腔体1内的圆球3与流动的混合物2之间产生相对运动。同时，流动的混合物2对圆球3产生一定的吸附力，其工作原理同调谐质量阻尼器(TMD)，有效地减轻结构的地震响应。

更好的是，在结构发生振动时，流动的混合物2对圆球3产生一定的吸附力，该吸附力与相对运动速度相关，故该阻尼器也有粘滞阻尼器的效果，有效地减轻结构的地震响应。

更好的是，在结构发生振动时，圆球3会产生滚动和碰撞，故该阻尼器也有颗粒阻尼器的效果，有效地减轻结构的地震响应。

综上，本实施例公开的技术方案逆向考虑了砂土液化的不利影响，其工作原理类同TLD和TMD，同时又具有粘滞阻尼器和颗粒阻尼器的效果，故命名为流砂型混合消能减震阻尼装置。这也是本装置的优势所在：不同的结构在不同的地震作用下，本阻尼装置具有不同的耗能机理，故该阻尼装置具有较好的鲁棒性，克服了单一阻尼器的不足。

实施例2：

本实施例的主要结构同实施例1。

在实施例1中，所述阻尼器腔体1可以是上端敞口、下端封闭的容器，以满足盛水的需要。优选地，为避免对人身安全的不利影响，所述阻尼器腔体1应当具有一定的封闭性。本实施例中，可对所述阻尼器腔体1加设顶盖，或者在混合物2上表面加塑料网片并加盖草皮，即可以保持水分又美化环境，符合环保要求。

进一步地，所述阻尼器腔体1是由钢板围成的中空立方体或圆柱体，所述中空立方体或圆柱体上端敞口、下端封闭，使其成为上端敞口的容器。实施例中，可以通过钢质盖板密封该容器的上端敞口。或者，所述阻尼器腔体1是混凝土浇筑成的中空立方体或圆柱体，所述中空立方体或圆柱体上端敞口、下端封闭，使其成为上端敞口的容器。实施例中，可以通过钢质盖板密封该容器的上端敞口。

本实施例中，填充的砂土即可采用普通的砂土，其中的圆球3或鹅卵石可方便获得。故该阻尼器取材容易，符合环保要求。

本实施例中，填充材料中的水砂比可根据结构耗能需要自行调节。优选地，所述阻尼器腔体1中填入砂土和水的混合物2后，混合物上表面为图2所示的M，所述腔体内的混合物的深度是所述立方体或圆柱体高度的1/2～2/3。

Claims (7)

1.一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：包括一个中空的阻尼器腔体(1)；所述阻尼器腔体(1)固定在结构构件上；所述阻尼器腔体(1)中装入若干圆球(3)和/或鹅卵石；所述阻尼器腔体(1)中还填入砂土和水的混合物(2)；所述砂土和水的混合物(2)为饱和砂土。

2.根据权利要求1所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：所述阻尼器腔体(1)是由钢板围成的中空立方体或圆柱体。

3.根据权利要求2所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：还包括一块安装板(4)；所述阻尼器腔体(1)固定在所述安装板(4)的上表面；采用螺栓(5)将所述安装板(4)与结构构件相连。

4.根据权利要求1所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：所述阻尼器腔体(1)是混凝土浇筑成的中空立方体或圆柱体。

5.根据权利要求2或4所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：所述阻尼器腔体(1)中填入砂土和水的混合物(2)后，所述混合物(2)的深度是所述阻尼器腔体(1)高度的1/2～2/3。

6.根据权利要求1所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：所述阻尼器腔体(1)的上端具有敞口；所述敞口加设盖板。

7.根据权利要求1所述的一种流砂型混合消能减震阻尼装置，其特征在于：所述阻尼器腔体(1)的上端具有敞口；所述混合物(2)的上表面铺设上面植有草皮的塑料网片，以封堵所述敞口。