CN104405057A - 一种三板式高耗能粘滞阻尼墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，设置在上下层楼面梁之间，用以建筑结构减震消能，包括墙体和顶部密封件，上层楼面梁、顶部密封件、墙体和下层楼面梁依次连接，所述的墙体和顶部密封件连接构成墙体密封空间，所述墙体密封空间内设有耗能阻尼结构，墙体密封空间填充粘滞阻尼液体，当建筑楼层发生相对位移时，耗能阻尼结构在墙体的粘滞阻尼材料中沿墙体纵向滑动，产生阻尼力，耗散地震或风荷载输入结构的能量，减少结构的动力反应。与现有技术相比，本发明具有耗能能力强、性能稳定、防变形、出力稳定、防损坏等优点。

Description

一种三板式高耗能粘滞阻尼墙

技术领域

本发明涉及一种阻尼墙，尤其是涉及一种三板式高耗能粘滞阻尼墙。

背景技术

被动控制是指不需外界提供能量，依靠在结构中安装隔震支座、阻尼器或辅助系统(子结构)等减振装置，以隔离或减少地震能量，达到减小结构地震反应的控制方法。主要包括隔震、吸振减振、耗能减振等形式。结构的消能减振是结构被动控制的一种形式，它是在工程结构的特定部位安装某种耗能装置，如隔震垫、消能支撑、消能剪力墙、消能器等，以控制结构动力反应的方法。

粘滞阻尼墙是一种新型建筑结构减震消能部件，由日本学者M.Miyazkai与Aiima等在1986年最先提出，粘滞阻尼墙主要由悬挂在上层楼面的剪切钢板、固定在下层楼面的薄型钢箱、内外钢板之间的高粘度粘滞液体组成，薄型钢箱内灌装高粘性的粘滞材料。如图4所示，实际工程中往往在阻尼墙外部设钢筋混凝土或者防火材料的保护墙。当结构受到风或地震作用时，结构上、下楼层之间产生相对位移或相对速度，从而使得上层内钢板在下层薄型钢箱之中的粘滞材料中运动，导致箱体内的粘滞材料发生剪切变形，通过材料流动时产生的内摩擦力做功来消耗能量，从而减小结构的地震或风响应。

但是这种结构的粘滞阻尼墙在工程应用中会遇到以下问题：当地震或风荷载方向与内钢板走向不一致时，内钢板易于发生横向弯折变形，轻则导致阻尼墙耗能能力降低，重则导致阻尼墙完全破坏，失去耗能能力；而现有的粘滞阻尼墙为固定结构，在施工过程中，建筑对阻尼墙抗震性能要求有变化时，无法很好的适应现场要求，导致粘滞阻尼墙的减震耗能效果不能达到预期值。

中国专利号为CN201713957U的专利公开了一种摩擦阻尼墙，该阻尼墙包括内摩擦板、外摩擦板、侧板、柔性封口板、上安装板、下安装板、沙子、预紧螺栓、安装螺栓、刚性垫片等构件组成，内部采用单板式结构，并且内部填充物为沙子，采用单板式的结构与内部的填充物接触面积小，从而能够吸收的能量少，而且容易变形，并且内部填充物为沙子，与内摩擦板之间有间隙，也降低了可以吸收的能量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耗能能力强、性能稳定、防变形、出力稳定、防损坏的三板式高耗能粘滞阻尼墙。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，设置在上下层楼面梁之间，用以建筑结构的减震消能，包括墙体和顶部密封件，上层楼面梁、顶部密封件、墙体和下层楼面梁依次连接，所述的墙体和顶部密封件连接构成墙体密封空间，所述的墙体密封空间内设有耗能阻尼结构，所述的耗能阻尼结构包括上内钢板和下内钢板，所述的上内钢板设有两块，分别与顶部密封件刚接，所述的下内钢板设置在两块上内钢板之间，并且与墙体底部刚接。

所述的耗能阻尼结构还包括横立板、阻尼槽、和盖板，所述的横立板设置在上内钢板和下内钢板之间，所述的阻尼槽设置在两块上内钢板和墙体侧壁之间，并且穿过上内钢板与横立板连接，所述的盖板设置在上内钢板与墙体侧壁的开口处。

所述的顶部密封件包括上连接板、卡键、卡槽钢板和墙体上封板，所述的上连接板与上层楼面梁连接，所述的卡键上端与上连接板刚接，下端与设置在卡槽钢板上的卡槽配合滑动连接，所述的卡槽钢板下表面与墙体上封板刚接，所述的墙体上封板与上内钢板刚接。

所述的卡键截面形状呈T字型，且卡键截面两端设有倒钩，所述的卡槽钢板上卡槽截面面积大于或者等于卡键的截面面积。

所述的墙体包括下连接板、钢箱体、顶部外伸钢板和顶部密封钢板，所述的下连接板与下层楼面梁连接，所述的钢箱体为上端开口结构，下端与下连接板刚接，上端通过水平设置的顶部外伸钢板与竖直设置的顶部密封钢板的下端连接，所述的顶部密封钢板上端与墙体上封板接触，所述的下内钢板与钢箱体底部刚接。

所述的盖板、墙体上封板、钢箱体和上内钢板形成的空间内填充粘滞阻尼液体，所述的盖板、顶部外伸钢板、顶部密封钢板和墙体上封板形成的空间内填充密封防尘条。

所述的横立板在沿墙体延伸方向上设有阻尼孔。

所述的阻尼孔的形状为圆形、方形或者正六边形。

所述的上内钢板与墙体上封板连接处设有加劲肋，所述的下内钢板与钢箱体的底板连接处设有加劲肋。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、耗能能力强，在跟墙体上封板连接的两块上内钢板之间插入第三块下内钢板，下内钢板与钢箱体的底板连接，有效地增大了剪切面积，从而增大了耗能能力。

二、性能稳定，在上下内钢板之间有起限位作用的横立板，上下内钢板和钢箱体之间有起限位作用的阻尼槽，保证了钢板之间以及钢板和钢箱体平行的状态，保护了粘滞阻尼液体与上下内钢板的粘结面，使阻尼墙性能更稳定，出力更稳定。

三、防变形，卡键和卡槽钢板之间采用卡槽式连接，在上层楼面梁平面外的移动(即z方向)不会导致墙体上封板平面外的移动(即z方向)，也就不会使上下内钢板发生平面外弯曲变形。

四、卡键的截面采用了倒钩的结构，该结构增大了卡槽和卡键的有效接触面积，使阻尼力的传递更稳定有效。

五、内部横立板上设置的阻尼孔，增大了与粘滞阻尼液体接触的有效面积的同时在上下内钢板之间起到限位钢板的作用，能有效增大耗能能力和稳定能力。

六、出力稳定，沿着长度方向阻尼槽，增大与粘滞阻尼液体接触的有效面积，并且便于粘滞液体左右流动，保护粘滞阻尼液体与上下内钢板的粘结面，增强了阻尼墙的耗能力，且阻尼槽与钢箱体有一定的距离，同时可以充当限位钢板的作用，使阻尼墙性能更稳定，出力更稳定。

七、防损坏，盖板、顶部外伸钢板、顶部密封钢板和墙体上封板形成的空间内填充密封防尘条，有效防止阻尼墙的老化和损坏，增强其稳定性和有效性。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为A-A剖面结构示意图。

图3为B-B剖面结构示意图。

图4为一般的粘滞阻尼墙剖面示意图。

其中，1、墙体，2、顶部密封件，3、耗能阻尼结构，4、粘滞阻尼液体，11、下连接板，12、钢箱体，13、顶部外伸钢板，14、顶部密封钢板，21、上连接板，22、卡键，23、卡槽钢板，24、墙体上封板，31、上内钢板，32、下内钢板，33、密封防尘条，34、横立板，341、阻尼孔，35、阻尼槽，36、盖板，37、加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1和图2所示，一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，设置在上下层楼面梁之间，用以建筑结构的减震消能，包括墙体1和顶部密封件2，上层楼面梁、顶部密封件2、墙体1和下层楼面梁依次连接，墙体1和顶部密封件2连接构成墙体密封空间，墙体密封空间内设有耗能阻尼结构3，耗能阻尼结构3包括上内钢板31和下内钢板32，上内钢板31设有两块，分别与顶部密封件2刚接，下内钢板32设置在两块上内钢板31之间，并且与墙体1底部刚接。

耗能阻尼结构3还包括横立板34、阻尼槽35、和盖板36，横立板34设置在上内钢板31和下内钢板32之间，阻尼槽35设置在两块上内钢板31和墙体1侧壁之间，并且穿过上内钢板31与横立板34连接，盖板36设置在上内钢板31与墙体1侧壁的开口处，横立板34在沿墙体1延伸方向上设有阻尼孔341，增大了与粘滞阻尼液体4接触的有效面积的同时在上下内钢板之间起到限位钢板的作用，能有效增大耗能能力和稳定能力，阻尼孔341的形状为圆形、方形或者正六边形。

阻尼槽35的设置增大了与粘滞阻尼液体4接触的有效面积，并且便于粘滞阻尼液体4左右流动，保护粘滞阻尼液体4与上下内钢板的粘结面，增强了阻尼墙的耗能力，且阻尼槽与钢箱体12有一定的距离，同时可以充当限位钢板的作用，使阻尼墙性能更稳定，出力更稳定。

顶部密封件2包括上连接板21、卡键22、卡槽钢板23和墙体上封板24，上连接板21与上层楼面梁连接，卡键22上端与上连接板21刚接，下端与设置在卡槽钢板23上的卡槽配合滑动连接，卡槽钢板23下表面与墙体上封板24刚接，墙体上封板24与上内钢板31刚接，卡键22截面形状呈T字型，且卡键22截面两端设有倒钩，卡槽钢板23上卡槽截面面积大于或者等于卡键22的截面面积，以保证卡键22在卡槽钢板23上的卡槽内移动时不会滑落到卡槽12的外面。

墙体1包括下连接板11、钢箱体12、顶部外伸钢板13和顶部密封钢板14，下连接板11与下层楼面梁连接，钢箱体12为上端开口结构，下端与下连接板11刚接，上端通过水平设置的顶部外伸钢板13与竖直设置的顶部密封钢板14的下端连接，顶部密封钢板14上端与墙体上封板24接触，下内钢板32与钢箱体12底部刚接。

盖板36、墙体上封板24、钢箱体12和上内钢板31形成的空间内填充粘滞阻尼液体4，盖板36、顶部外伸钢板13、顶部密封钢板14和墙体上封板24形成的空间内填充密封防尘条33，防止阻尼墙工作时发生粘滞阻尼液体4鼓起、粘结面的消能下降等问题，有效防止阻尼墙的老化和损坏，增强其稳定性和有效性。。

上内钢板31与墙体上封板24连接处设有加劲肋37，下内钢板32与钢箱体12的底板连接处设有加劲肋37。

当建筑楼层发生相对位移时，耗能阻尼结构3在墙体1的粘滞阻尼液体4中沿墙体1纵向滑动，产生阻尼力，耗散地震或风荷载输入结构的能量，减少结构的动力反应。

当在平面内的外力(即在xyz正坐标系内的xy平面内的力)作用时，阻尼墙正常工作。当发生垂直于xy平面(即z方向)的外力时，由于本发明的上连接板21和墙体上封板24之间采用卡键22与卡槽钢板23上的卡槽连接，卡键22会在卡槽钢板23上的卡槽内沿着卡槽的长度方向移动(即z方向)，耗散掉z方向的外力作用，从而保护了包括内钢板在内的下部结构不发生在非耗能方向的弯曲变形，保护了内部钢板。

本发明作用原理：当楼层发生相对位移或速度时，内钢板在钢箱体的粘滞阻尼材料中沿钢箱体纵向滑动，产生阻尼力，耗散地震或风荷载输入结构的能量，减少结构的动力反应。

粘滞阻尼墙的总粘滞抵抗力Q_w可以表达为与速度梯度相关的粘滞阻尼力Q_c和与位移相关的的粘弹性恢复力Q_k之和，计算式为：

Q_w＝Q_c+Q_k   (1)

按照牛顿粘滞力学，粘滞阻尼力Q_c为：

$Q_c=\mathrm{\μA}\frac{\mathrm{d\ν}}{\mathrm{dy}}---\left(2\right)$

式中，A为钢板面积，μ为粘滞材料的粘度，dv是内外钢板的相对速度，dy是内外钢板的间距。

于粘滞阻尼墙中的粘滞材料不是理想的牛顿粘滞材料，因此对粘滞阻尼墙的粘滞阻尼力Q_c的计算不能直接引用式(2)，需要通过一个从试验中得到的指数系数α来修正，修正后粘滞阻尼墙的粘滞阻尼力Q_c计算公式为：

$Q_c=\mathrm{\μA}{\left(\frac{\mathrm{d\ν}}{\mathrm{dy}}\right)}^{\mathrm{\α}}---\left(3\right)$

粘弹性恢复力Q_k的计算公式为：

$Q_k=\mathrm{\μA}\frac{{\mathrm{\δ}}^{1+\mathrm{\β}}}{d{y}^2}---\left(4\right)$

式中：β为从试验中得到的常数，δ为内外钢板的相对位移。

因此，总的粘滞抵抗力Q_w为：

$Q_w=Q_c+Q_k=\mathrm{\μA}[{\left(\frac{\mathrm{d\ν}}{\mathrm{dy}}\right)}^{\mathrm{\α}}+\left(\frac{{\mathrm{\δ}}^{1+\mathrm{\β}}}{d{y}^2}\right)---\left(5\right)$

从公式(5)可以知道，影响粘滞阻尼墙的总粘滞抵抗力大小的主要因素有：粘滞材料的粘度、粘滞材料的厚度H(内外钢板的间距)、内钢板的与粘滞材料接触的有效面积A。可以通过调节以上三个参数的大小来改变粘滞阻尼墙的耗能性能，以满足不同结构的抗震设计要求。

以上对发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理、实施方式、主要特征和本发明的优点进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，设置在上下层楼面梁之间，用以建筑结构的减震消能，包括墙体(1)和顶部密封件(2)，上层楼面梁、顶部密封件(2)、墙体(1)和下层楼面梁依次连接，所述的墙体(1)和顶部密封件(2)连接构成墙体密封空间，所述的墙体密封空间内设有耗能阻尼结构(3)，其特征在于，所述的耗能阻尼结构(3)包括上内钢板(31)和下内钢板(32)，所述的上内钢板(31)设有两块，分别与顶部密封件(2)刚接，所述的下内钢板(32)设置在两块上内钢板(31)之间，并且与墙体(1)底部刚接。

2.根据权利要求1所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的耗能阻尼结构(3)还包括横立板(34)、阻尼槽(35)、和盖板(36)，所述的横立板(34)设置在上内钢板(31)和下内钢板(32)之间，所述的阻尼槽(35)设置在两块上内钢板(31)和墙体(1)侧壁之间，并且穿过上内钢板(31)与横立板(34)连接，所述的盖板(36)设置在上内钢板(31)与墙体(1)侧壁的开口处。

3.根据权利要求1所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的顶部密封件(2)包括上连接板(21)、卡键(22)、卡槽钢板(23)和墙体上封板(24)，所述的上连接板(21)与上层楼面梁连接，所述的卡键(22)上端与上连接板(21)刚接，下端与设置在卡槽钢板(23)上的卡槽配合滑动连接，所述的卡槽钢板(23)下表面与墙体上封板(24)刚接，所述的墙体上封板(24)与上内钢板(31)刚接。

4.根据权利要求3所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的卡键(22)截面形状呈T字型，且卡键(22)截面两端设有倒钩，所述的卡槽钢板(23)上卡槽截面面积大于或者等于卡键(22)的截面面积。

5.根据权利要求3所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的墙体(1)包括下连接板(11)、钢箱体(12)、顶部外伸钢板(13)和顶部密封钢板(14)，所述的下连接板(11)与下层楼面梁连接，所述的钢箱体(12)为上端开口结构，下端与下连接板(11)刚接，上端通过水平设置的顶部外伸钢板(13)与竖直设置的顶部密封钢板(14)的下端连接，所述的顶部密封钢板(14)上端与墙体上封板(24)接触，所述的下内钢板(32)与钢箱体(12)底部刚接。

6.根据权利要求5所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的盖板(36)、墙体上封板(24)、钢箱体(12)和上内钢板(31)形成的空间内填充粘滞阻尼液体(4)，所述的盖板(36)、顶部外伸钢板(13)、顶部密封钢板(14)和墙体上封板(24)形成的空间内填充密封防尘条(33)。

7.根据权利要求2所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的横立板(34)在沿墙体(1)延伸方向上设有阻尼孔(341)。

8.根据权利要求7所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的阻尼孔(341)的形状为圆形、方形或者正六边形。

9.根据权利要求5所述的一种三板式高耗能粘滞阻尼墙，其特征在于，所述的上内钢板(31)与墙体上封板(24)连接处设有加劲肋(37)，所述的下内钢板(32)与钢箱体(12)的底板连接处设有加劲肋(37)。