CN106223510A - 纳米智能阻尼墙和阻尼器用剪切增稠液体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米智能阻尼墙和阻尼器用剪切增稠液体，具体的说是一种在不同强度的风振或地震作用下，能自动改变其阻尼特性的阻尼墙装置和阻尼器用剪切增稠液体，属于建筑结构耗能减震技术领域。纳米智能阻尼墙包括箱体，箱体上端活动连接上安装板，箱体下端电焊连接下安装板，箱体中心位置固定箱体内侧板。上安装板下端固定两个刚性滑动板，两个刚性滑动板位于箱体内，并在箱体内侧板两侧对称分布。箱体内充满阻尼器用剪切增稠液体，刚性滑动板位于箱体内的阻尼器用剪切增稠液体中。本发明的阻尼器用剪切增稠液体能随坏境变化而自动改变其阻尼特性，使得阻尼墙具有更好的稳定性和抗震性能。从而提高了建筑的安全性。

Description

纳米智能阻尼墙和阻尼器用剪切增稠液体
技术领域
本发明涉及一种纳米智能阻尼墙和阻尼器用剪切增稠液体，具体的说是一种在不同强度的风振或地震作用下，能自动改变其阻尼特性的阻尼墙装置和阻尼器用剪切增稠液体，属于建筑结构耗能减震技术领域。
背景技术
随着高层建筑结构的不断发展，新材料、新技术的应用和建筑功能的需要,高层建筑结构的高度不断增加、结构体型也更为复杂化，使得单纯依靠现有的结构体系难以满足结构抗震与风振控制的要求，因此目前的高层建筑都普遍采用耗能减震技术。耗能减震技术是把结构的某些非承重构件设计成耗能构件，或在结构的某些位置设置耗能部件。在风或震时，耗能部件或者耗能构件能产生较大的阻尼，吸收或消耗震动能量，从而减小主体结构的动力反应，避免主体结构产生大的塑性变形而遭受破坏，是一种积极的减振手段。目前已开发的主要耗能部件有：摩擦阻尼器、软钢和合金阻尼器、铅阻尼器、粘弹性阻尼器、黏滞阻尼器、阻尼墙等。
与本发明相近的粘滞阻尼墙是20世纪80年代由日本学者发现。粘滞阻尼墙主要由固定在上层楼面的内钢板、固定在下层楼面的两块外钢板、内外钢板之间的高粘度粘滞液体(现阶段通常采用硅油)组成。在风振或者地震时，上下楼层产生相对运动，使得内钢板在粘滞液体中运动，产生阻尼力，吸收震动能量，从而减少楼层震动反应，该类阻尼墙结构简单、安装方便。不足之处：该类阻尼墙的总粘滞阻尼力F为:式中：A为钢板面积，L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，D是内外钢板的相对位移，a、b是修正系数常数，从该式可以看出：在阻尼墙结构尺寸一定时，粘滞材料的粘度L是影响阻尼墙力学性能和减振效果的主要因素，然而现阶段采用的高粘滞材料(如硅油等)的粘度在工作过程中是不可变的，使其无法在各种震动条件下达到最佳减振效果。
与本发明相近的专利“电流变体智能阻尼墙”，专利号为CN200420037742、公开号为CN200420037742、公开日为2005.08.03；“磁流变体智能阻尼墙”，专利号为CN200420037740，公开号为CN2732879Y，公开日为2005.10.12。该类新型包括刚性滑动板、上安装板、刚性底槽、下安装板、电流变体、电绝缘滑道、电绝缘安装套筒，其特点是：刚性滑动板和上安装板刚性连接为一体，刚性底槽和下安装板刚性连接为一体，电流变体装置在刚性底槽中，刚性滑动板被植入电流变体中。使用时，其上安装板与建筑结构上梁相连，下安装板与建筑结构下梁相连，建筑物在强风和地震作用时上下梁的相对变形，引起刚性滑动板在底槽内的电流变体中滑动产生阻尼力，来减小建筑物的振动。通过改变刚性滑动板与刚性底槽之间的电压值，使滑动板与底槽之间的电流变体的性能发生改变，以调整阻尼墙系统的动力学参数，获得最佳的减振效果。不足之处：此类新型结构比较复杂，需要增设电绝缘滑道、电绝缘安装套筒，同时还需要供电电路和电压控制系统。现阶段高层建筑安装在的阻尼墙数量都较多，从而大大的增加了安装和后期维护的工作量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种纳米智能阻尼墙和阻尼器用剪切增稠液体，阻尼器用剪切增稠液体能随振动条件变化而自动改变其阻尼特性，使得阻尼墙具有更好的稳定性和抗震性能，从而提高了建筑的安全性。
按照本发明提供的技术方案，纳米智能阻尼墙包括箱体，其特征是：箱体上端活动连接上安装板，箱体下端电焊连接下安装板，箱体中心位置固定箱体内侧板；上安装板下端固定两个刚性滑动板，两个刚性滑动板位于箱体内，并在箱体内侧板两侧对称分布；所述箱体内充满阻尼器用剪切增稠液体，刚性滑动板位于箱体内的阻尼器用剪切增稠液体中。
进一步的，箱体和上安装板之间设有密封件，密封件固定在箱体上，上安装板能够在密封件上自由滑动。
进一步的，两个刚性滑动板与上安装板之间设有多个刚性滑动板加劲肋，多个刚性滑动板加劲肋沿着刚性滑动板长度方向均匀分布。
进一步的，箱体包括两个互相平行设置的箱体外侧板，两个箱体外侧板左右端之间分别连接一个箱体端板，箱体外侧板和箱体端板下端共同连接箱体底板。
进一步的，箱体外侧板外表面设有多个箱体加劲肋，多个箱体加劲肋沿长度方向均匀分布。
一种阻尼器用剪切增稠液体，由分散相粒子和分散介质共同组成，其特征是：所述分散相粒子为二氧化硅、硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种，分散介质为水、聚乙二醇、乙醇、异丙醇、聚醚多元醇、矿物油、甘油中的至少一种。
进一步的，分散相粒子和分散介质的质量比范围为1/9～3/2。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
本发明结构简单、紧凑、合理，实用性强，安装维修方便，增强了整体密封性和稳定性，提高了其使用寿命；能自动调整其系统动力学参数，其参数变化主要分为四个阶段：第一阶段为当刚性滑动板的剪切速率小于临界剪切速率时，阻尼器用剪切增稠液体的粘度、阻尼墙的有效刚度、粘滞阻尼无明显的变化，第二阶段为当剪切速率大于临界剪切速率时，剪切增稠流体的粘度将会随着剪切速率的增加而增大，输出的阻尼力迅速增大，有效刚度、有效粘滞阻尼也急剧增大，阻尼墙的耗能能力增大，第三阶段为当剪切速率增大到一定值时，阻尼器用剪切增稠液体会呈固态状，阻尼墙的刚度、粘滞阻尼及耗能率达到最大，第四阶段为在剪切速率变小或消失后，阻尼器用剪切增稠液体迅速的恢复至初始状态；在上安装板和刚性滑动板、箱体和下安装板之间都增设了加劲肋，使得阻尼墙具有更好的稳定性和抗震性能。
附图说明
图1为本发明主视图。
图2为本发明侧视图。
图3为图1中A-A剖视图。
图4为图2中B-B剖视图。
附图标记说明：1-上安装板、2-刚性滑动板、3-刚性滑动板加劲肋、4-密封件、5-箱体外侧板、6-箱体内侧板、7-箱体端板、8-箱体加劲肋、9-箱体底板、10-箱体、11-下安装板。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
如图1～4所示，本发明的纳米智能阻尼墙主要包括箱体10，箱体10上端活动连接上安装板1，箱体10和上安装板1之间设有密封件4，密封件4固定在箱体10上，上安装板1能够在密封件4上自由滑动，密封件4保证上安装板1在滑动时箱体10仍然处于密封状态。
箱体10下端电焊连接下安装板11，箱体10内中心位置固定箱体内侧板6。上安装板1下端固定两个刚性滑动板2，两个刚性滑动板2位于箱体10内，并在箱体内侧板6两侧对称分布。
所述两个刚性滑动板2与上安装板1之间设有多个刚性滑动板加劲肋3，多个刚性滑动板加劲肋3沿着刚性滑动板2长度方向均匀分布，通过刚性滑动板加劲肋3提高刚性滑动板2与上安装板1之间的连接强度和抗震性能，以保证刚性滑动板2作剪切运动时的稳定性。
所述箱体10包括两个互相平行设置的箱体外侧板5，两个箱体外侧板5左右端之间分别连接一个箱体端板7，箱体外侧板5和箱体端板7下端共同连接箱体底板9。所述箱体外侧板5外表面设有多个箱体加劲肋8，多个箱体加劲肋8沿长度方向均匀分布，通过箱体加劲肋8保证箱体10的强度、局部稳定性和抗变形能力。
所述箱体10内充满阻尼器用剪切增稠液体，刚性滑动板2位于箱体10内的阻尼器用剪切增稠液体中。
本发明的阻尼器用剪切增稠液体是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，由分散相粒子和分散介质共同组成。
所述分散相粒子和分散介质的质量比范围为1/9～3/2，其中分散相粒子为二氧化硅、硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种，分散介质为水、聚乙二醇、乙醇、异丙醇、聚醚多元醇、矿物油、甘油中的至少一种。
阻尼墙安装时，上安装板与建筑结构上梁相连，下安装板与建筑结构下梁相连.当建筑结构在外因的作用下，上、下梁之间产生相对移动，从而导致刚性滑动板在阻尼器用剪切增稠液体中作剪切运动，使得阻尼器用剪切增稠液体产生剪切阻尼力，进而实现耗能减震的目的。因阻尼器用剪切增稠液体的粘度随着刚性滑动板剪切速率变化而变化，并且在剪切速率增加到特定值后，剪切阻尼器用剪切增稠液体呈固化状态，从而改变了阻尼墙输出阻尼力、刚度、粘滞阻尼以及耗能率等性能，使得本发明在各种条件下均能达到最佳减震耗能效果。
现取分散相粒子和分散介质的质量比为3︰7的配比的溶剂放入阻尼墙中进行耗能测试，获得的数据如下表：
取分散相粒子和分散介质的质量比为1︰1的配比的溶剂放入阻尼墙中进行耗能测试，获得的数据如下表：
取分散相粒子和分散介质的质量比为3︰2的配比的溶剂放入阻尼墙中进行耗能测试，获得的数据如下表：
根据上述三个实施例能够得到如下结论：1、液体的起始粘度随质量比的增大而增大；2、液体的临界剪切速率随质量比的增大而增大；3、剪切速率小于临界剪切速率时，阻尼器用剪切增稠液体的粘度变化较小，随剪切速率的增加有轻微的降低趋势；阻尼墙的有效阻尼力粘滞阻尼随剪切速率的增大有小幅度的增加；4、剪切速率大于临界剪切速率时，阻尼器用剪切增稠液体的粘度和阻尼墙的有效阻尼力随剪切速率的增大迅速增大；5、剪切速率增大到一定值后，阻尼器用剪切增稠液体的粘度达到最大并趋于稳定，阻尼墙的有效阻尼力粘滞阻尼随剪切速率的增大而增加；6、在各个速率的作用下，阻尼墙有稳定的耗能率。
本发明的粘度随剪切速率变化而变化，使得阻尼墙有稳定的耗能率，达到最佳减振效果。
本发明的纳米智能阻尼墙结构简单、紧凑、合理，实用性强，安装维修方便，增强了整体密封性和稳定性，提高了其使用寿命；能自动调整其系统动力学参数，其参数变化主要分为四个阶段：第一阶段为当刚性滑动板的剪切速率小于临界剪切速率时，阻尼器用剪切增稠液体的粘度、阻尼墙的有效刚度、粘滞阻尼无明显的变化，第二阶段为当剪切速率大于临界剪切速率时，阻尼器用剪切增稠流体的粘度将会随着剪切速率的增加而增大，输出的阻尼力迅速增大，有效刚度、有效粘滞阻尼也急剧增大，阻尼墙的耗能能力增大，第三阶段为当剪切速率增大到一定值时，阻尼器用剪切增稠液体会变为固态状，阻尼墙的刚度、粘滞阻尼及耗能率达到最大，第四阶段为在剪切速率变小或消失后，阻尼器用剪切增稠液体迅速的恢复至初始状态；在上安装板和刚性滑动板、箱体和下安装板之间都增设了加劲肋，使得阻尼墙具有更好的稳定性和抗震性能。

Claims (7)

1.一种纳米智能阻尼墙，包括箱体（10），其特征是：箱体（10）上端活动连接上安装板（1），箱体（10）下端电焊连接下安装板（11），箱体（10）中心位置固定箱体内侧板（6）；上安装板（1）下端固定两个刚性滑动板（2），两个刚性滑动板（2）位于箱体（10）内，并在箱体内侧板（6）两侧对称分布；所述箱体（10）内充满阻尼器用剪切增稠液体，刚性滑动板（2）位于箱体（10）内的阻尼器用剪切增稠液体中。
2.如权利要求1所述的纳米智能阻尼墙，其特征是：所述箱体（10）和上安装板（1）之间设有密封件（4），密封件（4）固定在箱体（10）上，上安装板（1）能够在密封件（4）上自由滑动。
3.如权利要求1所述的纳米智能阻尼墙，其特征是：所述两个刚性滑动板（2）与上安装板（1）之间设有多个刚性滑动板加劲肋（3），多个刚性滑动板加劲肋（3）沿着刚性滑动板（2）长度方向均匀分布。
4.如权利要求1所述的纳米智能阻尼墙，其特征是：所述箱体（10）包括两个互相平行设置的箱体外侧板（5），两个箱体外侧板（5）左右端之间分别连接一个箱体端板（7），箱体外侧板（5）和箱体端板（7）下端共同连接箱体底板（9）。
5.如权利要求4所述的纳米智能阻尼墙，其特征是：所述箱体外侧板（5）外表面设有多个箱体加劲肋（8），多个箱体加劲肋（8）沿长度方向均匀分布。
6.一种阻尼器用剪切增稠液体，由分散相粒子和分散介质共同组成，其特征是：所述分散相粒子为二氧化硅、硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种，分散介质为水、聚乙二醇、乙醇、异丙醇、聚醚多元醇、矿物油、甘油中的至少一种。
7.如权利要求6所述的一种阻尼器用剪切增稠液体，其特征是：所述分散相粒子和分散介质的质量比范围为1/9~3/2。
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