CN106948637A - 一种含自复位可动子结构的减震系统 - Google Patents

一种含自复位可动子结构的减震系统 Download PDF

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    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
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Abstract

本发明涉及一种含自复位可动子结构的减震系统，包括主结构和可动子结构，可动子结构上部与主结构通过提供扭转或平移刚度的节点连接，可动子结构底部通过耗能部件连接于地面。与现有技术相比，本发明使主结构大部分能量传递给子结构，并最终由与地面相连的耗能组件消耗，可同时有效控制主结构及子结构层间变形及加速度等响应，确保结构的安全性及居住舒适度，可广泛应用于房屋建筑、输电塔等结构的抗震设计以及加固改造中。

Description

一种含自复位可动子结构的减震系统
技术领域
本发明属于减震技术领域，具体涉及一种含自复位可动子结构的减震系统。
背景技术
近年来，地球处于强震频发时期，抗震和减震技术亟待发展以保证建筑结构能够经受大地震或在多次中小地震后仍能正常工作。各种减震新技术不断涌现，并在实际工程中得到了越来越多的应用。有学者提出了“免损结构”的减震设计概念，即把结构体系分为主结构和次结构，次结构在地震作用下发挥耗能作用，以确保主结构在强震作用下仍能保持弹性工作状态。
动力吸振器被广泛应用于机械学科，用于减少主结构的动力响应。最常见的有调谐质量阻尼器，通过调节弹簧刚度及连接阻尼大小使附加质量块与主结构的振动频率相近，从而使振动能量从主结构传递到附加质量块，以减少主结构的振动响应。调谐质量阻尼器近年来被应用于土木工程领域，用于减少人行荷载引起的楼面振动以及高层建筑的风振响应。传统的小质量比的调谐质量阻尼器仅对某个频率下的振动响应有较好的控制效果，对宽频域或卓越周期远离主结构基频的地震动下的结构响应控制效果并不理想。
已有研究证明调谐质量阻尼器的减震效果取决于附加质量块的质量，附加质量越大，鲁棒性越好，减震效果越明显。通过分割建筑结构的质量，利用建筑结构本身的一部分质量作为调谐质量阻尼器的质量块，可以实现大质量比，同时仍可保持结构和建筑的使用功能。另一方面，通过放松结构与基础之间或结构构件之间的约束，使结构在外荷载作用下发生摇摆并通过自复位装置使结构震后自动复位的摇摆自复位减震体系，近年来得到发展与应用。摇摆结构通过抬升及摇摆在摇摆界面发生集中变形并通过预设耗能构件耗散地震能量，使结构本身不发生塑性变形，但存在发生倾覆等整体稳定问题以及需要注意底部滑动限制问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种含自复位可动子结构的减震系统，可广泛应用于房屋建筑、输电塔等结构的抗震设计以及加固改造中，通过可动子结构与主结构之间的相对运动，转移耗散地震施加于主结构的能量，从而有效地保护主结构安全，提高主结构的抗震性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种含自复位可动子结构的减震系统，包括主结构和可动子结构，所述的可动子结构上部与主结构通过提供扭转或平移刚度的节点连接，可动子结构底部通过耗能部件连接于地面。
所述的耗能部件为阻尼器。
所述的可动子结构上部与主结构铰接，可动子结构与主结构之间设置弹性件，所述的弹性件为弹簧或有轴向刚度的部件，提供最优刚度。
所述的主结构为建筑物主体，所述的可动子结构为从主结构中分离出的可移动单元，包括但不局限于墙体、电梯井、楼梯间或立体停车场。
本发明子结构上部与主结构用带有扭转或平移刚度的节点相连，其由于重力作用具有自复位能力，悬挂的子结构在重力作用下回复到原来的位置，与摇摆型子结构体系相比，该体系不需要后张预应力筋等提供复位力，且不需要沿子结构全高方向设置连接耗能部件。耗能部件连接于子结构底部与地面之间，便于安装及震后维修或更换。
摇摆型结构的耗能机理通过主结构与子结构之间的相对运动消耗地震输入能量，子结构的运动能量仍由地面输入；而本发明所提减震体系中的子结构的运动能量来自于主结构，可动子结构不直接置于地面上，地震能量不是从地面传入子结构，而是经主结构传递过来，由于可动子结构与主结构同谐，对应主结构基频的大部分地震能量可传递给子结构，最后由子结构与地面之间的阻尼器耗散，对低层及弯曲变形不可忽略的高层建筑均可达到理想的减震控制效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为以墙体为可动子结构的平面示意图；
图3为以电梯井可动子结构的平面示意图；
图中：1-主结构；2-弹性件；3-可动子结构；4-耗能部件。
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1
一种含自复位可动子结构的减震系统，如图1所示，包括主结构1和可动子结构3，可动子结构3上部与主结构1活动连接，可动子结构3与主结构1之间设置弹性件2，可动子结构3底部通过耗能部件4连接于地面，主结构1为建筑物主体，可动子结构3从主结构1中分离，包括墙体、电梯井、楼梯间或立体停车场。
以主结构1为框架结构的减震系统为例，图2可动子结构为200mm厚墙体，图3可动子结构为250mm墙厚电梯井。可动子结构3上部与主框架梁用铰接节点相连，同时加入弹簧或有轴向刚度的弹性件2以提供优化设计得到所需的扭转或平移刚度，可动子结构底部与地面之间设置耗能部件，如粘滞型阻尼器，阻尼器提供优化设计得到所需的阻尼，通过优化设计该结构减震体系，主结构层间变形及加速度响应可得到有效控制，可动子结构的加速度响应甚至小于主结构的加速度，并且子结构与主结构之间的最大相对位移只有几十公分，满足建筑与结构的使用要求。

Claims (6)

1.一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，包括主结构(1)和可动子结构(3)，所述的可动子结构(3)上部与主结构(1)通过提供扭转或平移刚度的节点连接，可动子结构(3)底部通过耗能部件(4)连接于地面。
2.根据权利要求1所述的一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，所述的耗能部件(4)为阻尼器。
3.根据权利要求1所述的一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，所述的可动子结构(3)上部与主结构(1)铰接，可动子结构(3)与主结构(1)之间设置弹性件(2)。
4.根据权利要求3所述的一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，所述的弹性件(2)为弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，所述的主结构(1)为建筑物主体。
6.根据权利要求5所述的一种含自复位可动子结构的减震系统，其特征在于，所述的可动子结构(3)为从主结构(1)中分离出的可移动单元，包括墙体、电梯井、楼梯间或立体停车场。
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