CN107152098A - 分级减震方法 - Google Patents

Abstract

分级减震方法，属于建筑工程结构抗震技术领域，用于解决拓宽减震器使用范围的问题，技术要点是：第一钢板组上所述的固定轴随第一钢板组滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂逐渐变形，该“L”形钢臂变形以带动升降臂向上抬起，升降臂带动与其连接的钢柱向上抬起，使被划分的弹簧连接，效果是：无论遭遇更小或更大强度的震动，都能够进行适应性耗能，因而，使用连接件，使得在小震时候滑动摩擦耗能，大震的时候弹簧耗能，并由连接件根据震动强度适应性选择，这样极大拓宽了减震器的使用范围。

Description

分级减震方法

技术领域

本发明属于建筑工程结构抗震技术领域，涉及一种减震方法及减震器。

背景技术

随着地震的频发以及抗震技术的发展，人们在进行结构抗震设计的同时，也逐渐开始注意消能装置在结构中的应用。因此，在非承重部位可以采取安装具有一定耗能能力装置的措施，并且设计使阻尼器本身具有良好的自回复能力。在遭遇小震时，结构本身具有的刚度可保证其正常使用；遭遇大震时，随着结构本身发生变形，阻尼器也开始进入非弹性阶段，耗能减震，减小主体结构的破坏。

耗能减震技术主要是：通过在原有结构中添加被动耗能装置，消耗本来由结构构件消耗的地震能量，大大减缓了因震动作用给结构带来的变形和损伤。目前已开发的耗能器主要有：粘滞耗能器、粘弹性耗能器、金属耗能器和摩擦耗能器，其中前两类称为速度相关型耗能器，后两类统称为滞变型耗能器，金属耗能器又分为铅阻尼器和软钢阻尼器。滞变型耗能器是利用变形与滞回消耗能量，速度相关型耗能器是利用与速度有关粘滞性抵抗作用，从小振幅到大振幅的变化来获得衰减力。

现有技术中一般使用阻尼器起到对建筑物的减震作用，然而，受到震动强度的影响，弹簧刚度要求导致了阻尼器能够耗能以抵消大的变形作用，因而，这种刚度要求的阻尼器对小的变形作用并不敏感，但是，小的震动仍然是存在的，这部分能量也应该被消耗，使得阻尼器可以无论遭遇较小或较大强度的震动，都能够进行适应性耗能。

发明内容

为了解决拓宽减震器使用范围的问题，本发明提出如下方案：

一种分级减震方法，第一钢板组的两钢板沿第二钢板组的内壁滑动，至楔子与第一钢板组的端部接触以压缩弹簧使与弹簧连接的楔子移动至容置孔中，楔子随第一钢板组滑动直至由第二钢板组的楔子固定孔中弹出，第一钢板组被固定不再滑动，第一钢板组上所述的固定轴随第一钢板组滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂逐渐变形，该“L”形钢臂变形以带动升降臂向上抬起，升降臂带动与其连接的钢柱向上抬起，使被划分的弹簧连接；升降臂平行于外套筒及内筒的侧面，钢柱为垂直插接，升降臂向上抬起时，带动钢柱脱离内筒上的限位孔，并被外套筒的限位孔限制在内筒与外套筒之间。

进一步的，挤压楔子，使其由楔子固定孔中回缩，将第一钢板组沿第二钢板组内壁向外拉滑，第一钢板组上的固定轴随第一钢板组向外滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂逐渐变形，该“L”形钢臂变形以带动升降臂向下降落，升降臂带动与其连接的钢柱向下降落，直至钢柱由弹簧的凹口将由记忆合金制成的弹簧划分开。

进一步的，执行该方法的分级减震器，包括滑动减震器、弹簧减震器及将滑动减震器与弹簧减震器连接的连接件，连接件在滑动减震器移动停止时启动弹簧减震器。

进一步的，所述滑动减震器包括第一钢板组及第二钢板组；第一钢板组由两块平行的钢板组成，两个钢板对称贯穿有使楔子沿着连接两个楔子的弹簧伸缩方向移动的楔子容置孔，被弹簧连接的楔子位于该楔子容置孔中；第二钢板组由两块平行的钢板组成，该两个钢板间的距离允许第一钢板组沿第二钢板的内壁滑动，该两个钢板对称贯穿有使楔子被弹出的楔子固定孔，且沿滑动方向在楔子固定孔的后方具有轴孔。

进一步的，所述弹簧减震器包括外套筒、内筒；外套筒为水平放置的空心圆筒，其一侧底面不封闭，内筒为直径小于外套筒的水平放置的空心圆筒，其也具有一侧底面不封闭，并且由内筒的不封闭底面朝向外套筒的封闭底面置于外套筒内，且内筒的不封闭底面与外套筒的封闭底面之间具有一距离，在内筒的封闭面与外套筒的封闭面之间具有弹簧。

进一步的，所述的连接件包括钢臂、升降臂、钢柱，且第二钢板组连接于外套筒封闭底面的外壁；所述第一钢板组的至少一钢板的楔子容置孔更为远离第二钢板组的一侧固定有一固定轴，有两个钢臂连接于其上以形成“L”形钢臂，所述第二钢板组的轴孔中安装有一轴，另两个钢臂连接于该轴上以形成“L”形钢臂，并且该两个钢臂由于轴的连接处延长并连接在升降钢臂上，升降钢臂安装有钢柱；所述的两个“L”形钢臂由轴连接形成菱形活动框；所述的钢柱由外套筒、内筒侧面的限位孔活动插接至内筒，在钢柱插接至内筒时，由钢柱将弹簧划分开。

进一步的，所述的第一钢板远离第二钢板的一端与一挡板连接，且该挡板连接在连接板上，内筒的封闭底面与一挡板连接，且该挡板连接在连接板上。

进一步的，所述的内筒的封闭面与外套筒的封闭面之间的弹簧为由记忆合金制备而成，且弹簧被钢柱划分的部位具有凹口；菱形活动框运动带动钢柱向上移动时，其移动时脱离内筒上的限位孔，并被外套筒的限位孔限制在内筒与外套筒之间，且升降臂与一“L”形钢臂连接具有一角度，使升降臂平行于外套筒及内筒的侧面，钢柱为垂直插接。

有益效果：本发明使得阻尼器可以无论遭遇较小或较大强度的震动，都能够进行适应性耗能，因而，利用连接件，使得在小震时候滑动摩擦耗能，大震的时候弹簧耗能，并由连接件根据震动强度适应性选择，这样极大拓宽了减震器的使用范围。

附图说明

图1为分级减震器组装效果图。

图2为图1的C-D构造图。

图3为带三角形楔子钢板的示意图。

图4为C-D连接截面图。

其中：1.第一钢板组，2.第二钢板组，3.楔子，4.弹簧，5.楔子容置孔，6.楔子固定孔， 7.轴孔，8.外套筒，9.内筒，10.弹簧，11.钢臂，12.升降臂，13.钢柱，14.固定轴，15. 挡板，16.连接板。

具体实施方式

实施例：一种分级减震器，包括滑动减震器、弹簧减震器及滑动减震器与弹簧减震器的连接件，连接件在滑动减震器移动停止时启动弹簧减震器。现有技术中一般使用阻尼器起到建筑物的减震作用，然而，受到减震强度影响，弹簧刚度要求导致了阻尼器能够耗能以抵消大的变形作用，因而，这种刚度要求的阻尼器对小的变形作用并不敏感，但是，小的震动仍然是存在的，这部分能量也应该被消耗，使得阻尼器可以无论遭遇更小或更大强度的震动，都能够进行适应性耗能，因而，使用连接件，使得在小震时候滑动摩擦耗能，大震的时候弹簧耗能，并由连接件根据震动强度适应性选择，这样极大拓宽了减震器的使用范围。

在一种实施例中，所述滑动减震器包括第一钢板组及第二钢板组；

所述滑动减震器包括第一钢板组1及第二钢板组2；

第一钢板组1由两块平行的钢板组成，两个钢板对称贯穿有使楔子3沿着连接两个楔子 3的弹簧4伸缩方向移动的楔子容置孔5，被弹簧4连接的楔子3位于该楔子容置孔5中；

第二钢板组2由两块平行的钢板组成，该两个钢板间的距离允许第一钢板组1沿第二钢板的内壁滑动，该两个钢板对称贯穿有使楔子3被弹出的楔子固定孔6，且沿滑动方向在楔子固定孔6的后方具有轴孔7。该方案提供了一种滑动减震器，使用两组平行钢板内嵌式滑动，并使用楔子限位的方式，在滑动强度不适宜支撑当前地震强度时候停止滑动，提供一级减震。

在一种实施例中，所述弹簧减震器包括外套筒8、内筒9；外套筒8为水平放置的空心圆筒，其一侧底面不封闭，内筒9为直径小于外套筒8的水平放置的空心圆筒，其也具有一侧底面不封闭，并且由内筒9的不封闭底面朝向外套筒8的封闭底面置于外套筒8内，且内筒9的不封闭底面与外套筒8的封闭底面之间具有一距离，在内筒9的封闭面与外套筒8 的封闭面之间具有弹簧10。该方案提供了一种弹簧减震器，目的在于提供二级震动。

在一种实施例中，所述的连接件包括钢臂11、升降臂12、钢柱13，且第二钢板组2连接于外套筒8封闭底面的外壁；所述第一钢板组1的至少一钢板的楔子容置孔5更为远离第二钢板组2的一侧固定有一固定轴14，有两个钢臂11连接于其上以形成“L”形钢臂11，所述第二钢板组2的轴孔7中安装有一轴，另两个钢臂11连接于该轴上以形成“L”形钢臂 11，并且该两个钢臂11由于轴的连接处延长并连接在升降钢臂11上，升降钢臂11安装有钢柱13；所述的两个“L”形钢臂11由轴连接形成菱形活动框；所述的钢柱13由外套筒8、内筒9侧面的限位孔活动插接至内筒9，在钢柱13插接至内筒9时，由钢柱13将弹簧10 划分开。该方案提供了一种连接件，将一级和二级减震进行连接，并由连接件再一级减震失效后，自动启动二级减震，从而得到一种宽范围的自动根据震动强度进行适应性减震选择的减震器。

所述的第一钢板远离第二钢板的一端与一挡板15连接，且该挡板15连接在连接板16 上，内筒9的封闭底面与一挡板15连接，且该挡板15连接在连接板16上。

在一个实施例中，所述的内筒9的封闭面与外套筒8的封闭面之间的弹簧为由记忆合金制备而成，且弹簧被钢柱13划分的部位具有凹口；菱形活动框运动带动钢柱13向上移动时，其移动时脱离内筒9上的限位孔，并被外套筒8的限位孔限制在内筒9与外套筒8之间，且升降臂12与一“L”形钢臂11连接具有一角度，使升降臂12平行于外套筒8及内筒9的侧面，钢柱13为垂直插接。

钢柱被限位在内筒与外套筒之间，并且钢柱垂直插接，目的是为了其在维护的时候，更容易恢复到内筒中的位置，如果直接脱出外套，不仅占用较大空间，且不容易恢复，另一方面，将弹簧选择为记忆合金弹簧，目的也是为了利用记忆合金的超强回复力，使得减震后，弹簧能够准确恢复到起始状态和位置，使得钢柱在插入内筒时，顺利划分弹簧。形状记忆合金的超弹性特性与其它普通金属材料相比有许多优点：首先形状记忆合金超弹性的疲劳特性很好，而其它材料循环中不可避免地出现损伤，影响寿命；其次形状记忆合金可恢复应变值很大，普通金属材料难以实现的；最后，由于奥氏体相弹性模量大于马氏体相弹性模量，形状记忆合金弹性模量随温度升高而增大(同普通金属相反)，这使其在较高温度下仍保持高弹性模量。因此，利用形状记忆合金可以制作成该装置的弹簧部分。

上述各方案中所述的分级减震器的使用方法如下：

第一钢板组1的两钢板沿第二钢板组2的内壁滑动，至楔子3与第一钢板组1的端部接触以压缩弹簧使与弹簧连接的楔子3移动至容置孔中，楔子3随第一钢板组1滑动直至由第二钢板组2的楔子固定孔6中弹出，第一钢板组1被固定不再滑动，第一钢板组1上所述的固定轴14随第一钢板组1滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂11逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂11逐渐变形，该“L”形钢臂11变形以带动升降臂12 向上抬起，升降臂12带动与其连接的钢柱13向上抬起，使被划分的弹簧连接；

升降臂12平行于外套筒8及内筒9的侧面，钢柱13为垂直插接，升降臂12向上抬起时，带动钢柱13脱离内筒9上的限位孔，并被外套筒8的限位孔限制在内筒9与外套筒8 之间。

挤压楔子3，使其由楔子固定孔6中回缩，将第一钢板组1沿第二钢板组2内壁向外拉滑，第一钢板组1上的固定轴14随第一钢板组1向外滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂11逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂11逐渐变形，该“L”形钢臂11变形以带动升降臂12向下降落，升降臂12带动与其连接的钢柱13向下降落，直至钢柱13由弹簧10的凹口将由记忆合金制成的弹簧10划分开。

在一个具体的实施例中，该公开的目的是减轻震动给结构带来的影响，在建筑的非承重部位添加阻尼器，利用被动耗能的特性，达到耗能减震的目的，减轻结构的破坏。技术方案是这样实现的：一种分级减震器，在构造中加入SMA弹簧，以及金属力臂，使得该装置在小变形作用时利用摩擦耗能，大变形作用时利用弹簧耗能。装置无外力作用时如图1所示，如图4示出结构小变形振动只有C-D段摩擦耗能，A-B段不工作。如图2示出结构大变形振动带动具有三角形楔子的钢板(第一钢板组)移动，三角形楔子在弹簧伸缩作用下可以移动，具有三角形楔子的钢板沿另一钢板(第二钢板组)内壁滑动，直至楔子进入另一钢板的楔子固定孔中时，弹簧回复为原状，将楔子卡在固定孔处。本公开涉及四个钢臂，两个钢臂交叉并由连接轴连接在交叉点(即对应于上一实施例中所述的“L”形钢臂，交叉点即为轴接端)，连接轴固定于带三角形楔子的钢板，另两个钢臂也交叉并由连接轴连接在交叉点，连接轴轴接于所述另一钢板上，并且该两组交叉钢臂的自由端相互交叉轴接形成菱形钢臂；其中，连接轴轴接于所述另一钢板上的这组交叉钢臂，在交叉点处，两个钢臂延伸出，并在延伸末端连接横臂，横臂连接钢圆柱。带三角形楔子的钢板带动菱形钢臂移动，同时菱形钢臂移动带动带钢圆柱的体臂绕着螺栓转动，钢圆柱会被拔出，A-B段开始工作弹簧回复力会使其在带孔套筒内运动，利用弹簧的回复力耗散能量，并且在震后带三角形楔子的钢板可以人为地将三角形楔子按下去使其复位，此时可以拖拉该钢板回复到原位置。图3示出带孔的内、外套筒均为圆柱体形状圆筒，弹簧直接放在圆筒中，使弹簧恰好在圆筒内运动，弹簧分段放置如图1所示，钢圆柱其光滑面有利于其更好地被拔出，其插入圆筒内的深度适量，使得小振动作用时不至于被拔出。该公开的的效果是可以减轻震动带来的影响，并且装置简单易操作可以通过组装的方式连接起来，拆卸方便并且方便震后的修复以及日常的维护，可以广泛应用于土木工程领域，能够带来巨大的经济效益和社会效益。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分级减震方法，其特在于：第一钢板组(1)的两钢板沿第二钢板组(2)的内壁滑动，至楔子(3)与第一钢板组(1)的端部接触以压缩弹簧使与弹簧连接的楔子(3)移动至容置孔中，楔子(3)随第一钢板组(1)滑动直至由第二钢板组(2)的楔子固定孔(6)中弹出，第一钢板组(1)被固定不再滑动，第一钢板组(1)上所述的固定轴(14)随第一钢板组(1)滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂(11)逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂(11)逐渐变形，该“L”形钢臂(11)变形以带动升降臂(12)向上抬起，升降臂(12)带动与其连接的钢柱(13)向上抬起，使被划分的弹簧连接；升降臂(12)平行于外套筒(8)及内筒(9)的侧面，钢柱(13)为垂直插接，升降臂(12)向上抬起时，带动钢柱(13)脱离内筒(9)上的限位孔，并被外套筒(8)的限位孔限制在内筒(9)与外套筒(8)之间。

2.如权利要求1所述的分级减震方法，其特在于：挤压楔子(3)，使其由楔子固定孔(6)中回缩，将第一钢板组(1)沿第二钢板组(2)内壁向外拉滑，第一钢板组(1)上的固定轴(14)随第一钢板组(1)向外滑动，并在滑动过程中，连接在其上的“L”形钢臂(11)逐渐变形，并引起与其连接的另一“L”形钢臂(11)逐渐变形，该“L”形钢臂(11)变形以带动升降臂(12)向下降落，升降臂(12)带动与其连接的钢柱(13)向下降落，直至钢柱(13)由弹簧(10)的凹口将由记忆合金制成的弹簧(10)划分开。

3.如权利要求1所述的分级减震方法，其特征在于，执行该方法的分级减震器，包括滑动减震器、弹簧减震器及将滑动减震器与弹簧减震器连接的连接件，连接件在滑动减震器移动停止时启动弹簧减震器。

4.如权利要求3所述的分级减震方法，其特征在于，所述滑动减震器包括第一钢板组(1)及第二钢板组(2)；第一钢板组(1)由两块平行的钢板组成，两个钢板对称贯穿有使楔子(3)沿着连接两个楔子(3)的弹簧(4)伸缩方向移动的楔子容置孔(5)，被弹簧(4)连接的楔子(3)位于该楔子容置孔(5)中；第二钢板组(2)由两块平行的钢板组成，该两个钢板间的距离允许第一钢板组(1)沿第二钢板的内壁滑动，该两个钢板对称贯穿有使楔子(3)被弹出的楔子固定孔(6)，且沿滑动方向在楔子固定孔(6)的后方具有轴孔(7)。

5.如权利要求4所述的分级减震方法，其特征在于，所述弹簧减震器包括外套筒(8)、内筒(9)；外套筒(8)为水平放置的空心圆筒，其一侧底面不封闭，内筒(9)为直径小于外套筒(8)的水平放置的空心圆筒，其也具有一侧底面不封闭，并且由内筒(9)的不封闭底面朝向外套筒(8)的封闭底面置于外套筒(8)内，且内筒(9)的不封闭底面与外套筒(8)的封闭底面之间具有一距离，在内筒(9)的封闭面与外套筒(8)的封闭面之间具有弹簧(10)。

6.如权利要求5所述的分级减震方法，其特征在于，所述的连接件包括钢臂(11)、升降臂(12)、钢柱(13)，且第二钢板组(2)连接于外套筒(8)封闭底面的外壁；所述第一钢板组(1)的至少一钢板的楔子容置孔(5)更为远离第二钢板组(2)的一侧固定有一固定轴(14)，有两个钢臂(11)连接于其上以形成“L”形钢臂(11)，所述第二钢板组(2)的轴孔(7)中安装有一轴，另两个钢臂(11)连接于该轴上以形成“L”形钢臂(11)，并且该两个钢臂(11)由于轴的连接处延长并连接在升降钢臂(11)上，升降钢臂(11)安装有钢柱(13)；所述的两个“L”形钢臂(11)由轴连接形成菱形活动框；所述的钢柱(13)由外套筒(8)、内筒(9)侧面的限位孔活动插接至内筒(9)，在钢柱(13)插接至内筒(9)时，由钢柱(13)将弹簧(10)划分开。

7.如权利要求6所述的分级减震方法，其特征在于，所述的第一钢板远离第二钢板的一端与一挡板(15)连接，且该挡板(15)连接在连接板(16)上，内筒(9)的封闭底面与一挡板(15)连接，且该挡板(15)连接在连接板(16)上。

8.如权利要求6所述的分级减震方法，其特征在于，所述的内筒(9)的封闭面与外套筒(8)的封闭面之间的弹簧为由记忆合金制备而成，且弹簧被钢柱(13)划分的部位具有凹口；菱形活动框运动带动钢柱(13)向上移动时，其移动时脱离内筒(9)上的限位孔，并被外套筒(8)的限位孔限制在内筒(9)与外套筒(8)之间，且升降臂(12)与一“L”形钢臂(11)连接具有一角度，使升降臂(12)平行于外套筒(8)及内筒(9)的侧面，钢柱(13)为垂直插接。