CN108442554A - 一种可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙，包括剪力墙基础和剪力墙墙体，基础上设有混合配筋混凝土剪力墙墙体，混合配筋混凝土剪力墙墙体的左右两侧均设有FRP筋，混合配筋混凝土剪力墙墙体前、后两面分别装有剪切式磁流变液阻尼器，剪切式磁流变液阻尼器通过连接筋与混合配筋混凝土剪力墙墙体连接，混合配筋混凝土剪力墙墙体上设有传感器和控制器，传感器通过导线与控制器相连，控制器通过导线分别与剪力墙墙体前、后两侧的剪切式磁流变液阻尼器相连。本发明所设计的剪力墙同时具有可恢复和耗能功能，可以根据地震的级别来进行自我调节，达到最佳的抗震效果，而且阻尼器可以随时更换。

Description

一种可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙

技术领域

本发明属于建筑结构抗震领域，具体涉及一种可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙。

背景技术

传统的剪力墙结构抗震是通过提高自身承载力和变形能力来抵御地震和耗散能量，当地震来临时，剪力墙只能被动地接受地震带来的各种冲击和破坏，不能针对地震的情况来进行自我调节。由于事先无法预知地震的强度和特性，一旦地震强度超过建筑物的抗震等级，剪力墙便会发生不可逆的破坏甚至整体坍塌，丧失原本的结构功能。混合配筋剪力墙是一种新型抗震结构，墙体内的配筋由钢筋和纤维复合材料（FRP）筋混合配置，这种混合配筋剪力墙能够产生自恢复和耗能的双重作用，而且施工简单。但是在地震作用下仍然会发生一定程度的损坏，而且耗能能力不高，损坏位置难以控制。

剪切式磁流变阻尼器能够通过调节电流大小产生对应的阻尼强度，本发明将其和混合配筋剪力墙有效结合，提高剪力墙的抗震能力和损伤控制能力。

发明内容

本发明提供了一种可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙，能够提高剪力墙的可恢复能力和耗能能力，而附着在剪力墙前后两侧的剪切式磁流变阻尼器损坏后便于更换。

本发明的采用如下的技术方案：可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙，包括墙基和剪力墙，所述剪力墙采用钢筋和FRP筋的混合配筋方式并由混凝土浇筑；剪力墙前后两侧的墙面上安装有剪切式磁流变液阻尼器，还安装有与磁流变阻尼器连接的应力装置，应力装置包括安装在剪力墙上并凸出于墙面的固定桩和连接在磁流变阻尼器的转轴端部与固定桩之间的拉筋；剪力墙上还安装有震动监测装置，震动监测装置包括安装在剪力墙上的传感器和控制器，传感器、控制器和旋转式磁流变阻尼器通过导线依次连接。

进一步，所述钢筋布设在所述剪力墙内形成骨架，所述FRP筋在剪力墙内纵向布设在钢筋形成的骨架的两侧。

进一步，所述剪力墙两侧的墙面上均安装四个所述固定桩，四个固定桩设置在墙面的四角，固定桩外端突出于所述剪力墙的墙面，固定桩内端与所述钢筋焊接。

进一步，所述传感器安装在所述剪力墙内部。

可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙的建造方法，包括以下步骤：按照所述剪力墙的设计要求进行配筋并安装固定桩；混凝土浇筑并预埋传感器和导线；装配剪切式磁流变阻尼器；通过拉筋连接固定桩和剪切式磁流变阻尼器；通过控制器和导线连接传感器和剪切式磁流变阻尼器。

进一步，在配筋时采用钢筋和FRP筋的混合配筋方式，布设钢筋形成骨架， FRP筋纵向布设在钢筋形成的骨架的两侧，固定桩焊接在钢筋上。

进一步，装配剪切式磁流变阻尼器的步骤是首先将剪切式磁流变阻尼器灌装磁流变液，并密封好，然后通过所述拉筋将阻尼器的活塞杆分别与固定桩连接。

进一步，混凝土浇筑时从传感器引出导线以便连接控制器，浇筑完成待混凝土硬化后再装配剪切式磁流变阻尼器。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明的可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙通过钢筋和FRP筋的混合配筋方式能够提高恢复结构功能的能力，减小剪力墙在地震后残余变形，能够保证震后建筑物不发生较大的倾斜，依然具有很强的承载能力，保证建筑物在震后可以继续使用；同时，剪力墙通过装配剪切式磁流变阻尼器来提高耗能能力，来消耗强震中的能量；此外，剪切式磁流变阻尼器更换方便，在强震之后，如果阻尼器出现问题，可以直接从墙体中取下，再在剪力墙上安装新的剪切式磁流变阻尼器即可保证剪力墙的性能，实现损伤的可控性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明专利的主视图（图中虚线构件表示安装在剪力墙的背面）。

图2为本发明专利的侧视图。

图3是本发明专利的配筋方式示意图。

图4是本发明专利的剪切式阻尼器的工作示意图。

图5是本发明专利的剪切式阻尼器的立体结构示意图。

其中：1、剪力墙基础，2、固定桩，3、拉筋，4、剪切式磁流变液阻尼器，5、传感器，6、导线，7、控制器，8、剪力墙墙体，9、活塞杆，10、弹簧支撑套，11、磁流变液，12、阻尼器外壳，13、活塞杆保护套，14、弹簧，15、弹簧支撑板，16、阻尼器活塞，17、钢筋，18、FRP筋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙，包括墙基1，墙基1上设有混合配筋混凝土剪力墙墙体8，混合配筋混凝土剪力墙墙体8的左右两侧均在设有FRP筋18，所述混合配筋混凝土剪力墙墙体8中设有竖向和水平分布的普通钢筋17，并在墙体的四个角落提前预设阻尼器固定桩2，绑扎后浇筑混凝土；剪切式磁流变阻尼器4包括：活塞杆9，弹簧支撑套10，阻尼器外壳12，以及外壳内部填充的磁流变液11，活塞杆保护套13，弹簧14，弹簧支撑板15，阻尼器活塞16；阻尼器组装完毕后灌装磁流变液并密封，然后将灌装好的阻尼器用拉筋3与剪力墙墙体8中预埋的固定桩2相连，并在拉筋中施加适当的预应力，使拉筋保持紧绷状态；剪力墙墙体8中还安装有传感器5，传感器5和导线6在浇筑之前都提前预设在剪力墙墙体8中，传感器5、控制器7、阻尼器4通过导线6依次连接。

所述钢筋17布设在所述剪力墙墙体8内形成骨架，所述FRP筋18在剪力墙墙体8内纵向布设在钢筋17形成的骨架的两侧。钢筋17和FRP筋18的混合配筋方式能够提高剪力墙墙体8的承载和恢复能力。

所述剪力墙墙体8前后两侧的墙面上均预埋了四个所述固定桩2，四个固定桩2设置在墙面的四角，固定桩2外端突出于所述剪力墙墙体8的墙面，固定桩2内端与所述钢筋17焊接。

所述传感器5和导线6安装在所述剪力墙墙体8内部。

所述阻尼器5由活塞杆9，弹簧支撑套10，磁流变液11，阻尼器外壳12，活塞杆保护套13，弹簧14，弹簧支撑板15，阻尼器活塞16组成，当剪力墙墙体8变形时，拉筋3拉动活塞杆9和活塞16向外运动时，固定在活塞杆上的弹簧支撑板15和固定在阻尼器外壳12上的弹簧支撑套10将对弹簧14进行压缩，外界输入的能量一部分被阻尼器5消耗掉，另一部分储存在弹簧14中，当剪力墙墙体8恢复时，被压缩的弹簧14也恢复到原长，同时带动活塞杆9和活塞16回到阻尼器4中的原位，这个过程储存在弹簧14中的能量被阻尼器5消耗掉，从而抑制剪力墙墙体8的往复运动。

可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙墙体的建造方法，包括以下步骤：按照所述剪力墙墙体8的设计要求进行配筋并提前设置固定桩2；混凝土浇筑时预埋传感器5和导线6；将阻尼器4通过拉筋3与固定桩2相连；安装完成后，用导线6将传感器5、控制器7、阻尼器4连接。

在配筋时采用钢筋17和FRP筋18混合配筋的方式，布设钢筋17形成骨架，FRP筋18纵向布设在钢筋17形成的骨架两侧，形成暗柱，并用过锚固装置与墙基1锚固在一起。

装配剪切式磁流变阻尼器4的步骤是首先将阻尼器装配好，灌装磁流变液并密封，然后通过拉筋3与固定桩2连接。

混凝土浇筑时从传感器5引出导线6，以便于与控制器7连接，浇筑完成待混凝土硬化后再安装剪切式磁流变液阻尼器。

本发明的工作原理是：地震中，剪力墙墙体8发生变形时，固定桩2与阻尼器4的相对位置发生变化，拉筋3带动活塞杆9开始运动，同时活塞杆9带动活塞16运动，并压缩弹簧14，在这个过程中，外界输入到剪力墙墙体8中的能量一部分被阻尼器4消耗掉，另一部分则储存在弹簧14中，当剪力墙墙体8达到最大变形返回过程中，被压缩的弹簧14推动活塞杆9带动活塞16一起返回原位，这时弹簧14中储存的能量又被阻尼器4消耗掉，保证在阻尼器往复运动的过程中都在消耗能量，从而达到消耗地震破坏所产生的能量；传感器5能够检测出剪力墙墙体8的变形程度，并将变形程度的电信号传递至控制器7，控制器7根据变形程度来控制剪切式磁流变阻尼器4中的电流大小，从而调节阻尼器4的阻尼力大小。

具体来讲，小震作用时，剪力墙墙体8的变形、运动速度和加速度都很小，不会产生破坏，此时控制器7不为剪切式磁流变阻尼器4提供电流，阻尼器4此时不发挥作用，主要由钢筋17、FRP筋18以及混凝土组成的剪力墙墙体8发挥承重和恢复功能；中震作用时，剪力墙墙体8的变形、运动速度和加速度都较大，此时需要剪力墙墙体8和剪切式磁流变阻尼器4同时发挥作用，剪力墙墙体8发挥承重、恢复和轻微的耗能作用，控制器7控制剪切式磁流变阻尼器4通电，使其产生明显的阻尼力并发挥较大的耗能作用，尽量减少剪力墙墙体8的耗能，从而达到保护建筑物的目的；当强震作用时，剪力墙墙体8的变形很大，控制器7控制剪切式磁流变阻尼器4产生很大的阻尼力，从而产生很大的阻尼作用，剪力墙墙体8此时只发挥承重和恢复作用，不再发挥耗能作用，而消耗能量则主要由剪切式磁流变阻尼器4来承担。在地震之后需要及时地检查剪切式磁流变阻尼器4的链接和破坏情况，及时地维修或者更换出现问题的部件，从而保证剪力墙墙体8能够继续发挥作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙的建造方法，其特征在于包括以下步骤：按照所述剪力墙的设计要求进行配筋，浇筑混凝土的同时预埋固定桩、传感器和导线；利用拉筋将阻尼器固定在墙体的前后两侧；通过导线将控制器、阻尼器、传感器相连。

2. 根据权利要求1所述的可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙的建造方法，其特征在于：在配筋时采用钢筋和FRP筋的混合配筋方式，布设钢筋形成骨架， FRP筋纵向布设在钢筋形成的骨架的两侧，而且FRP筋两端通过锚固钢板固定于混凝土中，固定桩焊接在钢筋上。

3.根据权利要求2所述的可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙的建造方法，其特征在于：混凝土浇筑完成后所述固定桩的外端裸露于所述剪力墙的墙面外部，剪力墙的两侧墙面均安装有固定桩，固定桩设置在墙面的四角。

4.根据权利要求1-3任一项所述的可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙的建造方法，其特征在于：混凝土浇筑时从所述传感器引出导线以便连接所述控制器，浇筑完成待混凝土硬化后再装配所述磁流变阻尼器并通过导线与控制器连接。

5.可恢复磁流变液剪切阻尼器耗能剪力墙，包括墙基和剪力墙，其特征在于：所述剪力墙采用钢筋和FRP筋的混合配筋方式并由混凝土浇筑；剪力墙两侧的墙面均安装有磁流变阻尼器和与磁流变阻尼器连接的力传递装置，力传递装置包括安装在剪力墙上并凸出于墙面的固定桩和连接在磁流变阻尼器端部与固定桩之间的拉筋；剪力墙上还安装有震动监测装置，震动监测装置包括安装在剪力墙上的传感器和控制器，传感器、控制器和磁流变阻尼器通过导线依次连接。