CN108951911B - 一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，包括底部框架梁、左侧框架柱、右侧框架柱和顶部框架梁，它们之间的内部空隙内设有由平板连接而成的X型支座，沿着平板的表面在X型支座内刻有具有凹槽盖板的凹槽，X型支座的交叉点上下之间由隔板分割成左右两个凹槽阻尼通道，每个凹槽阻尼通道的上下端部均连通有圆形缸筒，圆形缸筒内侧设有带活塞的活塞杆，活塞杆的穿出端通过钢丝绳锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上；隔板的同一侧的上端部圆形缸筒内圆柱形活塞的下部、下端部的圆形缸筒内圆柱形活塞的上部与该侧的凹槽阻尼通道之间形成密封腔，密封腔及扇形平板阻尼通道中均填充有流体阻尼耗能材料；该结构能够增强减震结构的可恢复功能。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构抗震领域，具体涉及一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置。
背景技术
建筑结构是人们赖以生存和生产的空间，其在地震作用下的性能对人员伤亡和财产损伤至关重要。目前，我国建筑结构的抗震设计原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，主要通过结构构件的弹塑性变形来耗散地震能量，因此，强震后建筑结构必将产生不同程度的损伤和较大的残余变形，导致结构难以修复并丧失使用功能，最终结构只能被推倒重建。在建筑结构中安装阻尼器可以有效增大结构的阻尼，吸收和消耗传入结构的振动能量，并减小结构的动力响应。目前，阻尼器已在工程结构抗震和抗风领域得到广泛应用，常用阻尼器大体上包括：金属屈服阻尼器、铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器、电感应式耗能器、电磁流体阻尼器、复合型阻尼器等。
虽然在结构中安装阻尼器可以增大结构的抗震性能、减小结构的损伤，但由于普通阻尼器不具备自恢复能力，因此不能消除或减小震后结构的残余变形，不能提高建筑结构强震后的可恢复功能，结构的使用功能依然无法恢复。此外，阻尼器的支撑系统需要很大刚度，因此体积大、自重大，浪费严重，并在一定程度上增加了结构的动力响应。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，该装置不仅具有耗能减震能力，能够提高结构的耗能减震性能，而且具有自恢复能力，能够增强减震结构的可恢复功能，减小强震后结构的残余变形，使结构使用功能得到恢复。同时，该装置无需庞大的支撑系统，节约材料、自重小。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，包括底部框架梁、左侧框架柱、右侧框架柱和顶部框架梁，左侧框架柱的上端与顶部框架梁的左端相固定，左侧框架柱的下端与底部框架梁的左端相固定，右侧框架柱的上端与顶部框架梁的右端相固定，右侧框架柱的下端与底部框架梁的右端相固定；所述底部框架梁、左侧框架柱、右侧框架柱和顶部框架梁之间的内部空隙内设有X型平板支座，沿着X型平板的表面刻有X型凹槽阻尼通道，X型凹槽阻尼通道外部设有X型盖板，X型支座上下交叉点之间的隔板将X型凹槽阻尼通道分割成左右两个独立的凹槽阻尼通道，每一个凹槽阻尼通道的上下端部均与圆柱形液压缸筒的第一圆形缸筒盖板固定连接，圆柱形液压缸筒的另一端设有第二圆形缸筒盖板，圆柱形液压缸筒内设有活塞杆，穿设在圆柱形液压缸筒内侧的活塞杆端部设有圆柱形活塞，圆柱形活塞将第一圆形缸筒盖板、第二圆形缸筒盖板和圆柱形液压缸筒围成的空间分割成上下两个腔室，伸出圆柱形液压缸筒的活塞杆的另一端连接有钢丝绳，钢丝绳通过锚板锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上，所述第二圆形缸筒盖板的上表面设有钢绞线，钢绞线的另一端同样通过锚板锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上；左侧下方液压缸筒a的下腔室和左侧上方液压缸b的上腔室、右侧下方液压缸筒d的下腔室和右侧上方液压缸c的上腔室之间设有左右两个扇形平板阻尼通道，扇形平板阻尼通道通过设置在第二圆形缸筒盖板的圆形孔与液压缸筒内部的腔室连通；在所述的液压缸筒的上下腔室、扇形平板阻尼通道和凹槽阻尼通道中均填充有流体阻尼耗能材料。
根据上述的用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，所述圆柱形活塞的外侧开设有环形密封槽，环形密封槽内设有O型密封圈；根据上述的用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，所述底部框架梁与左侧框架柱之间的锚板的锚固点为A点，左侧框架柱与顶部框架梁之间的锚板的锚固点为B点，顶部框架梁与右侧框架柱之间锚板的锚固点为C点，底部框架梁与右侧框架柱之间锚板的锚固点为D点。
根据上述的用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，所述钢丝绳(10)需施加预应力，钢绞线(11)不需施加预应力。本发明的有益效果：(1)本发明的一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置通过设置在活塞杆和梁柱节点之间的钢绞线来提供弹性恢复力，使装置在地震后尽量恢复到原来的位置，因此，该装置能够减小建筑结构在地震后的残余变形，增强建筑结构的可恢复功能，使强震后建筑结构的使用功能得到恢复，并且在震后可以继续使用。(2)本发明的一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置采用速度相关型或智能型阻尼材料，不影响震后装置和建筑结构的自恢复性能；同时还能增大结构的阻尼和耗能能力，减小地震作用时建筑结构的动力响应，从而增加结构的抗震性能。(3)该装置通过钢丝绳和钢绞线和建筑结构连接在一起，连接系统属于柔性结构，自重轻，节约材料和成本。(4)阻尼通道的截面形状、尺寸不再受缸筒约束，可以单独进行设计。
附图说明
图1是本发明的一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置的结构装配示意图；
图2是图1中的N-N剖面图；
图3是图1中的F-F剖面图。
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。
如图1-3所示，本发明提供了一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，包括底部框架梁21、左侧框架柱22、右侧框架柱23和顶部框架梁24，左侧框架柱22的上端与顶部框架梁24的左端相固定，左侧框架柱22的下端与底部框架梁21的左端相固定，右侧框架柱23的上端与顶部框架梁24的右端相固定，右侧框架柱23的下端与底部框架梁21的右端相固定；所述底部框架梁21、左侧框架柱22、右侧框架柱23和顶部框架梁24之间的内部空隙内设有X型平板支座1，沿着X型平板的表面刻有X型凹槽阻尼通道，X型凹槽阻尼通道外部设有X型盖板17，X型支座上下交叉点之间的隔板16将X型凹槽阻尼通道分割成左右两个独立的凹槽阻尼通道2，每一个凹槽阻尼通道的上下端部均与圆柱形液压缸筒7的第一圆形缸筒盖板3固定连接，圆柱形液压缸筒7的另一端设有第二圆形缸筒盖板8，圆柱形液压缸筒7内设有活塞杆9，穿设在圆柱形液压缸筒7内侧的活塞杆9端部设有圆柱形活塞5，圆柱形活塞5将第一圆形缸筒盖板3、第二圆形缸筒盖板8和圆柱形液压缸筒7围成的空间分割成上下两个腔室，伸出圆柱形液压缸筒7的活塞杆的另一端连接有钢丝绳10，钢丝绳10通过锚板12锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上，所述第二圆形缸筒盖板8的上表面设有钢绞线11，钢绞线11的另一端同样通过锚板12锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上；左侧下方液压缸筒a的下腔室和左侧上方液压缸b的上腔室、右侧下方液压缸筒d的下腔室和右侧上方液压缸c的上腔室之间设有左右两个扇形平板阻尼通道15，扇形平板阻尼通道15通过设置在第二圆形缸筒盖板8的圆形孔13与液压缸筒内部的腔室连通；在所述的液压缸筒的上下腔室、扇形平板阻尼通道15和凹槽阻尼通道2中均填充有流体阻尼耗能材料4。
为了增加圆柱形活塞5与圆形缸筒7之间的密封性，所述圆柱形活塞5的外侧开设有环形密封槽，环形密封槽内设有O型密封圈6。
实际现场应用时，所述底部框架梁21与左侧框架柱22之间的锚板的锚固点为A点，左侧框架柱22与顶部框架梁24之间的锚板的锚固点为B点,顶部框架梁24与右侧框架柱23之间锚板的锚固点为C点，底部框架梁21与右侧框架柱23之间锚板的锚固点为D点。
为了减小钢丝绳的弹性变形，并尽可能将剪力墙BE(或CE)之间的相对位移转换为阻尼器缸筒和活塞杆之间的相对位移，所述钢丝绳需施加预应力。
本发明的工作原理：
在水平地震荷载作用下，建筑结构会产生层间相对位移，顶部钢筋混凝土梁24两端的点B、C相对于底部钢筋混凝土梁21两端的点A、D发生水平相对位移，AC两点的距离被拉长(此时BD两点的距离缩短)或缩短(此时BD两点的距离拉长)，由于和活塞杆9相连的钢丝绳10施加过预应力，且圆柱形液压缸筒7和X型平板支座不会发生变形，因此，AC和BD之间的相对位移转换成圆柱形活塞5与液压缸筒7之间的相对位移。当AC两点的距离被拉长时，液压缸a内部的活塞和液压缸c内部的活塞相互远离，液压缸a内部下腔室、液压缸c内部上腔室体积变小，在压力作用下，液压缸a内部下腔室、液压缸c内部上腔室内的流体阻尼耗能材料4经左、右扇形平板阻尼通道15分别流入液压缸b内部上腔室和液压缸d内部下腔室，而液压缸b内部下腔室、液压缸d内部上腔室内的流体阻尼耗能材料4经左、右凹槽阻尼通道2分别流入液压缸a内部上腔室和液压缸c内部下腔室；当BD两点的距离被拉长时，流体阻尼耗能材料4则沿着上述反方向流动。因此，在地震时，阻尼耗能材料4在扇形平板阻尼通道15和凹槽阻尼通道2内来回流动，便会产生阻尼力和消能减震作用，从而有效消耗传入建筑结构的地震能量，并降低结构在地震荷载作用下的动力响应，提高建筑结构的抗震性能。
当强震后结构有残余变形时，由于残余变形的存在，AC或BD之间的距离被拉长，钢绞线11因被拉长而产生弹性恢复力，该弹性恢复力能够尽可能地将该装置及建筑结构拉回到原来的位置，从而减小建筑结构的残余变形，因此，该装置具有自恢复能力。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，包括底部框架梁(21)、左侧框架柱(22)、右侧框架柱(23)和顶部框架梁(24)，左侧框架柱(22)的上端与顶部框架梁(24)的左端相固定，左侧框架柱(22)的下端与底部框架梁(21)的左端相固定，右侧框架柱(23)的上端与顶部框架梁(24)的右端相固定，右侧框架柱(23)的下端与底部框架梁(21)的右端相固定；其特征在于：所述底部框架梁(21)、左侧框架柱(22)、右侧框架柱(23)和顶部框架梁(24)之间的内部空隙内设有X型平板支座(1)，沿着X型平板的表面刻有X型凹槽阻尼通道，X型凹槽阻尼通道外部设有X型盖板(17)，X型支座上下交叉点之间的隔板(16)将X型凹槽阻尼通道分割成左右两个独立的凹槽阻尼通道(2)，每一个凹槽阻尼通道的上下端部均与圆柱形液压缸筒(7)的第一圆形缸筒盖板(3)固定连接，圆柱形液压缸筒(7)的另一端设有第二圆形缸筒盖板(8)，圆柱形液压缸筒(7)内设有活塞杆(9)，穿设在圆柱形液压缸筒(7)内侧的活塞杆(9)端部设有圆柱形活塞(5)，圆柱形活塞(5)将第一圆形缸筒盖板(3)、第二圆形缸筒盖板(8)和圆柱形液压缸筒(7)围成的空间分割成上下两个腔室，伸出圆柱形液压缸筒(7)的活塞杆的另一端连接有钢丝绳(10)，钢丝绳(10)通过锚板(12)锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上，所述第二圆形缸筒盖板(8)的上表面设有钢绞线(11)，钢绞线(11)的另一端同样通过锚板(12)锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上；左侧下方液压缸筒a的下腔室和左侧上方液压缸b的上腔室、右侧下方液压缸筒d的下腔室和右侧上方液压缸c的上腔室之间设有左右两个扇形平板阻尼通道(15)，扇形平板阻尼通道(15)通过设置在第二圆形缸筒盖板(8)的圆形孔(13)与液压缸筒内部的腔室连通；在所述的液压缸筒的上下腔室、扇形平板阻尼通道(15)和凹槽阻尼通道(2)中均填充有流体阻尼耗能材料(4)；所述圆柱形活塞(5)的外侧开设有环形密封槽，环形密封槽内设有O型密封圈(6)；钢丝绳(10)需施加预应力，钢绞线(11)不需施加预应力。
2.根据权利要求1所述的用于建筑工程的自恢复耗能减震装置，其特征在于：所述底部框架梁(21)与左侧框架柱(22)之间的锚板的锚固点为A点，左侧框架柱(22)与顶部框架梁(24)之间的锚板的锚固点为B点，顶部框架梁(24)与右侧框架柱(23)之间锚板的锚固点为C点，底部框架梁(21)与右侧框架柱(23)之间锚板的锚固点为D点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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