CN109267675A - 具有滞回型惯容的剪力墙系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程和能源基础设施领域，提供一种具有滞回型惯容的剪力墙系统，包括剪力墙结构、滞回惯容结构、以及安装底座，滞回惯容结构包括若干组滞回耗能支撑单元及若干组黏滞自复位惯容单元。本发明建立了双重的自复位机制和多重的能量吸收和耗散途径，通过滞回剪切板和黏滞惯容单元来吸收并耗散结构振动能量；利用摇摆剪力墙的转动效应，减小了摇摆装置所受到的水平作用；设置惯容单元，在不增加剪力墙结构变形刚度的前提下，有效地调整系统惯性特性并控制剪力墙整体变形；提供一种适用有效结构多模态振动控制的摇摆式剪力墙减震耗能体系；建立了多道抗震防线，具有耗能增效、鲁棒性强、易于震后修复等特点，有较好的推广应用价值。

Description

具有滞回型惯容的剪力墙系统

技术领域

本发明属于土木工程结构消能减震技术领域，尤其涉及一种具有滞回型惯容的剪力墙系统。

背景技术

剪力墙，也称抗震墙，是一种重要的抗侧力构件，能够有效的提高建筑结构抵抗地震作用的能力。但是剪力墙本身刚度大，但是其延性较小，在地震中承受侧向力的同时，容易发生损坏，并且修复成本高。因此消能减震技术中摇摆结构被引入剪力墙结构体系中。摇摆剪力墙底部与结构铰接，两侧增设耗能装置，提高了剪力墙变形能力，减少了墙体的损坏。但是摇摆结构不能增加其耗能能力，且变形较大，自复位机构仅单纯提供恢复力，不能有效耗能，作为一道抗震防线还远远不足。此外，摇摆剪力墙质量较大，在地震中会产生较大的惯性力，其底部的铰接装置容易发生破坏，并且较大的惯性力对主结构侧向承载能力提出了更高的要求。

发明内容

本发明目的在于，克服现有技术的不足，提供一种高阶模态振动控制的减震体系，采用滞回剪切板和黏滞惯容阻尼单元耗散能量，联合摇摆墙构成一种新型的具有滞回型惯容的剪力墙系统。

本发明需要保护的技术方案概括为：

一种具有滞回型惯容的剪力墙系统，包括剪力墙结构、滞回惯容结构、以及安装底座；

所述剪力墙结构为具有自复位功能的耗能结构，其包括剪力墙、摇摆构件，所述摇摆构件安装于剪力墙底部与安装底座之间，并位于剪力墙底部的中间位置；

所述滞回惯容结构用于剪力墙结构的耗能增效和惯性参数调整，并提高对所述剪力墙系统的高阶振动控制效果，其包括若干组滞回耗能支撑单元及若干组黏滞自复位惯容单元；

所述若干组滞回耗能支撑单元、若干组黏滞自复位惯容单元均设置于剪力墙底部与安装底座之间，且所述若干组滞回耗能支撑单元分别靠近剪力墙底部的左右两侧对称设置，所述若干组黏滞自复位惯容单元分别位于所述摇摆构件与黏滞自复位惯容单元之间且对称设置。

进一步，黏滞自复位惯容单元包括连接耳环、滚珠丝杠、惯容外筒、旋转内筒、旋转螺母、高强钢索组、若干旋转质量块、黏滞阻尼液体、内筒旋转轴和连接杆；旋转内筒的外周设置有若干旋转质量块，旋转内筒与若干旋转质量块共同置于惯容外筒中，且旋转内筒与惯容外筒同轴设置，旋转内筒的一端通过内筒旋转轴与惯容外筒的内壁转动连接，旋转内筒的另一端设置有旋转螺母；滚珠丝杠沿惯容外筒轴线穿过，并与惯容外筒密封接触，滚轴丝杠的一端位于惯容外筒内部，其另一端位于惯容外筒的外部，滚珠丝杠位于惯容外筒内部的一端外周设置有螺纹，滚珠丝杠通过螺纹与旋转螺母咬合连接，同时滚珠丝杠伸入旋转内筒的一端通过高强钢丝组与内筒旋转轴固定连接；惯容外筒和旋转内筒的内部充满黏滞阻尼液体；沿惯容外筒轴线方向，在惯容外筒的外侧两端各连接一个连接耳环，其中一个连接耳环与滚珠丝杠位于惯容外筒外部的一端连接，另一个连接耳环通过连接杆与惯容外筒外侧壁连接；黏滞自复位耗能单元的两端各自通过一个连接耳环分别铰接于剪力墙底部和安装底座之上。

进一步，滞回耗能支撑单元包括刚性圆杆、滞回剪切板、外筒；刚性圆杆穿过外筒顶部沿外筒轴线设置，并通过滞回剪切板与外筒连接，滞回剪切板位于刚性圆杆和外筒之间，并绕刚性圆杆均匀分布；同时刚性圆杆的底部与外筒的内底部之间留有间隙，不延伸至外筒的内底部；滞回耗能支撑单元通过刚性圆杆的顶部与剪力墙底部底部铰接，并通过外筒的外底部设置在安装底座上。

进一步，滞回剪切板的材料满足小位移屈服和具有较大的延性系数，能够保证剪力墙底部发生微小转动时就能屈服，并且发生较大转动时不会断裂破坏。

进一步，摇摆构件包括上连接板、连接板旋转轴和下连接板；上连接板安装于剪力墙底部的中间部分，下连接板安装于安装底部上，且上连接板和下连接板之间通过连接板旋转轴转动连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：

1.本发明建立了双重的自复位机制，包括滞回耗能支撑单元和黏滞自复位惯容单元，通过支撑单元的竖向刚度和惯容单元内钢丝组的弹性恢复力，控制墙体的变形，使得墙体在地震结束后能够恢复到初始位置，提高了结构的抗震性能和安全性。

2.本发明建立了多重的能量吸收和耗散机制。包括利用滞回剪切板的弹性变形来吸收储存能量，利用黏滞惯容单元中液体压缩形式储存能量；利用滞回型剪切板的塑性变形来耗散能量，利用黏滞惯容阻尼液体的流动来耗散结构在地震作用下的振动能量。

3.本发明充分利用摇摆剪力墙的转动效应，将剪力墙的转动变形转化成滞回剪切单元和黏滞惯容单元的竖向变形，将水平地震作用转化成竖向单元的竖向作用，减小了摇摆装置所受到的水平作用，提高了剪力墙系统的整体安全性。

4.本发明通过惯容单元的设置，在不增加剪力墙结构变形刚度的前提下，有效地调整了结构惯性特性并控制了剪力墙整体变形，防止其变形过大而造成主结构的损坏，提供了一种有效的多模态控制的摇摆式剪力墙减震耗能体系。

5.本发明装置设置方便灵活，能够有效吸收并耗散地震能量，具有耗能高效、鲁棒性强、易于震后修复等特点，有较好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有滞回型惯容的剪力墙系统的示意图。

图2为本发明实施例提供的黏滞自复位惯容单元的示意图。

图中标号：

1-剪力墙下部、2-刚性圆杆、3-滞回剪切板、4-外筒、5-黏滞自复位惯容单元、6-铰接构件、7-上连接板、8-连接板旋转轴、9-下连接板、10-安装底座、51-连接耳环、52-滚珠丝杠、53-惯容外筒、54-旋转内筒、55-旋转螺母、56-高强钢索组、57-螺纹、58-旋转质量块、59-黏滞阻尼液体、510-内筒旋转轴、511-连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

本发明提供一种具有滞回型惯容的剪力墙系统，包括剪力墙结构、滞回惯容结构、以及安装底座。

剪力墙结构为具有自复位功能的耗能结构，其包括剪力墙、摇摆构件，摇摆构件安装于剪力墙底部与安装底座之间，并位于剪力墙底部的中间位置。

滞回惯容结构用于剪力墙结构的耗能增效和惯性参数调整，并提高对剪力墙系统的高阶振动控制效果，其包括若干组滞回耗能支撑单元及若干组黏滞自复位惯容单元。

若干组滞回耗能支撑单元、若干组黏滞自复位惯容单元均设置于剪力墙底部与安装底座之间，且若干组滞回耗能支撑单元分别靠近剪力墙底部的左右两侧对称设置，若干组黏滞自复位惯容单元分别位于摇摆构件与黏滞自复位惯容单元之间且对称设置。

实施例1

如图1所示，一种具有滞回型惯容的剪力墙系统包括剪力墙结构、滞回耗能支撑单元、黏滞自复位惯容单元和安装底座。

作为举例而非限定，在本实施例中，滞回耗能支撑单元和黏滞自复位惯容单元各设置两组。

如图2所示，黏滞自复位惯容单元包括连接耳环51、滚珠丝杠52、惯容外筒53、旋转内筒54、旋转螺母55、高强钢索组56、若干旋转质量块58、黏滞阻尼液体59、旋转轴510和连接杆511。

其中，滚珠丝杠52沿惯容外筒53轴线穿过，并与惯容外筒53密封接触。滚轴丝杠52的一端置于惯容内筒53的内部，其另一端置于惯容内筒53的外部；滚珠丝杠52置于惯容内筒53内部的一端外周设置有螺纹57，滚珠丝杠52通过螺纹57与旋转螺母55咬合连接，该旋转螺母55与旋转内筒54一端固定连接。旋转内筒54外周设置若干圈旋转质量块58，并整体内置于惯容外筒53内，旋转内筒54与旋转螺母55不连接的一端与内筒旋转轴510连接，满足旋转内筒54可以绕内筒旋转轴510做旋转运动。同时，滚珠丝杠52伸入旋转内筒54的一端并通过高强钢丝组56与内筒旋转轴510连接。惯容外筒53和旋转内筒54的内部充满黏滞阻尼液体59。

进一步，沿所述惯容外筒53轴线方向，在惯容外筒53的外侧两端各连接一个连接耳环51，其中一个连接耳环51与滚珠丝杠52位于惯容外筒53外部的一端连接，另一个连接耳环51通过连接杆511与惯容外筒53外侧壁连接；黏滞自复位耗能单元5的两端各自通过一个连接耳环51分别铰接于剪力墙底部1和安装底座10之上。

滞回耗能支撑单元包括刚性圆杆2、滞回剪切板3、外筒4。刚性圆杆2沿外筒4轴线通过滞回剪切板3与外筒4连接；滞回剪切板3在刚性圆杆2和外筒4之间的空间内，围绕刚性圆杆2均匀分布；刚性圆杆2不能延伸至外筒4的底部，应在剪力墙底部1转动时，为滞回剪切板3留有沿外筒4轴线方向的变形空间。滞回剪切板3的材料应满足小位移屈服和具有较大的延性系数，能够保证剪力墙底部1发生微小转动时就能屈服，并且发生较大转动时不会断裂破坏。

剪力墙结构为具有自复位功能的耗能结构。剪力墙结构底部装有摇摆构件，摇摆构件包括上连接板7、连接板旋转轴8和下连接板9。上连接板7安装于剪力墙底部1中间部分；下连接板9置于安装底座10之上；上连接板7和下连接板9通过连接板旋转轴8连接，两者可以发生相对转动。

滞回耗能支撑单元安装于剪力墙底部1最外侧，通过刚性圆杆2与剪力墙下部铰接，通过外筒4底部置于安装底座10之上。

黏滞自复位惯容单元5分别与剪力墙底部1和安装底座10铰接并位于摇摆构件和滞回耗能支撑单元之间，即黏滞自复位惯容单元5铰接于剪力墙底部1，并通过铰接部件6置于安装底座10之上。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有滞回型惯容的剪力墙系统，其特征在于：包括剪力墙结构、滞回惯容结构、以及安装底座(10)；

所述剪力墙结构为具有自复位功能的耗能结构，其包括剪力墙、摇摆构件，所述摇摆构件安装于剪力墙底部(1)与安装底座(10)之间，并位于剪力墙底部(1)的中间位置；

所述滞回惯容结构用于剪力墙结构的耗能增效和惯性参数调整，并提高对所述剪力墙系统的高阶振动控制效果，其包括若干组滞回耗能支撑单元及若干组黏滞自复位惯容单元(5)；

所述若干组滞回耗能支撑单元、若干组黏滞自复位惯容单元(5)均设置于剪力墙底部(1)与安装底座(10)之间，且所述若干组滞回耗能支撑单元分别靠近剪力墙底部(1)的左右两侧对称设置，所述若干组黏滞自复位惯容单元(5)分别位于所述摇摆构件与黏滞自复位惯容单元之间且对称设置。

2.如权利要求1所述的具有滞回型惯容的剪力墙系统，其特征在于：所述的黏滞自复位惯容单元包括连接耳环(51)、滚珠丝杠(52)、惯容外筒(53)、旋转内筒(54)、旋转螺母(55)、高强钢索组(56)、若干旋转质量块(58)、黏滞阻尼液体(59)、内筒旋转轴(510)和连接杆(511)；

所述旋转内筒(54)的外周设置有若干旋转质量块(58)，旋转内筒(54)与若干旋转质量块(58)共同置于惯容外筒(53)中，且旋转内筒(54)与惯容外筒(53)同轴设置，旋转内筒(54)的一端通过内筒旋转轴(510)与惯容外筒(53)的内壁转动连接，旋转内筒(54)的另一端设置有旋转螺母(55)；

所述滚珠丝杠(52)沿惯容外筒(53)轴线穿过，并与惯容外筒(53)密封接触，滚轴丝杠(52)的一端位于惯容外筒(53)内部，其另一端位于惯容外筒(53)的外部，滚珠丝杠(52)位于惯容外筒(53)内部的一端外周设置有螺纹(57)，滚珠丝杠(52)通过所述螺纹(57)与旋转螺母(55)咬合连接，同时滚珠丝杠(52)伸入旋转内筒(54)的一端通过高强钢丝组(56)与内筒旋转轴(510)固定连接；

所述惯容外筒(53)和旋转内筒(54)的内部充满黏滞阻尼液体(59)；

沿所述惯容外筒(53)轴线方向，在所述惯容外筒(53)的外侧两端各连接一个连接耳环(51)，其中一个连接耳环(51)与滚珠丝杠(52)位于惯容外筒(53)外部的一端连接，另一个连接耳环(51)通过连接杆(511)与惯容外筒(53)外侧壁连接；所述黏滞自复位耗能单元(5)的两端各自通过一个连接耳环(51)分别铰接于剪力墙底部(1)和安装底座(10)之上。

3.如权利要求1所述的具有滞回型惯容的剪力墙系统，其特征在于：所述滞回耗能支撑单元包括刚性圆杆(2)、滞回剪切板(3)、外筒(4)；

所述刚性圆杆(2)穿过外筒(4)顶部沿外筒(4)轴线设置，并通过滞回剪切板(3)与外筒(4)连接，滞回剪切板(3)位于刚性圆杆(2)和外筒(4)之间，并绕刚性圆杆(2)均匀分布；同时刚性圆杆(2)的底部与外筒(4)的内底部之间留有间隙，不延伸至外筒(4)的内底部；

所述滞回耗能支撑单元通过刚性圆杆(2)的顶部与剪力墙底部(1)底部铰接，并通过外筒(4)的外底部设置在安装底座(10)上。

4.如权利要求3所述的具有滞回型惯容的剪力墙系统，其特征在于：所述滞回剪切板(3)的材料满足小位移屈服和具有较大的延性系数，能够保证剪力墙底部(1)发生微小转动时就能屈服，并且发生较大转动时不会断裂破坏。

5.如权利要求1所述的具有滞回型惯容的剪力墙系统，其特征在于：所述摇摆构件包括上连接板(7)、连接板旋转轴(8)和下连接板(9)；

所述上连接板(7)安装于剪力墙底部(1)的中间部分，所述下连接板(9)安装于安装底部(10)上，且上连接板(7)和下连接板(9)之间通过连接板旋转轴(8)转动连接。