CN109440960A - 一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，包括钢支撑、支撑枢轴、摆动臂。钢支撑和摆动臂通过支撑枢轴连接为整体，摆动臂以支撑枢轴为圆心，可在钢支撑所在的平面内摆动，摆动臂一端与框架梁连接，另一端与阻尼器连接，阻尼器水平放置，阻尼器的另一端与钢支撑的底端牢固连接。摆动臂的两端被限制只能在钢支撑所在平面内运动，通过将楼层位移首先传递给与之相连的摆动臂的一端，使之产生绕支撑枢轴的水平运动，从而带动摆动臂的另一端，也产生绕支撑枢轴的水平运动，利用摆动臂两端距离支撑枢轴的长度差异，放大了摆动臂另一端的位移，同时也就放大了与之连接的阻尼器的位移。本发明极大地扩展了阻尼器的使用范围，支撑布置非常灵活。

Description

一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系
技术领域
本发明涉及一种支撑体系，尤其是涉及一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系。
背景技术
目前消能阻尼器最基本的安装方法是：将阻尼器与钢支撑或混凝土墙体直接串联。即将阻尼器的一端与钢支撑或混凝土墙体的顶端连接；阻尼器的另一端与相对楼层直接连接，阻尼器水平放置。消能阻尼器的位移等于楼层的层间位移减去钢支撑或混凝土墙体的变形。为了保证阻尼器的位移，要求钢支撑或混凝土墙体的刚度足够大。在该连接方式下，阻尼器的最大位移不超过楼层的层间位移。因此在结构变形很小的时候，阻尼器发挥的作用就很小，耗能能力很差。使得其使用的领域主要局限于地震作用下、楼层位移比较大的结构体系。
专利号为201420075418.4的中国专利公开了一种用于油阻尼器的位移放大装置，将其附加在油阻尼器上。油阻尼器通过放大装置与钢支撑连接。该装置构造复杂，可靠性较差。且体量太小，无法承担较大阻尼力，实际容许最大位移也很小。因此实际工程应用价值较低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有消能支撑存在的缺点，而提供一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系。本发明是具有机械运动机构的支撑，可对安装在该支撑中的阻尼器的位移进行放大。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，包括钢支撑、支撑枢轴、摆动臂，所述钢支撑和摆动臂通过支撑枢轴连接为整体，所述摆动臂以支撑枢轴为圆心，可在钢支撑所在的平面内摆动，所述摆动臂一端与框架梁连接，另一端与阻尼器连接，所述阻尼器水平放置，所述阻尼器的另一端与钢支撑的底端牢固连接，所述摆动臂的两端被限制只能在钢支撑所在平面内运动，所述摆动臂与框架梁连接的一端距离支撑枢轴的长度小于所述摆动臂与阻尼器连接的一端距离支撑枢轴的长度；
通过将楼层位移首先传递给与之相连的摆动臂的一端，使之产生绕支撑枢轴的水平运动，从而带动摆动臂的另一端，也产生绕支撑枢轴的水平运动，因为摆动臂的杠杆效应，利用摆动臂两端距离支撑枢轴的长度差异，放大了摆动臂另一端的位移，同时也就放大了与之连接的阻尼器的位移。
所述摆动臂的两端被限制只能在钢支撑所在平面内运动，即进行摆动臂的两端平面外运动的限制，是为了保证消能支撑的阻尼器不会发生向支撑平面外方向的摆动。
本发明中，所述钢支撑由两根支撑斜杆组成，两根支撑斜杆分别位于支撑枢轴的两侧，所述支撑斜杆的一端固定连接在支撑枢轴上，另一端固定连接在框架梁与框架柱连接的框架节点处。
钢支撑的作用主要是保证支撑枢轴在最大阻尼荷载工况下，变形要小，稳定性要好。
支撑枢轴可以传递钢支撑和摆动臂的传来的力，又要保证摆动臂可以绕支撑枢轴转动。
本发明中，所述框架梁设有两条，水平方向平行设置，所述框架柱设置两条，竖直方向平行设置，且所述框架柱与所述框架梁垂直相连，连接处为框架节点。
本发明中，所述摆动臂被支撑枢轴分为两部分，所述摆动臂与框架梁连接的一端到支撑枢轴之间的一段为主动臂，所述摆动臂与阻尼器连接的一端到支撑枢轴之间的一段为被动臂，所述主动臂长度小于被动臂；所述主动臂受到的水平外力来自框架梁，所述被动臂受到的水平外力来自阻尼器。
本发明中，所述被动臂的长度为整个摆动臂长度的2/3-4/5。
本发明中，所述被动臂与阻尼器连接，所述阻尼器水平放置，所述阻尼器的另一端通过预埋件与钢支撑的底端牢固连接，具体而言是与支撑斜杆固定连接在框架梁与框架柱连接框架节点处。
本发明中，被动臂与阻尼器的连接方式：保证阻尼器的两端应具有一定的转动能力；同时可以限制阻尼器不会发生出平面方向的摆动。
本发明中，所述阻尼器设置有两个，所述阻尼器的一端与被动臂连接，另一端与支撑斜杆固定连接在框架梁与框架柱连接框架节点处。
本发明中，所述主动臂通过水平传力构件连接在框架梁，因此，主动臂受到的水平外力来自框架梁。
本发明中，主动臂与框架梁的连接方式：保证在框架梁水平运动时，只将水平力传递给摆动臂，而不会产生竖向力和弯矩；同时可以限制摆动臂向支撑平面外运动。
本发明中，所述支撑枢轴由2块支撑立板和1根支撑中心轴组成，所述支撑立板与两根支撑斜杆的端部连接，摆动臂从2块支撑立板中间穿过，支撑中心轴垂直穿过2块支撑立板和居于其中的摆动臂，支撑中心轴与支撑立板固定连接，支撑中心轴与摆动臂的连接既要保证摆动臂可以绕支撑中心轴与自由转动，也要控制其最大间隙也不大于0.2mm，而且支撑立板的孔壁以及支撑中心轴表面不生锈。
本发明中，所述阻尼器保证在最大层间位移时的行程小于其最大设计行程；所述阻尼器最大出力不超过1200kN，优选不超过600kN；所述阻尼器最大行程不超过500mm，优选100-300mm；所述阻尼器为粘滞阻尼器或者摩擦阻尼器或剪切型阻尼器，若所述阻尼器为粘滞阻尼器，则粘滞阻尼器的阻尼指数不大于0.30，优选0.05-0.15。
本发明中，所述支撑斜杆采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面轴力。其刚度应保证在最大阻尼外力作用下变形要小、稳定性要好，最大相对变形不大于2-3mm。
本发明中，主动臂应采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大外力作用下产生的截面剪力以及弯矩。其刚度应保证在最大外力作用下的相对变形不大于1-2mm。
本发明中，被动臂应采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面剪力以及弯矩。其刚度应保证在最大阻尼外力作用下的相对变形不大于2-3mm。
本发明中，支撑立板和支撑中心轴应采用钢材加工，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面剪力以及局部压力。
本发明中，水平传力构件、平面外限位构件、预埋件、框架梁、框架柱的材料应采用钢材或者预应力钢结构。
本发明的工作原理为：
本发明将楼层位移传递给主动臂，主动臂带动被动臂，以支撑枢轴为圆心做水平运动。通过摆动臂的杠杆效应，被动臂与主动臂长度的比值，就是被动臂水平位移与主动臂水平位移的比值。因为主动臂的水平位移取决于楼层的层间位移，因此通过设定被动臂与主动臂的长度比值，即可控制被动臂将楼层位移放大的程度。因为阻尼器直接与被动臂连接，也就相当于人为地控制了阻尼器位移的放大程度。
本发明可以根据设计需要，任意设定阻尼器位移的增大倍数，因此可以极大地增加阻尼器的耗能能力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及技术效果：
1、良好的经济效益：因为可以根据设计需要，放大阻尼器位移。出力同样大小阻尼器，如果位移增大，其耗能能力也将大幅度提高。如此则在保持相同阻尼器总耗能的前提下，就可以减少阻尼器的使用数量。
2、扩大了阻尼器的使用范围：一些水平抗侧刚度很大的结构体系，因为在地震作用下的楼层位移很小。在这种结构体系中安装普通的消能支撑，因为阻尼器的位移很小，因此阻尼器的耗能就很少，减震的效率就很低。因此阻尼器也就不适宜用在这种水平抗侧刚度很大的结构体系了。
在采用本发明这种可放大阻尼器位移的消能支撑体系后，虽然楼层的层间位移很小，但阻尼器的位移却得到了放大，因此阻尼器的耗能可以很大，减震的效率自然就可以大大地提高了。因此，在采用这种可放大阻尼器位移的消能支撑体系后，原本一些水平抗侧刚度很大的结构体系，比如框架-剪力墙结构或者剪力墙结构等，都可以使用阻尼器进行耗能减震了。
在其他一些外界影响，比如风或者环境振动等，其引起的结构位移可能也很小，但加速度或者噪声、振动等，对人的感受或者工作环境等却影响很大。对这样一些振动，普通消能支撑很难发挥作用。而在采用这种可放大阻尼器位移的消能支撑体系后，原本一些水平位移很小的结构振动，也可以使用阻尼器进行减振控制了。
3、构造简单、可靠性高、布置灵活：本发明在原普通消能支撑的基础上，主要是增加了支撑枢轴和摆动臂，再无其他复杂构件。因此加工精度以及维护要求均不高。因主要材料为普通钢材，因此其使用期限可以与建筑结构同寿命，如果发现有问题，检修也非常方便。本发明中的阻尼器，根据设计需要，即可以布置在地板上，也可以布置在顶板梁下。如果布置在顶板梁下，支撑两侧可以开门洞而不影响通行。这样就将对因布置消能支撑而对建筑的使用影响，降低到了最低。
附图说明
图1为可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系结构示意图(阻尼器放置于顶板下)；
图2为可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系结构示意图(阻尼器放置于地板上)；
图3为支撑立板与支撑中心轴结构示意图。
图中标号：1、支撑斜杆，2、支撑枢轴，3、主动臂，4、被动臂，5、阻尼器，6、支撑立板，7、支撑中心轴，8、水平传力构件，9、平面外限位构件，10、预埋件，11、框架梁，12、框架柱。
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
参考图1-图3，图1为阻尼器放置于顶板下的情形，图2为阻尼器放置于地板上的情形。
一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，包括钢支撑、支撑枢轴2、摆动臂。钢支撑和摆动臂通过支撑枢轴2连接为整体，摆动臂以支撑枢轴2为圆心，可在钢支撑所在的平面内摆动，摆动臂一端与框架梁11连接，另一端与阻尼器5连接，阻尼器5水平放置，阻尼器5的另一端与钢支撑的底端牢固连接，摆动臂的两端被限制只能在钢支撑所在平面内运动，摆动臂与框架梁11连接的一端距离支撑枢轴2的长度小于摆动臂与阻尼器5连接的一端距离支撑枢轴2的长度；通过将楼层位移首先传递给与之相连的摆动臂的一端，使之产生绕支撑枢轴2的水平运动，从而带动摆动臂的另一端，也产生绕支撑枢轴的水平运动，因为摆动臂的杠杆效应，利用摆动臂两端距离支撑枢轴2的长度差异，放大了摆动臂另一端的位移，同时也就放大了与之连接的阻尼器5的位移。
本实施例中，钢支撑由两根支撑斜杆1组成，两根支撑斜杆1分别位于支撑枢轴2的两侧，支撑斜杆1的一端固定连接在支撑枢轴2上，另一端固定连接在框架梁11与框架柱12连接的框架节点处。
钢支撑的作用主要是保证支撑枢轴在最大阻尼荷载工况下，变形要小，稳定性要好。
支撑枢轴2可以传递钢支撑和摆动臂的传来的力，又要保证摆动臂可以绕支撑枢轴2转动。
本实施例中，框架梁11设有两条，水平方向平行设置，框架柱12设置两条，竖直方向平行设置，且框架柱12与框架梁11垂直相连，连接处为框架节点。
本实施例中，摆动臂被支撑枢轴2分为两部分，摆动臂与框架梁11连接的一端到支撑枢轴2之间的一段为主动臂3，摆动臂与阻尼器5连接的一端到支撑枢轴2之间的一段为被动臂4，主动臂3长度小于被动臂4；主动臂3受到的水平外力来自框架梁11，被动臂4受到的水平外力来自阻尼器5。
本实施例中，被动臂4的长度为整个摆动臂长度的2/3-4/5。
本实施例中，被动臂4与阻尼器5连接，阻尼器5水平放置，阻尼器5的另一端通过预埋件10与钢支撑的底端牢固连接，具体而言是与支撑斜杆1固定连接在框架梁11与框架柱12连接框架节点处的一端连接。
本实施例中，被动臂4与阻尼器5的连接方式：保证阻尼器5的两端应具有一定的转动能力；同时可以限制阻尼器不会发生出平面方向的摆动。
本实施例中，阻尼器5设置有两个，阻尼器5的一端与被动臂4连接，另一端与支撑斜杆1固定连接在框架梁11与框架柱12连接框架节点处。
本实施中，在框架梁11上设置平面外限位构件9，平面外限位构件9用于对被动臂4进行限位，限制其只能在钢支撑所在平面内运动。
本实施例中，主动臂3通过水平传力构件8连接在框架梁11，因此，主动臂3受到的水平外力来自框架梁11。
本实施例中，主动臂3与框架梁11的连接方式：保证在框架梁水平运动时，只将水平力传递给摆动臂，而不会产生竖向力和弯矩；同时可以限制摆动臂向支撑平面外运动。
本实施例中，支撑枢轴2由2块支撑立板6和1根支撑中心轴7组成，支撑立板6与两根支撑斜杆1的端部连接，摆动臂从2块支撑立板6中间穿过，支撑中心轴7垂直穿过2块支撑立板6和居于其中的摆动臂，支撑中心轴7与支撑立板6固定连接，支撑中心轴7与摆动臂的连接既要保证摆动臂可以绕支撑中心轴7与自由转动，也要控制其最大间隙也不大于0.2mm，而且支撑立板6的孔壁以及支撑中心轴7表面不生锈。
本实施例中，阻尼器5保证在最大层间位移时的行程小于其最大设计行程；阻尼器5最大出力不超过1200kN，优选不超过600kN；阻尼器5最大行程不超过500mm，优选150-300mm；阻尼器5为粘滞阻尼器或者摩擦阻尼器或剪切型阻尼器，若阻尼器5为粘滞阻尼器，则粘滞阻尼器的阻尼指数不大于0.30，优选0.05-0.15。
本实施例中，支撑斜杆1采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面轴力。其刚度应保证在最大阻尼外力作用下变形要小、稳定性要好，最大相对变形不大于2-3mm。
本实施例中，主动臂3应采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大外力作用下产生的截面剪力以及弯矩。其刚度应保证在最大外力作用下的相对变形不大于1-2mm。
本实施例中，被动臂4应采用钢材加工(可使用预应力)，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面剪力以及弯矩。其刚度应保证在最大阻尼外力作用下的相对变形不大于2-3mm。
本实施例中，支撑立板6和支撑中心轴7应采用钢材加工，其截面设计应足够抵抗最大阻尼力作用下产生的截面剪力以及局部压力。
本实施例中，水平传力构件、平面外限位构件、预埋件、框架梁、框架柱的材料应采用钢材或者预应力钢结构。
本发明的工作原理为：
本发明将楼层位移传递给主动臂，主动臂带动被动臂，以支撑枢轴为圆心做水平运动。通过摆动臂的杠杆效应，被动臂与主动臂长度的比值，就是被动臂水平位移与主动臂水平位移的比值。因为主动臂的水平位移取决于楼层的层间位移，因此通过设定被动臂与主动臂的长度比值，即可控制被动臂将楼层位移放大的程度。因为阻尼器直接与被动臂连接，也就相当于人为地控制了阻尼器位移的放大程度。
本发明可以根据设计需要，任意设定阻尼器位移的增大倍数，因此可以极大地增加阻尼器的耗能能力。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，包括钢支撑、支撑枢轴(2)、摆动臂，
所述钢支撑和摆动臂通过支撑枢轴(2)连接为整体，所述摆动臂以支撑枢轴(2)为圆心，可在钢支撑所在的平面内摆动，所述摆动臂一端与框架梁(11)连接，另一端与阻尼器(5)连接，所述阻尼器(5)水平放置，所述阻尼器(5)的另一端与钢支撑的底端牢固连接，所述摆动臂的两端被限制只能在钢支撑所在平面内运动，所述摆动臂与框架梁(11)连接的一端距离支撑枢轴(2)的长度小于所述摆动臂与阻尼器(5)连接的一端距离支撑枢轴(2)的长度；
通过将楼层位移首先传递给与之相连的摆动臂的一端，使之产生绕支撑枢轴(2)的水平运动，从而带动摆动臂的另一端，也产生绕支撑枢轴的水平运动，因为摆动臂的杠杆效应，利用摆动臂两端距离支撑枢轴(2)的长度差异，放大了摆动臂另一端的位移，同时也就放大了与之连接的阻尼器(5)的位移。
2.根据权利要求1所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述钢支撑由两根支撑斜杆(1)组成，两根支撑斜杆(1)分别位于支撑枢轴(2)的两侧，所述支撑斜杆(1)的一端固定连接在支撑枢轴(2)上，另一端固定连接在框架梁(11)与框架柱(12)连接的框架节点处。
3.根据权利要求2所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述框架梁(11)设有两条，水平方向平行设置，所述框架柱(12)设置两条，竖直方向平行设置，且所述框架柱(12)与所述框架梁(11)垂直相连，连接处为框架节点。
4.根据权利要求2所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述摆动臂被支撑枢轴(2)分为两部分，所述摆动臂与框架梁(11)连接的一端到支撑枢轴(2)之间的一段为主动臂(3)，所述摆动臂与阻尼器(5)连接的一端到支撑枢轴(2)之间的一段为被动臂(4)，所述主动臂(3)长度小于被动臂(4)；
所述主动臂(3)受到的水平外力来自框架梁(11)，所述被动臂(4)受到的水平外力来自阻尼器(5)。
5.根据权利要求4所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述被动臂(4)的长度为整个摆动臂长度的2/3-4/5。
6.根据权利要求4所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述被动臂(4)与阻尼器(5)连接，所述阻尼器(5)水平放置，所述阻尼器(5)的另一端与钢支撑的底端牢固连接。
7.根据权利要求6所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述阻尼器(5)设置有两个，所述阻尼器(5)的一端与被动臂(4)连接，另一端与支撑斜杆(1)固定连接在框架梁(11)与框架柱(12)的连接框架节点处。
8.根据权利要求4所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述主动臂(3)通过水平传力构件(8)连接在框架梁(11)。
9.根据权利要求2所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，所述支撑枢轴(2)由2块支撑立板(6)和1根支撑中心轴(7)组成，所述支撑立板(6)与两根支撑斜杆(1)的端部连接，摆动臂从2块支撑立板(6)中间穿过，支撑中心轴(7)垂直穿过2块支撑立板(6)和居于其中的摆动臂，支撑中心轴(7)与支撑立板(6)固定连接，支撑中心轴(7)与摆动臂的连接要保证摆动臂可以绕支撑中心轴(7)自由转动。
10.根据权利要求1所述的一种可对阻尼器位移进行放大的消能支撑体系，其特征在于，
所述阻尼器(5)保证在最大层间位移时的行程小于其最大设计行程；
所述阻尼器(5)最大出力不超过1200kN，优选不超过600kN；所述阻尼器(5)最大行程不超过500mm，优选100-300mm；
所述阻尼器(5)为粘滞阻尼器或者摩擦阻尼器或剪切型阻尼器，
若所述阻尼器(5)为粘滞阻尼器，则粘滞阻尼器的阻尼指数不大于0.30，优选0.05-0.15。
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