CN109629744B - 旋转式摩擦型可更换耗能连梁 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其包括位于连梁中央的可更换段以及分布于其两侧的设置在剪力墙墙肢处的非消能段，可更换段的两端分别与非消能段固定连接，可更换段包括两个前后布置的旋转式摩擦耗能阻尼器单体以及位于其中部空间处的型钢板，型钢板又整体连接至非消能段，从而增强可更换段整体性和动作的一致性；旋转式摩擦耗能阻尼器单体中外套筒的底板与内嵌筒的底板螺栓固定连接并分别沿不同对角线在左右两侧与传动杆螺栓连接，内嵌筒与外套筒形成的筒壁间充填高阻尼橡胶芯；本发明通过更换连梁的手段，可以根据需求进行适当调整，便于安装，适用性强，从而提高了结构的抗震性能，可用于恢复功能剪力墙结构体系。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构抗震与消能减振技术领域，具体涉及一种旋转式摩擦型可更换耗能连梁。
背景技术
联肢剪力墙结构是目前高层建筑广泛采用的抗侧力体系之一。在联肢剪力墙的设计中，连梁作为其抗震体系的第一道防线，在遭遇超越设防烈度的地震作用下，往往遭到严重的剪切型破坏，给震后修复造成巨大困难，震后建筑往往会因为局部损伤过大无法修复而推倒重建，造成巨大的经济损失。目前已研发的可更换耗能连梁大多是在中震和大震下才开始耗能，而在小震和风振时保持弹性，无法满足高层和超高层建筑结构舒适度的要求。大多数可更换连梁通过可更换段金属屈服耗能或者铅芯橡胶阻尼器耗能，铅芯橡胶阻尼器容易受温度等环境因素的影响。
专利文献CN107905400A公布了一种自感知电涡流型可更换耗能连梁，其通过合理的构造方式将传统金属耗能阻尼机制与电涡流阻尼机制结合起来，电涡流阻尼器的原理是导体质量处于变化着的磁场或者在磁场中运动时，根据法拉第电磁感应定律，在导体质量块内产生感应电动势，从而在质量块内形成电涡流，产生电阻热效应消耗振动能量；电涡流又会形成与原磁场方向相反的新磁场，从而产生与导体运动方向相反的阻尼力，起到减振耗能的作用。
摩擦型阻尼器作为一种耗能装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，取材容易，造价低廉，因而具有很好的应用前景。特别是在控制结构近断层地震反应和中高层结构地震反应方面具有独特优势。
发明内容
针对现有技术中的不足，为了克服已有可更换耗能连梁变形能力、稳定性和耐久性较差的不足，因此，本发明提出了一种适应不同振动强度、易于控制破坏位置、消能减振效果良好、耐久性好和可更换的旋转式摩擦型可更换耗能连梁。本发明的旋转式摩擦型可更换耗能连梁通过旋转式摩擦耗能阻尼器和位移型金属耗能阻尼器的结合，位移型金属耗能阻尼器即两个旋转式摩擦耗能阻尼器中间布置的型钢板，以实现适应不同振动强度，全阶段保护主体结构的安全和舒适，小震或风振时，旋转式摩擦耗能阻尼器发挥作用，中震及大震时，旋转式摩擦耗能阻尼器和位移型金属耗能阻尼器同时发挥作用，同时保证控制破坏位置、提高消能减振效果的目标，且在大震后易于修复更换，实现建筑正常使用功能的快速恢复。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其包括位于连梁中央的可更换段以及分布于可更换段两侧的设置在剪力墙墙肢处的两个非消能段1，可更换段的两端分别与非消能段1固定连接，可更换段包括两个前后布置的旋转式摩擦耗能阻尼器单体14，以及位于两个旋转式摩擦耗能阻尼器单体14中部空间处的型钢板13，型钢板13在两边侧又通过端板2整体连接至非消能段1，从而增强可更换段整体性和动作的一致性，同时形成了贯穿于旋转式摩擦耗能阻尼器体系内的刚支架结构；型钢板13设置于相邻的非消能段1轴向截面的中心部位，且型钢板13焊接固定于端板2，并通过固定螺栓9与非消能段1连接，从而增大可更换消能段的强度与刚度，为非消能段1提供足够的约束力，在大震情况下，起到消能减振作用。
每个旋转式摩擦耗能阻尼器单体14包括外套筒5、内嵌筒6、传动杆3和高阻尼橡胶芯8，外套筒5和内嵌筒6分别沿不同对角线在左右两侧通过传动螺旋10与传动杆3连接；外套筒5和内嵌筒6形成的筒壁间充填高阻尼橡胶芯8。
进一步地，外套筒5的底板与内嵌筒6的底板通过摩擦约束螺栓11连接，靠近型钢板13处内嵌筒6的一部分与其相邻的传动杆3的一端通过传动螺旋10连接，传动杆3的另一端与预埋的非消能段内型钢12处的端板2相连接；外套筒5的底板与其相邻的传动杆3的一端通过传动螺旋10连接，传动杆3的另一端与预埋的非消能段内型钢12处的端板2相连接。
进一步地，预埋的非消能段内型钢12与端板2通过固定螺栓9连接，端板2与固定板4为一体成型连接，传动杆3与固定板4通过固定螺栓9连接。
进一步地，高阻尼橡胶芯8为圆环状，高阻尼橡胶芯8通过硫化作用设置于外套筒5和内嵌筒6的筒壁之间。
进一步地，旋转式摩擦耗能阻尼器单体14还包括外套筒盖板51，外套筒盖板51设置于外套筒5和高阻尼橡胶芯8之间。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、适应不同振动强度：本发明的可更换连梁能够实现不同振动强度下的减振耗能，提高高层建筑在风振下的舒适度，并能更好地保护联肢剪力墙的主体结构，降低地震的破坏程度。
第二、消能减振效果好：本发明通过分层设置高阻尼橡胶芯，提高材料的利用率，从而降低成本，且可以根据需求进行适当调整；另外，其摩擦面积大，从而耗能效果好，进一步提高工作稳定性。
第三、可更换：本发明的旋转式摩擦耗能阻尼器和型钢板通过螺栓与非消能段连接，易于震后拆卸更换，从而有利于震后快速修复、更换。
第四、易于控制破坏位置：本发明通过合理的构造方式将传统位移型金属耗能阻尼机制与旋转式摩擦阻尼机制相结合，使破坏集中在耗能段，易于安装和更换，适用于可恢复功能结构体系。
总之，本发明提出了一种旋转式摩擦型可更换连梁，通过合理的构造方式将传统位移型金属耗能阻尼机制与旋转式摩擦阻尼机制结合起来，使两者优势互补。一方面提高了结构的抗震性能，全阶段保护主体结构的安全和舒适度，适应不同振动强度，易于控制破坏位置，另一方面通过可更换连梁的手段，具有摩擦范围可控、可更换等优点，且可以根据需求进行适当调整，便于安装，适用性强，可用于恢复功能剪力墙结构体系。最后，本发明可用于高层建筑结构，在风振、地震中实现多荷载条件下的耗能，并实现震后的快速评估和修复更换，从而恢复建筑的正常使用功能。
附图说明
图1为本发明的旋转式摩擦型可更换耗能连梁的主视示意图。
图2为图1中1-1的剖面示意图。
图3为图1中2-2的剖面示意图。
图4为本发明的旋转式摩擦型可更换耗能连梁中旋转式摩擦耗能阻尼器的左视示意图。
图5为本发明的旋转式摩擦型可更换耗能连梁中旋转式摩擦耗能阻尼器的剖面示意图。
附图标记：非消能段1、端板2、传动杆3、固定板4、外套筒5、外套筒盖板51、内嵌筒6、高阻尼橡胶芯8、固定螺栓9、传动螺栓10、摩擦约束螺栓11、非消能段内型钢12、型钢板13和旋转式摩擦耗能阻尼器单体14。
具体实施方式
本发明提供了一种旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其中，旋转式摩擦耗能阻尼器的原理是依靠传动杆的布置形式，将剪力墙的运动状态转化为外套筒和内嵌筒的相对转动，通过筒壁间的多层高阻尼橡胶芯进行摩擦耗能，起到消能减振的作用，从而达到降低结构地震反应的目的。
在本发明的一种具体实施例中，如图1至图5所示，旋转式摩擦型可更换耗能连梁包括位于连梁中央的可更换段以及分布于可更换段两侧的设置在剪力墙墙肢处的两个非消能段1，可更换段的两端分别与非消能段1固定连接，可更换段由处于前后位置的两个旋转式摩擦耗能阻尼器单体14和一块位于其中部空间处的型钢板13组成，型钢板13在两边侧又通过端板2整体连接至非消能段1，从而增强可更换段整体性和动作的一致性，同时形成了贯穿于旋转式摩擦耗能阻尼器体系内的刚支架结构，型钢板13设置于相邻的非消能段1轴向截面的中心部位，型钢板13焊接固定于端板2，并通过固定螺栓9与非消能段1连接，从而增大可更换消能段的强度与刚度，为非消能段1提供足够的约束力，在大震情况下，起到消能减振作用。
每个旋转式摩擦耗能阻尼器单体14包括外套筒5、内嵌筒6、传动杆3和高阻尼橡胶芯8，外套筒5与内嵌筒6分别沿不同对角线在左右两侧通过传动螺旋10与传动杆3连接，外套筒5和内嵌筒6形成的筒壁间充填高阻尼橡胶芯8。
具体地，外套筒5的底板与内嵌筒6的底板通过摩擦约束螺栓11连接，且形心重合，从而能够发生相对转动；靠近型钢板13处内嵌筒6的一部分与其相邻的传动杆3的一端通过传动螺旋10连接，传动杆3的另一端与固定板4通过固定螺栓9相连接，固定板4与端板2为一体成型连接，端板2与预埋的非消能段内型钢12通过固定螺栓9相连接；外套筒5的底板与其相邻的传动杆3的一端通过传动螺旋10连接，传动杆3的另一端与固定板4通过固定螺栓9相连接，固定板4与端板2为一体成型连接，端板2与预埋的非消能段内型钢12通过固定螺栓9相连接；传动杆3的数目在此不作特别限制。依靠剪力墙的运动状态，旋转式摩擦耗能阻尼器单体14发生相对转动并通过摩擦耗散振动能量，进一步地，建筑物受到地震作用时，剪力墙的运动状态通过八根传动杆3转化为外套筒5和内嵌筒6筒壁间的相对转动，从而通过筒壁间设置的高阻尼橡胶芯8的摩擦实现耗能的目的。
在本发明的一种具体实施例中，高阻尼橡胶芯8为圆环状，高阻尼橡胶芯8通过高温硫化作用设置于外套筒5和内嵌筒6的筒壁之间。
在本发明的一种具体实施例中，旋转式摩擦耗能阻尼器单体14还包括外套筒盖板51，外套筒盖板51设置于外套筒5和高阻尼橡胶芯8之间，实际上，外套筒盖板51在最外侧高阻尼橡胶芯8设置完毕后固定，再进行其余部分高阻尼橡胶芯8的设置。
施工时，本发明将可更换段和将要预埋的非消能段内型钢12(即工字型钢)可以预先拼装完成，定位之后将工字型钢浇筑在非消能段1中；也可以提前将工字型钢定位之后浇筑在非消能段1中，最后通过机械安装可更换段。
本发明的旋转式摩擦型可更换耗能连梁能够用于高层建筑结构中，通过旋转式摩擦耗能阻尼器和位移型金属耗能阻尼器的结合实现全阶段耗能和更稳定的抗震性能，保护剪力墙墙肢，可更换段在震后易于修复和更换，适用于可恢复功能剪力墙结构体系，从而实现建筑正常适应功能的快速恢复。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的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原理，不脱离本发明的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 (5)
1.一种旋转式摩擦型可更换耗能连梁，包括位于连梁中央的可更换段以及分布于所述可更换段两侧的设置在剪力墙墙肢处的两个非消能段(1)，所述可更换段的两端分别与所述非消能段(1)固定连接，其特征在于：
所述可更换段包括两个前后布置的旋转式摩擦耗能阻尼器单体(14)，以及位于两个旋转式摩擦耗能阻尼器单体(14)中部空间处的型钢板(13)，所述型钢板(13)在两边侧又通过端板(2)整体连接至所述非消能段(1)，从而增强可更换段整体性和动作的一致性，同时形成了贯穿于旋转式摩擦耗能阻尼器体系内的刚支架结构；
所述型钢板(13)设置于相邻的所述非消能段(1)轴向截面的中心部位；且所述型钢板(13)焊接固定于所述端板(2)，并通过固定螺栓(9)与所述非消能段(1)连接，从而增大可更换消能段的强度与刚度，为所述非消能段(1)提供足够的约束力，在大震情况下，起到消能减振作用；
每个所述旋转式摩擦耗能阻尼器单体(14)包括外套筒(5)、内嵌筒(6)、传动杆(3)和高阻尼橡胶芯(8)，外套筒(5)和内嵌筒(6)分别沿不同对角线在左右两侧通过传动螺旋(10)与传动杆(3)连接；所述外套筒(5)和所述内嵌筒(6)形成的筒壁间充填高阻尼橡胶芯(8)。
2.根据权利要求1所述的旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其特征在于：所述外套筒(5)的底板与所述内嵌筒(6)的底板通过摩擦约束螺栓(11)连接，靠近所述型钢板(13)处所述内嵌筒(6)的一部分与其相邻的所述传动杆(3)的一端通过传动螺旋(10)连接，所述传动杆(3)的另一端与预埋的非消能段内型钢(12)处的端板(2)相连接；所述外套筒(5)的底板与其相邻的所述传动杆(3)的一端通过传动螺旋(10)连接，所述传动杆(3)的另一端与预埋的非消能段内型钢(12)处的端板(2)相连接。
3.根据权利要求2所述的旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其特征在于：所述预埋的非消能段内型钢(12)与所述端板(2)通过固定螺栓(9)连接，所述端板(2)与固定板(4)为一体成型连接，所述传动杆(3)与所述固定板(4)通过固定螺栓(9)连接。
4.根据权利要求1所述的旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其特征在于：所述高阻尼橡胶芯(8)为圆环状，所述高阻尼橡胶芯(8)通过硫化作用设置于所述外套筒(5)和所述内嵌筒(6)的筒壁之间。
5.根据权利要求1所述的旋转式摩擦型可更换耗能连梁，其特征在于：所述旋转式摩擦耗能阻尼器单体(14)还包括外套筒盖板(51)，所述外套筒盖板(51)设置于所述外套筒(5)和所述高阻尼橡胶芯(8)之间。
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| KR101568185B1 (ko) * | 2015-07-02 | 2015-11-12 | 메트로티엔씨 주식회사 | 건축구조물 내진보강을 위한 지진감쇠댐퍼 장치 |
| CN209874249U (zh) * | 2018-12-26 | 2019-12-31 | 同济大学 | 旋转式摩擦型可更换耗能连梁 |
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