CN109972758B - 一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法 - Google Patents

一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法，上梁与下梁之间安装阻尼器组件，上梁为T型梁，包括以下步骤：第一，在上梁的腹板的左、右立面上安装有齿条；第二，沿着梁的长度方向安装竖向转动式阻尼器组件；第三，在箱体中注入粘滞阻尼液。采用本申请的一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法，能够将阻尼器组件安装到框架结构之间。

Description

一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法
技术领域
本发明涉及土木工程抗震设计这一领域，具体涉及一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法。
背景技术
粘滞阻尼器是结构抗震领域中常见的一种结构形式。常见的结构，如在粘滞阻尼器中设置旋转叶片，在转动叶片时，产生阻尼力。
而摩擦阻尼器也是结构抗震领域中常见的一种结构形式，其常规设计是利用金属结构物之间的摩擦来实现耗能。
粘滞阻尼器与摩擦阻尼器各有优缺点，如何将两者有机的结合在一起，发挥各自的优点，是结构工程科研人员所面临的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法，其作用在于，实现中小震与大震下不同的耗能效果，在中小震为粘滞阻尼器，在大震下为粘滞阻尼器+摩擦阻尼器。
本申请的方案如下：
一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法，上梁与下梁之间安装阻尼器组件，上梁为T型梁，包括以下步骤：
第一，在上梁的腹板的左、右立面上安装有齿条；
第二，沿着梁的长度方向安装竖向转动式阻尼器组件；
第三，在箱体中注入粘滞阻尼液。
进一步，竖向转动式阻尼器组件的安装方式如下：
首先，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第二竖向转动式阻尼器的横向杆上；将第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第一竖向转动式阻尼器的横向杆上；
第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有1个，第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有2个
然后，将第二竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；将第一竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；
再次，将第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上，第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上；
在固定第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆、第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆时，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元插入到第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元之间，且安装时初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域相互间留有一定距离且存在交叉区域，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域、以及第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域位于相互远离的一侧；
最后，安装箱体的面板，然后安装立杆以及相关的立杆-横向杆转动齿轮连接组件。
进一步，沿着梁的长度方向安装有多组竖向转动式阻尼器组件。
一种转动式阻尼器组件，包括：第一竖向转动式阻尼器以及第二竖向转动式阻尼器；
第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器均包括有：齿条(2)、立杆(3)、立杆-横向杆转动齿轮连接组件、旋转式单元(12)；
其中，齿条(2)固定在第一结构物上，立杆(3)、立杆-横向杆转动齿轮连接组件、旋转式单元(12)均与第二结构物连接；
其中，立杆(3)包括：立杆顶端的齿轮(4)、立杆底部的第一锥齿轮(5)；
立杆顶端的齿轮(4)与齿条(2)啮合；
其中，旋转式单元(12)包括：横向杆(6)、多个旋转式叶片(8)、侧面板(13)，所述多个旋转式叶片(8)的均匀分布在横向杆(6)上，侧面板(13)为圆环状板、且其与多个旋转式叶片(8)均连接在一起，2个侧面板(13)分布在旋转式叶片(8)的两侧；侧面板(13)所在的平面与横向杆(6)垂直，旋转式叶片(8)所在的平面与侧面板(13)所在的平面垂直；
其中，立杆-横向杆转动齿轮连接组件包括：第二锥齿轮(7)、第二锥齿轮连接的转动轴、第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)；第二锥齿轮(7)、第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)分别固定在第二锥齿轮连接的转动轴的两侧；
所述第二锥齿轮(7)与第一锥齿轮(5)啮合；
在横向杆(6)的端部设置有横向杆端部齿轮(17)，第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)与横向杆端部齿轮(17)啮合；
第一竖向转动式阻尼器的横向杆上设置有2个旋转式单元，第二竖向旋转式的横向杆上设置有1个旋转式单元；
所述第二竖向旋转式的横向杆(6)上设置的旋转式单元(12)插入到第一竖向转动式阻尼器的横向杆(6)上设置的旋转式单元(12)之间；
在旋转式单元的侧面板的外表面的部分区域设置有橡胶层(13-1)；
在初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域相互间留有一定距离且存在交叉区域，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域、以及第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域位于相互远离的一侧；
还包括：箱体(9)；箱体(9)安装在第二结构物上，第一竖向转动式阻尼器以及第二竖向转动式阻尼器中的立杆与横向杆均位于箱体(9)内部；在箱体的内部设置有粘滞阻尼液。
进一步，橡胶层区域的长度设置为侧面板整个圆长的1/2至1/4。
进一步，在大震作用下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层之间能够相互接触，摩擦耗能。
进一步，初始条件下，橡胶层(13-1)区域以横向杆的中心轴所在的水平面对称分布。
进一步，第一结构物与第二结构物产生位移时，齿条带动立杆顶端的齿轮(4)转动，进而立杆、第一锥齿轮(5)也转动，第一锥齿轮驱动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动第二锥齿轮连接的转动轴以及第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)转动，第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)带动横向杆端部齿轮(17)转动，进而带动旋转式单元(12)转动。
进一步，横向杆与第二结构物通过多个第一支撑杆(10)固定，在第一支撑杆(10)的顶端设置有轴承结构，横向杆穿设在第一支撑杆(10)顶端的轴承结构中；在箱体(9)的两侧板上设置多个悬臂杆；在悬臂杆的端部设置有轴承结构；所述立杆(3)通过箱体侧板的悬臂杆的轴承结构来实现连接。
进一步，第二锥齿轮连接的转动轴与第二结构物通过多个第二支撑杆固定，在第二支撑杆的顶端设置有轴承结构，第二锥齿轮连接的转动轴穿设在第二支撑杆顶端的轴承结构中。
进一步，第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)的直径大于横向杆端部齿轮(17)的直径。
进一步，第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器中的横向杆处于同一高度(两者也可不处于同一高度)；第一竖向转动式阻尼器的横向杆中心轴与第二竖向转动式阻尼器中的横向杆中心轴之间的距离记为L1；第一竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R1；第一竖向转动式阻尼器的侧面板的内圈半径为R2；第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R3；第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R4；满足以下条件：R2≤L1-R3，R4≤L1-R1。
本发明的优点在于：
第一，第一竖向转动式阻尼器与第二竖向转动式阻尼器之间的旋转式单元如何插入是安装的重点与难点，本发明采用“首先，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第二竖向转动式阻尼器的横向杆上；将第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第一竖向转动式阻尼器的横向杆上；第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有1个，第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有2个；然后，将第二竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；将第一竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；再次，将第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上，第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上；”的方式，来解决上述问题。
第二，本发明的主要构思之一是：实现耗能的分级，特别的，本发明的设计思路是，在中小震下，实质为粘滞阻尼器；在大震情况下，实质为：粘滞阻尼器+摩擦阻尼器；上述构思主要体现在：“2个竖向转动式阻尼器构成的竖向转动式阻尼器组件”(单个阻尼器无法完成)，“在旋转式单元的侧面板的外表面的部分区域设置有橡胶层(13-1)；在初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域相互间留有一定距离且存在交叉区域，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域、以及第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域位于相互远离的一侧”。
第三，本发明的主要构思之一是：立杆顶端的齿轮(4)、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)、横向杆端部齿轮(17)的直径大小的设计，需要从大震下竖向转动式阻尼器组件之间的橡胶层区域接触与否(即横向杆的转动范围)来控制。
第四，侧面板采用环状结构，针对其大小也进行了研究：第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器中的横向杆处于同一高度(两者也可不处于同一高度)；第一竖向转动式阻尼器的横向杆中心轴与第二竖向转动式阻尼器中的横向杆中心轴之间的距离记为L1；第一竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R1；第一竖向转动式阻尼器的侧面板的内圈半径为R2；第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R3；第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R4；需要满足以下条件：R2≤L1-R3，R4≤L1-R1；即可满足侧面板充分接触。
第五，本发明的第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器的结构只是：旋转式单元的数量以及在横向杆上的位置有所区别，其他结构部分相同。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是对比例一的竖向转动式阻尼器设计图。
图2是图1中的A-A截面图。
图3是对比例一横向杆以及旋转式叶片的俯视图。
图4是对比例一的横向杆、立杆分别与箱体、下梁连接示意图。
图5是对比例一中设置有多个竖向转动式阻尼器的俯视图。
图6是对比例一中设置有多个竖向转动式阻尼器的竖向示意图。
图7是实施例一的竖向转动式阻尼器组件的俯视图。
图8是实施例一的侧面板设置橡胶层的设计示意图。
图9是实施例一的第一竖向转动式阻尼器的设计示意图。
图10是实施例一的第二竖向转动式阻尼器的设计示意图。
图11是实施例二的侧面板的设计示意图。
图12是实施例二的安装方式顺序图。
具体实施方式
对比例一，如图1-3所示，一种框架结构，包括：上梁1-1、下梁1-2，在上梁与下梁之间安装有竖向转动式阻尼器；
所述竖向转动式阻尼器，包括：齿条2、立杆3、横向杆6、旋转式叶片8；
立杆3包括：立杆3顶端的齿轮4、立杆底部的第一锥齿轮5；
横向杆6的两个端部设置有第二锥齿轮7，第一锥齿轮5与第二锥齿轮7配合；
其中上梁1-1为T型混凝土梁，在T型混凝土梁的下部的两个腹部面均设置有齿条2；在每个齿条2的外部设置有立杆3，齿条2与立杆3的齿轮4相啮合；
上梁1-1与下梁1-2发生相对运动时，齿条2会带动齿轮4转动；齿轮4、第一锥齿轮5与立杆均为固接，齿轮4转动时，立杆以及第一锥齿轮5均会转动；
第一锥齿轮5与第二锥齿轮7配合，第一锥齿轮5在转动时，带动第二锥齿轮7转动，从而实现横向杆绕中心轴自转；
在横向杆6的中间设置有旋转式叶片8，横向杆在转动时，会带动旋转式叶片8转动，叶片8所在的平面垂直于竖向平面，旋转式叶片8的端部开设有孔(图中未示出)。
竖向转动式阻尼器还包括：箱体9；
箱体9安装在下梁1-2上，立杆、横向杆位于箱体9内部；在上梁1-1的上翼缘的下表面设置有插口，所述箱体的侧板的顶端插入上述插口内，以密封箱体；
横向杆与下梁1-2通过多个第一支撑杆10固定，在第一支撑杆10的顶端设置有轴承结构，横向杆穿设在第一支撑杆10顶端的轴承结构中；
在箱体9的两侧板上设置多个悬臂杆；在悬臂杆的端部设置有轴承结构；所述立杆3通过箱体侧板的悬臂杆的轴承结构来实现连接。
在箱体的内部设置有粘滞阻尼液。
对比例一的工作方法是：上梁1-1与下梁1-2之间的相对运动，通过立杆、横向杆等传递，带动旋转式叶片8在箱体9中转动，旋转式叶片8在粘滞阻尼液运动时，会产生大量的热能，从而将地震能量转化为热能。
对比例一的优点在于，是针对T型梁而设计，充分的利用了T型梁腹面—上翼缘下表面之间的空间，来设置插口，来将箱体密封，同时也是限定箱体侧板顶端的位移(只能沿着梁的纵向方向移动)；
利用T型梁腹面—上翼缘下表面之间的空间，设置齿纹-齿轮(齿轮只能设置为水平转动)。
对比例一也存在缺点：
第一，对比例一中的竖向转动式阻尼器沿着梁的长度方向安装时，如图5-6所示，相邻的竖向转动式阻尼器的旋转式叶片8需要间隔一定距离；因此，沿着梁的长度方向，竖向转动式阻尼器的数量有限，其抗震耗能效果受到影响；
第二，对比例一中的抗震耗能未区分小震、中震、大震。
实施例一，为了改善对比例一的缺点，沿着梁的方向设置有至少2个对比例一的竖向转动式阻尼器：第一竖向转动式阻尼器11-1与第二竖向转动式阻尼器11-2，且对上述竖向转动式阻尼器进行进一步的设计。
第一竖向转动式阻尼器11-1与第二竖向转动式阻尼器11-2沿着的梁的长度方向相邻布置；
第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器均包括：旋转式单元12；
所述旋转式单元12包括：4个旋转式叶片8，所述4个旋转式叶片8的均匀分布在横向杆6上(相位角差为90°，即相邻的旋转式叶片相互垂直)；
还包括：2个侧面板13，侧面板13为圆环状板、且其与4个旋转式叶片8均连接在一起，2个侧面板13分布在旋转式叶片8的两侧；
侧面板13所在的平面与横向杆6垂直，旋转式叶片8所在的平面与侧面板13所在的平面垂直。
第一竖向转动式阻尼器的横向杆6上设置有2个旋转式单元12，第二竖向旋转式的横向杆6上设置有1个旋转式单元12，所述第二竖向旋转式的横向杆6上设置的旋转式单元12插入到第一竖向转动式阻尼器的横向杆6上设置的旋转式单元12之间。
实施例一与对比例一的区别在于，侧面板13在旋转时，与粘滞阻尼液也会存在摩擦耗能。
进一步，在旋转式单元的侧面板的外表面的部分区域设置有橡胶层13-1(橡胶层的长度设置为侧面板的1/2至1/4)；
在初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元12的侧面板13与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元12的侧面板相互间留有一定距离；
实施例一的设计思想还在于：在小震以及中震下，依靠侧面板以及旋转式叶片转动，来实现耗能；在大震下，第一竖向转动式阻尼器与第二竖向转动式阻尼器之间的相邻的侧面板之间通过橡胶层实现摩擦耗能；
即实施例一的思想在于，小震以及中震下，本发明实质为粘滞阻尼器；大震下，本发明实质为粘滞阻尼器+摩擦阻尼器。
实施例二：实施例一在设计时，立杆与横向杆之间的齿轮组设计还可以如图所示，立杆与横向杆之间增设立杆-横向杆转动齿轮连接组件，立杆-横向杆转动齿轮连接组件包括：第二锥齿轮(7)、第二锥齿轮连接的转动轴、第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)；第二锥齿轮(7)、第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)分别固定在第二锥齿轮连接的转动轴的两侧；横向杆的端部设置在横向杆(6)的端部设置有横向杆端部齿轮(17)，第二锥齿轮连接的转动轴端部齿轮(16)与横向杆端部齿轮(17)啮合；所述第二锥齿轮(7)与第一锥齿轮(5)啮合。
即实施例二将实施例一中的第二锥齿轮的设置位置进行了调整，以便于调节横向杆的转动位移。
实施例二的另外一个改进之处在于，如图8所示，侧面板采用圆环状设计，其外圈半径＝旋转式叶片8的顶端距离横向杆中心轴的长度；而其内圈半径过大时，面临着：第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器中的侧面板的橡胶层接触面积过小的问题。
因此，实施例二采用如图11所示的设计，第一竖向转动式阻尼器、第二竖向转动式阻尼器中的横向杆处于同一高度(两者也可不处于同一高度)；
为方便表述，第一竖向转动式阻尼器的横向杆中心轴与第二竖向转动式阻尼器中的横向杆中心轴之间的距离记为L1；
第一竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R1；第一竖向转动式阻尼器的侧面板的内圈半径为R2；
第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R3；第二竖向转动式阻尼器的侧面板的外圈半径为R4；
需要满足以下条件：
R2≤L1-R3，R4≤L1-R1；即可满足侧面板充分接触。
对比例一、实施例一、实施例二中的竖向转动式阻尼器也可安装在结构物一与结构物二之间。
本实施例一的施工方法，上梁为T型梁，包括以下步骤：
第一，在上梁的腹板的左、右立面上安装有齿条2；
第二，沿着梁的长度方向安装竖向转动式阻尼器组件；
第三，在箱体中注入粘滞阻尼液。
其中，竖向转动式阻尼器组件的安装方式如下：
首先，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第二竖向转动式阻尼器的横向杆上；将第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第一竖向转动式阻尼器的横向杆上；
第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有1个，第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有2个
然后，将第二竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；将第一竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；
再次，将第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上，第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上；
在固定第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆、第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆时，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元插入到第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元之间，且安装时初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域相互间留有一定距离且存在交叉区域，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域、以及第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域位于相互远离的一侧；
最后，安装箱体的面板，然后安装立杆以及相关的立杆-横向杆转动齿轮连接组件。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (2)

1.一种可调耗能效果的阻尼器组件安装方法，其特征在于，上梁与下梁之间安装阻尼器组件，上梁为T型梁，包括以下步骤：
第一，在上梁的腹板的左、右立面上安装有齿条；
第二，沿着梁的长度方向安装竖向转动式阻尼器组件；
第三，在箱体中注入粘滞阻尼液；
其中，竖向转动式阻尼器组件的安装方式如下：
首先，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第二竖向转动式阻尼器的横向杆上；将第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板固定安装到第一竖向转动式阻尼器的横向杆上；
第二竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有1个，第一竖向转动式阻尼器的旋转式叶片以及侧面板构成的旋转式单元有2个；
然后，将第二竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；将第一竖向转动式阻尼器的横向杆与第二锥齿轮连接的转动轴安装在第一支撑杆与第二支撑杆上；
再次，将第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上，第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆与第二支撑杆安装固定在下梁上；
在固定第一竖向转动式阻尼器的第一支撑杆、第二竖向转动式阻尼器的第一支撑杆时，将第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元插入到第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元之间，且安装时初始条件下，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域与第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的未设置橡胶层的区域相互间留有一定距离且存在交叉区域，第一竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域、以及第二竖向转动式阻尼器的旋转式单元的侧面板的橡胶层区域位于相互远离的一侧；
最后，安装箱体的面板，然后安装立杆以及相关的立杆-横向杆转动齿轮连接组件。
2.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于，沿着梁的长度方向安装有多组竖向转动式阻尼器组件。
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