CN110593428B - 一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器及安装方法 - Google Patents
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Abstract
一种万向‑多级耗能梁柱节点密封阻尼器及安装方法，包括万向耗能体、柱铰支座和梁铰支座。其中，万向耗能体为设有加载臂的球形结构；梁铰支座和柱铰支座分别固定设置于万向耗能体上下两端。柱铰支座与万向耗能体的万向加载球体加载臂螺栓连接，柱铰支座固定板设有锚接安装口，柱铰支座通过锚接安装口与柱端锚接。梁铰支座与万向耗能体的加载固定半球壳加载臂螺栓连接，梁铰支座固定板设有锚接安装口，梁铰支座通过锚接安装口与梁端锚接。本发明具有重复使用的优点，震后可打开万向耗能体，更换软钢耗能球、高阻尼橡胶筒、记忆合金轴心杆等耗能元件，解决了传统阻尼器一次性使用，维修费用高，易造成材料的浪费和阻尼器的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地震减震装置，具体涉及一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器及安装方法，属于减震耗能技术领域。
背景技术
在我国34个行政区的省会城市中，至少有21个城市存在发震活断层和具有发生近场强地震的潜在危险；全国超过2000座以上城镇时刻面临灾害性地震威胁。经济高速发展对安全的需求与我国广大城市所面临的严重地震灾害威胁产生了鲜明的矛盾，尤其是最近几次我国大地震汶川地震、玉树地震、鲁甸地震更是造成了巨大的人员伤亡和财产损失使这种矛盾更加激化。
传统节点抗震设计方法过于被动，主要靠增大柱的截面尺寸或者增加梁柱节点配筋，这样容易造成材料浪费，且施工质量难以保证，并且结构整体刚度增大还有可能放大地震的作用，因此传统的抗震设计具有很多不足。泡沫金属具有一定的强度、延展性和可加性，可作轻质结构材料。轻质结构材料几乎可在恒定的应力作用下承受很大的压缩应变，故大量的能量被吸收而不致产生高的应力。
记忆合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状，由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，应用十分广泛，是优质的减震材料。
高分子橡胶具有良好的弹塑性、柔性，能对小变形及时产生反应，具有良好的耗能性质。在大变形过程中，通过橡胶挤压增大摩擦力来耗散能量，是一种理想的阻尼材料，且橡胶耐腐蚀，耐天候，防霉性好，可恢复变形强，适用于特殊环境下使用。
软钢具有明显的屈服点，破坏前具有明显的预兆较大的变形，伸长率，属于塑性破坏，应用于建筑节点处在地震作用时，能有效地吸收节点能量，起到消散地震能量的作用，是作为建筑节点阻尼器的理想耗能材料。
目前国内节点转角阻尼器主要安装在建筑梁柱节点位置只能进行纵向的耗能作用，而建筑梁柱节点在实际地震作用时，同时进行纵向和横向的相对搓动，且传统阻尼器利用剪切铅棒，搓断变形来消散地震反应和风振的能量，大震过后阻尼器可能发生破坏，无法做到多级耗能。且震后更换阻尼器维修费用高，易造成材料浪费。国内外目前也无一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器。
发明内容
由于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题就是提供一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器及安装方法。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器，包括万向耗能体1、柱铰支座2和梁铰支座3。其中，万向耗能体1为设有加载臂的球形结构；梁铰支座3和柱铰支座2分别固定设置于万向耗能体1上下两端。
柱铰支座2与万向耗能体1的万向加载球体4加载臂螺栓连接，柱铰支座2固定板设有锚接安装口12，柱铰支座2通过锚接安装口12与柱端锚接。梁铰支座3与万向耗能体1的加载固定半球壳5加载臂螺栓连接，梁铰支座3固定板设有锚接安装口12，梁铰支座3通过锚接安装口12与梁端锚接。
一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器的安装方法，包括以下步骤：
步骤a：万向加载球4曲面凹槽涂抹金属胶水，软钢耗能球7粘结与万向加载球4曲面凹槽；密封层11穿过万向加载球4加载臂，与万向加载球4表面贴合；将高阻尼橡胶筒8与记忆合金轴心杆9的组合体一端插接于万向加载球4圆柱形凹槽内。
步骤b：高阻尼橡胶筒8与记忆合金轴心杆9的组合体与加载固定半球壳5对接，固定球壳6穿过万向加载球4加载臂，固定球壳6通过螺栓安装孔10与加载固定半球壳5螺栓连接；组合形成万向耗能体1。
步骤c：万向耗能体1通过加载臂，分别与柱铰支座2，梁铰支座3螺栓连接，安装完成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
优点1：本发明主要耗能装置均密封于球体内，具有密封防尘、耐潮湿、耐腐蚀和满足户外特殊环境使用的特点。
优点2：本发明具有多级耗能的优点，第一阶段，依靠挤压软钢耗能球和高阻尼橡胶筒进行耗能，当梁柱节点位移增大时，通过剪切记忆合金轴心杆进行第二阶段耗能。
优点3：相对于传统阻尼器只能进行纵向耗能，本发明万向耗能体可进行多角度耗能，同时抵抗梁柱节点纵向和横向的相对搓动，具有多向耗能的优点。
优点4：本发明具有重复使用的优点，震后可打开万向耗能体，更换软钢耗能球、高阻尼橡胶筒、记忆合金轴心杆等耗能元件，解决了传统阻尼器一次性使用，维修费用高，易造成材料的浪费和阻尼器的问题。
优点5：本发明适用于多种建筑结构，可直接安装在梁柱节点处，适用范围广，阻尼器结构简单，体积小，不占用过多使用空间，操作简单，成本低廉。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器结构示意图；
图2为本发明的万向耗能体剖面图；
图3为本发明的万向加载球结构示意图；
图4为本发明的加载固定半球壳剖面图；
图5为本发明的固定球壳结构示意图；
图6为本发明的高阻尼橡胶筒结构示意图；
图7为本发明的记忆合金轴心杆结构示意图；
图8为本发明的万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器实际使用示意图。
附图标记说明：1万向耗能体；2柱铰支座；3梁铰支座；4万向加载球；5加载固定半球壳；6固定球壳；7软钢耗能球；8高阻尼橡胶筒；9记忆合金轴心杆；10螺栓安装口；11密封层；12锚接安装口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器，包括万向耗能体1、柱铰支座2和梁铰支座3。其中，万向耗能体1为设有加载臂的球形结构；梁铰支座3和柱铰支座2分别固定设置于万向耗能体1上下两端。柱铰支座2与万向耗能体1的万向加载球体4加载臂螺栓连接，柱铰支座2固定板设有锚接安装口12，与柱端锚接。梁铰支座3与万向耗能体1的加载固定半球壳5加载臂螺栓连接，梁铰支座3固定板设有锚接安装口12，与梁端锚接。
万向耗能体1包括万向加载球4、加载固定半球壳5、固定球壳6、软钢耗能球7、高阻尼橡胶筒8、记忆合金轴心杆9和螺栓安装口10。
万向加载球4为球形结构，球形结构的表面带有多个曲面凹槽，曲面凹槽深度为2mm、曲面凹槽半径5mm。万向加载球4顶端带有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽直径为40mm、圆柱形凹槽深度为10mm。万向加载球4一端设有加载臂，加载臂端部与柱铰支座2螺栓连接。
加载固定半球壳5为半球壳结构，半球壳结构的内部带有曲面凹槽的半球壳；加载固定半球壳5内部曲面凹槽深度为5mm、曲面凹槽半径10mm；加载固定半球壳5内部顶端具有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽直径为40mm、圆柱形凹槽深度为10mm。加载固定半球壳5开口处设有螺栓安装孔10，加载固定半球壳5通过螺栓安装孔10与固定球壳6螺栓连接；加载固定半球壳5一端设有加载臂，加载臂端部与梁铰支座3螺栓连接。
固定球壳6为上下具有开口的空心球壳，上部开口可穿过万向加载球4加载臂，下部开口四周设有螺栓安装孔10，空心部分曲面半径与万向加载球4球体半径相同，固定球壳6通过螺栓安装孔10与加载固定半球壳5螺栓连接。
软钢耗能球7为直径10mm钢球，材质为软钢。软钢耗能球7设置于万向加载球4表面曲面凹槽与加载固定半球壳5内表面曲面凹槽拼接形成的球形区域。
高阻尼橡胶筒8为外径40mm、内径30mm的空心套管，高阻尼橡胶筒8高度为20mm；空心套管部分插入记忆合金轴心杆9，高阻尼橡胶筒8与记忆合金轴心杆9组合体两端分别插接于万向加载球4圆柱形凹槽和加载固定半球壳5圆柱形凹槽；高阻尼橡胶筒8材质为材质为丁基橡胶。
记忆合金轴心杆9为直径30mm、高度20mm圆柱形杆，其材质为镍钛合金；记忆合金轴心杆9插接于高阻尼橡胶筒8空心部分。
密封层11为上下具有开口的空心球壳，材质为橡胶，密封层11球壳厚度为5mm；安置于万向加载球4与固定球壳6空隙处。
万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器的具体安装方法如下：
步骤a：万向加载球4曲面凹槽涂抹金属胶水，软钢耗能球7粘结与万向加载球4曲面凹槽；密封层11穿过万向加载球4加载臂，与万向加载球4表面贴合；将高阻尼橡胶筒8与记忆合金轴心杆9的组合体一端插接于万向加载球4圆柱形凹槽内。
步骤b：高阻尼橡胶筒8与记忆合金轴心杆9的组合体与加载固定半球壳5对接，固定球壳6穿过万向加载球4加载臂，固定球壳6通过螺栓安装孔10与加载固定半球壳5螺栓连接；组合形成万向耗能体1。
步骤c：万向耗能体1通过加载臂，分别与柱铰支座2，梁铰支座3螺栓连接，安装完成。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (4)
1.一种万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器，其特征在于，包括万向耗能体（1）、柱铰支座（2）和梁铰支座（3）；其中，万向耗能体（1）为设有加载臂的球形结构；梁铰支座（3）和柱铰支座（2）分别固定设置于万向耗能体（1）上下两端；
柱铰支座（2）与万向耗能体（1）的万向加载球体（4）加载臂螺栓连接，柱铰支座（2）固定板设有锚接安装口（12），柱铰支座（2）通过锚接安装口（12）与柱端锚接；
梁铰支座（3）与万向耗能体（1）的加载固定半球壳（5）加载臂螺栓连接，梁铰支座（3）固定板设有锚接安装口（12），梁铰支座（3）通过锚接安装口（12）与梁端锚接；
所述万向耗能体（1）包括万向加载球（4）、加载固定半球壳（5）、固定球壳（6）、软钢耗能球（7）、高阻尼橡胶筒（8）、记忆合金轴心杆（9）和螺栓安装口（10）；
万向加载球（4）为球形结构，球形结构的表面带有多个曲面凹槽；万向加载球（4）顶端带有圆柱形凹槽；万向加载球（4）一端设有加载臂，加载臂端部与柱铰支座（2）螺栓连接；
加载固定半球壳（5）为半球壳结构，半球壳结构的内部带有曲面凹槽的半球壳；加载固定半球壳（5）内部顶端具有圆柱形凹槽；加载固定半球壳（5）开口处设有螺栓安装孔（10），加载固定半球壳（5）通过螺栓安装孔（10）与固定球壳（6）螺栓连接；加载固定半球壳（5）一端设有加载臂，加载臂端部与梁铰支座（3）螺栓连接；
固定球壳（6）为上下具有开口的空心球壳，空心球壳的上部开口可穿过万向加载球（4）加载臂，下部开口四周设有螺栓安装孔（10），空心部分曲面半径与万向加载球（4）球体半径相同，固定球壳（6）通过螺栓安装孔（10）与加载固定半球壳（5）螺栓连接；
软钢耗能球（7）设置于万向加载球（4）表面曲面凹槽与加载固定半球壳（5）内表面曲面凹槽所拼接形成的球形区域；
高阻尼橡胶筒（8）为空心套管，空心套管部分插入记忆合金轴心杆（9），高阻尼橡胶筒（8）与记忆合金轴心杆（9）组合体的两端分别插接于万向加载球（4）圆柱形凹槽和加载固定半球壳（5）圆柱形凹槽；
记忆合金轴心杆（9）插接于高阻尼橡胶筒（8）的空心部分。
2.根据权利要求1所述的万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器，其特征在于，
所述万向加载球（4）中的曲面凹槽深度为2mm、曲面凹槽半径5mm；所述万向加载球（4）中的圆柱形凹槽深度为10mm、圆柱形凹槽直径为40mm；
所述加载固定半球壳（5）内部的曲面凹槽深度为5mm、曲面凹槽半径10mm；所述加载固定半球壳（5）内部的圆柱形凹槽深度为10mm、圆柱形凹槽直径为40mm；
所述软钢耗能球（7）为直径10mm钢球，软钢耗能球（7）材质为软钢；
所述高阻尼橡胶筒（8）为外径40mm、内径30mm的空心套管，高阻尼橡胶筒（8）的高度为20mm；高阻尼橡胶筒（8）材质为丁基橡胶；
所述记忆合金轴心杆（9）为直径30mm、高度20mm的圆柱形杆，记忆合金轴心杆（9）材质为镍钛合金。
3.根据权利要求1所述的万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器，其特征在于，还包括有密封层（11），所述密封层（11）为上下具有开口的空心球壳，空心球壳的厚度为5mm、所述密封层（11）安置于万向加载球（4）与固定球壳（6）空隙处；所述密封层（11）的材质为橡胶。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的万向-多级耗能梁柱节点密封阻尼器的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：万向加载球（4）曲面凹槽涂抹金属胶水，软钢耗能球（7）粘结与万向加载球（4）曲面凹槽；密封层（11）穿过万向加载球（4）加载臂，与万向加载球（4）表面贴合；将高阻尼橡胶筒（8）与记忆合金轴心杆（9）的组合体一端插接于万向加载球（4）圆柱形凹槽内；
步骤b：高阻尼橡胶筒（8）与记忆合金轴心杆（9）的组合体与加载固定半球壳（5）对接，固定球壳（6）穿过万向加载球（4）加载臂，固定球壳（6）通过螺栓安装孔（10）与加载固定半球壳（5）螺栓连接；组合形成万向耗能体（1）；
步骤c：万向耗能体（1）通过加载臂，分别与柱铰支座（2），梁铰支座（3）螺栓连接，安装完成。
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