CN110777958B - 一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，位移放大机构的两端分别安装有一个磁流变液阻尼器，且每一端的磁流变液阻尼器的缸体与位移放大机构连接；一个磁流变液阻尼器的活塞杆与第一安装板铰接，另一个磁流变液阻尼器的活塞杆与第二安装板铰接，每个磁流变液阻尼器上分别套设有形状记忆合金弹簧，形状记忆合金弹簧的一端与缸体连接，另一端与活塞杆连接，传感器用于采集形状记忆合金弹簧的受力信息，并将受力信息发送给控制器，控制器用于根据接收的受力信息控制磁流变液阻尼器的阻尼大小。本发明能够保证框架结构在各种地震作用下的结构安全，避免梁柱节点受到严重的破坏，具有良好的减震消能效果，并且可以使梁柱节点复位。
Description
技术领域
本发明属于框架结构消能减震以及地震后梁柱节点自复位技术领域，具体涉及一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置。
背景技术
为满足现代社会建筑形式日益多样化的需求，建筑高度和跨度的不断增加，因此需要结构及相关设计理论的协同发展。框架结构能够较好满足建筑功能要求，但同时框架结构也存在一些缺点：其中框架节点由于地震作用下受力复杂，应力集中显著，梁柱节点处破坏严重；框架结构的侧向刚度小，在罕遇地震作用下，结构水平位移较大，地震结束后，一般梁柱节点破坏严重，且难以修复。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其能够保证框架结构在各种地震作用下的结构安全，避免了梁柱节点受到严重的破坏，具有良好的减震消能效果，并且可以使梁柱节点复位。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：
一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，包括：第一安装板、第二安装板、形状记忆合金弹簧、传感器、控制器、磁流变液阻尼器和位移放大机构，所述第一安装板用于与梁连接，所述第二安装板用于与柱连接，所述位移放大机构用于将梁柱节点发生的角位移放大并转换为水平位移，所述位移放大机构的两端分别安装有一个磁流变液阻尼器，且每一端的磁流变液阻尼器的缸体与位移放大机构连接；一个磁流变液阻尼器的活塞杆与所述第一安装板铰接，另一个磁流变液阻尼器的活塞杆与所述第二安装板铰接，每个磁流变液阻尼器上分别套设有所述形状记忆合金弹簧，所述形状记忆合金弹簧的一端与缸体连接，另一端与活塞杆连接，所述传感器用于采集形状记忆合金弹簧的受力信息，并将受力信息发送给所述控制器，所述控制器用于根据接收的受力信息控制磁流变液阻尼器的阻尼大小。
进一步地，所述位移放大机构包括异形齿板、齿板、同轴位移放大齿轮和连接杆，所述异形齿板安装在所述第一安装板上，所述齿板的两端分别与缸体连接，所述同轴位移放大齿轮通过所述连接杆与所述第二安装板铰接，所述同轴位移放大齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮同轴固定连接，且所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮的直径，所述第一齿轮与所述异形齿板啮合，所述第二齿轮与所述齿板啮合。
进一步地，所述齿板的两端与缸体之间设置有第一挡板，每个活塞杆上分别安装有第二挡板，所述形状记忆合金弹簧的一端与第一挡板连接，另一端与第二挡板连接。
进一步地，所述异形齿板上靠近所述第一齿轮的一端为向外凸的弧形结构，且弧形部位开设有齿牙。
进一步地，所述第一安装板的一端与所述第二安装板的一端连接呈L形。
进一步地，所述第一安装板与活塞杆的铰接点到第一安装板与第二安装板的连接点之间的距离大于所述第二安装板与活塞杆的铰接点到第一安装板与第二安装板的连接点之间的距离。
进一步地，所述控制器选用51单片机。
进一步地，在使用时，将所述第一安装板安装在梁上，将所述第二安装板安装在柱上。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在地震作用下，通过上部的异形齿板、同轴位移放大齿轮和下部的齿板的共同作用，将地震作用时梁柱节点的位移放大，并将放大的位移传递给磁流变液阻尼器以及形状记忆合金弹簧。通过控制器的可变输出电压系统，调整在不同地震作用情况下磁流变液阻尼器的阻尼大小，以达到半主动控制的目的。通过磁流变液阻尼器中活塞杆的运动和形状记忆合金弹簧的变形消耗大量地震作用传递给结构的能量，从而起到保护结构的作用。在地震结束后，形状记忆合金弹簧恢复到地震作用前的初始状态，将位移通过异形齿板、齿板以及同轴位移放大齿轮传递给梁柱节点，使梁柱节点恢复到初始状态。
进一步地，位移放大机构包括异形齿板、齿板、同轴位移放大齿轮和连接杆，异形齿板安装在第一安装板上，齿板的两端分别与缸体连接，同轴位移放大齿轮通过连接杆与第二安装板铰接，同轴位移放大齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮同轴固定连接，且第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径，第一齿轮与异形齿板啮合，第二齿轮与齿板啮合，这样的结构设计，能够将梁柱节点发生的角位移放大并转换为水平位移，结构简单，易安装。
进一步地，挡板的设置，便于形状记忆合金弹簧的安装。
进一步地，异形齿板上靠近第一齿轮的一端为向外凸的弧形结构，且弧形部位开设有齿牙，凸起的弧形结构能够很好的传递力。
进一步地，因为在地震中横波造成的破坏远大于纵波造成的破坏，所以第一安装板与活塞杆的铰接点到第一安装板与第二安装板的连接点之间的距离大于第二安装板与活塞杆的铰接点到第一安装板与第二安装板的连接点之间的距离，第一安装板与梁连接，第二安装板与柱连接，能够使减震装置在横波方向上的减震作用力大于纵波方向，更好的起到减震效果，保护房屋建筑受到横波的破坏。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明装置布置示意图；
图2是本发明主要装置的主视图；
图3是本发明主要装置的侧视图；
图4是本发明装置的主要结构磁流变液阻尼器的剖视图；
图5是本发明装置的主要结构同轴位移放大齿轮的侧视图；
图6是本发明装置的主要结构同轴位移放大齿轮的主视图。
图中：1-第一安装板；2-第二安装板；3-异形齿板；4-齿板；5-同轴位移放大齿轮；51-第一齿轮；52-第二齿轮；6-缸体；7-活塞；8-活塞杆；9-线圈；10-磁流变液；11-形状记忆合金弹簧；12-第一挡板；13-第二挡板；14-连接杆；15-单片机；16-供电控制线路；17-梁；18-柱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图4所示，作为本发明的某一具体实施方式，一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，包括：第一安装板1、第二安装板2、第一挡板12、第二挡板13、形状记忆合金弹簧11、传感器、控制器、磁流变液阻尼器和位移放大机构，如图1和图2所示，第一安装板1的一端与第二安装板2的一端连接呈L形，在使用时，本发明装置的第一安装板1与梁17固定连接，第二安装板2与柱18固定连接。位移放大机构用于将梁柱节点发生的角位移放大并转换为水平位移，位移放大机构的两端分别安装有一个磁流变液阻尼器，具体的，如图2所示，位移放大机构包括异形齿板3、齿板4、同轴位移放大齿轮5和连接杆14，异形齿板3焊接在第一安装板1上，齿板4的两端分别焊接有第一挡板12，磁流变液阻尼器的缸体6与第一挡板12的另一面焊接在一起；同轴位移放大齿轮5通过连接杆14与第二安装板2铰接，如图5和图6所示，同轴位移放大齿轮5包括第一齿轮51和第二齿轮52，第一齿轮51与第二齿轮52同轴连接，且第一齿轮51的直径小于第二齿轮52的直径，异形齿板3上靠近第一齿轮51的一端为向外凸的弧形结构，且弧形部位开设有齿牙，第一齿轮51与异形齿板3啮合，第二齿轮52与齿板4啮合，同轴位移放大齿轮5与异形齿板3和齿板4联合作用，将地震作用下梁柱节点发生的角位移转换为水平位移，并将位移进行放大，位移越大，作用到阻尼器的耗能越多。
如图2所示，一个磁流变液阻尼器的活塞杆8与第一安装板1铰接，另一个磁流变液阻尼器的活塞杆8与第二安装板2铰接，第一安装板1与活塞杆8的铰接点到第一安装板1与第二安装板2的连接点之间的距离大于第二安装板2与活塞杆8的铰接点到第一安装板1与第二安装板2的连接点之间的距离。每个活塞杆8上分别焊接有第二挡板13，每个磁流变液阻尼器上分别套设有形状记忆合金弹簧11，形状记忆合金弹簧11的一端与第一挡板12焊接在一起，另一端与第二挡板13焊接在一起。
传感器安装在第一挡板12上，用于采集第一挡板12收到的推力或拉力信息，也就是形状记忆合金弹簧11的受力信息，并将受力信息发送给控制器，控制器用于根据接收的受力信息控制磁流变液阻尼器的阻尼大小，本实施例中，控制器选用51单片机15。通过基于51单片机15调节在不同地震作用下磁流变液阻尼器的阻尼大小。具体的，第一挡板12在齿板4的作用下，受挤压或者拉伸，第一挡板12上的传感器能够检测出受到力的大小，之后传感器将受力信息传递给单片机，单片机在进行数据处理，之后单片机会输出一个控制信号到磁流变液阻尼器来控制线圈9中电流的大小，当线圈的电流改变后，由线圈产生的磁场强度随之发生改变，从而导致磁流变液粘度相应变化，最终导致了磁流变液阻尼器输出阻尼力的改变，也就是说磁流变液阻尼器通过输入电流的大小来调控其阻尼的大小，从而使得整个过程中挡板受到的力与磁流变液阻尼器的阻尼产生一个相对应的关系。
磁流变液阻尼器的活塞杆8中间开孔，供电控制线路16(可变输出电压系统线路)沿孔与磁流变液阻尼器的线圈9连接，磁流变液10充盈于磁流变液阻尼器的缸体6内。
本发明的某一具体实施例，首先将第一安装板1和第二安装板2分别可靠地固定在梁柱节点上，保证当地震来临时，第一安装板1和第二安装板2能够与梁柱一起同时发生运动。将上部的异形齿板3焊接在第一安装板1上，下部的齿板4两端分别与两个磁流变液阻尼器的缸体6焊接在一起，两个磁流变液阻尼器的活塞杆8分别与第一安装板1和第二安装板2铰接，通过连接杆14将同轴位移放大齿轮5与第二安装板2铰接，使得其中的小齿轮(第一齿轮51)与上部的异形齿板3紧密接触，大齿轮(第二齿轮52)与下部的齿板4紧密接触，并且都可以产生相对滑动。第一挡板12和第二挡板13分别焊接在磁流变液阻尼器的缸体6和磁流变液阻尼器的活塞杆8上，形状记忆合金弹簧11绕在磁流变液阻尼器上，且其两端分别焊接在第一挡板12和第二挡板13上。
本发明的工作原理为：当地震发生时，梁柱在地震力作用下产生相对位移，上述装置中的异形齿板3带动同轴位移放大齿轮5中的小齿轮转动，同轴位移放大齿轮5中的大齿轮带动齿板4产生相对位移，并且在此过程中将地震作用所产生的位移放大；齿板4将位移传递到磁流变液阻尼器，通过基于51单片机15调整在不同地震作用情况下磁流变液阻尼器的阻尼大小，以达到半主动控制的目的。通过磁流变液阻尼器中活塞杆8的运动和形状记忆合金弹簧11的变形消耗大量地震作用传递给结构的能量，从而起到保护结构的作用。在地震结束后，由形状记忆合金弹簧11提供结构恢复力(可通电加热)，也就是说形状记忆合金弹簧11恢复到地震作用前的初始状态，将位移通过异形齿板3、齿板4以及同轴位移放大齿轮5传递给梁柱节点，使梁柱节点恢复到初始状态。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，包括：第一安装板(1)、第二安装板(2)、形状记忆合金弹簧(11)、传感器、控制器、磁流变液阻尼器和位移放大机构，所述第一安装板(1)用于与梁(17)连接，所述第二安装板(2)用于与柱(18)连接，所述位移放大机构用于将梁柱节点发生的角位移放大并转换为水平位移，所述位移放大机构的两端分别安装有一个磁流变液阻尼器，且每一端的磁流变液阻尼器的缸体(6)与位移放大机构连接；一个磁流变液阻尼器的活塞杆(8)与所述第一安装板(1)铰接，另一个磁流变液阻尼器的活塞杆(8)与所述第二安装板(2)铰接，每个磁流变液阻尼器上分别套设有所述形状记忆合金弹簧(11)，所述形状记忆合金弹簧(11)的一端与缸体(6)连接，另一端与活塞杆(8)连接，所述传感器用于采集形状记忆合金弹簧(11)的受力信息，并将受力信息发送给所述控制器，所述控制器用于根据接收的受力信息控制磁流变液阻尼器的阻尼大小；
所述位移放大机构包括异形齿板(3)、齿板(4)、同轴位移放大齿轮(5)和连接杆(14)，所述异形齿板(3)安装在所述第一安装板(1)上，所述齿板(4)的两端分别与缸体(6)连接，所述同轴位移放大齿轮(5)通过所述连接杆(14)与所述第二安装板(2)铰接，所述同轴位移放大齿轮(5)包括第一齿轮(51)和第二齿轮(52)，所述第一齿轮(51)与所述第二齿轮(52)同轴固定连接，且所述第一齿轮(51)的直径小于所述第二齿轮(52)的直径，所述第一齿轮(51)与所述异形齿板(3)啮合，所述第二齿轮(52)与所述齿板(4)啮合。
2.根据权利要求1所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，所述齿板(4)的两端与缸体(6)之间设置有第一挡板(12)，每个活塞杆(8)上分别安装有第二挡板(13)，所述形状记忆合金弹簧(11)的一端与第一挡板(12)连接，另一端与第二挡板(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，所述异形齿板(3)上靠近所述第一齿轮(51)的一端为向外凸的弧形结构，且弧形部位开设有齿牙。
4.根据权利要求1所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，所述第一安装板(1)的一端与所述第二安装板(2)的一端连接呈L形。
5.根据权利要求4所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，所述第一安装板(1)与活塞杆(8)的铰接点到第一安装板(1)与第二安装板(2)的连接点之间的距离大于所述第二安装板(2)与活塞杆(8)的铰接点到第一安装板(1)与第二安装板(2)的连接点之间的距离。
6.根据权利要求1所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，所述控制器选用51单片机。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种具有可恢复功能的梁柱节点位移放大减震装置，其特征在于，在使用时，将所述第一安装板(1)安装在梁(17)上，将所述第二安装板(2)安装在柱(18)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210219 |