CN111636582A - 一种变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置，包括内部受力承台，套设于该内部受力承台两侧的左右受力框架，内部受力承台与左右受力框架之间连接设有弯曲钢片；左受力框架和右受力框架通过设于其上的若干组弹簧相连接，并且该若干组弹簧通过端部设置的细丝钢绳分别与左受力框架和右受力框架固定连接；受力框架上均设有滑块，内部受力承台上分别设有与该滑块相对应的独立滑轨，且滑轨的两端分别设有限位端；滑块与对应的靠近内部受力承台端部的限位端间连接设有弹簧片。本发明的装置能够同时承受水平方向和竖直方向荷载，抵抗一定的弯矩作用，且能够在水平方向上实现阻尼和刚度的分阶段变化，来应对不同大小的外部输入能量的作用。

Description

一种变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置
技术领域
本发明属于建筑结构耗能装置领域，尤其涉及一种变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置。
背景技术
建筑结构随着科技的进步不断发展，结构的设计形式越来越复杂，建筑的高度和层数的增长越来越急剧，建筑结构本身对于承受外部常见荷载如高空风荷载、雪荷载，突发荷载如地震、雪崩、火山运动的要求也越来越高，如何去简单有效地处理这些对于建筑发展而言的不利因素成为研究热点。
目前大都采用采用建筑基础隔震装置或者耗能连接的方式去减少荷载和振动对建筑结构的影响。但是很多的隔震以及耗能器件均存在容易老化、维修和更换麻烦，无法以不同的阻尼和刚度进行分阶段的耗能(分阶耗能即在较小外部荷载作用下刚度和阻尼以较小程度去进行抵抗，在较大外部荷载作用下刚度和阻尼增大进行抵抗，也就是随着外部荷载越大都有相应的阻尼和刚度进行应对，具有延长装置使用寿命、主要构件不至于频繁更换等优点)的缺点，且很多耗能装置只能承受水平或者竖向的荷载(或者设计的目的仅止于单向)，对于抵抗拉弯变形方面也存在较大的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够同时承受水平方向和竖直方向荷载、具有优越的抗弯性能，且通过阻尼和刚度的分阶段变化以应对不同阶段(不同大小)外部能量输入作用的建筑节点内耗能装置。
技术方案：本发明变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置，包括内部受力承台，套设于该内部受力承台两侧的左受力框架及右受力框架，内部受力承台与左受力框架及右受力框架之间连接设有弯曲钢片；左受力框架和右受力框架通过设于其上的若干组弹簧相连接，并该若干组弹簧通过端部设置的细丝钢绳分别与左受力框架和右受力框架固定连接；左受力框架和右受力框架上均设有滑块，内部受力承台上分别设有与该滑块相对应的独立滑轨，且滑轨上设有限位端，以使左受力框架和右受力框架在各自的滑轨上移动；滑块与对应的靠近内部受力承台端部的限位端间连接设有弹簧片。
进一步说，该装置的左受力框架及右受力框架均由底盘及四边框架构成，内部受力承台为实心长方体结构。弯曲钢片的一端设于底盘上，另一端设于内部受力承台的端部。左受力框架及右受力框架的四边框架上开设有供弹簧和细丝钢绳穿过的滑动孔洞。
再进一步说，该装置的内部受力承台的两端还分别设有避免其与左受力框架和右受力框架相碰撞的限位块。内部受力承台的两端及底盘的内壁上设有对应弯曲钢片的焊接点。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该装置能够同时承受水平方向和竖直方向荷载，抗弯能力强，且在受力过程中能够实现分阶段刚度变化和分阶段阻尼变化，提高建筑结构重要节点抵抗外界输入能量的能力；同时该装置便于更换和维修。
附图说明
图1为本发明耗能装置的左视图；
图2为本发明耗能装置的俯视图；
图3为本发明左受力框架的结构示意图；
图4为本发明内部受力承台的结构示意图；
图5为本发明耗能装置的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。本发明采用的高强弹簧、高强弹簧片和高强细丝钢绳均为本领域公知的材料。
如图1及图2所示，本发明的变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置包括中间端的内部受力承台1及套设于该内部受力承台1两侧的左受力框架2和右受力框架3。
其中，受力框架(指代左受力框架2和右受力框架3)包括底盘及围绕该底盘的四边框架。底盘上设有弯曲钢片4的焊接点13，优选为2-8个，四边框架或者上下边的框架上开设有滑动孔洞11，同时，四边框架或者上下边的框架上沿框架内部方向设有滑块7，如图3所示。内部受力承台1为实心长方体结构，其两端侧壁上设有与底盘上的焊接点13相对应的焊接点13，通过两者的焊接点13连接设置弯曲钢片4，弯曲钢片4的形状为适宜大小的弧形。内部受力承台1上分别设有与滑块7相配合的滑轨8，且该滑轨8对应于左受力框架2和右受力框架3是独立的，该独立的滑轨8两端均设有防止滑块8脱离的限位端9(一端可为块体结构，另一端直接以滑轨的端部作为限位端)，如图4所示，同时，内部受力承台1的两端侧面上还设有防止其与受力框架底盘相碰撞的限位块12，弯曲钢片4沿并该限位块12的外侧均匀分布，限位块12的高度可以根据不同情况和标准设置，进而能够更好利用弯曲钢片4的特性。
该耗能装置还包括若干组高强弹簧5和高强弹簧片10，如图5所示。其中，高强弹簧5穿过左受力框架2和右受力框架3的滑动孔洞11并通过其两端设置的高强细丝钢绳6分别与左受力框架2和右受力框架3连接固定，该连接方式可采用在底座的外侧设置开孔，并通过螺母焊接固定。连接后的高强细丝钢绳6为放松状态，使高强弹簧5仍可滑动较小距离，高强细丝钢绳6的根数由拉直后产生相对意义上绝对刚度的要求来决定(5-10根左右)。若干组高强弹簧片10设于滑块7和接近内部受力承台1两端的限位端9之间。该装置通过内部受力承台1上两端设置的限位块12和滑块7以及与底盘连接的高强细丝钢绳6，可以很好地控制不同情况外力作用下该耗能装置形成不同的阻尼和刚度，以应对不同大小的外部能量输入(实现分阶段耗能的特性)，同样避免了一些部件在常见荷载作用下出现疲劳损坏的情况，延长了装置的使用寿命。
工作原理：当左受力框架或右受力框架受到向内的作用力作用时，作用力首先通过底盘和框架上的滑块分别传给弯曲钢片和高强弹簧片，两者分别产生弯曲和拉伸。当作用力推动受力框架移动一定距离，导致高强弹簧受压，产生更大的刚度和阻尼，且在压缩过程中随着弹簧和弯曲钢片的形变，形成与作用力增加相对应的更大的刚度和阻尼，为了防止弯曲钢片达到承载能力极限值时从而导致该装置破坏，在内部受力承台两端设置限位块，如此则变成中部受力承台、弯曲钢片、高强弹簧和高强弹簧片一起受力，进一步提升刚度和阻尼，应对增强的作用力，同时防止装置破坏，从而增加更换的成本和不便。
当左受力框架或者右受到向外的作用力作用时，同样，作用力首先通过底盘和框架上的滑块分别传给弯曲钢片和高强弹簧片，两者分别被拉直和压缩，当作用力拉动向受力框架向外滑动一定距离，内侧两边原本松弛状态的高强细丝钢绳拉直，产生巨大的刚度(此状态下高强细绳丝绷紧，相对高强弹簧不产生位移或产生极小位移)，同时拉动高强弹簧向外延伸，从而产生刚度和阻尼瞬时的较大变化以应对增加的作用力，当弯曲钢片受到破坏，两侧受力框架的滑块与受力承台的限位端碰撞，进一步增加了刚度，从而使该装置免于整体破坏(相当于地震防范中的大震不倒)；
当该装置受到竖向作用力作用时，作用力通过受力承台上的限位端和受力框架上的滑块将作用力由受力框架转移到内部受力承台，减少了由于未考虑到竖向荷载而造成的外部结构性损坏，提高了抗弯变形能力。
此外，该耗能装置还可以根据建筑耗能要求改变高强弹簧、弯曲钢片、高强细丝钢绳的数量，以应对不同标准对耗能装置刚度、阻尼、变形能力、的要求。该耗能装置主体部分基本采用钢材制作，部分构件(限位块、限位端、滑块等)可采用非全实心的部件，使整体重量减轻，且同时具有钢材良好的耐久性和实用性。

Claims (6)

1.一种变刚度变阻尼建筑节点内耗能装置，其特征在于：包括内部受力承台(1)，套设于该内部受力承台(1)两侧的左受力框架(2)及右受力框架(3)，内部受力承台(1)与左受力框架(2)及右受力框架(3)之间连接设有弯曲钢片(4)；左受力框架(2)和右受力框架(3)通过设于其上的若干组弹簧(5)相连接，并该若干组弹簧(5)通过端部设置的细丝钢绳(6)分别与左受力框架(2)和右受力框架(3)固定连接；左受力框架(2)和右受力框架(3)上均设有滑块(7)，内部受力承台(1)上分别设有与该滑块(7)相对应的独立滑轨(8)，且滑轨(8)上设有限位端(9)，以使左受力框架(2)和右受力框架(3)在各自的滑轨(8)上移动；滑块(7)与对应的靠近内部受力承台(1)端部的限位端(9)间连接设有弹簧片(10)。
2.根据权利要求1所述的耗能装置，其特征在于：所述左受力框架(2)及右受力框架(3)均由底盘及四边框架构成，内部受力承台(1)为实心长方体结构。
3.根据权利要求2所述的耗能装置，其特征在于：弯曲钢片(4)的一端设于所述底盘上，另一端设于内部受力承台(1)的端部。
4.根据权利要求2所述的耗能装置，其特征在于：所述左受力框架(2)及右受力框架(3)的四边框架上开设有供弹簧(5)和细丝钢绳(6)穿过的滑动孔洞(11)。
5.根据权利要求1所述的耗能装置，其特征在于：所述内部受力承台(1)的两端还分别设有避免其与左受力框架(2)和右受力框架(3)相碰撞的限位块(12)。
6.根据权利要求2所述的耗能装置，其特征在于：所述内部受力承台(1)的两端及底盘的内壁上设有对应弯曲钢片(4)的焊接点(13)。
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