CN111851855A - 一种复合建筑材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体的说是一种复合建筑材料，包括由面板层、混凝土层及底板层构成的抗震墙板，所述混凝土层设置于面板层及底板层之间；所述混凝土层内设置有上下两个大小相同的安装腔，所述安装腔内均设置有抗震结构；所述抗震结构包括设置与安装腔中部的第一活动块，所述第一活动块左右两端通过弹簧与安装腔侧壁连接；所述第一活动块上下两侧对称设置有第二活动块，所述第二活动块左右两端通过弹簧与安装腔侧壁连接。实现通过弹簧的压缩释放及第一活动块、第二活动块、第三活动块之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，提高抗震减震的效果，减小横向震动，避免导致抗震墙板倾覆。

Description

一种复合建筑材料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体的说是一种复合建筑材料。
背景技术
随着社会的发展，建筑工业化势在必行，各种传统的建筑墙体由于施工速度慢、重量高、劳动强度大、工艺复杂等缺陷根本无法满足建筑工业化发展的需要，传统建筑墙体无法抗震已经是引发地震灾难的重要因素，目前的抗震墙板的开发和设计主要集中在对墙板进行加厚等方面进行。
地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。地震开始发生的地点称为震源，震源正上方的地面称为震中。破坏性地震的地面振动最烈处称为极震区，极震区往往也就是震中所在的地区。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害，但是地震在发生的时候，很多都是不止一次的进行地震波的传递，现有的抗震墙板在第一次抵御震动后，容易发生破坏失效导致不能够持续减震的现象，导致了容易发生进一步的危害；另外，在地震时抗震墙板越高处的横向惯性力越大，如不及时消除容易导致抗震墙板倾覆。
为此本公司设计了一种复合建筑材料，实现通过弹簧的压缩释放及第一活动块、第二活动块、第三活动块之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，提高抗震减震的效果，同时减小横向震动，避免导致抗震墙板倾覆。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有抗震墙板在地震时容易发生破坏失效导致不能够持续减震的问题，本发明提出的一种复合建筑材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合建筑材料，包括由面板层、混凝土层及底板层构成的抗震墙板，所述混凝土层设置于面板层及底板层之间；所述混凝土层内设置有上下两个大小相同的安装腔，所述安装腔内均设置有抗震结构；所述抗震结构包括设置与安装腔中部的第一活动块，所述第一活动块左右两端通过弹簧与安装腔侧壁连接；所述第一活动块上下两侧对称设置有第二活动块，所述第二活动块左右两端通过弹簧与安装腔侧壁连接，所述第一活动块上下端面分别与对应侧的第二活动块的端面抵触。
使用时，当地震发生，混凝土层与抗震结构中的第一活动块及第二活动块发生震动，第一活动块及第二活动块与混凝土层之间发生相对位移，挤压左右两侧的弹簧，进而将第一活动块及第二活动块的动能转换成两侧弹簧的弹性势能，弹簧的弹性势能又会反过来释放给第一活动块及第二活动块，使第一活动块及第二活动块产生往返运动，从而通过弹簧持续消耗地震能量的状态，达到减小横向震动，抗震减震的目的，避免导致抗震墙板倾覆；地震结束后，第一活动块及第二活动在弹簧的弹性势能作用下可自动复位，因此可反复多次发挥减震作用，避免发生进一步的危害；第一活动块及第二活动块的位置不同，其摆动的幅度也不多，因此第一活动块及第二活动块之间也会发生相对位移，由于第一活动块上下端面分别与对应侧的第二活动块的端面抵触，因此能够通过其相互之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，进一步提高抗震减震的效果。
优选的，所述安装腔两侧的混凝土层内设置有竖直布置的钢筋笼结构，所述钢筋笼结构由在四组呈矩形布置的钢筋骨架外绕套箍钢筋制成，所述钢筋笼结构之间通过多个钢筋骨架连接。通过钢筋笼结构的设置能够提高整个混凝土层的强度连接及结构强度，改善抗震墙板的整体受力性能，提高其在地震时的结构稳定性，提高抗震性能。
优选的，所述第一活动块与第二活动块之间设置有第三活动块，所述第三活动块的截面为中部大两端小的椭圆结构，所述第三活动块的上下表面均设置有摩擦带；所述第一活动块及第二活动块的端面上均设置有与第三活动块抵触的弧形，所述第一活动块及第二活动块的端面之间的空间构成容纳腔。通过第三活动块能够增加更大更多的摩擦面，使得地震时摩擦耗能更大，进而提高抗震减震的效果；同时由于第三活动块两侧并没有安置弹簧，因此其左右摆动的周期与第一活动块及第二活动块均不相同，因此避免第一活动块及第二活动块因同步摆动而无相互摩擦耗能的情况，进一步提高抗震减震的效果；另外由于所述第三活动块的截面为中部大两端小的椭圆结构，因此其在偏移中心位置时能够向上下两侧挤开第一活动块及第二活动块，由于弹簧的设置，第一活动块及第二活动块对第三活动块的压力增大，进而提高了其之间的摩擦力，进一步提高抗震减震的效果。
优选的，所述第三活动块两端均设置有延伸至安装腔内的顶杆，所述安装腔的侧壁上设置有导向管，所述导向管内上下两侧对称设置有弧形弹片，所述弧形弹片向导向管内延伸且逐渐靠近，所述弧形弹片与导向管内壁之间设置有环形的气囊，所述顶杆插入导向管内且延伸至弧形弹片之间。通过顶杆及弧形弹片使得第三活动块在左右摆动时顶杆能够插入至导向管内受到弧形弹片挤压，减缓第三活动块横向的摆动幅度，因此避免复合建筑材料摆幅过大导致的倾倒；同时随着顶杆伸入导向管内，弧形弹片对其的夹紧力越大，因此横向的摩擦力遇到，产生较大的摩擦耗能来消耗地震能量，进而降低震动幅度，避免导致抗震墙板倾覆；通过气囊的设置既能够在地震未发生时对弧形弹片产生一个预应力用来支撑顶杆，避免弧形弹片承受第三活动块的重量导致损坏，同时也能够在第三活动块左右摆动时增加弧形弹片的反向压力，达到抗震减震的效果。
优选的，上方所述安装腔上下内壁上固定设置有多个阻尼耗能结构，所述阻尼耗能结构另一端与对应侧的第二活动块的端面固定连接；所述阻尼耗能结构包括分别固定于安装腔内壁及第二活动块上的固定板，所述固定板之间均设置有由软钢板制成的耗能板。由于耗能板的屈服强度较低，因此通过第二活动块的往返运动使得耗能板受到剪切力而屈服，进而利用其滞回曲线非线性的特性不断的持续消耗水平向的地震能量，从而提高抗震墙板的抗震稳定性；同时第三活动块在移动时能够带动第二活动块上下移动，将水平向的地震能量转换成竖直向的第二活动块的动能，变相降低了横向的摆动，避免抗震墙板倾覆，另外第二活动块上下移动又会使耗能板受到压力而屈服，进而消耗该部分的地震能量，提高抗震墙板在水平及竖直两个方向的抗震性能，避免倾覆。
优选的，下方所述安装腔上下内壁上固定设置有多组弹簧钢板结构，每组弹簧钢板结构有两个且上下对称布置，所述弹簧钢板结构由横板及其两端固定的斜边共同构成的U形构件；单组弹簧钢板结构的两个横板之间通过螺栓固定，一个弹簧钢板结构的一个斜边端部通过螺栓与安装腔上壁固定，另一个弹簧钢板结构对应侧的斜边端部通过螺栓与第二活动块端固定。通过设置弹簧钢板，能在抗震墙板受到外部竖直向震动时迫使弹簧钢板，由于一个弹簧钢板结构仅仅固定一个斜边，而另一个斜边为不受约束的自由移动，因此另一个斜边能够移动导致弹簧钢板结构受压变形，从而有效的抵抗受到的外部竖直向的震动作用力，提高抗震墙板在竖直向的抗震性能；另外未固定的斜边在移动过程中与安装腔或第二活动块的摩擦过程能够消耗地震能量，进一步提高整体的抗震性能。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种复合建筑材料，通过弹簧的压缩释放及第一活动块、第二活动块、第三活动块之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，提高抗震减震的效果，同时减小横向震动，避免导致抗震墙板倾覆。
2.本发明所述的一种复合建筑材料，通过顶杆、导向管、弧形弹片及气囊来对第三活动块进行缓冲减震，进而提高整体的减震性能。
3.本发明所述的一种复合建筑材料，通过在上方的安装腔内设置阻尼耗能结构来消耗较大的水平震动能量，在下方的安装腔设置弹簧钢板结构来消耗加大的竖直震动能量及部分水平震动能量，针对不同位置设置不同的减震结合，提高整体的抗震性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明除抗震结构外的剖视图；
图4是图2中上方安装腔处的局部放大图；
图5是图4中A处的局部放大图；
图6是图2中下方安装腔处的局部放大图；
图7是本发明中阻尼耗能结构的结构示意图；
图8是本发明中弹簧钢板结构的结构示意图；
图中：
面板层1、混凝土层2、底板层3、钢筋笼结构4、抗震结构5、安装腔51、第一活动块52、第二活动块53、容纳腔54、第三活动块55、摩擦带56、顶杆57、阻尼耗能结构6、固定板61、耗能板62、导向管7、弧形弹片71、气囊72、弹簧8、弹簧钢板结构9、横板91、斜边92。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图8所示，一种复合建筑材料，包括由面板层1、混凝土层2及底板层3构成的抗震墙板，所述混凝土层2设置于面板层1及底板层3之间；所述混凝土层2内设置有上下两个大小相同的安装腔51，所述安装腔51内均设置有抗震结构5；所述抗震结构5包括设置与安装腔51中部的第一活动块52，所述第一活动块52左右两端通过弹簧8与安装腔51侧壁连接；所述第一活动块52上下两侧对称设置有第二活动块53，所述第二活动块53左右两端通过弹簧8与安装腔51侧壁连接，所述第一活动块52上下端面分别与对应侧的第二活动块53的端面抵触。
使用时，当地震发生，混凝土层2与抗震结构5中的第一活动块52及第二活动块53发生震动，第一活动块52及第二活动块53与混凝土层2之间发生相对位移，挤压左右两侧的弹簧8，进而将第一活动块52及第二活动块53的动能转换成两侧弹簧8的弹性势能，弹簧8的弹性势能又会反过来释放给第一活动块52及第二活动块53，使第一活动块52及第二活动块53产生往返运动，从而通过弹簧8持续消耗地震能量的状态，达到减小横向震动，抗震减震的目的，避免导致抗震墙板倾覆；地震结束后，第一活动块52及第二活动在弹簧8的弹性势能作用下可自动复位，因此可反复多次发挥减震作用，避免发生进一步的危害；第一活动块52及第二活动块53的位置不同，其摆动的幅度也不多，因此第一活动块52及第二活动块53之间也会发生相对位移，由于第一活动块52上下端面分别与对应侧的第二活动块53的端面抵触，因此能够通过其相互之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，进一步提高抗震减震的效果。
作为本发明的一种实施方式，所述安装腔51两侧的混凝土层2内设置有竖直布置的钢筋笼结构4，所述钢筋笼结构4由在四组呈矩形布置的钢筋骨架外绕套箍钢筋制成，所述钢筋笼结构4之间通过多个钢筋骨架连接。通过钢筋笼结构4的设置能够提高整个混凝土层2的强度连接及结构强度，改善抗震墙板的整体受力性能，提高其在地震时的结构稳定性，提高抗震性能。
作为本发明的一种实施方式，所述第一活动块52与第二活动块53之间设置有第三活动块55，所述第三活动块55的截面为中部大两端小的椭圆结构，所述第三活动块55的上下表面均设置有摩擦带56；所述第一活动块52及第二活动块53的端面上均设置有与第三活动块55抵触的弧形，所述第一活动块52及第二活动块53的端面之间的空间构成容纳腔54。通过第三活动块55能够增加更大更多的摩擦面，使得地震时摩擦耗能更大，进而提高抗震减震的效果；同时由于第三活动块55两侧并没有安置弹簧8，因此其左右摆动的周期与第一活动块52及第二活动块53均不相同，因此避免第一活动块52及第二活动块53因同步摆动而无相互摩擦耗能的情况，进一步提高抗震减震的效果；另外由于所述第三活动块55的截面为中部大两端小的椭圆结构，因此其在偏移中心位置时能够向上下两侧挤开第一活动块52及第二活动块53，由于弹簧8的设置，第一活动块52及第二活动块53对第三活动块55的压力增大，进而提高了其之间的摩擦力，进一步提高抗震减震的效果。
作为本发明的一种实施方式，所述第三活动块55两端均设置有延伸至安装腔51内的顶杆57，所述安装腔51的侧壁上设置有导向管7，所述导向管7内上下两侧对称设置有弧形弹片71，所述弧形弹片71向导向管7内延伸且逐渐靠近，所述弧形弹片71与导向管7内壁之间设置有环形的气囊72，所述顶杆57插入导向管7内且延伸至弧形弹片71之间。通过顶杆57及弧形弹片71使得第三活动块55在左右摆动时顶杆57能够插入至导向管7内受到弧形弹片71挤压，减缓第三活动块55横向的摆动幅度，因此避免复合建筑材料摆幅过大导致的倾倒；同时随着顶杆57伸入导向管7内，弧形弹片71对其的夹紧力越大，因此横向的摩擦力遇到，产生较大的摩擦耗能来消耗地震能量，进而降低震动幅度，避免导致抗震墙板倾覆；通过气囊72的设置既能够在地震未发生时对弧形弹片71产生一个预应力用来支撑顶杆57，避免弧形弹片71承受第三活动块55的重量导致损坏，同时也能够在第三活动块55左右摆动时增加弧形弹片71的反向压力，达到抗震减震的效果。
作为本发明的一种实施方式，上方所述安装腔51上下内壁上固定设置有多个阻尼耗能结构6，所述阻尼耗能结构6另一端与对应侧的第二活动块53的端面固定连接；所述阻尼耗能结构6包括分别固定于安装腔51内壁及第二活动块53上的固定板61，所述固定板61之间均设置有由软钢板制成的耗能板62。由于耗能板62的屈服强度较低，因此通过第二活动块53的往返运动使得耗能板62受到剪切力而屈服，进而利用其滞回曲线非线性的特性不断的持续消耗水平向的地震能量，从而提高抗震墙板的抗震稳定性；同时第三活动块55在移动时能够带动第二活动块53上下移动，将水平向的地震能量转换成竖直向的第二活动块53的动能，变相降低了横向的摆动，避免抗震墙板倾覆，另外第二活动块53上下移动又会使耗能板62受到压力而屈服，进而消耗该部分的地震能量，提高抗震墙板在水平及竖直两个方向的抗震性能，避免倾覆。
作为本发明的一种实施方式，下方所述安装腔51上下内壁上固定设置有多组弹簧钢板结构9，每组弹簧钢板结构9有两个且上下对称布置，所述弹簧钢板结构9由横板91及其两端固定的斜边92共同构成的U形构件；单组弹簧钢板结构9的两个横板91之间通过螺栓固定，一个弹簧钢板结构9的一个斜边92端部通过螺栓与安装腔51上壁固定，另一个弹簧钢板结构9对应侧的斜边92端部通过螺栓与第二活动块53端固定。通过设置弹簧8钢板，能在抗震墙板受到外部竖直向震动时迫使弹簧8钢板，由于一个弹簧钢板结构9仅仅固定一个斜边92，而另一个斜边92为不受约束的自由移动，因此另一个斜边92能够移动导致弹簧钢板结构9受压变形，从而有效的抵抗受到的外部竖直向的震动作用力，提高抗震墙板在竖直向的抗震性能；另外未固定的斜边92在移动过程中与安装腔51或第二活动块53的摩擦过程能够消耗地震能量，进一步提高整体的抗震性能。
使用时，当地震发生，混凝土层2与抗震结构5中的第一活动块52及第二活动块53发生震动，第一活动块52及第二活动块53与混凝土层2之间发生相对位移，挤压左右两侧的弹簧8，进而将第一活动块52及第二活动块53的动能转换成两侧弹簧8的弹性势能，弹簧8的弹性势能又会反过来释放给第一活动块52及第二活动块53，使第一活动块52及第二活动块53产生往返运动，从而通过弹簧8持续消耗地震能量的状态，达到减小横向震动，抗震减震的目的，避免导致抗震墙板倾覆；地震结束后，第一活动块52及第二活动在弹簧8的弹性势能作用下可自动复位，因此可反复多次发挥减震作用，避免发生进一步的危害；第一活动块52及第二活动块53的位置不同，其摆动的幅度也不多，因此第一活动块52及第二活动块53之间也会发生相对位移，由于第一活动块52上下端面分别与对应侧的第二活动块53的端面抵触，因此能够通过其相互之间的摩擦来持续消耗地震能量的状态，进一步提高抗震减震的效果；通过钢筋笼结构4的设置能够提高整个混凝土层2的强度连接及结构强度，改善抗震墙板的整体受力性能，提高其在地震时的结构稳定性，提高抗震性能；通过第三活动块55能够增加更大更多的摩擦面，使得地震时摩擦耗能更大，进而提高抗震减震的效果；同时由于第三活动块55两侧并没有安置弹簧8，因此其左右摆动的周期与第一活动块52及第二活动块53均不相同，因此避免第一活动块52及第二活动块53因同步摆动而无相互摩擦耗能的情况，进一步提高抗震减震的效果；另外由于所述第三活动块55的截面为中部大两端小的椭圆结构，因此其在偏移中心位置时能够向上下两侧挤开第一活动块52及第二活动块53，由于弹簧8的设置，第一活动块52及第二活动块53对第三活动块55的压力增大，进而提高了其之间的摩擦力，进一步提高抗震减震的效果；通过顶杆57及弧形弹片71使得第三活动块55在左右摆动时顶杆57能够插入至导向管7内受到弧形弹片71挤压，减缓第三活动块55横向的摆动幅度，因此避免复合建筑材料摆幅过大导致的倾倒；同时随着顶杆57伸入导向管7内，弧形弹片71对其的夹紧力越大，因此横向的摩擦力遇到，产生较大的摩擦耗能来消耗地震能量，进而降低震动幅度，避免导致抗震墙板倾覆；通过气囊72的设置既能够在地震未发生时对弧形弹片71产生一个预应力用来支撑顶杆57，避免弧形弹片71承受第三活动块55的重量导致损坏，同时也能够在第三活动块55左右摆动时增加弧形弹片71的反向压力，达到抗震减震的效果；由于耗能板62的屈服强度较低，因此通过第二活动块53的往返运动使得耗能板62受到剪切力而屈服，进而利用其滞回曲线非线性的特性不断的持续消耗水平向的地震能量，从而提高抗震墙板的抗震稳定性；同时第三活动块55在移动时能够带动第二活动块53上下移动，将水平向的地震能量转换成竖直向的第二活动块53的动能，变相降低了横向的摆动，避免抗震墙板倾覆，另外第二活动块53上下移动又会使耗能板62受到压力而屈服，进而消耗该部分的地震能量，提高抗震墙板在水平及竖直两个方向的抗震性能，避免倾覆；通过设置弹簧8钢板，能在抗震墙板受到外部竖直向震动时迫使弹簧8钢板，由于一个弹簧钢板结构9仅仅固定一个斜边92，而另一个斜边92为不受约束的自由移动，因此另一个斜边92能够移动导致弹簧钢板结构9受压变形，从而有效的抵抗受到的外部竖直向的震动作用力，提高抗震墙板在竖直向的抗震性能；另外未固定的斜边92在移动过程中与安装腔51或第二活动块53的摩擦过程能够消耗地震能量，进一步提高整体的抗震性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种复合建筑材料，其特征在于：包括由面板层(1)、混凝土层(2)及底板层(3)构成的抗震墙板，所述混凝土层(2)设置于面板层(1)及底板层(3)之间；所述混凝土层(2)内设置有上下两个大小相同的安装腔(51)，所述安装腔(51)内均设置有抗震结构(5)；所述抗震结构(5)包括设置与安装腔(51)中部的第一活动块(52)，所述第一活动块(52)左右两端通过弹簧(8)与安装腔(51)侧壁连接；所述第一活动块(52)上下两侧对称设置有第二活动块(53)，所述第二活动块(53)左右两端通过弹簧(8)与安装腔(51)侧壁连接，所述第一活动块(52)上下端面分别与对应侧的第二活动块(53)的端面抵触。
2.根据权利要求1所述的一种复合建筑材料，其特征在于：所述安装腔(51)两侧的混凝土层(2)内设置有竖直布置的钢筋笼结构(4)，所述钢筋笼结构(4)由在四组呈矩形布置的钢筋骨架外绕套箍钢筋制成，所述钢筋笼结构(4)之间通过多个钢筋骨架连接。
3.根据权利要求2所述的一种复合建筑材料，其特征在于：所述第一活动块(52)与第二活动块(53)之间设置有第三活动块(55)，所述第三活动块(55)的截面为中部大两端小的椭圆结构，所述第三活动块(55)的上下表面均设置有摩擦带(56)；所述第一活动块(52)及第二活动块(53)的端面上均设置有与第三活动块(55)抵触的弧形，所述第一活动块(52)及第二活动块(53)的端面之间的空间构成容纳腔(54)。
4.根据权利要求3所述的一种复合建筑材料，其特征在于：所述第三活动块(55)两端均设置有延伸至安装腔(51)内的顶杆(57)，所述安装腔(51)的侧壁上设置有导向管(7)，所述导向管(7)内上下两侧对称设置有弧形弹片(71)，所述弧形弹片(71)向导向管(7)内延伸且逐渐靠近，所述弧形弹片(71)与导向管(7)内壁之间设置有环形的气囊(72)，所述顶杆(57)插入导向管(7)内且延伸至弧形弹片(71)之间。
5.根据权利要求4所述的一种复合建筑材料，其特征在于：上方所述安装腔(51)上下内壁上固定设置有多个阻尼耗能结构(6)，所述阻尼耗能结构(6)另一端与对应侧的第二活动块(53)的端面固定连接；所述阻尼耗能结构(6)包括分别固定于安装腔(51)内壁及第二活动块(53)上的固定板(61)，所述固定板(61)之间均设置有由软钢板制成的耗能板(62)。
6.根据权利要求5所述的一种复合建筑材料，其特征在于：下方所述安装腔(51)上下内壁上固定设置有多组弹簧钢板结构(9)，每组弹簧钢板结构(9)有两个且上下对称布置，所述弹簧钢板结构(9)由横板(91)及其两端固定的斜边(92)共同构成的U形构件；单组弹簧钢板结构(9)的两个横板(91)之间通过螺栓固定，一个弹簧钢板结构(9)的一个斜边(92)端部通过螺栓与安装腔(51)上壁固定，另一个弹簧钢板结构(9)对应侧的斜边(92)端部通过螺栓与第二活动块(53)端固定。
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