CN113006307A - 基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，单个油阻尼器中设两个油缸，对应的设置两个活塞，各油缸内在活塞两侧分别设置进出口，相邻两个油阻尼器的两个油缸之间通过套管反向连通，整个系统串联形成，首尾两个楼层的一个油缸进出口通过自循环管连通，或通过套管连通，形成闭环系统。本发明结构构造巧妙，兼具控制结构变形幅值和控制变形一致的效果，能避免变形集中在建筑结构薄弱部位，具有优越的控制效果。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构振动控制的技术领域，尤其涉及一种基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统。
背景技术
土木工程结构在外部环境动力荷载作用下产生往复振动，变形过大将影响结构安全性能、使用性能和耐久性能。基于结构控制技术，在结构系统中设置消能阻尼器，通过消散结构振动能量，控制结构动力响应在容许范围内，达到控制结构振动、提升结构性能的目的。被动控制技术具有性能稳定、维护成本低等优点。但由于外部环境作用存在巨大的不确定性，消能阻尼器的参数如何设置才能达到性能最优是面临的一个主要问题。复杂的工程结构中通常存在一定薄弱部位，以建筑为例，各楼层的刚度和强度可能存在竖向不均匀分布，薄弱楼层与其他楼层的变形不协调，动荷载下薄弱层变形过大，导致结构失效。若能通过一定的控制系统将各楼层的变形控制在同等水平，可以使结构整体性得到提高，实现更高水平的抗振性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，设置在结构多个变形控制点，可适时根据各控制点变形的大小，提供正向或反向的控制力，以协调各点变形。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，其特征在于，包括多个串联的油阻尼器，所述多个油阻尼器分别对应于各个楼层安设，两个楼层的两个油阻尼器之间通过套管连通，所述套管由两根交叉的连通管组成，每根连通管的两端头分别连接两个油阻尼器的油缸进出口，使两个油缸反向连通，油缸内充满液压油。
按上述方案，所述油阻尼器为双单元油阻尼器，包括外套筒及两侧端板，通过中心隔板将内部空腔划分为左、右油缸，所述左、右油缸内分别安设左、右活塞，所述左、右活塞的中心通过一根活塞杆连接，所述活塞杆贯穿油阻尼器中心，左、右油缸位于左、右活塞的两侧分别设有进出口。
按上述方案，位于中间楼层的所述油阻尼器的左、右油缸分别通过所述套管与上下对应的油阻尼器的油缸进出口相连通，位于首尾楼层的油阻尼器的左或右油缸进出口与套管相连，右或左油缸进出口通过自循环管连通，或通通过套管连通形成闭环。
按上述方案，所述油阻尼器的两侧端板分别通过螺栓与外接钢板相连，连接处安设密封垫。
本发明的有益效果是：提供一种基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，由多个双油缸和双活塞组成的双单元油阻尼器通过套管串联连通，实现液压的层层传导，从而结构整体可以实现变形协调的效果，由于液压流体的粘滞阻尼和流体运动产生的惯容效应的共同作用，安装该控制系统的结构的变形总体会得到降低，即，该链式控制系统可以降低结构变形的幅值，同时减小各层的变形差、实现变形一致的效果。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的位于中间楼层的单个油阻尼器的结构示意图。
图3为本发明一个实施例的位于首尾楼层的单个油阻尼器的结构示意图。
其中：1.外套筒，2.左油缸，3.右油缸，4.左活塞,5.右活塞，6.活塞杆，7.端板，8.外接钢板，9.密封垫，10.螺栓，11.隔板，12.套管，13.液压油，14.油阻尼器，15.自循环管。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
如图1-图3所示，基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，包括多个串联的油阻尼器14，多个油阻尼器分别对应于各个楼层安设，单个油阻尼器的活塞杆和外套筒分别通过连接件与楼层楼盖及底板相连，两个楼层的两个油阻尼器之间通过套管12连通，套管由两根交叉的连通管组成，每根连通管的两端头分别连接两个油阻尼器的油缸进出口，使两个油缸反向连通，油缸内充满液压油13，变形时两个油缸之间可以发生流体交换，套管中液压油在压力作用下产生高速运动，可以发挥惯容负刚度效果和黏滞阻尼效应，达到降低结构动力响应的目的，并通过液压传导带动两台油阻尼器同方向变形，从而达到不同变形点的变形协调控制的目的。
当结构中某层产生过大变形时，该层油阻尼器的变形导致活塞对液体产生压力，液体通过套管将该压力传递给相连层的油阻尼器的活塞，并将力传递给主体结构，促使结构产生同向变形。由于链式控制系统发挥的连接刚度的效果，变形较大的层的油阻尼器产生正向刚度，抵抗该层的变形增加；变形较小层的油阻尼器产生负向刚度，增加该层的变形。各层之间层层传导，从而结构整体可以实现变形协调的效果。
油阻尼器为双单元油阻尼器，包括外套筒1及两侧端板7，通过中心隔板11将内部空腔划分为左油缸2、右油缸3，左、右油缸内分别安设左活塞4、右活塞5，左、右活塞的中心通过一根活塞杆6连接，活塞杆贯穿油阻尼器中心，左、右油缸位于左、右活塞的两侧分别设有进出口。
位于中间楼层的油阻尼器的左、右油缸分别通过套管与上下对应的油阻尼器的油缸进出口相连通，位于首尾楼层的油阻尼器的左或右油缸进出口与套管相连，右或左油缸进出口通过自循环管15连通，实现自循环流动，或通过套管连通，形成闭环系统。
液压流体从油缸进入套管时，流体将产生高速运动，可以将流体转换为较大的表观质量，发挥惯容负刚度的控制效果。流动带来产生沿程阻力损失，形成黏滞阻尼效果，发挥降低结构动力响应的效果。
应用中，还可根据结构各层的变形比例需求，采用油缸横截面比值来控制各变形点的位移比，可采用不同比重的液压油和采用不同的套管面积比来获得不同的惯容效果，可采用不同粘度的液体，获得不同的粘滞阻尼效果。
两侧端板分别通过螺栓10与外接钢板8相连，连接处安设密封垫9，保证阻尼器的密封贴合效果。
左、右活塞由钢板制成，与外套筒内径密合，活塞杆截面为圆形，活塞杆为刚性杆，保证两个活塞同步变形。
外部水平荷载下，建筑结构各层会产生层间变形，薄弱层产生的变形较大。假设结构底层为薄弱层，在结构水平层剪力作用下，底层阻尼器的左、右活塞向右变形，油阻尼器产生拉伸变形，由于液压传导，底层油阻尼器会驱动第二层油阻尼器产生拉伸，即其左、右活塞也向右移动，促使结构第二层产生与底层相同方向的变形；同理，第二层油阻尼器会驱动第三层油阻尼器，第三层油阻尼器驱动第四层油阻尼器，以此类推，层层传导。由此，薄弱层产生较大变形时，所有层的油阻尼器联动，均产生抵抗作用，对变形较大的控制点产生控制力。而在变形较小的楼层的油阻尼器则产生负刚度的效果，促使这些楼层产生更大的变形。
各油阻尼器两两相连可以形成闭环式的控制系统，也可以非闭环的链式系统；安装在建筑结构中的双单元油阻尼器可以在相邻层之间进行连接，也可以跨层连接，连接形式灵活，连接方案多样，具有很高的适应性。
Claims (4)
1.基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，其特征在于，包括多个串联的油阻尼器，所述多个油阻尼器分别对应于各个楼层安设，两个楼层的两个油阻尼器之间通过套管连通，所述套管由两根交叉的连通管组成，每根连通管的两端头分别连接两个油阻尼器的油缸进出口，使两个油缸反向连通，油缸内充满液压油。
2.根据权利要求1所述的基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，其特征在于，所述油阻尼器为双单元油阻尼器，包括外套筒及两侧端板，通过中心隔板将内部空腔划分为左、右油缸，所述左、右油缸内分别安设左、右活塞，所述左、右活塞的中心通过一根活塞杆连接，所述活塞杆贯穿油阻尼器中心，左、右油缸位于左、右活塞的两侧分别设有进出口。
3.根据权利要求2所述的基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，其特征在于，位于中间楼层的所述油阻尼器的左、右油缸分别通过所述套管与上下对应的油阻尼器的油缸进出口相连通，位于首尾楼层的油阻尼器的左或右油缸进出口与套管相连，右或左油缸进出口通过自循环管连通，或通通过套管连通形成闭环。
4.根据权利要求2或3所述的基于链式液压传导的建筑结构变形协调控制系统，其特征在于，所述油阻尼器的两侧端板分别通过螺栓与外接钢板相连，连接处安设密封垫。
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