CN113756461A - 具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙 - Google Patents

具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，由剪力墙、上连接板、中连接板、下连接板、弯曲钢板、螺栓、上支撑臂、下支撑臂、连接器、丝杠、缸筒、粘滞流体及螺旋桨组成。该发明为装配式剪力墙构造，在剪力墙底部薄弱处安装具有位移放大及转向功能的新型阻尼器，该新型阻尼器由弯曲耗能阻尼器、位移放大及转向装置及粘滞耗能阻尼器组成，具有位移放大同时又能将结构竖直方向的力转化为水平方向的力进行传递的功能。本发明能提高剪力墙结构的稳定性和冗余度，从而减轻主体结构上的损伤。

Description

具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙
技术领域
本发明专利属于土木工程结构抗震减震技术领域，具体涉及一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙。
背景技术
随着国民经济持续快速发展，房屋建筑市场稳步增长，绿色经济节能环保的要求越来越高，加之社会人口老龄化导致的劳动力成本不断增长，这些因素导致建筑业发展面临环保和节能的压力，而装配式混凝土剪力墙结构和传统现浇钢筋混凝土结构相比，功能、综合效益相当，但其装配施工效率更高，更节约资源，建筑实践中逐步得到广泛引用。
在地震作用下，剪力墙较大的刚度和自重会导致较大的结构响应，使其处于弯、剪、扭同时作用的复杂受力状态，从而易发生延性较差的脆性破坏。震害和试验研究表明：剪力墙结构的破坏多发生在受力最不利的结构底部，其表现为混凝土的大片剥落和纵筋的压屈，这种破坏难以修复。传统的提高延性方法，如限制剪力墙受压区高度、设置端柱、改变剪力墙(连梁)的配筋形式等，可在一定程度上保证剪力墙的抗震能力，但实质上却是以牺牲主体结构为代价，将造成较大的经济损失。
综上所述，在剪力墙结构的薄弱部位安装阻尼器成为提高结构抗震性能的研究热点。然而，因剪力墙受力复杂，往往导致所安装的阻尼器不能进行充分的耗能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，采用装配式剪力墙符合环保理念，所设计的具有位移放大功能的底角阻尼器在地震作用下可根据不同的受力状态发挥不同的作用，当剪力墙弯曲破坏为主时，弯曲耗能阻尼器发挥主要作用；剪切破坏为主时，粘滞耗能阻尼器则消耗水平方向的剪力。弯剪破坏时，首先由弯曲耗能阻尼器进行弯曲耗能，经位移放大及转向装置将上部位移放大并将竖向作用力转化为水平方向的转动力后，再由粘滞阻尼器进行耗能。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：本发明由装配式剪力墙(1)、上连接板(2)、中连接板(3)、下连接板(4)、弯曲钢板(5)、螺栓(6)、上支承臂(7)、下支承臂(8)、连接器(9)、丝杆(10)、缸筒(11)、粘滞流体(12)、螺旋桨(13)组成。上连接板(2)、下连接板(4)及缸筒(11)直接与装配式剪力墙(1)相连，上连接板(2)、弯曲钢板(5)、中连接板(3)通过焊接相连组成弯曲耗能阻尼器，在地震作用下，当剪力墙发生弯曲变形时，由弯曲耗能阻尼器消耗其弯曲变形产生的能量。中连接板(3)、下支承臂(8)与上支承臂(7)、下支承臂(8)通过螺栓(6)进行连接，上支承臂(7)、下支承臂(8)通过连接器(9)并与丝杆(10)连接组成位移放大及转向装置，当弯曲耗能阻尼器进行耗能时，所产生的作用力通过中连接板(3)向下传递，通过螺栓(6)与中连接板(3)相连的上支承臂(7)、下支承臂(8)在力的作用下开始向两侧伸展，带动连接器(9)同步运动。此时，丝杆(10)在连接器(9)的作用下进行加速转动，将上部位移放大，同时将竖直方向的作用力转化为水平方向的转动。丝杆(10)端部附有螺旋桨(13)，螺旋桨(13)伸入含有粘滞流体(12)的缸筒(11)中组成粘滞耗能阻尼器，丝杆(10)带动螺旋桨(13)在粘滞流体(12)中进行转动，从而产生粘滞阻尼，消耗地震能量。
螺栓(6)、上支承臂(7)、下支承臂(8)、连接器(9)均采用高强度钢材Q460加工，以确保其连接的稳定性和安全性。上支承臂(7)、下支承臂(8)的臂长及角度可根据实际工程需要进行现场调控、安装。
螺旋桨(13)可采用两叶或三叶的构造形式，且与缸筒留有缸筒直径1/10-1/5的间隙，以备螺旋桨运动时有足够的运动空间。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明中一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，通过在剪力墙底部薄弱位置合理设置由弯曲耗能阻尼器、位移放大及转向装置及粘滞耗能阻尼器组成的具有位移放大功能的底角阻尼器，使具有位移放大功能的底角阻尼器能根据剪力墙复杂的受力状态进行耗能，弯曲耗能阻尼器进行弯曲耗能，粘滞阻尼器进行水平方向上的剪切耗能，二者又可进行协同工作。
2)本发明中一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，位移放大及转向装置具有将位移放大且将竖直方向的作用力转化为水平方向的转动的功能。位移放大后可使得具有位移放大功能的底角阻尼器能进行充分的耗能，转变方向进行耗能后可使得具有位移放大功能的底角阻尼器的耗能模式与剪力墙的实际受力状态更加符合。
3)本发明中一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，所涉及位移放大及转向装置可根据实际工程需要调整高度，且各部件均可快速组装、拆卸，易于施工及更换。
附图说明
图1是本发明一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙的三维效果图。
图2是具有位移放大及转向功能的具有位移放大功能的底角阻尼器的构造图。
图3是弯曲耗能阻尼器构造图。
图4是位移放大及转向装置构造图。
图5是粘滞耗能阻尼器构造图。
图中：1—装配式剪力墙、2—上连接板、3—中连接板、4—下连接板、5—弯曲钢板、6—螺栓、7—上支承臂、8—下支承臂、9—连接器、10—丝杆、11—缸筒、12—粘滞流体、13—螺旋桨
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，是本发明一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙实施例，其主要包括：装配式剪力墙(1)、上连接板(2)、中连接板(3)、下连接板(4)、弯曲钢板(5)、螺栓(6)、上支承臂(7)、下支承臂(8)、连接器(9)、丝杆(10)、缸筒(11)、粘滞流体(12)、螺旋桨(13)。
实施步骤如下：
1)对于一个装配式剪力墙结构，墙高为3000mm，墙宽为2000m，墙厚为200mm。在剪力墙底部两侧留出500mm×400mm×200mm的空间，即具有位移放大功能的底角阻尼器的总高度为500mm，总宽度为400mm，总厚度为200mm，见图1、图2。
2)对于弯曲耗能阻尼器，耗能钢板采用Q235钢材加工，每块耗能钢板尺寸为15mm×80mm×105mm，各耗能钢板之间间隙为20mm，见图3。上、中、下连接板尺寸为230mm×22mm×200mm，且中、下连接板留有与其他构件相连的螺栓孔板，螺孔半径为5mm。
3)对于位移放大及转向装置，上、下臂杆、螺栓及连接器采用Q460钢材加工，螺栓半径为5mm，臂杆长度为180mm，两臂杆初始夹角为90°，丝杆长为420mm，半径为8mm，连接器外方内圆，外部尺寸为50mm×20mm×36mm，内部位半径为8mm的圆柱贯通，且沿长度方向中间位置留有深度为10mm、半径为8mm的螺孔，见图4。
4)对于粘滞阻尼器，缸筒长150mm，壁厚为10mm，内有粘滞流体，螺旋桨采用三页形布设，厚度为2mm，共10片，每片间隔10mm。螺旋桨与缸筒内壁的距离为11mm，与筒顶、筒底留有15mm-20mm的距离，见图5。
5)在地震作用下，当剪力墙弯曲破坏为主时，弯曲耗能阻尼器发挥主要作用；剪切破坏为主时，粘滞耗能阻尼器则消耗水平方向的剪力。弯剪破坏时，三者则进行协同工作，中连接板、下支承臂与上支承臂、下支承臂通过螺栓进行连接，上支承臂、下支承臂通过连接器并与丝杆连接组成位移放大及转向装置，弯曲耗能阻尼器耗能所产生的作用力通过中连接板向下传递，通过螺栓与中连接板相连的上支承臂、下支承臂在力的作用下开始向两侧伸展，带动连接器同步运动。此时，丝杆在连接器的作用下进行加速转动，将上部的位移放大，同时将竖直方向的作用力转化为水平方向的转动。丝杆端部附有螺旋桨，螺旋桨伸入含有粘滞流体的缸筒中组成粘滞耗能阻尼器，丝杆带动螺旋桨在粘滞流体中进行转动，从而产生粘滞阻尼，消耗地震能量。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (8)

1.一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：由装配式剪力墙(1)、上连接板(2)、中连接板(3)、下连接板(4)、弯曲钢板(5)、螺栓(6)、上支承臂(7)、下支承臂(8)、连接器(9)、丝杆(10)、缸筒(11)、粘滞流体(12)、螺旋桨(13)组成；上连接板(2)、下连接板(4)及缸筒(11)直接与装配式剪力墙(1)相连，上连接板(2)、弯曲钢板(5)、中连接板(3)通过焊接相连组成弯曲耗能阻尼器；中连接板(3)、下支承臂(8)与上支承臂(7)、下支承臂(8)通过螺栓(6)进行连接，上支承臂(7)、下支承臂(8)通过连接器(9)并与丝杆(10)连接组成位移放大及转向装置，弯曲耗能阻尼器耗能所产生的作用力通过中连接板(3)向下传递，通过螺栓(6)与中连接板(3)相连的上支承臂(7)、下支承臂(8)在力的作用下开始向两侧伸展，带动连接器(9)同步运动；丝杆(10)在连接器(9)的作用下进行加速转动，将上部的位移放大，同时将竖直方向的作用力转化为水平方向的转动；丝杆(10)端部附有螺旋桨(13)，螺旋桨(13)伸入含有粘滞流体(12)的缸筒(11)中组成粘滞耗能阻尼器，丝杆(10)带动螺旋桨(13)在粘滞流体(12)中进行转动，从而产生粘滞阻尼，消耗地震能量。
2.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：位移放大及转向装置将上部结构的竖向位移转化为水平方向的加速转动。
3.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：位移放大及转向装置中上支承臂(7)、下支承臂(8)的臂长及角度根据实际工程需要进行现场调控。
4.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：位移放大及转向装置中上支承臂(7)、下支承臂(8)、丝杆(10)通过螺栓(6)及连接器(9)连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：螺栓(6)、上支承臂(7)、下支承臂(8)、连接器(9)均采用高强度钢材Q460加工。
6.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：螺旋桨(13)采用两叶或三叶的构造形式，且与缸筒留有缸筒直径1/10-1/5的间隙。
7.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：弯曲耗能阻尼器的总高度应为位移放大及转向装置总高度的1/3-1/2。
8.根据权利要求1所述的一种具有位移放大功能的底角阻尼器及摇摆耗能的装配式剪力墙，其特征在于：丝杆(10)进入缸筒(11)的部分为其总长度的1/4-1/3。
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