CN114250880A - 一种再生混凝土剪切隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种再生混凝土剪切隔振装置，包括剪切隔振箱体，以及设于剪切隔振箱体内的隔振块与侧向隔振弹簧；其中隔振块的顶侧与底侧，分别与剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁摩擦接触；侧向隔振弹簧设于隔振块的四周，且两端分别与隔振块侧壁、约束盒体内侧壁相连接。与现有技术相比，本发明在内部利用再生混凝土粗糙的表面，使得在地震时通过界面的摩擦隔离地震的影响，同时在再生混凝土内部布置的钢纤维提升了再生混凝土的抗裂性能，同时再生混凝土表面的钢纤维进一步提升混凝土表面间的摩擦性能，保证装置整体的隔振性能，在建筑结构隔振方面具有较好的应用前景。

Description

一种再生混凝土剪切隔振装置
技术领域
本发明属于建筑隔振技术领域，涉及一种再生混凝土剪切隔振装置。
背景技术
建筑结构在地震或风振下容易发生破坏或者产生较大的变形影响正常使用，常规的处理方法一般采用在建筑结构中安装阻尼装置改变结构的振动周期，消耗振动，但是阻尼器由于结构复杂，价格高昂，只能在一些超高层及重要建筑结构中使用。
建筑隔震技术，在建筑物的基底部或某个位置设置隔震装置形成隔震层，把上部结构和下部基础隔离开来，以此来消耗地震能量，避免或减少地震能量向上部传输，能够更有效地保障上部结构与内部人员、设备的安全。但是常规的隔振装置结构较为复杂，造价较为昂贵。
针对以上建筑结构中对减振的需求，以及阻尼器，常规隔振装置的成本较高以及绿色环保方面的要求，需要一种新型的隔振装置，在提升建筑抗振的同时具有价廉和环保的特点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种再生混凝土剪切隔振装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种再生混凝土剪切隔振装置，包括剪切隔振箱体，以及设于剪切隔振箱体内的隔振块与侧向隔振弹簧；
所述的隔振块的顶侧与底侧，分别与剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁摩擦接触；
所述的侧向隔振弹簧设于隔振块的四周，且两端分别与隔振块侧壁、约束盒体内侧壁相连接。
进一步地，所述的剪切隔振箱体包括并列设置的约束上板与约束下板，以及设于约束上板底侧的上约束侧壁、设于约束下板顶侧的下约束侧壁；
所述的上约束侧壁、下约束侧壁、约束上板、约束下板合围形成剪切隔振腔，所述的隔振块与侧向隔振弹簧设于该约束隔振腔内。
进一步地，所述的侧向隔振弹簧为刚度能够在1-10k0内变化的变刚度螺旋弹簧，其中k0为初始的弹簧刚度。
进一步地，所述的剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁上，与隔振块摩擦接触部分，表面粗糙度为1-5mm。
进一步地，所述的约束上板与下约束侧壁的上缘之间、上约束侧壁下缘与约束下板之间均铺设有油毡，隔振块的强度等级不低于C40，质量大于50kg。
作为优选的技术方案，所述的油毡的断裂伸长率不低于500％。
进一步地，所述的约束上板与下约束侧壁的上缘之间、上约束侧壁下缘与约束下板之间的间隙为3-5mm，所述的油毡填充于该间隙内。
进一步地，所述的剪切隔振箱体上还设有建筑结构安装槽，所述的建筑结构安装槽包括混凝土槽体，以及设于混凝土槽体侧围的约束侧围。
进一步地，所述的约束上板、上约束侧壁、约束下板、下约束侧壁、隔振块、混凝土槽体均由钢纤维再生混凝土材料制成，
所述的钢纤维再生混凝土材料包括以下组分及重量份含量：
水泥1份；天然粗骨料1.8-3.0份；再生粗骨料1.0-2.2份；河沙1.0-3.2份；水0.3-0.4份；钢纤维0.1-0.3份；减水剂0.003-0.04份。
进一步地，所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述的河沙的细度模数为2.4-3.1；所述的减水剂为减水率25-50％的聚羧酸减水剂；所述的再生粗骨料为I类再生骨料，粒径为5-25mm。
进一步地，所述的钢纤维呈波纹状，长度为10-30mm，直径为0.4-0.8mm。
作为优选的技术方案，所述的约束侧围由10-40mm厚度的钢板构成，高度为300-500mm。
作为优选的技术方案，所述的混凝土槽体侧壁及底部厚度不低于30mm，槽深为600-800mm，并且进一步优选地，槽深不低于嵌设于该槽体内的建筑结构的截面边长或直径的1.2倍。即该尺寸设计使得，当槽深为800mm时，对于长边长度低于700mm的方柱能够保持一定的链接效果，对于长边长度低于667mm，尤其不高于600mm的柱体结构，链接效果最佳。
作为优选的技术方案，所述的约束上板的厚度为30-60mm；所述的约束下板的厚度为40-60mm。
作为优选的技术方案，所述的剪切隔振箱体外侧设有约束箱体外围，该约束箱体外围由厚度20-40mm的钢板构成。
作为优选的技术方案，所述的上约束侧壁、下约束侧壁的壁厚为30-40mm。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明在内部利用再生混凝土粗糙的表面，使得在地震时通过界面的摩擦隔离地震的影响，同时在再生混凝土内部布置的钢纤维提升了再生混凝土的抗裂性能，同时再生混凝土表面的钢纤维进一步提升混凝土表面间的摩擦性能；并辅以钢制外壳进一步提升再生混凝土的承载力，保证装置整体的隔振性能，在建筑结构隔振方面具有较好的应用前景；
2)本发明采用的再生骨料由建筑拆除的废弃混凝土制得，可以节省天然粗骨料的用量、降低废弃混凝土的处置费用和能耗，具有较高的经济及环境效益。
附图说明
图1为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的结构示意图；约束箱体外围与约束侧围均未示出；
图2为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的剖视图；
图3为实施例中平面模型示意图；
图4为实施例中仿真模拟过程中所施加的振动激励示意图；
图5为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的Mises应力图；
图6为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的最大主应力图；
图7为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的水平应力图；
图8为实施例中一种再生混凝土剪切隔振装置的位移图；
图9为对比例中常规建筑结构的Mises应力图；
图10为对比例中常规建筑结构的最大主应力图；
图11为对比例中常规建筑结构的水平应力图；
图12为实施例中常规建筑结构的位移图；
图13为实施例中剪切隔振装置的内部隔振块及柱底的位移曲线；
图14为对比例中常规建筑结构中混凝土块体位置与柱底的位移曲线；
图中标记说明：
1-隔振块、2-侧向隔振弹簧、3-约束上板、4-约束下板、5-上约束侧壁、6-下约束侧壁、7-油毡、8-混凝土槽体、9-约束侧围、10-约束箱体外围。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种再生混凝土剪切隔振装置，包括剪切隔振箱体，以及设于剪切隔振箱体内的隔振块1与侧向隔振弹簧2；其中隔振块1的顶侧与底侧，分别与剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁摩擦接触；侧向隔振弹簧2设于隔振块1的四周，且两端分别与隔振块1侧壁、约束盒体内侧壁相连接。
剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁上，与隔振块1摩擦接触部分，表面粗糙度为1-5mm。侧向隔振弹簧2采用CN201811041107.5公布的一种非线性弹簧，刚度能够在1-10k0内变化的变刚度螺旋弹簧，其中k0为初始的弹簧刚度。
具体的，剪切隔振箱体包括并列设置的约束上板3与约束下板4，以及设于约束上板3底侧的上约束侧壁5、设于约束下板4顶侧的下约束侧壁6；上约束侧壁5、下约束侧壁6、约束上板3、约束下板4合围形成剪切隔振腔，所述的隔振块1与侧向隔振弹簧2设于该约束隔振腔内。
约束上板3与下约束侧壁6的上缘之间、上约束侧壁5下缘与约束下板4之间均设有3-5mm的间隙，该间隙内填充有油毡7。并且优选的，该油毡7的断裂伸长率不低于500％。
剪切隔振箱体顶部或底部上还设有建筑结构安装槽，建筑结构安装槽包括混凝土槽体8，以及设于混凝土槽体8侧围的约束侧围9。
约束上板3、上约束侧壁5、约束下板4、下约束侧壁6、隔振块1、混凝土槽体8均由钢纤维再生混凝土材料制成，该钢纤维再生混凝土材料包括以下组分及重量份含量：
水泥1份；天然粗骨料1.8-3.0份；再生粗骨料1.0-2.2份；河沙1.0-3.2份；水0.3-0.4份；钢纤维0.1-0.3份；减水剂0.003-0.04份。
水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；河沙的细度模数为2.4-3.1；减水剂为减水率25-50％的聚羧酸减水剂；再生粗骨料为I类再生骨料，粒径为5-25mm；天然粗骨料，粒径为5-25mm。
钢纤维呈波纹状，长度为10-30mm，直径为0.4-0.8mm。
优选的，约束侧围9由10-40mm厚度的钢板构成，高度为300-500mm。
优选的，混凝土槽体8侧壁及底部厚度不低于30mm，槽深为600-800mm，并且进一步优选地，槽深不低于嵌设于该槽体内的建筑结构的截面边长或直径的1.2倍。上述尺寸设计尤其适用于长边长度不高于600mm的柱体结构。
优选的，约束上板3的厚度为30-60mm；约束下板4的厚度为40-60mm。
优选的，剪切隔振箱体外侧设有约束箱体外围10，该约束箱体外围10由厚度20-40mm的钢板构成。
优选的，上约束侧壁5、下约束侧壁6的壁厚为30-40mm。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
如图1及图2所示的一种再生混凝土剪切隔振装置，包括剪切隔振箱体，以及设于剪切隔振箱体内的隔振块1与侧向隔振弹簧2，每个侧面设置一个弹簧。
其中剪切隔振箱体包括并列设置的方形约束上板3与方形约束下板4，以及2个设于约束上板3底侧两直角边的上约束侧壁5、2个设于约束下板4顶侧两直角边的下约束侧壁6；上约束侧壁5、下约束侧壁6、约束上板3、约束下板4合围形成剪切隔振腔，隔振块1与侧向隔振弹簧2设于该约束隔振腔内。
具体的，隔振块1的顶侧与底侧，分别与剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁摩擦接触；侧向隔振弹簧2设于隔振块1的四周，且两端分别与隔振块1侧壁、约束盒体内侧壁相连接。
剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁上，与隔振块1摩擦接触部分，表面粗糙度为3mm。侧向隔振弹簧2采用CN201811041107.5公布的一种非线性弹簧，刚度能够在1-10k0内变化的变刚度螺旋弹簧，其中k0为初始的弹簧刚度，为1.0×1010N/m。
约束上板3与下约束侧壁6的上缘之间、上约束侧壁5下缘与约束下板4之间均设有4mm的间隙，该间隙内填充有油毡7，该油毡具体为东方雨虹生产的PMB-741型SBS改性沥青卷材，摩擦系数在0.3-0.5，弹性模量在1-2GPa。
剪切隔振箱体顶部上还设有建筑结构安装槽，该建筑结构安装槽包括混凝土槽体8，以及设于混凝土槽体8侧围的约束侧围9。
约束上板3、上约束侧壁5、约束下板4、下约束侧壁6、隔振块1、混凝土槽体8均由钢纤维再生混凝土材料制成，该钢纤维再生混凝土材料包括以下组分及重量份含量：
水泥1份；天然粗骨料2.2份；再生粗骨料1.8份；河沙2.0份；水0.4份；钢纤维0.2份；减水剂0.021份。
水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；河沙的细度模数为2.4-3.1；减水剂为减水率30％的FOX-C1029聚羧酸减水剂；再生粗骨料为I类再生骨料，粒径为5-25mm；天然粗骨料，粒径为5-25mm。钢纤维呈波纹状，长度为10mm，直径为0.6mm。
具体的，与建筑结构安装槽相连接的建筑结构为高度2m、边长500mm的方柱，相应的建筑结构安装槽的尺寸如下：约束侧围9由20mm厚度的钢板构成，高度为400mm，混凝土槽体8侧壁及底部厚度30mm，槽深为700mm。
剪切隔振箱体尺寸如下：约束上板3、约束下板4均为边长540mm、厚度60mm的方板，上约束侧壁5、下约束侧壁6的壁厚为30mm，剪切隔振箱体外侧设有约束箱体外围10，该约束箱体外围10由厚度30mm的钢板构成。隔振块1厚度为120mm，边长为320mm，与上约束侧壁5、下约束侧壁6间距为50mm，质量为60kg。
本实施例还包括采用仿真方法对上述再生混凝土剪切隔振装置的隔振性能进行模拟测试，具体过程如下：
1.仿真方法
采用ABAQUS软件建立平面模型(如图3所示)，采用界面模型模拟再生混凝土板之间的摩擦耗能。再生混凝土弹性模量30GPa，钢纤维弹性模量190GPa，再生混凝土之间的摩擦系数为0.8。用动力学计算的方法，在柱子的顶部施加轴向力，并在地面处施加水平的振动荷载(如图4所示)，获得柱子在振动荷载下的动力响应。
对照例，以同尺寸的混凝土块体替代再生混凝土剪切隔振装置，混凝土配方同实施例1，并在其顶部连接与上文同尺寸的方柱。
2.仿真结果
分别对振动的应力及位移进行分析。对于实施例，仿真获得的结果如图5-8所示。图5显示安装隔振器后，振动产生的应力主要在柱子的顶部以及底部的另一侧。图6显示，安装隔振动器后，拉应力主要集中在柱子顶部一侧的。图7显示，安装隔振动器后，柱子顶部竖向拉应力对应的另一侧有压应力集中。图8显示，安装隔振动器后，柱子上的位移基本为均匀分布，即柱子在地面施加的振动激励下均匀受弯。
对于对照例，仿真获得的结果如图9-12所示。图9显示，未安装隔振器时，整个柱子均有较大的应力，在柱底两侧尖端上有较大的应力集中。图10显示，未安装隔振器时，主拉应力从柱子底部的一个角开始，以S形延伸到顶部另一侧角点。图11显示，未安装隔振器时，柱子的竖向最大拉应力和竖向最大压应力分别集中在柱底两侧的角上。图12显示，未安装隔振器时，柱子顶部出现较大的位移，同时沿竖向不为均匀分布。
图13和图14是实施例和对照例在振动荷载作用下，隔振器或对应部位混凝土块体与柱子底部的位移曲线。对比图13和图14可以看出由于隔振器的存在，在地面激励振动下实施例中位移的幅值逐渐减小。未加装剪切隔震装置时，柱子底部的振动和地面的振动接近。同时相同时刻隔振器中与柱底的位移曲线的差值逐渐增大，表明隔振器内再生混凝土板之间的摩擦减振性能明显。对比实施例和对照例以上的振动响应，可以明显的看出本发明能明显的减小柱子底部两侧的应力集中，防止地面振动对柱子的破坏。同时，本发明明显减小了柱子顶部的振动幅度。
综上所述，本发明公开的一种再生混凝土剪切隔振装置不仅能有效地面振动对建筑结构造成的振动，而且能利用再生材料，同时还具有生产成本低、受力性能好、绿色环保、环境友好等优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，该装置包括剪切隔振箱体，以及设于剪切隔振箱体内的隔振块(1)与侧向隔振弹簧(2)；
所述的隔振块(1)的顶侧与底侧，分别与剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁摩擦接触；
所述的侧向隔振弹簧(2)设于隔振块(1)的四周，且两端分别与隔振块(1)侧壁、约束盒体内侧壁相连接。
2.根据权利要求1所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的剪切隔振箱体包括并列设置的约束上板(3)与约束下板(4)，以及设于约束上板(3)底侧的上约束侧壁(5)、设于约束下板(4)顶侧的下约束侧壁(6)；
所述的上约束侧壁(5)、下约束侧壁(6)、约束上板(3)、约束下板(4)合围形成剪切隔振腔，所述的隔振块(1)与侧向隔振弹簧(2)设于该约束隔振腔内。
3.根据权利要求1所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的侧向隔振弹簧(2)为刚度能够在1-10k0内变化的变刚度螺旋弹簧，其中k0为初始的弹簧刚度。
4.根据权利要求1所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的剪切隔振箱体的顶侧内壁、底侧内壁上，与隔振块(1)摩擦接触部分，表面粗糙度为1-5mm，隔振块(1)的强度等级不低于C40，质量大于50kg。
5.根据权利要求2所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的约束上板(3)与下约束侧壁(6)的上缘之间、上约束侧壁(5)下缘与约束下板(4)之间均铺设有油毡(7)。
6.根据权利要求5所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的约束上板(3)与下约束侧壁(6)的上缘之间、上约束侧壁(5)下缘与约束下板(4)之间的间隙为3-5mm，所述的油毡(7)填充于该间隙内。
7.根据权利要求2所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的剪切隔振箱体上还设有建筑结构安装槽，所述的建筑结构安装槽包括混凝土槽体(8)，以及设于混凝土槽体(8)侧围的约束侧围(9)。
8.根据权利要求7所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的约束上板(3)、上约束侧壁(5)、约束下板(4)、下约束侧壁(6)、隔振块(1)、混凝土槽体(8)均由钢纤维再生混凝土材料制成，
所述的钢纤维再生混凝土材料包括以下组分及重量份含量：
水泥1份；天然粗骨料1.8-3.0份；再生粗骨料1.0-2.2份；河沙1.0-3.2份；水0.3-0.4份；钢纤维0.1-0.3份；减水剂0.003-0.04份。
9.根据权利要求8所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；所述的河沙的细度模数为2.4-3.1；所述的减水剂为减水率25-50％的聚羧酸减水剂；所述的再生粗骨料为I类再生骨料，粒径为5-25mm。
10.根据权利要求6所述的一种再生混凝土剪切隔振装置，其特征在于，所述的钢纤维呈波纹状，长度为10-30mm，直径为0.4-0.8mm。
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