CN114658139A - 一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，包括摇摆墙、连接钢梁、钢斜撑、剪刀式放大装置和阻尼器；摇摆墙通过连接钢梁与原结构进行连接，摇摆墙在结构底层通过钢斜撑与结构基础铰接连接，剪刀式放大装置设置在摇摆墙下部的两端，阻尼器设置于剪刀式放大装置的中间部位；剪刀式放大装置两端分别与摇摆墙和结构基础的根部铰接；阻尼器与剪刀式放大装置的中部两端铰接。本发明通过将剪刀式放大消能装置引入摇摆墙体系中，利用摇摆墙的转动变形，通过将剪刀式放大装置中间部位阻尼器的变形或速度进行放大，最大限度的发挥摇摆墙体系的减震效果。同时，本装置安装灵活，构造简单，成功解决摇摆墙与阻尼器组合应用构造较复杂的难题。

Description

一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙
技术领域
本发明涉及摇摆墙领域，尤其是涉及一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙。
背景技术
剪力墙作为一种重要抗侧力构件，在框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-筒体结构中应用广泛，其具有抗侧刚度大、承载力高等优点，但由于其延性不足，往往在地震作用中会出现不同程度的损坏并且难以修复，对于高层和超高层建筑来说，这种劣势更加明显。由于剪力墙在强烈地震作用下不可避免地会产生一定程度的损伤，若能有效地控制其损伤部位和损伤程度，就可达到“可修复”的目的。
在考察历次地震震害的过程中，研究者发现允许主要抗侧力构件的根部发生翘动反而有助于减轻上部结构在强烈地震作用下的震害，并由此提出了摇摆结构体系的设计理念。摇摆墙是其中一种典型的摇摆构件，采用特殊构造，底部具有一定转动能力和较大抗弯刚度的结构墙体，通过控制结构的侧向变形模式，来避免因地震输入的随机性和结构自身性能的不确定性可能引起的损伤集中，从而实现预期的破坏机制。摇摆墙与普通的剪力墙不同，由于底部不能承受弯矩，无法为整体结构提供抗侧刚度，几乎不改变原结构的基本周期，它引入的巨大刚度主要用于保证结构变形模式均匀化，这一作用在结构进入屈服后尤为显著。在摇摆墙框架组合结构中，利用摇摆墙的这一特性，可以使多高层结构的各层在中等或强烈地震激励下产生的损伤较为均匀，从而充分发挥各层构件的抗震能力，减轻结构损伤的程度。另外，摇摆墙在摇摆过程中始终保持弹性，并不耗能，但由于变形模式的确定性，除了依靠梁柱产生的塑性铰耗能外，还可在预期损伤部位设置耗能构件来耗能。
摇摆墙结构通过解除墙体或者类似于墙体构件与基础之间的部分约束，使其由传统的弯曲变形、剪切变形、弯剪型模式变成整体的刚体摆动模式，从而优化结构的损伤分布，避免薄弱层的出现，进而获得一定的功能可恢复能力。
现有摇摆墙结构体系通常由整体型摇摆构件和消能减震装置组成，摇摆构件底部不仅可以发生有限转动，且摇摆构件刚度较大可有效控制结构的侧向变形模式；同时，消能减震装置通常安装在摇摆构件与主体结构之间，可提高结构的耗能能力，减少结构的地震响应和破坏。
如在摇摆墙两侧设置BRB，遇小震时，BRB和摇摆墙组合起来发挥类似普通剪力墙的作用――提高结构的抗侧刚度并控制变形模式。遭遇中震或大震时，作为预期损伤构件的BRB率先进入塑性阶段，并利用其优良的滞回特性进行耗能；同时，由于BRB刚度的降低，摇摆墙可发生摇摆,进而控制结构的层间变形，使其分布更加均匀。也可将消能减震装置设置在摇摆墙与框架结构之间连接的梁上，即采用消能连梁连接摇摆墙和框架柱；或设置双肢摇摆墙，在双肢摇摆墙上直接设置消能连梁。还可以在竖向或水平构件上引入后张预应力技术，以解决摇摆及自复位结构的残余变形问题。
现有的摇摆墙构造较复杂，设计与施工难度较大；在根部设置BRB时，减震装置数量较少，消能减震能力有限；在摇摆墙中设置消能连梁时，各层连梁阻尼器并不能充分屈服耗能；自复位摇摆墙具有一定的复位能力，但并不能提高其减震效果。实际工程中若要达到预期的减震效果需在结构中布置多道摇摆墙，对建筑功能影响较大且造价高。特别是在既有结构加固改造工程中，实际可增加摇摆墙的位置通常非常有限。因此，如何最大限度的挖掘其消能能力具有重要的工程应用意义。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，用以有效的解决摇摆墙消能减震效率有限的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，包括摇摆墙、连接钢梁、钢斜撑、剪刀式放大装置和阻尼器；其中，所述摇摆墙通过所述连接钢梁与原结构进行连接，摇摆墙在结构底层通过所述钢斜撑与结构基础铰接连接，所述剪刀式放大装置设置在摇摆墙下部的两端，所述阻尼器设置于剪刀式放大装置的中间部位；剪刀式放大装置两端分别与摇摆墙和结构基础的根部铰接；阻尼器与剪刀式放大装置的中部两端铰接。
优选地，所述剪刀式放大装置由四个刚性杆组成，剪刀式放大装置与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
优选地，所述钢斜撑的底部与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1)该方案可实施性强，传统摇摆墙体系可在根部设置阻尼器，利用转动获得较大的阻尼器变形和减震效果，本发明通过将剪刀式放大消能装置引入摇摆墙体系中，相比传统方法，利用摇摆墙的转动变形，通过将剪刀式放大装置中间部位阻尼器的变形或速度进行放大，最大限度的发挥摇摆墙体系的减震效果。2)设置阻尼器可以更好的控制结构在地震作用下的摇摆幅值，同时可以减小结构的残余变形。
3)本装置可以非常有效的解决，低烈度区重要工程(如医院、学校及交通通讯工程等)的减震问题。
4)本装置可以有效的解决加固改造项目中，由于抗震标准提高而使原结构无法满足现行抗震规范的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的整体结构示意图；
图2为本发明实施例二的整体结构示意图；
图3为本发明实施例三的整体结构示意图；
图4为本发明实施例一的局部结构示意图；
图5为本发明实施例二的局部结构示意图；
图6为本发明实施例三的局部结构示意图；
图7为本发明剪刀式放大装置的工作原理图。
图标：1-摇摆墙；2-连接钢梁；3-钢斜撑；4-剪刀式放大装置；5-阻尼器；6-原结构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
结合图1和图4所示，本实施例提供一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，包括摇摆墙1、连接钢梁2、钢斜撑3、剪刀式放大装置4和阻尼器5；其中，所述摇摆墙通过所述连接钢梁与原结构6进行连接，摇摆墙1在结构底层通过所述钢斜撑3与结构基础铰接连接，所述剪刀式放大装置4设置在摇摆墙1下部的两端，所述阻尼器5设置于剪刀式放大装置4的中间部位；剪刀式放大装置4两端分别与摇摆墙1和结构基础的根部铰接，阻尼器5与剪刀式放大装置4的中部两端铰接。
优选地，所述剪刀式放大装置4由四个刚性杆组成，剪刀式放大装置4与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
优选地，所述钢斜撑3的底部与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
实施例二
结合图2和图5所示，实施例二与实施例一的区别仅在于剪刀式放大装置4的底部铰接位置向外移动，位于原结构6和摇摆墙1中间。
实施例三
结合图3和图6所示，实施例三与实施例一的区别仅在于剪刀式放大装置4的底部与原结构6的根部铰接连接。
本申请的工作原理如下：
摇摆墙的工作原理为通过放松根部与基础的约束，与基础进行铰接，“弱化”结构体系，在地震下允许在一定范围内进行摇摆，并改变原有结构变形模式，最终使得结构达到减少地震反应的效果，保障结构体系的整体安全性。为更好地控制结构在地震作用下的摇摆幅值，在摇摆墙的底部布置阻尼器，阻尼器利用结构在地震作用下的摇摆墙摇摆变形而形成的位移差(或速度差)对结构进行消能减震。本装置利用剪刀臂放大原理将摇摆墙两侧的摇摆变形位移差(或速度差)进行放大。阻尼器利用放大后的效应进行增强耗能，进而可以有效的保护主体结构。
结合图7所示，剪刀式放大装置4的工作机理为：
假设在放大装置轴线方向伸长△1。装置发生如图3所示变形。其中：l1为钢支撑长度；R1为放大装置初始轴线长度；l2为阻尼器初始长度；△1为放大装置轴向变形值；△2为阻尼器轴向变形值。
由几何关系分析可得，放大转置放大系数为：
Figure BDA0003541498540000061
综上所述：
采用剪刀式放大装置与消能铰支墙组合模式，即保留了摇摆墙控制结构层间变形分布均匀的优势；又满足了消能减震的效果；同时，由于放大装置的作用，使结构的消能效果较不采用放大装置情况，提高了R1/l2倍。实际应用中此放大系数是非常可观的，例如，假设l2为500mm，R1为5000mm，那么放大系数就是R1/l2＝10倍。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，其特征在于：包括摇摆墙、连接钢梁、钢斜撑、剪刀式放大装置和阻尼器；其中，所述摇摆墙通过所述连接钢梁进行连接，摇摆墙在结构底层通过所述钢斜撑与结构基础铰接连接，所述剪刀式放大装置设置在摇摆墙下部的两端，所述阻尼器设置于剪刀式放大装置的中间部位；剪刀式放大装置两端分别与摇摆墙和结构基础铰接，阻尼器与剪刀式放大装置的中部两端铰接。
2.根据权利要求1所述的带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，其特征在于，所述剪刀式放大装置由四个刚性杆组成，剪刀式放大装置与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
3.根据权利要求1所述的带剪刀式放大装置的高效减震摇摆墙，其特征在于，所述钢斜撑的底部与所述结构基础通过耳板和销轴实现铰接连接。
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