CN114809767B - 一种位移放大型软钢阻尼器 - Google Patents

一种位移放大型软钢阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种位移放大型软钢阻尼器，包括上T型钢板、下T型钢板和至少一组软钢耗能组件；位移放大型软钢阻尼器为对称元件，具有水平对称线。上T型钢板和下T型钢板关于水平对称线上下对称布设；上T型钢板和下T型钢板均包括竖直布设的芯板和设置在芯板顶端或底端的端板。所有组软钢耗能组件均布设在上T型钢板和下T型钢板之间。每组软钢耗能组件均包括关于芯板对称布设的两个软钢耗能单元。每个软钢耗能单元均包括竖直布设的转动板和对称布设在转动板两端的U型软钢组件。本发明能够使U型软钢产生更大的塑性变形同时，还可灵活调整消能器中软钢的数量和尺寸，以及转动板的数量，提高消能器的减震耗能效果，且适用于不同的工程需求。

Description

一种位移放大型软钢阻尼器
技术领域
本发明涉及土木工程的消能减震技术领域，特别是一种位移放大型软钢阻尼器。
背景技术
传统抗震思路是通过采用高强材料和增大构件尺寸等措施抵抗地震作用，耗能能力有限且建造成本增加，难以满足现代建筑越来越高的抗震和安全需求。
为解决上述问题，消能减震技术被提出并日趋成熟，在世界范围内广泛运用于各类工程结构抗震。该技术是在新建结构或旧有结构中设置耗能装置，通过耗能装置的摩擦和滞回等进行能量耗散，达到降低主体结构动力响应和损伤的目的。软钢消能器是一种位移相关型消能器，具有耗能稳定、设计灵活和更换快捷等优点，应用较为广泛。
一般情况下，建筑结构在中小地震作用下的变形和位移较小，无法充分发挥软钢消能器的耗能能力。因此，研发一种具有位移放大效果、构造简单的软钢阻尼器有着重要的工程应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种位移放大型软钢阻尼器，该位移放大型软钢阻尼器能适用于中小地震作用下的建筑结构，在不需要增设放大装置的条件下，提供一种小位移高耗能的位移放大型软钢消能装置，而且其结构简单，性能可靠，经济成本低。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种位移放大型软钢阻尼器，包括上T型钢板、下T型钢板和至少一组软钢耗能组件；
位移放大型软钢阻尼器为对称元件，具有水平对称线。
上T型钢板和下T型钢板关于水平对称线上下对称布设；上T型钢板和下T型钢板均包括竖直布设的芯板和设置在芯板顶端或底端的端板。
所有组软钢耗能组件均布设在上T型钢板和下T型钢板之间。
每组软钢耗能组件均包括关于芯板对称布设的两个软钢耗能单元。
每个软钢耗能单元均包括竖直布设的转动板和对称布设在转动板两端的U型软钢组件。
两个软钢耗能单元中的转动板均与上T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A。
两个软钢耗能单元中的转动板还均与下T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A*。
铰接点A和A*关于水平对称线对称，且铰接点A和A*的连线AA*与水平对称线具有交点O。
U型软钢组件包括至少一对开口相对布设的U型软钢，每个U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应端板内壁面相连接。
上T型钢板和下T型钢板在外部激励作用下能水平错动，带动转动板绕交点O旋转，进而使U型软钢产生塑性变形。
设每个U型软钢与转动板端部相连接的开口端端点为B，点O与点A或A*之间的距离为lOA，点O与点B之间的距离为lOB，根据U型软钢的塑形变形情况，调整lOB的长度值，使得上T型钢板或下T型钢板相对点O的位移Δs得到放大。
当时，转动板的端点B相对于上T型钢板的相对位移是Δs的倍。
上T型钢板和下T型钢板的芯板两侧均设置有竖直的加劲板。
每个U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应端板内壁面相焊接或螺栓连接。
U型软钢组件包括至少两对开口相对布设的U型软钢；转动板的顶部或底部均设置有软钢安装端板，用于至少两对U型软钢的安装。
U型软钢组件包括三对开口相对布设的U型软钢。
铰接点A和A*处各具有一根水平设置的销轴作为铰接轴；在转动板和对应芯板之间的两根销轴上各套设一个摩擦垫块。
转动板在铰接点A和A*处各设置有一个销轴孔，至少一个销轴孔为槽孔。
本发明具有如下有益效果：
相比于现有技术，本发明具有如下特点和优势：
(1)本发明提供的一种位移放大型软钢消能器，在外部激励作用下上芯板和下芯板水平错动变形为Δ，分别驱动销轴，销轴带动转动板旋转，转动板端部与上端板或下端板的相对位移φ使U型软钢产生更大的塑性变形。
(2)本发明提供的一种位移放大型软钢消能器，可灵活调整消能器中软钢的数量和尺寸，以及转动板的数量，提高消能器的减震耗能效果，且适用于不同的工程需求。
(3)本发明提供的一种位移放大型软钢消能器，分别采用销轴和转动板来传递和放大连接点位移，机械性能稳定，不需配置精密零件，对加工和使用精度要求较低，且不需安装额外的位移放大装置，节约建筑空间，经济成本低，具有良好的应用前景。
附图说明
图1显示了本发明实施例1中位移放大型软钢阻尼器的立体图。
图2显示了本发明实施例1位移放大型软钢阻尼器的立体分解图。
图3显示了本发明实施例1位移放大型软钢阻尼器的主视图。
图4显示了本发明实施例1位移放大型软钢阻尼器的A-A面剖视图。
图5显示了本发明实施例2位移放大型软钢阻尼器的立体图。
图6显示了本发明实施例2位移放大型软钢阻尼器的局部立体分解图。
图7显示了本发明实施例3位移放大型软钢阻尼器的立体图。
图8显示了本发明实施例3位移放大型软钢阻尼器的主视图。
图9显示了本发明实施例3位移放大型软钢阻尼器的A-A面剖视图。
图10显示了本发明实施例4位移放大型软钢阻尼器的立体图。
图11显示了本发明实施例5位移放大型软钢阻尼器的立体分解图；
图12显示了本发明实施例6位移放大型软钢阻尼器的立体图。
图13a显示了本发明位移放大型软钢阻尼器的工作原理示意图一；
图13b显示了本发明位移放大型软钢阻尼器的工作原理示意图二；
图14显示了本发明位移放大型软钢阻尼器中转动板的转动轨迹示意图。
其中有：
1.上T型钢板；11.上端板；12.上芯板；13.上预留圆孔；14.上加劲板；
2.下T型钢板；21.下端板；22.下芯板；23.下预留圆孔；24.下加劲板；
3.转动板；31.槽孔；32.软钢安装端板；
4.销轴；
5.U型软钢；
6.摩擦垫块；61.圆孔；
7.水平对称线。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
本发明以如下六种优选实施例为例，进行详细说明。
实施例1
如图1至图4所示，一种位移放大型软钢阻尼器，包括上T型钢板1、下T型钢板2和至少一组软钢耗能组件。
位移放大型软钢阻尼器为对称元件，具有水平对称线7。
上T型钢板和下T型钢板关于水平对称线上下对称布设；上T型钢板和下T型钢板均包括竖直布设的芯板和设置在芯板顶端或底端的端板。
上T型钢板布设的端板与芯板分别称为上端板11和上芯板12，上T型钢板还包括上预留圆孔13，上预留圆孔布设在上芯板的下侧中心位置。
下T型钢板布设的端板与芯板分别称为下端板21和下芯板22，下T型钢板还包括下预留圆孔23，下预留圆孔优选布设在下芯板的下侧中心位置。
上T型钢板和下T型钢板的芯板两侧优选设置有竖直的加劲板。
所有软钢耗能组件布设在上T型钢板和下T型钢板之间，在本实施例1中，软钢耗能组件优选具有一组。
每组软钢耗能组件包括关于芯板对称布设的两个软钢耗能单元。
每个软钢耗能单元包括竖直布设的转动板3和对称布设在转动板两端的U型软钢组件。
两个软钢耗能单元中的转动板均与上T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A。
两个软钢耗能单元中的转动板还均与下T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A*。
上述铰接点A和A*关于水平对称线对称，且铰接点A和A*的连线AA*与水平对称线具有交点O。
转动板在铰接点A和A*处各设置有一个销轴孔，至少一个销轴孔为槽孔31。在本实施例1中，两个销轴孔均为优选槽孔。
上述槽孔的设置，当上T型钢板和下T型钢板水平错动时，销轴在转动板长轴方向上与转动板存在相对位移，因此必须至少设置一个槽孔保证销轴的运动空间，见图13a所示。
同一组软钢耗能组件中，采用一根销轴，贯穿两块转动板上A点处的销轴孔和上芯板上的上预留圆孔，从而形成铰接点A。
同一组软钢耗能组件中，采用另一根销轴，贯穿两块转动板上A*点处的销轴孔和下芯板上的下预留圆孔，从而形成铰接点A*。
U型软钢组件包括至少两对开口相对布设的U型软钢5，每个U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应端板内壁面优选相焊接或螺栓连接等。在本实施例1中，优选采用焊接。
转动板的顶部或底部均优选设置有软钢安装端板32，用于至少两对U型软钢的安装。
上T型钢板和下T型钢板在外部激励作用下能水平错动，带动转动板绕交点O旋转，进而使U型软钢产生塑性变形。
如图13和14所示，设U型软钢与转动板端部相连接的开口端端点为B，U型软钢与上端部底部相连接的开口端端点为E，点O与点A或A*之间的距离为lOA，点O与点B之间的距离为lOB。
如图14所示，当上T型钢板的上芯板驱动销轴，带动转动板发生相对于中心O的转动角度θ时，端点E点移动到E′，位移为lEE'，销轴A点水平移动到A′，位移为lAA'，都等于上T型钢板相对点O的位移Δs。端点B点移动到B′，绝对位移为lBB'，但是考虑到上端板也发生了Δs的位移，即B′D，端点B点的相对于上端板的相对位移为lBD。此时，对应的转动板相对于中心O的转动角度θ可表示为，
如图14所示的几何关系可得，
lCD＝[(lOB-lOA)-(lOB-lOB'·cosθ)]·tanθ (2)
当实施例1具有位移放大效果时，需lBD＞lB'D。又因为lBD＞lCD和lB'D＝lAA'，所以结合式(2)，只需要满足下式，
[(lOB-lOA)-(lOB-lOB'·cosθ)]·tanθ＞lOA·tanθ (4)
整理得，
lOB·cosθ>2·lOA (5)
因此，令lOB cosθ＞2lOA，即则使得T型钢板或下T型钢板相对点O的位移Δs得到放大，使得B点相对位移lBD与位移Δs的比可表示为，
可以根据U型软钢的塑形变形情况，调整lOB的长度值，使得位移Δs放大。
实施例2
如图5和图6所示，实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应上端板与下端板内壁面进行螺栓连接，上芯板和下芯板两侧分别焊接垂直设置的上加劲板14和下加劲板24。
实施例3
如图7、图8和图9所示，实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于转动板的顶部或底部均设置有软钢安装端板，软钢安装端板与对应端板内壁面之间螺栓连接有六对开口相对布设的U型软钢。
实施例4
如图10所示，实施例4与实施例2基本相同，不同之处在于转动板在T型板的每侧设置有三个。
实施例5
如图11所示，实施例5与实施例2基本相同，不同之处在于转动板和对应芯板之间的两根销轴上各套设一个摩擦垫块，摩擦垫块优选为聚四氟乙烯材料。
实施例6
如图12所示，实施例6与实施例2基本相同，不同之处在于转动板中部预留一个槽孔和圆孔61。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：包括上T型钢板、下T型钢板和至少一组软钢耗能组件；
位移放大型软钢阻尼器为对称元件，具有水平对称线；
上T型钢板和下T型钢板关于水平对称线上下对称布设；上T型钢板和下T型钢板均包括竖直布设的芯板和设置在芯板顶端或底端的端板；
所有组软钢耗能组件均布设在上T型钢板和下T型钢板之间；
每组软钢耗能组件均包括关于芯板对称布设的两个软钢耗能单元；
每个软钢耗能单元均包括竖直布设的转动板和对称布设在转动板两端的U型软钢组件；
两个软钢耗能单元中的转动板均与上T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A；
两个软钢耗能单元中的转动板还均与下T型钢板的芯板相铰接，且铰接点为A*；
铰接点A和A*关于水平对称线对称，且铰接点A和A*的连线AA*与水平对称线具有交点O；U型软钢组件包括至少一对开口相对布设的U型软钢，每个U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应端板内壁面相连接；
上T型钢板和下T型钢板在外部激励作用下能水平错动，带动转动板绕交点O旋转，进而使U型软钢产生塑性变形；
设每个U型软钢与转动板端部相连接的开口端端点为B，点O与点A或A*之间的距离为lOA，点O与点B之间的距离为lOB，根据U型软钢的塑形变形情况，调整lOB的长度值，使得上T型钢板或下T型钢板相对点O的位移△s得到放大。
2.根据权利要求1所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：当时，转动板的端点B相对于上T型钢板的相对位移是△s的/>倍。
3.根据权利要求1所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：上T型钢板和下T型钢板的芯板两侧均设置有竖直的加劲板。
4.根据权利要求1所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：每个U型软钢的两个开口端侧腿分别与转动板端部和对应端板内壁面相焊接或螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：U型软钢组件包括至少两对开口相对布设的U型软钢；转动板的顶部或底部均设置有软钢安装端板，用于至少两对U型软钢的安装。
6.根据权利要求5所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：U型软钢组件包括三对开口相对布设的U型软钢。
7.根据权利要求1所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：铰接点A和A*处各具有一根水平设置的销轴作为铰接轴；在转动板和对应芯板之间的两根销轴上各套设一个摩擦垫块。
8.根据权利要求7所述的位移放大型软钢阻尼器，其特征在于：转动板在铰接点A和A*处各设置有一个销轴孔，至少一个销轴孔为槽孔。
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