CN114961010B - 惯容自复位隔震减震系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯容自复位隔震减震系统，包括自上而下平行设置的上连接板、主减震隔震体、下连接板，主减震隔震体上部设有一个液压缸，液压缸内设有活塞，活塞与上连接板相连，活塞通过导杆与主减震隔震体连接；液压缸的外部同轴设有螺旋管道；主减震隔震体的四周分布有若干组自张紧机构；下连接板的四周分别交错设置有激光测距仪和自复位组件，每个激光测距仪还连接有电机。本发明能够提高建筑结构的横向及纵向的抗震效用。

Description

惯容自复位隔震减震系统

技术领域

本发明属于土木工程抗震、隔震技术领域，涉及一种惯容自复位隔震减震系统。

背景技术

我国是个地震频发的国家，建筑结构在地震作用下不可避免的会产生破坏和损伤。为了降低地震带来的危害，设置惯容减震隔震装置能有效降低结构在地震作用下的响应，减小结构的损伤。惯容器分为了四种类型，分别为滚珠丝杠式惯容器、齿轮齿条式惯容器、流体式惯容器以及电磁式惯容器，而流体式惯容器可分为液压马达式惯容器与液力式惯容器。常见的耗能减震装置有摩擦耗能器、金属耗能器、粘滞性耗能器、粘弹性耗能器以及智能材料耗能器等。基于可动概念的基础隔震方法，大致可分为弹性支承式隔震、滑动式隔震、摆动式隔震以及悬吊式隔震四大类。为了提高建筑结构的抗震效果，将惯容器、减震耗能器、隔震装置结合起来可以起到良好的作用，实际工程中，将惯容器、减震器、隔振器都结合起来运用的十分少见。

发明内容

本发明的目的是提供一种惯容自复位隔震减震系统，该系统能够提高建筑结构的横向及纵向的抗震效用。

本发明所采用的技术方案是，惯容自复位隔震减震系统，包括自上而下平行设置的上连接板、主减震隔震体、下连接板，主减震隔震体上部设有液力式惯容器；主减震隔震体的四周分布有若干组自张紧机构。

本发明的特点还在于：

主减震隔震体包括中空圆柱状箱体，箱体内设有若干个碟簧，每个碟簧的中心处同轴设置有轴杆；每个碟簧的上方对应设置一个导杆，导杆的中心处同轴开设有导向槽，导向槽与导杆的底部贯通；在活塞通过导杆压缩碟簧时，轴杆恰好可以插入导向槽内。

导杆与碟簧接触的一端为圆盘状结构。

箱体的底部设有滚珠，滚珠位于下连接板的上端。

下连接板的四周边缘处分别设有复位器，每个复位器与主减震隔震体之间设有激光测距仪。

激光测距仪所发出的激光与箱体的切面垂直。

复位器包括电机，电机安装在电机座上，电机的主轴一端安装有齿轮A，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B安装在转轴的一端，转轴安装在电机座的一侧，转轴上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的一端固定再转轴上，钢丝绳的一端连接在箱体的侧壁上。

上连接板的边缘处分布有若干个螺栓I，螺栓I朝上伸出上连接板；

所述下连接板的边缘处均匀分布有若干个螺栓II，螺栓II朝下伸出下连接板。

每组自张紧机构包括L形上延伸杆和倒L形下延伸杆，上延伸杆的上端连接在上连接板上，下延伸杆的下端连接在下连接板上；上延伸杆与下延伸杆之间采用形状记忆性合金束连接。

液力式惯容器包括液压缸，液压缸内设有活塞，活塞与上连接板相连，活塞通过导杆与主减震隔震体连接；液压缸的外部同轴设有螺旋管道。

本发明的有益效果是，本发明提供的惯容自复位隔震减震系统，包括：上连接板、下连接板、主减震隔震体、自复位组件。上连接板与下连接板之间设有多根形状记忆性合金（SMA）束，通过上、下延伸杆和形状记忆性合金束组成了自张紧结构，延伸杆提供了压缩力，形状记忆性合金束提供了牵引力，从而形成了一个整体支撑稳定结构。由于形状记忆性合金束具有较好的柔韧性，能产生足够的位移，具有较好的伸缩能力，使整个体系可发生横向和纵向的变形，提高了整个系统的灵活性，改善了支座的弹性受力情况，提高了支座的抗拉性能。

附图说明

图1为本发明惯容自复位隔震减震系统整体结构示意图；

图2为图1中所截取Ⅰ-Ⅰ的剖面图；

图3为图1中所截取Ⅱ-Ⅱ的剖面图；

图4为图1中所截取Ⅲ-Ⅲ的剖面图；

图5为图1中所截取Ⅳ-Ⅳ的剖面图；

图6为图4中所截取Ⅴ-Ⅴ的断面图；

图7为图4中所截取Ⅵ-Ⅵ的断面图；

图8为本发明惯容自复位隔震减震系统中复位器的分解图。

图中，1-上连接板，2-螺栓I，3-下连接板，4-螺栓II，5-下延伸杆，6-上延伸杆，7-形状记忆性合金束，8-液压缸，9-导杆，10-活塞，11-螺旋管道，12-轴杆，13-碟簧，14-主减震隔震体，15-滚珠，16-激光测距仪，17-复位器，18-电机，19-导向槽，20-箱体，21-螺旋帽，22-钢丝绳，23.转轴，24.电机座，25.齿轮A，26.齿轮B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，为本发明惯容自复位隔震减震系统的外形，包括自上而下平行设置的上连接板1、主减震隔震体14、下连接板3，主减震隔震体14上部设有液力式惯容器；主减震隔震体14的四周分布有若干组自张紧机构。

其中主减震隔震体14位于系统中心，包括液力式惯容器（内含液压缸8、活塞10、螺旋管道11）、碟簧13、滚珠15，激光测距仪16和复位器17围设在主减震隔震体14周围，每一个激光测距仪16和一个复位器17形成一组，控制一个方位，共有四组。

如图2所示，上连接板1的边缘处分布有若干个螺栓I2，螺栓I2朝上伸出上连接板1；下连接板3的边缘处均匀分布有若干个螺栓II4，螺栓II4朝下伸出下连接板3。

螺栓I2分布于上连接板1上，螺栓I2可将上连接板1与上部建筑底部相连，螺栓I2的螺帽与螺母之间安装的是隔振系统的上连接板1，螺栓伸出来的部分是深埋进混凝土之中的，达到连接固定作用。

如图3~7所示，每组自张紧机构包括L形上延伸杆6和倒L形下延伸杆5，上延伸杆6的上端连接在上连接板1上，下延伸杆5的下端连接在下连接板3上；上延伸杆6与下延伸杆5之间采用形状记忆性合金束7连接。

液力式惯容器包括液压缸8，液压缸8内设有活塞10，活塞10与上连接板1相连，活塞10通过导杆9与主减震隔震体14连接；液压缸8的外部同轴设有螺旋管道11。活塞10处于中央位置与上连接板1之间是可拆卸安装，螺旋管道11绕着液压缸8安装，当产生纵向位移振动时，上连接板1施加力给活塞10，活塞10的移动带动了液压缸8内液压油的流动，液压油在螺旋管11里回旋，由于螺旋管11的横截面积远小于活塞10的有效面积，所以螺旋运动的液压油速度远高于活塞10往复运动的速度，即可实现惯容系数的放大。

主减震隔震体14包括中空圆柱状箱体20，箱体20内设有若干个碟簧13，每个碟簧13的中心处同轴设置有轴杆12；每个碟簧13的上方对应设置一个导杆9，导杆9的中心处同轴开设有导向槽19，导向槽19与导杆9的底部贯通；在活塞10通过导杆9压缩碟簧13时，轴杆12恰好可以插入导向槽19内。导杆9与碟簧13接触的一端为圆盘状结构。箱体20的底部设有滚珠15，滚珠15位于下连接板3的上端。

下连接板3的四周边缘处分别设有复位器17，每个复位器17与主减震隔震体14之间设有激光测距仪16。

碟簧13内置轴杆12，限制碟簧13只产生竖向伸缩变形，当发生纵向位移振动时，活塞10下部导杆9带动碟簧13产生伸缩变形，带来一定的缓冲减震作用。

如图5所示，螺栓II4分布于下连接板3上，螺栓II4可将下连接板3与建筑基础顶部相连，螺栓II4螺帽与螺母之间安装的是隔振系统的下连接板3，螺栓伸出来的部分是深埋进混凝土之中的，达到它的连接固定作用。

上连接板1与下连接板3均为圆钢板，从截面看上连接板1与上连接杆6形成了一个π型，连接板上下面均为水平面，方便了滚珠15进行滚动，下连接板3周围设了翼边，从截面看形成了一个槽型，连接板所设孔洞均为贯穿圆孔，方便了螺栓I2和螺栓II4的安装。

如图8所示，复位器17包括电机18，电机18安装在电机座24上，电机18的主轴一端安装有齿轮A25，齿轮A25与齿轮B26啮合，齿轮B26安装在转轴23的一端，转轴23安装在电机座24的一侧，电机座24的一侧设有耳板，转轴23通过耳板安装在24上，转轴23的一端通过齿轮B26卡在耳板上，转轴23的另一端穿过耳板上开设的通孔后通过螺旋帽21进行限位。转轴23的两端与耳板的连接处分别设有轴承，转轴23上缠绕有钢丝绳22，钢丝绳22的一端固定再转轴23上，钢丝绳22的一端连接在箱体20的侧壁上。电机18启动后，电机18上连接的齿轮A25转动，齿轮A25与齿轮B26啮合，通过齿轮B26的转动带动转轴23转动。复位器17外挂在下连接板3翼边外侧，钢丝绳22在平常时都处于松弛状态，松弛长度为整个隔震减震系统可产生横向位移的最大值。

激光测距仪16通过螺栓安装在下连接板3之上，发射激光的头部朝着箱体20所在方向并与之垂直。

在纵向位移振动作用下，由上延伸杆6、下延伸杆5、形状记忆性合金束7组成的张拉整体产生伸缩移动变形，上延伸杆6与下延伸杆5产生压缩力，形状记忆性合金束7产生牵引力，形成一个稳定的整体，实现刚柔并济。

本发明中的自复位过程的实现主要靠激光测距仪16、复位器17和中央处理器，未发生振动时，复位器17在一般状态下其钢丝绳22为松弛状态，激光测距仪16所发出的激光与圆钢筒的切面垂直，发生振动时，激光与圆钢筒切面的角度发生变化，通过采集反射光的时间计算出相应位移来得到位移变化信息并将信息传递给中央处理器，在振动停止后，中央处理器依据位移变化信息下达自复位程序命令给电机18，电机18带动转轴23转动，使复位器17收缩钢丝绳22，拉动主减震隔震体14恢复到原来位置。

当产生横向位移振动时，主减震隔震体14产生横向位移，圆钢筒外箱下的滚珠15发生滚动，激光测距仪16开始采集位移变化信息，信息传给中央处理器，上连接板1与下连接板3产生相对位移，由此上连接板1和下连接板3分别与连接的上部建筑与基础发生错位，从而起到隔震的作用，当横向位移振动停止时，复位器17开始进行复位程序，中央处理器依据位移变化信息下达自复位命令给电机18，电机18带动转轴23转动，使卷扬机开始回缩钢丝绳22，拉动主减震隔震体14恢复到原来位置，之后复位器17放松钢丝绳22，回到平时的松弛状态。

当产生纵向位移振动时，上连接板1带动活塞10开始进行上下震动，活塞10的移动带动了液压缸8内粘滞性阻尼介质液压油的流动，液压油在螺旋管11里回旋，活塞10的导杆9带动了碟簧13的压缩，碟簧13吸收掉机械振动和压力脉冲，为整体建筑起到缓冲减震作用。

本发明惯容自复位隔震减震系统的特点为：

1.形状记忆性合金束是用多根SMA丝组合在一起的，横截面较粗，形状记忆性合金束与连接板以刚性嵌固方式连接在一起。

2.上连接板与下连接板均为圆钢板，从截面看上连接板与上连接杆形成了一个π型，连接板上下面均为水平面，方便了滚珠进行滚动，下连接板周围设了翼边，从截面看形成了一个槽型，翼边外侧方便了复位器的外挂，连接板所设孔洞均为贯穿圆孔，方便了螺栓的安装。

3.液力式惯容器位于主减震隔震体的上部分，液力式惯容器内活塞上连上连接板，下连碟簧。液压油在螺旋管里回旋，由于液压管的横截面积远小于活塞的有效面积，所以螺旋运动的液压油速度远高于活塞往复运动的速度，即可实现惯容系数的放大。液力式惯容器采用液压传动，避免了机械式惯容器的刚性碰撞，具有响应速度快，结构简单等优点。假设液压缸8截面面积为A ₁，螺旋管道11截面面积为A ₂，管道长度为l，液体密度ρ，施加在终端的力为F，两端的相对位移为x，则惯容器出力：

；

其中，惯容系数：

；

3.碟簧的形状为圆锥碟状，与传统弹簧不同，功能上有其特殊的作用，主要特点是，负荷大，行程短，所需空间小，组合使用方便，维修换装容易，经济安全性高，其压缩行程最佳使用范围在其最大压缩行程的10%-75%之间。

4.激光测距仪与下连接板用螺栓固定连接，激光测距仪通过测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c=299792458m/s和大气折射系数n计算出距离D，再将所采集的位移距离信息传递给中央处理器。

5.复位器可接收中央处理器下达的命令，卷扬机受电力远程控制来回缩钢丝绳，钢丝绳能够传递长距离的负载，具有较高的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性，在高速工作条件下，耐磨、抗震、运转稳定性好，在收缩过程中具有足够的能力拉动主减震隔震体，使其恢复到原来位置。

6.滚珠置于圆钢筒外箱下面，下连接板之上，其滚动范围在激光测距仪布置范围之内，圆钢筒外箱底部为水平面，周边设了挡板，限制住了滚珠的散落。

Claims (5)

1.惯容自复位隔震减震系统，其特征在于：包括自上而下平行设置的上连接板（1）、主减震隔震体（14）、下连接板（3），所述主减震隔震体（14）上部设有液力式惯容器；所述主减震隔震体（14）的四周分布有若干组自张紧机构；

主减震隔震体（14）包括中空圆柱状箱体（20），箱体（20）内设有若干个碟簧（13），每个碟簧（13）的中心处同轴设置有轴杆（12）；每个碟簧（13）的上方对应设置一个导杆（9），导杆（9）的中心处同轴开设有导向槽（19），导向槽（19）与导杆（9）的底部贯通；在活塞（10）通过导杆（9）压缩碟簧（13）时，轴杆（12）恰好可以插入导向槽（19）内；

每组所述自张紧机构包括L形上延伸杆（6）和倒L形下延伸杆（5），上延伸杆（6）的上端连接在上连接板（1）上，下延伸杆（5）的下端连接在下连接板（3）上；上延伸杆（6）与下延伸杆（5）之间采用形状记忆性合金束（7）连接；

所述液力式惯容器包括液压缸（8），液压缸（8）内设有活塞（10），活塞（10）与上连接板（1）相连，活塞（10）通过导杆（9）与主减震隔震体（14）连接；液压缸（8）的外部同轴设有螺旋管道（11）；

所述下连接板（3）的四周边缘处分别设有复位器（17），每个复位器（17）与主减震隔震体（14）之间设有激光测距仪（16）；

所述复位器包括电机（18），电机（18）安装在电机座（24）上，电机（18）的主轴一端安装有齿轮A（25），齿轮A（25）与齿轮B（26）啮合，齿轮B（26）安装在转轴（23）的一端，转轴（23）安装在电机座（24）的一侧，转轴（23）上缠绕有钢丝绳（22），钢丝绳（22）的一端固定再转轴（23）上，钢丝绳（22）的一端连接在箱体（20）的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的惯容自复位隔震减震系统，其特征在于：所述导杆（9）与碟簧（13）接触的一端为圆盘状结构。

3.根据权利要求1所述的惯容自复位隔震减震系统，其特征在于：所述箱体（20）的底部设有滚珠（15），滚珠（15）位于下连接板（3）的上端。

4.根据权利要求1所述的惯容自复位隔震减震系统，其特征在于：所述激光测距仪（16）所发出的激光与箱体（20）的切面垂直。

5.根据权利要求1所述的惯容自复位隔震减震系统，其特征在于：所述上连接板（1）的边缘处分布有若干个螺栓I（2），螺栓I（2）朝上伸出上连接板（1）；

所述下连接板（3）的边缘处均匀分布有若干个螺栓II（4），螺栓II（4）朝下伸出下连接板（3）。

Images