CN115405145A - 一种装配式变阻尼减震装置及减震方法、混凝土框架节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式变阻尼减震装置及减震方法、混凝土框架节点，包括阻尼器单元、第一连接钢板、第二连接钢板、第一粘弹性材料块和第二粘弹性材料块，所述阻尼器单元包括多个串联的自复位粘弹性阻尼器，阻尼器单元的两端分别连接有传力单元形成一个装配式变阻尼减震装置，第一连接钢板和第二连接钢板分别连接在两个传力单元的端部，第一连接钢板和第二连接钢板分别用于与混凝土框架节点连接；在小震时通过第一环形粘弹性材料块进行减震耗能，减小框架节点的动力响应；在大震时，自复位粘弹性阻尼器中个耗能部件同时形变共同减震耗能；该装配式变阻尼减震装置各部件采用装配式连接，有助于推动混凝土框架节点的产业化生产制作和推广，现场便捷灵活施工。
Description
技术领域
本发明涉及装配式混凝土结构的耗能减震技术领域，具体为一种装配式变 阻尼减震装置及减震方法、混凝土框架节点。
背景技术
装配式混凝土框架结构由于具有生产效率高、节约劳动力、环境污染小、 符合可持续发展的要求等优势，我国对装配式混凝土框架结构大力推广使用。 而梁柱节点区域往往是装配式混凝土框架结构中是最关键并且最薄弱的环节， 该区域易发生损伤破坏，导致结构的整体横向承载能力的严重退化，甚至导致 完全坍塌，难以满足“强节点弱构件”抗震设计要求，震后修复困难。因此如 何提升装配式混凝土框架节点抗震性能及可恢复性能是急需解决的问题。
粘弹性阻尼器具有构造简单，造价低廉、减震效果良好等优势，成为最受 欢迎的结构减震增强技术之一。传统的粘弹性减震器通常采用整体高温高压硫 化工艺制作而成，只能提供固定的刚度和阻尼性能，不能根据各类装配式混凝 土框架节点所需刚度和阻尼性能进行灵活调节。导致减震器所需规格差异较大， 所需硫化箱和模具的种类较多，经济成本较高，不便于产业化生产制作和推广， 不利于现场灵活施工。
而装配式混凝土框架节点在不同外界激励下，其所需的最佳阻尼力不同， 同时，现有的粘弹性减震器体型较大，在加工制造过程中所需要的成型模具和 高温高压硫化机均需较大型号，且粘弹性减震器成型模具的重复利用率较低， 容易造成资源的浪费、加工制造不经济且加工过程复杂。
综合上述，一种装配式变阻尼粘弹性减震混凝土框架节点及其抗震方法的 开发很有必要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种装配式变阻尼减震装置及减 震方法、混凝土框架节点。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，包括多个串联的自复位粘弹性阻尼器 组成的阻尼器单元，阻尼器单元的两端设置有耗能结构，耗能结构用于连接混 凝土框架节点的梁和柱；
所述自复位粘弹性阻尼器包括壳体、活塞板、活塞杆、第三粘弹性材料块、 第一弹簧、第一环形粘弹性材料块和第二弹簧；
所述活塞板沿径向设置在壳体中，活塞杆的一端与活塞板连接，另一端延 伸出壳体的端部，壳体的另一端设有连接部，相邻两个自复位粘弹性阻尼器， 其中一个自复位粘弹性阻尼器的活塞杆与另一个自复位粘弹性阻尼器的连接部 连接；
所述第一弹簧和第三粘弹性材料块设置在活塞板的一侧，并且第一弹簧位 于第三粘弹性材料块和活塞板之间，第二弹簧设置在活塞板的另一侧，第二弹 簧的两端分别与壳体和活塞板固接，第二弹簧的外部设置有第一套筒，第一环 形粘弹性材料块设置在第一套筒和壳体的侧壁之间，第一环形粘弹性材料块的 下端设置有第二环形粘弹性材料块，第二环形粘弹性材料块与壳体的内端面固 接。
优选的，所述第一内钢筒的上端与活塞板连接，第一内钢筒的下端与壳体 的底部预留有移动空间。
优选的，所述第二环形粘弹性材料块，并位于第一内钢筒底部。
优选的，所述活塞杆位于壳体外部的端部设置有螺纹，连接部为与该螺纹 配合的螺纹帽。
优选的所述第三粘弹性材料块与第一弹簧之间设置有传力钢板。
优选的所述阻尼器单元的两端分别连接有传力单元，传力单元通过连接钢 板与梁或柱连接，耗能结构设置在连接钢板上。
优选的，所述耗能结构为第二站弹性材料块，所述连接钢板的一侧与传力 单元连接，第二站弹性材料块设置在连接钢板另一侧，当连接钢板与梁或柱连 接，耗能结构在梁或柱与连接钢板之间。
优选的，所述连接钢板的一侧设置有凹槽，第二站弹性材料块粘接在凹槽 中。
一种装配式变阻尼粘弹性减震装置的减震方法，当装配式混凝土框架节点 受到小震和风振作用时，自复位粘弹性阻尼器发生位移变形，第一环形粘弹性 材料块剪切变形进行减震耗能，减小框架节点的动力响应；
当装配式混凝土框架节点受到大震作用时，自复位粘弹性阻尼器发生位移 变形，所述第一环形粘弹性材料块剪切变形、第三粘弹性材料块挤压变形、第 二环形粘弹性材料块挤压变形和耗能结构挤压变形进行共同减震耗能，减小框 架节点的动力响应，同时第三粘弹性材料块和第二环形粘弹性材料块发生挤压 变形起到限位作用，防止或减少第一环形粘弹性材料块发生剪切破坏。
一种减震混凝土框架节点，包括装配式混凝土框架节点和多个装配式变阻 尼粘弹性减震装置；
所述装配式混凝土框架节点包括预制混凝土梁和预制混凝土柱，相邻两个 预制混凝土梁和预制混凝土柱之前分别设置一个装配式变阻尼粘弹性减震装置， 相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置对称设置在预制混凝土梁或预制混凝土 柱的两侧，并且相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置相互靠近的一端通过连 接件单元相互连接，使多个装配式变阻尼粘弹性减震装置和装配式混凝土框架 节点形成一个闭合的自复位整体减震系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种装配式变阻尼减震装置，包括多个串联的自复位粘弹性 阻尼器组成的阻尼器单元，阻尼器单元的两端设置有耗能结构，耗能结构用于 连接混凝土框架节点的梁和柱，可通过调节自复位粘弹性阻尼器的装配数量实 现装配式变阻尼减震装置阻尼力的大小，同时可以通过控制相邻两个自复位粘 弹性阻尼器连接部位的长度调节阻尼力，在小震时通过第一环形粘弹性材料块 进行减震耗能，减小框架节点的动力响应；在大震时，自复位粘弹性阻尼器中 个耗能部件同时形变共同减震耗能；该装配式变阻尼减震装置各部件采用装配 式连接，有助于推动混凝土框架节点的产业化生产制作和推广，现场便捷灵活 施工。
进一步，在壳体的端部设置螺纹帽，通过协同调节各螺纹帽与活塞杆拧紧 螺纹数调节装配式变阻尼粘弹性减震装置整体的减震力，并通过活塞杆上的刻 度尺实时读取，便于灵活准确的进行调节和后期观察。
本发明提供的一种混凝土框架节点，装配式混凝土框架节点和多个装配式 变阻尼粘弹性减震装置连接形成一个闭合的自复位整体减震增强系统，大幅度 增强了该减震增强系统的整体性和稳定性，将梁柱节点区域损伤成功转移到梁 区域，使其消能减震能力和损伤控制效果大幅度提高大幅度，提升节点的抗震 能力及自复位能力，自复位整体减震增强系统在小震和风振、大震和强风均有 较好的减震耗能效果，自复位粘弹性阻尼器在工作中可提供较大的弹性恢复刚 度，提升了框架节点可恢复的能力，保证了节点震后易修复，有效地保护了梁 柱节点，保证了“强节点弱构件”的抗震设计要求，大幅度提升装配式混凝土 框架节点抗震性能。
附图说明
图1是本发明装配式变阻尼粘弹性减震混凝土框架节点的整体结构主视图；
图2是图1中本发明自复位粘弹性阻尼器的主视图；
图3是图1中本发明自复位粘弹性阻尼器中外围钢筒、圆柱形粘弹性材料 块和活塞杆A-A向剖视图；
图4是图1中本发明自复位粘弹性阻尼器中外围钢筒、第一环形粘弹性材 料块、第一内钢筒和第二弹簧B-B向剖视图；
图5是图1中本发明自复位粘弹性阻尼器单元中外围钢筒、第二环形粘弹 性材料块和第三内钢筒C-C向剖视图；
图6是本发明第一连接钢板的主视图；
图7是本发明第二连接钢板的主视图；
图8是本发明第一连接钢板的底侧立面图；
图9是本发明第二连接钢板的底侧立面图；
图10是本发明第一粘弹性材料块的主视图；
图11是本发明第二粘弹性材料块的主视图；
图中：1自复位粘弹性阻尼器，2传力单元，3第一连接钢板，4第二连接 钢板，5第一粘弹性材料块，6第二粘弹性材料块，7第一连接件单元，8第二 连接件单元，9预制混凝土柱，10预制混凝土梁，11活塞杆，12上密封钢板， 13第三粘弹性材料块，14壳体，15传力钢版，16第一弹簧，17活塞板，18 第一内钢筒，19第二内钢筒，20第三内钢筒，21第二弹簧，22第一环形粘弹 性材料块，23第二环形粘弹性材料块，24下密封钢板，25螺纹帽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不 是限定。
参阅图1-11，一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，包括阻尼器单元、第一 连接钢板3、第二连接钢板4、第一粘弹性材料块5和第二粘弹性材料块6。
所述阻尼器单元包括多个串联的自复位粘弹性阻尼器，阻尼器单元的两端 分别连接有传力单元2，形成一个自复位粘弹性消能减震支撑单元，第一连接 钢板3和第二连接钢板4分别连接在两个传力单元2的端部，第一连接钢板3 和第二连接钢板4分别用于与混凝土框架节点连接。
所述自复位粘弹性阻尼器1包括壳体14、活塞板17、活塞杆11、第三粘 弹性材料块13、第一弹簧16、第一环形粘弹性材料块22和第二弹簧21。
所述活塞板17沿径向设置在壳体14中，活塞杆11的一端与活塞板17的 中心连接，另一端延伸出壳体14的端部，壳体14的另一端设有连接部，第一 弹簧16和第三粘弹性材料块13设置在活塞板17的一侧，并且第一弹簧16位 于第三粘弹性材料块13和活塞板17之间，第二弹簧21设置在活塞板17的另 一侧，第二弹簧21的两端分别与壳体的内端面和活塞板17固接，第一环形粘 弹性材料块22位于第二弹簧21和壳体14的侧壁支架；相邻两个自复位粘弹性 阻尼器1，其中一个自复位粘弹性阻尼器1的活塞杆与另一个自复位粘弹性阻 尼器1的连接部连接。
参阅图2-5，所述壳体14为两端封闭的空心圆筒结构，所述第三粘弹性材 料块为圆柱形结构，其中心设置有用于穿过活塞杆的通孔，活塞板17上侧与活 塞杆11一端焊接固定，第一弹簧16套设在活塞杆上，其一端与活塞板17抵接， 另一端设置有传力钢板15，第三粘弹性材料块套设在活塞杆上并位于传力钢板 15的顶部和壳体的内端面之间，活塞杆11的另一端伸出至壳体14的端部，并 且活塞杆11的上部设置有刻度尺。
所述活塞板17的下侧和壳体14下端的内端面上分别固定设置有第二内钢 筒19和第三内钢筒20，所述第二内钢筒19上设置有螺牙，第二内钢筒19通 过螺牙与第二弹簧21的上端装配连接，所述第二弹簧21的下端与第三内钢筒 20螺牙装配连接；所述活塞板17的下侧还设置有第一内钢筒18，第一内钢筒 18的上端与活塞板17固接，第一环形粘弹性材料块22设置在所述第一内钢筒 18与壳体14之间。
所述壳体14包括筒体，以及设置在两端上密封钢板12和下密封钢板24， 所述活塞杆的上端从上密封钢板穿过，所述连接部设置在下密封钢板24的底面， 所述连接部为与活塞杆端部螺纹配合的螺纹帽25，第三内钢筒20固接在下密 封钢板24的顶面，下密封钢板24的顶面有一定厚度的第二环形粘弹性材料块 23，相邻自复位粘弹性阻尼器1，一个阻尼器单元活塞杆上端与另外一个阻尼 器单元下端的螺纹帽25螺纹装配连接。
所述的传力单元2为钢支撑或形状记忆合支撑。
所述第二内钢筒19与第三内钢筒20内径和外径相同，间隔距离为50mm～ 100mm，所述第一内钢筒18端面与第二环形粘弹性材料块23之间相距50mm～ 100mm，所述第二环形粘弹性材料块23端面与活塞钢板之间相距40mm～80mm， 所述第一内钢筒18内径比与第二内钢筒19外径大40mm～80mm。
所述活塞杆为圆柱钢杆，所述第三粘弹性材料块13中间开设通孔的直径比 活塞杆直径大3mm～8mm，壳体14内径比第三粘弹性材料块13的外径大 3mm～8mm，第三粘弹性材料块与壳体的侧壁无连接。
所述第一环形粘弹性材料块22的两侧分别与第一内钢筒18的外侧壁和壳 体14的内侧壁采用高温高压硫化或强力胶粘剂进行连接，所述第二环形粘弹性 材料块23与第三内钢筒20的外壁、壳体14内壁、下密封钢板24的顶面之间 强力胶粘剂进行连接，所述上密封钢板、下密封钢板24与筒体通过螺纹装配连 接，或焊接固定连接。
所述第一连接钢板3和第二连接钢板4的结构相同，第一连接钢板3和第 二连接钢板4的外侧分别开设有第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，第一粘弹性材 料块5、第二粘弹性材料块6分别嵌入第一矩形凹槽和第二矩形凹槽之中，第 一连接钢板3和第二连接钢板4上均设置有螺栓孔，矩形凹槽的深度均为 10mm～30mm。
一种减震混凝土框架节点，包括装配式混凝土框架节点和多个装配式变阻 尼粘弹性减震装置。
所述装配式混凝土框架节点包括多个预制混凝土梁和预制混凝土柱，相邻 两个预制混凝土梁和预制混凝土柱之前分别设置一个装配式变阻尼粘弹性减震 装置，相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置对称设置在预制混凝土梁或预制 混凝土柱的两侧，并且相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置相互靠近的一端 通过连接件单元相互连接，使多个装配式变阻尼粘弹性减震装置和装配式混凝 土框架节点形成一个闭合的自复位整体减震增强系统；
所述装配式混凝土框架节点的预制混凝土梁和预制混凝土柱采用干连接或 湿连接方式进行装配连接，所述第一粘弹性材料块5设置在第一连接钢板3与 预制混凝土柱之间，所述第二粘弹性材料块6设置在第二连接钢板与预制混凝 土梁之间。
位于同一预制混凝土梁两侧的两个第一连接钢板通过第一连接件单元7装 配连接，位于同一预制混凝土柱两侧的两个第二连接钢板通过第二连接件单元 8装配连接。
所述第一连接件单元7和第二连接件单元8为一端带螺纹的螺栓或两端带 螺纹的螺栓。螺栓穿过连接钢板、弹性材料块和预制混凝土柱将两个装配式变 阻尼粘弹性减震装置连接。
下面对本发明提供的装配式变阻尼粘弹性减震装置的抗震方法进行详细的 说明。
(1)根据所述装配式混凝土框架节点的设计参数、形式以及受到外界荷载 激励作用的特点，确定装配式变阻尼粘弹性减震装置所需阻尼力的大小、数量、 布置位置和角度，通过灵活调节自复位粘弹性阻尼器的装配数量实现自复位粘 弹性消能减震支撑阻尼力的大小；
(2)装配式变阻尼粘弹性减震装置安装在装配式混凝土框架节点形成一个 闭合的自复位整体减震增强系统，大幅度提升节点的抗震能力及自复位能力；
(3)通过协同调节各螺纹帽25与活塞杆拧紧螺纹数灵活调节自复位粘弹 性阻尼器或装配式变阻尼粘弹性减震装置的预紧力，并通过活塞杆上的刻度尺 实时读取，以便于灵活准确的进行调节和后期观察；
(4)当装配式混凝土框架节点受到小震和风振作用时，自复位粘弹性阻尼器发 生小位移变形，主要由所述第一环形粘弹性材料块22剪切变形进行减震耗能， 减小框架节点的动力响应，防止框架节点发生疲劳破坏；
当装配式混凝土框架节点受到大震和强风作用时，自复位粘弹性阻尼器1 发生大位移变形，由所述第一环形粘弹性材料块22剪切变形、第三粘弹性材料 块13挤压变形、第二环形粘弹性材料块23挤压变形、第一粘弹性材料块5挤 压变形、第二粘弹性材料块6挤压变形进行共同减震耗能，减小框架节点的动 力响应，防止框架节点发生严重损伤破坏和失效，同时第三粘弹性材料块13 和第二环形粘弹性材料块23发生挤压变形可提供较大的刚度，起到限位作用， 确保第一环形粘弹性材料块22不过早发生剪切破坏；
同时，自复位粘弹性阻尼器1在工作中可提供较大的弹性恢复刚度，提升 了框架节点可恢复的能力，保证了节点震后易修复。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入 本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，包括多个串联的自复位粘弹性阻尼器组成的阻尼器单元，阻尼器单元的两端设置有耗能结构，耗能结构用于连接混凝土框架节点的梁和柱；
所述自复位粘弹性阻尼器(1)包括壳体(14)、活塞板(17)、活塞杆(11)、第三粘弹性材料块(13)、第一弹簧(16)、第一环形粘弹性材料块(22)和第二弹簧(21)；
所述活塞板(17)沿径向设置在壳体(14)中，活塞杆(11)的一端与活塞板(17)连接，另一端延伸出壳体(14)的端部，壳体(14)的另一端设有连接部，相邻两个自复位粘弹性阻尼器(1)，其中一个自复位粘弹性阻尼器的活塞杆与另一个自复位粘弹性阻尼器的连接部连接；
所述第一弹簧(16)和第三粘弹性材料块(13)设置在活塞板(17)的一侧，并且第一弹簧(16)位于第三粘弹性材料块(13)和活塞板(17)之间，第二弹簧(21)设置在活塞板(17)的另一侧，第二弹簧(21)的两端分别与壳体和活塞板(17)固接，第二弹簧(21)的外部设置有第一套筒(18)，第一环形粘弹性材料块(22)设置在第一套筒(18)和壳体(14)的侧壁之间，第一环形粘弹性材料块(22)的下端设置有第二环形粘弹性材料块(23)，第二环形粘弹性材料块(23)与壳体的内端面固接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述第一内钢筒(18)的上端与活塞板(17)连接，第一内钢筒(18)的下端与壳体(14)的底部预留有移动空间。
3.根据权利要求1所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述第二环形粘弹性材料块，并位于第一内钢筒(18)底部。
4.根据权利要求1所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述活塞杆位于壳体外部的端部设置有螺纹，连接部为与该螺纹配合的螺纹帽(25)。
5.根据权利要求1所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述第三粘弹性材料块与第一弹簧(16)之间设置有传力钢板(15)。
6.根据权利要求1所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述阻尼器单元的两端分别连接有传力单元(2)，传力单元(2)通过连接钢板与梁或柱连接，耗能结构设置在连接钢板上。
7.根据权利要求6所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述耗能结构为第二站弹性材料块，所述连接钢板的一侧与传力单元连接，第二站弹性材料块设置在连接钢板另一侧，当连接钢板与梁或柱连接，耗能结构在梁或柱与连接钢板之间。
8.根据权利要求6所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置，其特征在于，所述连接钢板的一侧设置有凹槽，第二站弹性材料块粘接在凹槽中。
9.一种权利要求1-8任一项所述的一种装配式变阻尼粘弹性减震装置的减震方法，其特征在于，
当装配式混凝土框架节点受到小震和风振作用时，自复位粘弹性阻尼器发生位移变形，第一环形粘弹性材料块剪切变形进行减震耗能，减小框架节点的动力响应；
当装配式混凝土框架节点受到大震作用时，自复位粘弹性阻尼器发生位移变形，所述第一环形粘弹性材料块剪切变形、第三粘弹性材料块(13)挤压变形、第二环形粘弹性材料块挤压变形和耗能结构挤压变形进行共同减震耗能，减小框架节点的动力响应，同时第三粘弹性材料块和第二环形粘弹性材料块发生挤压变形起到限位作用，防止或减少第一环形粘弹性材料块发生剪切破坏。
10.一种减震混凝土框架节点，其特征在于，包括装配式混凝土框架节点和多个装配式变阻尼粘弹性减震装置；
所述装配式混凝土框架节点包括预制混凝土梁和预制混凝土柱，相邻两个预制混凝土梁和预制混凝土柱之前分别设置一个装配式变阻尼粘弹性减震装置，相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置对称设置在预制混凝土梁或预制混凝土柱的两侧，并且相邻两个装配式变阻尼粘弹性减震装置相互靠近的一端通过连接件单元相互连接，使多个装配式变阻尼粘弹性减震装置和装配式混凝土框架节点形成一个闭合的自复位整体减震系统。
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- 2022-07-28 CN CN202210901437.7A patent/CN115405145A/zh active Pending
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