CN203684433U - 菱形桁架式阻尼器变形增幅装置 - Google Patents

菱形桁架式阻尼器变形增幅装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及用于建筑结构减振控制的耗能阻尼器的变形增幅装置，尤其涉及一种菱形桁架式阻尼器变形增幅装置。它包括四根刚性杆，所述的四根刚性杆两两铰接形成菱形，所述的菱形的长对角线上的两个铰接点通过梁柱节点板与建筑结构相邻两层间的梁柱节点连接，所述的菱形的短对角线上的两个铰接点之间设置有阻尼器。本实用新型的有益效果在于：1、构造简单，制作方便，实用经济。2、能使阻尼器产生较大变形，耗能高，减振效果好，保证建筑结构的安全性。

Description

菱形桁架式阻尼器变形增幅装置
技术领域
本实用新型涉及用于建筑结构减振控制的耗能阻尼器的变形增幅装置，尤其涉及一种菱形桁架式阻尼器变形增幅装置。
背景技术
当建筑结构遭受水平地震荷载或风荷载等动力荷载时，结构会产生水平向的振动，结构的振动会影响室内居住的舒适度，严重时会导致结构构件的破坏，从而影响建筑结构的安全性。为减轻建筑结构在动力荷载下的振动，耗能减振阻尼器逐渐在建筑结构中得到广泛应用。不管是位移相关型阻尼器还是速度相关型阻尼器，其基本原理均是通过阻尼器两端的相对运动产生的相对位移来耗能。一般来说，这种相对位移越大，其耗能效果越好。目前通常的阻尼器安装方法是，通过刚性支撑将阻尼器连接在对角的梁柱节点上，阻尼器的变形方向与所连接的梁柱节点方向一致。即，若忽略刚性支撑的变形和节点板的变形损失，阻尼器的变形与梁柱节点的相对位移相等。由于实际结构中并不允许建筑结构出现过大变形，因此阻尼器的变形非常有限，随之而产生的耗能能力也非常有限，减振效果并不理想。因此，我们需要一种耗能能力强，减振效果好的装置，来提高阻尼器的工作效率，以保护建筑结构的安全。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、耗能能力强，减振效果好的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置。
本实用新型所采用的技术方案是：一种菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，它包括四根刚性杆，所述的四根刚性杆两两铰接形成菱形，所述的菱形的长对角线上的两个铰接点通过梁柱节点板与建筑结构相邻两层间的梁柱节点连接，所述的菱形的短对角线上的两个铰接点之间设置有阻尼器。
按上述方案，所述的阻尼器采用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、油阻尼器或金属阻尼器。
按上述方案，所述的阻尼器的变形方向与菱形桁架式阻尼器变形增幅装置在建筑结构上的安装方向垂直。
按上述方案，所述的菱形的长对角线与建筑结构相邻两层间的梁柱节点的对角线重合。
菱形桁架式阻尼器变形增幅装置的两个较小内角铰接点连接到梁柱节点上，结构变形首先传递给菱形桁架的长对角线方向（即较小内角的对角方向），该变形会引起菱形桁架整体变形，即也引起短对角线方向的变形。当长对角线方向被压缩时，短对角线方向被拉伸；长对角线方向被拉伸时，短对角线方向被压缩。由于菱形桁架的两个对角线方向上的内角大小不同，较大内角方向（短对角线方向）上的变形比较小内角方向（长对角线方向）上的变形大。阻尼器安装在较大内角方向（短对角线方向），结构的变形被放大后间接地传递给耗能阻尼器，阻尼器可以获得更大的变形量，可以耗散更多振动能量，向建筑结构提供更高的阻尼比，达到高效化设计的目的。
本实用新型的有益效果在于：1、构造简单，制作方便，实用经济。2、能使阻尼器产生较大变形，耗能高，减振效果好，保证建筑结构的安全性。
附图说明
图1是本实用新型菱形桁架式阻尼器变形增幅装置的构成及安装示意图；
图2是本实用新型菱形桁架式阻尼器变形增幅装置的计算简图；
图3是实施例的滞回曲线(菱形桁架较小内角α=60°)；
图4是实施例的滞回曲线(菱形桁架较小内角α=30°)。
图中：1、梁，2、柱，3、梁柱节点板，4、刚性杆，5、阻尼器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
如图1所示，一种菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，它包括四根等长刚性杆4，所述的四根等长刚性杆4两两铰接形成菱形，菱形的长对角线上的两个铰接点A、B通过梁柱节点板3与建筑结构相邻两层间的梁柱节点（同一平面上的梁1和柱2的交接点）连接，菱形的短对角线上的两个铰接点C、D之间设置有阻尼器5；阻尼器5的变形方向与菱形桁架式阻尼器变形增幅装置在建筑结构上的安装方向垂直。
为了达到更好减振效果，所述的菱形的长对角线与建筑结构相邻两层间的梁柱节点的对角线重合。
本实施例中，菱形的对角线AB方向的内角∠CAD和∠CBD的初始角度为α，且α<90°，另一对角线CD方向上内角∠ACB和∠ADB的初始角度为(180-α)°。较小内角的铰接点即A点和B点连接到梁柱节点板3上，通过梁柱节点板3将菱形桁架式阻尼器变形增幅装置所产生的力传递至梁1和柱2的节点中心。较大内角的铰接点C点和D点间安装一台线性粘滞阻尼器。
图2为菱形桁架式阻尼器变形增幅装置的计算简图，图中粗实线为变形前的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，粗虚线为变形后的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，O点为菱形桁架式阻尼器变形增幅装置的两条对角线的交点。当菱形桁架式阻尼器变形增幅装置在AB方向被压缩时，CD方向会被拉伸；当菱形桁架式阻尼器变形增幅装置在AB方向被拉伸时，CD方向会被压缩。由于四根刚性链杆为刚性杆，忽略其轴向变形。以⊿AOC为例，设初始状态下⊿AOC的边长分别为                                                
Figure 997759DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 33848DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 191160DEST_PATH_IMAGE003
，它们满足式（1）的关系；
                                             (1)
当A、O产生变形
Figure 715125DEST_PATH_IMAGE005
时，C、O间产生变形
Figure 402458DEST_PATH_IMAGE006
。由于菱形对称变形，⊿AOC仍为直角三角形。此时式（1）改写为式（2）或式（3）；
Figure 730671DEST_PATH_IMAGE007
                                (2)
Figure 339507DEST_PATH_IMAGE008
                                 (3)
由于菱形对称变形，始终满足式（4），式（5a, 5b）：
Figure 44158DEST_PATH_IMAGE009
                                          (4)
 ,    
Figure 553954DEST_PATH_IMAGE011
                              (5a, 5b)
式（2）对时间t求导，并根据式（5b），可得C、O间变形速度
Figure 181244DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 627269DEST_PATH_IMAGE013
                                     (6)
若C、D间安装有线性粘滞阻尼器，
Figure 289195DEST_PATH_IMAGE014
为阻尼系数，则阻尼力
Figure 959210DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 542638DEST_PATH_IMAGE016
                                                 (7)
而安装有粘滞阻尼器的变形增幅装置整体在AB方向上的力
Figure 822048DEST_PATH_IMAGE017
为，
Figure 338480DEST_PATH_IMAGE018
                   (8)
式（4），（6）代入式（8）可得：
Figure 648238DEST_PATH_IMAGE019
                                  (9)
现假设在A、B两点间施加正弦变形
Figure 250121DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 834686DEST_PATH_IMAGE021
=
Figure 674466DEST_PATH_IMAGE022
,则A、B两点间的相对变形速度为
Figure 686284DEST_PATH_IMAGE023
,令
Figure 509884DEST_PATH_IMAGE024
=5cm,=,
Figure 243988DEST_PATH_IMAGE027
=200cm,
Figure 820463DEST_PATH_IMAGE014
=1kN·s/cm。根据式（9），现考虑两种情况：（1）初始角度α=60°，安装变形增幅装置的线性粘滞阻尼器在A、B两点间的变形
Figure 248295DEST_PATH_IMAGE028
-力
Figure 797088DEST_PATH_IMAGE029
的关系曲线如图3中的实线所示；（2）初始角度α=30°，变形
Figure 416288DEST_PATH_IMAGE028
-力
Figure 214480DEST_PATH_IMAGE029
的关系曲线如图4中的实线所示。由于变形过程中，菱形桁架式阻尼器变形增幅装置形状持续变化，变形增幅比例也在变化，因此本菱形桁架式阻尼器变形增幅装置产生的粘滞阻尼器的滞回曲线不是标准的椭圆。
为了比较，图3和图4中虚线表示不使用菱形桁架式阻尼器变形增幅装置而将阻尼器直接连接在A、B两点时的变形
Figure 147801DEST_PATH_IMAGE028
-力
Figure 347838DEST_PATH_IMAGE029
的关系曲线。通过对比可见本菱形桁架式阻尼器变形增幅装置对提高阻尼器耗能能力效果非常明显，且初始角度α越小变形及耗能增幅比例越大。
当结构在水平荷载下产生层间变形时，本菱形桁架式阻尼器变形增幅装置可将结构层间对角节点间的相对位移放大后传递给阻尼器，阻尼器可获得比结构对角节点间相对位移更大的变形量，从而可更高程度的发挥阻尼器的耗能作用。本菱形桁架式阻尼器变形增幅装置构造简单，高效实用。
本菱形桁架式阻尼器变形增幅装置适用于多种常用耗能阻尼器，如粘滞阻尼器，粘弹性阻尼器，油阻尼器和金属阻尼器等。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，其特征在于：它包括四根刚性杆，所述的四根刚性杆两两铰接形成菱形，所述的菱形的长对角线上的两个铰接点通过梁柱节点板与建筑结构相邻两层间的梁柱节点连接，所述的菱形的短对角线上的两个铰接点之间设置有阻尼器。
2.如权利要求1所述的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，其特征在于：所述的阻尼器采用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、油阻尼器或金属阻尼器。
3.如权利要求1或2所述的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，其特征在于：所述的阻尼器的变形方向与菱形桁架式阻尼器变形增幅装置在建筑结构上的安装方向垂直。
4.如权利要求1所述的菱形桁架式阻尼器变形增幅装置，其特征在于：所述的菱形的长对角线与建筑结构相邻两层间的梁柱节点的对角线重合。
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