CN210086564U - 一种高能耗阻尼墙 - Google Patents

Abstract

一种高能耗阻尼墙，属于高层结构减振技术领域。包括阻尼板外框、阻尼板和T形结构；所述阻尼板外框固定在下部楼板上；在阻尼板外框内设置多个阻尼板，在阻尼板外框内及相邻阻尼板间形成的工作腔室内均填充有剪切增稠液体；所述T形结构水平部与相邻上一楼层结构固接，下部竖直部穿入阻尼板外框及阻尼板，端部连接于阻尼板底边，两侧分别连接阻尼板及阻尼板外框；阻尼板内部设置若干剪式机构，剪式机构一端与T形结构固接，另一端与阻尼钢板定向铰接，且剪式机构均与阻尼板板面平行设置；当高层结构产生晃动时，相邻楼层的动力通过剪式机构放大，阻尼板以较大的速率挤压STF，激发STF的剪切增稠性能，瞬间产生高阻尼力并消耗外界输入的能量。

Description

一种高能耗阻尼墙

技术领域

本发明属于高层结构减振技术领域，特别是涉及一种高耗能阻尼墙。

背景技术

上世纪80年代以来，随着改革开放的不断深入，高层建筑也伴随着发展了起来。高层的住宅建筑给城市人口剧增提供了保障，因此，在大中型城市的中心地区，建造高层建筑就变得势在必行。

在美国，高层建筑的的发展已经成熟，而我国的高层建筑发展的黄金时期为上世纪80-90年代，无论是高层建筑的质量还是数量都得到了飞速的发展。如1998年的上海金茂大厦，共88层，高达420米；1996年在广州建成的中信广场，层数为80层，高度391米。此后，我国高层建筑建设的热度一直居高不下，建设地点已经蔓延到了中小型城市。据统计，2015年世界共有106座超过200米以上的高层建筑建成，其中，中国建成62座，占到了总数的一半以上；这足以说明高层建筑在我国的发展势头之猛烈。

随着高层建筑的不断发展，在地震或风振发生时保证高层建筑内部居民的生命财产安全成为一个不可避免的问题。高层建筑下的减振技术成为近年来土木工程学科的热门研究领域。目前，应用于高层结构的消能减振技术较传统的抗震抗风加固技术相比，具有更安全，更经济，技术更加合理的优点而被广泛应用于高层结构中。减振技术作为一种抗震、抗风的重要途径，近年来在日本等发达国家得到了良好的应用，在我国还有待更深入的发展。其研究方向大体上分为三个：基础隔振、被动耗能减振和半主动控制。其中，被动耗能减振技术是目前最有效的减振技术手段。这些减振技术主要包括：粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼墙、粘弹性阻尼墙、摩擦阻尼器，调频质量阻尼器等。其中，粘滞阻尼墙因其厚度薄，减振效果明显，其外观也符合建筑要求而备受青睐。但是传统的粘滞阻尼墙存在阻尼材料不智能，阻尼强度不够等缺陷。

剪切增稠液(Shear thickening fluid，STF)作为一种新兴的智能材料，已经受到了越来越多的科研工作者的关注。剪切增稠液是由分散剂和分散相组成，分散剂为极性溶剂，如：乙二醇，聚乙二醇等；分散相为微米或纳米尺度颗粒，如：二氧化硅等。在通常情况下，STF表现为液态，当适当剪切作用下，STF的粘度会随着外部剪切速率的增加而迅速上升，这种粘度的上升可以达到几个数量级，在高速外荷载的作用下，STF可以有液体转化为类固体甚至为固体的状态，并且过程可逆。同时，STF还具有过程可逆，响应快速的特点。

发明内容

针对风或地震发生时传统粘滞阻尼墙在高层建筑上部存在阻尼力恒定且有限等问题，本发明提供一种高耗能阻尼墙，该阻尼墙利用剪式机构放大了相邻楼层间的动力响应，使其激发STF的剪切增稠机制，瞬间产生高阻尼力，从而消耗外界能量，由于STF具有瞬时响应，高耗能，过程可逆且无需外界能量的输入等特点，因此，本发明具有智能、响应快，高耗能等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种高能耗阻尼墙，包括阻尼板外框、阻尼板和T形结构；

所述阻尼板外框下部固定在下层楼板上；

在阻尼板外框内设置多个阻尼板，在阻尼板外框内及相邻阻尼板间形成工作腔室，所述工作腔室内均填充有剪切增稠液体；

所述T形结构上部水平部与相邻上一楼层下部结构固接，下部竖直部穿入阻尼板外框及阻尼板，端部连接于阻尼板底边，两侧分别连接阻尼板及阻尼板外框；

阻尼板内部设置若干剪式机构，剪式机构一端与T形结构固接，另一端与阻尼钢板定向铰接，且剪式机构均与阻尼板板面平行设置；

当高层结构产生晃动时，相邻楼层的动力通过剪式机构放大，阻尼板以较大的速率挤压STF，迫使STF流经阻尼板间隙，在相邻阻尼板间隙及阻尼板和阻尼板外框间隙的约束和较大速率作用下，激发STF的剪切增稠性能，从而瞬间产生高阻尼力并消耗外界输入的能量。

优选地，所述T形结构与阻尼板外框之间的连接处采用高弹性橡胶材料连接。

优选地，所述T形结构与阻尼板之间的连接处采用不透水材料连接，所述不透水材料具有弹性且伸长度大于阻尼板活动的距离。

优选地，相邻所述阻尼板之间的间距为0.5mm-2.0mm。

优选地，所述阻尼板为轻质高强复合材料。

优选地，所述阻尼板为钢板。

优选地，每块所述阻尼板内部剪式机构相对于T型结构单列对称设置多排。

优选地，所述剪式机构为多推式速率放大装置，由伸缩杆、伸缩架和铰接头组成，其伸缩杆杆端与T形结构竖直部位固接，铰接头端与阻尼板定向铰接，伸缩杆杆端和铰接头之间设置多个依次连接的伸缩架。

优选地，所述伸缩架为X形架，相邻X形架端部铰接。

优选地，所述伸缩杆的套筒端连接在靠近杆端的X形架的中间铰接点上，靠近伸缩杆套筒的X形架端部铰接点上设置有安装伸缩杆的框架，伸缩杆的伸缩端伸出框架端部，连接在T型结构的竖直部。

本发明的有益效果为：

1.本发明基于STF和剪式机构设计了一种新型阻尼墙。采用本发明的技术方案，当高层建筑振动时，阻尼墙的T形结构会在相邻楼层速率响应间产生一个相对速率，其阻尼钢板内部的剪式机构会放大此相对速率，以使阻尼板将以较大速率挤压内部的STF，使内部的STF在此速率下迅速发生剪切增稠效应，从而在阻尼墙的内部产生一个很大的阻尼力，并消耗外界传递给结构体系的能量，宏观表现为减小建筑结构随着外部荷载的晃动。

2.与传统粘滞阻尼墙相比，本发明的技术方案充分利用了STF剪切增稠的高耗能特性，通过剪式机构对高层建筑层的相对速率进行多倍放大，使整个装置在振动开始时迅速反应，解决了传统粘滞阻尼墙在高层结构的应用中存在响应慢、耗能低的问题。

3.本发明外框架为完全密闭，生产工艺简单，降低生产成本，改善了传统粘滞阻尼墙生产工艺复杂，密闭性不严等问题。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图。

图2是本发明的俯视剖面图。

图3是本发明中剪式机构的结构示意图。

图中：1.连接件Ⅰ，2.阻尼板外框，3.不透水材料，4.工作腔室，5.剪式机构，6.阻尼板，7.高弹性橡胶，8.T形结构，9.连接件Ⅱ,10.下部楼板，11.构造柱，12.主梁，13.墙体，14.杆端，15.伸缩架，16.铰接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：如图1、图2所示，本发明包括一种高能耗阻尼墙，包括设置于墙体内的阻尼板外框、阻尼板及T形结构；

阻尼板外框2，下部通过连接件Ⅰ1固定在下层楼板10上；

在阻尼板外框2内设置多个阻尼板6，本例平行设置三个阻尼板6，在阻尼板外框2内及相邻阻尼板6间形成工作腔室4，所述工作腔室4内填充有剪切增稠液体；在每个阻尼板的内部设置若干剪式机构5；

T形结构8，上部水平部通过连接件Ⅱ9固定在上一楼层的下部主梁12上，下部竖直部穿入阻尼板外框2及阻尼板6，端部连接于阻尼板6底边，两侧分别通过高弹性橡胶7与阻尼板外框2连接，通过不透水材料3与各个阻尼板6上、下边分别连接；

阻尼板6内部设置若干剪式机构5，剪式机构一端与T形结构8固接，另一端与阻尼板6定向铰接，且剪式机构5均与阻尼板6板面平行设置；

当高层结构在风和地震作用下产生晃动时，相邻楼层的动力响应，如位移、速度和加速度等，通过剪式机构放大，而剪式机构5与阻尼板6水平固定，故阻尼板6将以较大的速率挤压STF，迫使STF流经阻尼板6间隙，在相邻阻尼板6间隙及阻尼板6和阻尼板外框2间隙的约束和较大速率作用下，激发STF的剪切增稠性能，从而瞬间产生高阻尼力并消耗外界输入给所述高层结构的能量。

所述连接件Ⅰ1和连接件Ⅱ9均采用现有结构，通过槽钢或工字钢作为连接件主体，用高强螺栓连接两端。

如图3所示，所述剪式机构5，为多推式速率放大装置。如图3所示，该装置由伸缩杆14、伸缩架15和铰接头16组成，其伸缩杆14杆端与T形结构8竖直部位固接，铰接头16端与阻尼板6定向铰接，伸缩杆14和铰接头之间设置多个依次连接的伸缩架15，所述伸缩架15为X形架，相邻X形架端部铰接；所述伸缩杆14的套筒端连接在靠近杆端的X形架的中间铰接点上，靠近伸缩杆14套筒的X形架端部铰接点上设置有安装伸缩杆14的框架17，伸缩杆14的伸缩端伸出框架17端部，连接在T型结构8的竖直部分；通过剪式机构5对高层建筑层的相对速率进行多倍放大，其放大倍数需达到激发STF剪切增稠机制所需的速率,根据常规楼层的开间及进深尺寸，速率放大装置至少应将速率放大5倍以上，倍数越高效果越好。其中铰接头为现有结构；所述框架17由两个支撑短板间连接一长板构成，通过其中一个支撑短板连接伸缩架15上的端部铰接点，另一个支撑短板上开有伸缩杆14的杆端自由伸缩的通孔。

如图1中所示的高弹性橡胶材料7要求具有良好的变形，如：TPU热塑性弹性体橡胶或硅橡胶等；不透水材料3要求具有良好的弹性，如：聚氨酯或者PVC材料。所述不透水材料3具有弹性且伸长度大于阻尼板6活动的距离,即不透水材料3能够保证在速率产生时能够提供足够的位移；外框架2的内部相邻阻尼板6之间的间距以及边缘阻尼板与阻尼板外框架的间距为0.5mm-2.0mm，具体依据当地抗震和抗风设防要求以及建筑物具体结构形式而定，增大阻尼板6与STF之间的接触面积，保证在高剪切速率下STF能够提供足够的阻尼力；每块阻尼板6内部的剪式机构5依据墙高，墙宽进行设置。保证在外部冲击传递过来时能够瞬间将速率进行放大。所述阻尼板6为轻质高强复合材料，本例所述阻尼板6采用钢板。

当外部荷载作用在高层建筑结构上时，T形结构8会产生一个相对速率，该相对速率由高层建筑相邻楼层产生，剪式机构5会将此速率放大并传递给包裹在其外部的阻尼板6，此时工作腔室4内部的STF会受到阻尼板6传来的较大速率的挤压而流进阻尼板6间隙，此过程STF会迅速发生剪切增稠效应，产生阻尼力，从而实现对高层建筑结构的减振耗能。

实施例2：本例与实施例1不同的是：本例中墙体结构：240mm×6000mm×3600mm,其内设置2个阻尼板，外框架2的内部相邻阻尼板6之间的间距以及边缘阻尼板与阻尼板外框架的间距为2.0mm；阻尼板6内设置的剪式机构5为对称的两排，通过剪式机构5对高层建筑层的相对速率进行多倍放大(本例采用放大5倍或5倍以上)，此时工作腔室4内部的STF会受到阻尼板6传来的较大速率的挤压而流进阻尼板6间隙，此过程STF会迅速发生剪切增稠效应，产生阻尼力，从而实现对高层建筑结构的减振耗能，达到减振效果。

实施例3：本例与实施例1不同的是：本例中墙体结构:300mm×6300mm×3900mm其内设置3个阻尼板，外框架2的内部相邻阻尼板6之间的间距以及边缘阻尼板与阻尼板外框架的间距为1.0mm；阻尼板6内设置的剪式机构5为对称的两排，通过剪式机构5对高层建筑层的相对速率进行多倍放大，本例采用放大8倍，实现对高层建筑结构的减振耗能，达到减振效果。

实施例4：本例与实施例1不同的是：本例中墙体结构320mm×6600mm×3900m其内设置3个阻尼板，外框架2的内部相邻阻尼板6之间的间距以及边缘阻尼板与阻尼板外框架的间距为0.5mm；阻尼板6内设置的剪式机构5为对称的两排，通过剪式机构5对高层建筑层的相对速率进行多倍放大，本例采用放大10倍，实现对高层建筑结构的减振耗能，达到减振效果。

Claims (10)

1.一种高能耗阻尼墙，其特征在于：包括阻尼板外框、阻尼板和T形结构；

所述阻尼板外框下部固定在下层楼板上；

在阻尼板外框内设置多个阻尼板，在阻尼板外框内及相邻阻尼板间形成工作腔室，所述工作腔室内均填充有剪切增稠液体；

所述T形结构上部水平部与相邻上一楼层下部结构固接，下部竖直部穿入阻尼板外框及阻尼板，端部连接于阻尼板底边，两侧分别连接阻尼板及阻尼板外框；

阻尼板内部设置若干剪式机构，剪式机构一端与T形结构固接，另一端与阻尼钢板定向铰接，且剪式机构均与阻尼板板面平行设置；

当高层结构产生晃动时，相邻楼层的动力通过剪式机构放大，阻尼板挤压剪切增稠液体，迫使剪切增稠液体流经阻尼板间隙，在相邻阻尼板间隙及阻尼板和阻尼板外框间隙的约束和运行速率作用下，激发剪切增稠液体的剪切增稠性能，从而瞬间产生高阻尼力并消耗外界输入的能量。

2.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述T形结构与阻尼板外框之间的连接处采用高弹性橡胶材料连接。

3.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述T形结构与阻尼板之间的连接处采用不透水材料连接，所述不透水材料具有弹性且伸长度大于阻尼板活动的距离。

4.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：相邻所述阻尼板之间的间距为0.5mm-2.0mm。

5.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述阻尼板为轻质高强复合材料。

6.根据权利要求5所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述阻尼板为钢板。

7.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：每块所述阻尼板内部剪式机构相对于T型结构单列对称设置多排。

8.根据权利要求1所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述剪式机构为多推式速率放大装置，由伸缩杆、伸缩架和铰接头组成，其伸缩杆杆端与T形结构竖直部位固接，铰接头端与阻尼板定向铰接，伸缩杆杆端和铰接头之间设置多个依次连接的伸缩架。

9.根据权利要求8所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述伸缩架为X形架，相邻X形架端部铰接。

10.根据权利要求8所述高能耗阻尼墙，其特征在于：所述伸缩杆的套筒端连接在靠近杆端的X形架的中间铰接点上，靠近伸缩杆套筒的X形架端部铰接点上设置有安装伸缩杆的框架，伸缩杆的伸缩端伸出框架端部，连接在T型结构的竖直部。

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