CN219825689U - 一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，包括钢筋混凝土水箱、十字型截面玻璃钢浆柱、受力钢筋、预埋套筒和焊接钢板；钢筋混凝土水箱内能够容纳协调液体阻尼器液体，且钢筋混凝土水箱顶板和建筑顶层楼板内均设置有受力钢筋和预埋套筒，预埋套筒通过焊接钢板与受力钢筋连接；十字型截面玻璃钢浆柱位于箱体内，且十字型截面玻璃钢浆柱的顶部和底部通过相应的预埋套筒分别与钢筋混凝土水箱顶板及建筑顶层楼板连接。本申请结构简单、施工简便，玻璃钢浆柱的连接方式使其便于施工和维护，既能满足液体协调阻尼器对浆柱刚度和强度的需求，也可降低由于材料重量及腐蚀造成的施工和后期维护成本，提高液体协调阻尼器服役期间的安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及结构工程高层建筑振动控制技术领域，尤其涉及一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器。
背景技术
传统TLD(液体协调阻尼器)的内部浆柱一般采用混凝土或钢等材料进行设计，而由于水箱构造的复杂性，其多采用现场一体浇筑完成施工。
采用钢材作为浆柱材料时，其施工过程存在自重大、吊装安装过程繁琐等问题，且钢材极易与水发生化学反应，导致钢材腐蚀，浆柱后期维护困难、维护成本高。采用混凝土作为浆柱材料时，由于变形能力较差，导致TLD(液体协调阻尼器)耗能能力降低，且混凝土需要现场浇筑，存在施工周期长等问题。
目前，复合材料的生产工艺不断成熟且在多个行业领域内广泛使用，因此如何将此类性能优良的复合材料更为合理的应用于液体协调阻尼器设计中，突破现有材料和施工工艺对TLD(液体协调阻尼器)应用的限制，是科学研究及工程实践中亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，以解决背景技术中提到的问题。本实用新型方法可适用于超高层建筑风振控制的新型协调液体阻尼器设计，能够充分发挥玻璃钢复合材料耐腐蚀、自重轻的材料优势。采用本实用新型的新型协调液体阻尼器浆柱，既能够满足强度和刚度的需求，也可降低由于材料重量及腐蚀造成的施工和后期维护成本，提高液体协调阻尼器服役期间的安全可靠性。
为了实现本发明目的，本实用新型提供的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，包括钢筋混凝土水箱、十字型截面玻璃钢浆柱、受力钢筋、预埋套筒和焊接钢板；
所述钢筋混凝土水箱包括钢筋混凝土水箱顶板和钢筋混凝土水箱侧墙，钢筋混凝土水箱侧墙底部用于与建筑顶层楼板固定连接，钢筋混凝土水箱顶板用于固定在钢筋混凝土水箱侧墙的顶部，钢筋混凝土水箱顶板、钢筋混凝土水箱侧墙和建筑顶层楼板围拢形成箱体，箱体内能够容纳协调液体阻尼器液体，且钢筋混凝土水箱顶板和建筑顶层楼板内均设置有受力钢筋和预埋套筒，预埋套筒通过焊接钢板与受力钢筋连接；
十字型截面玻璃钢浆柱位于箱体内，且十字型截面玻璃钢浆柱的顶部和底部通过相应的预埋套筒分别与钢筋混凝土水箱顶板及建筑顶层楼板连接。
进一步地，所述钢筋混凝土水箱通过现场施工制得。
进一步地，所述十字型截面玻璃钢浆柱在工厂预制得到。
进一步地，预埋套筒通过塑料薄膜进行密封。
进一步地，十字型截面玻璃钢浆柱包括十字型截面浆柱、固定在十字型截面浆柱两端的玻璃钢浆柱连接板和沿十字型截面浆柱长度方向设置的多个浆柱加劲肋。
进一步地，浆柱加劲肋按照构造要求，其厚度与十字型截面浆柱厚度保持一致，数量依据浆柱高度以预设的间距(如500mm)进行布置，整个浆柱的侧向位移、最大弯矩，应满足如下公式要求：
式中：Fmax为通过试验及模拟分析得到浆柱底部最大剪力；RA为玻璃钢浆柱底部反力；Mmax表示浆柱底部受水流作用的最大弯矩；MA为玻璃钢浆柱底部弯矩；E为玻璃钢弹性模量；L为玻璃钢浆柱长度；l为协调液体阻尼器液体高度。
进一步地，玻璃钢浆柱连接板上开设有螺栓连接预留孔，玻璃钢浆柱连接板和预埋套筒之间通过高强螺栓和螺栓连接预留孔的配合实现连接。
进一步地，钢筋混凝土水箱采用C20、C25或C30等级混凝土。
进一步地，受力钢筋采用HRB400级钢筋。
进一步地，所述十字型截面玻璃钢浆柱采用FRP掺量42.5％、43.7％、44.55％或以上的玻璃钢材料。
进一步地，钢筋混凝土水箱的尺寸依据使用功能、建筑顶层楼板强度和变形进行设计。
进一步地，十字型截面玻璃钢浆柱的尺寸满足如下公式要求：
式中：Mx、My为通过试验及模拟分析得到的浆柱底部最大弯矩；Wnx、Wny为玻璃钢浆柱净截面模量；γx、γy为玻璃钢浆柱截面塑性发展系数；fg为玻璃钢抗弯强度设计值；V为通过试验及模拟分析得到的浆柱底部最大剪力；S为玻璃钢浆柱毛截面面积矩；I为玻璃钢浆柱毛截面惯性矩；tw为十字型截面玻璃钢浆柱厚度；fvg为玻璃钢抗剪强度设计值。
进一步地，预埋套筒强度、焊接钢板长度、高强螺栓直径和强度应满足如下公式要求：
式中：NEd、VEd为预埋套筒拉力、剪力荷载设计值；NRd,s、VRd,s为预埋套筒拉力、剪力承载力设计值；D为建筑顶层楼板及钢筋混凝土水箱纵向受力钢筋的直径；ft为建筑顶层楼板及钢筋混凝土水箱纵向受力钢筋的抗拉强度；K为双面角焊缝应力集中系数；he为角焊缝有效高度；lw为焊缝的计算长度；ldw为单面焊缝的计算长度。
本实用新型实施的步骤如下：
(1)依据建筑顶层楼板承载力和实际消防功能需求，设计钢筋混凝土水箱的尺寸和配筋。
(2)通过TLD水箱振动台试验和CFD模拟，测定50年重现风荷载作用下浆柱底部x和y方向的最大剪力Fx、Fy，最大弯矩Mx、My。
(3)依据试验和CFD模拟结果，计算玻璃钢浆柱的抗弯承载力、抗剪承载力、弯曲变形，设计玻璃钢浆柱的截面尺寸、加劲肋数量和厚度。
(4)依据试验和CFD模拟结果，计算玻璃钢浆柱连接部位抗剪承载力，设计预埋套筒强度、焊接钢板长度、高强螺栓数量和强度。
(5)完成截面设计后，依据套筒预埋、浆柱吊装、浆柱高强螺栓连接、模板拼装、钢筋绑扎、套筒焊接、水箱混凝土浇筑、高强螺栓紧固的施工顺序，完成所述玻璃钢的新型液体协调阻尼器安装。
相比现有技术，本实用新型的液体协调阻尼器的有益效果在于：
(1)可有效利用玻璃钢自重轻的优势，避免由于钢材自重大等造成的施工复杂等问题，减少施工机械和工作人员，提高液体协调阻尼器吊装及安装过程的施工效率，降低整个施工成本；
(2)充分利用玻璃钢材料耐腐蚀特性，克服传统钢材由于化学反应造成的长期腐蚀维护过程，降低液体协调阻尼器的后维护成本，增强此类构件的应用推广性。
(3)不同于传统钢材浆柱设计大量现场焊接，玻璃钢浆柱可在工厂通过模具一体化加工成型，有效避免由于现场施工误差造成的安全性问题，有效减少现场施工，提高整个液体协调阻尼器的安全可靠性。
(4)本实用新型设计原理清晰、结构简单、施工简便，采用高强螺栓连接的玻璃钢浆柱便于施工和维护，既能满足液体协调阻尼器对浆柱刚度和强度的需求，也可降低由于材料重量及腐蚀造成的施工和后期维护成本，提高液体协调阻尼器服役期间的安全可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的实施例提供的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器立面示意图。
图2为本实用新型的实施例平面示意图。
图3为本实用新型的实施例十字型截面玻璃钢浆柱立面示意图。
图4为本实用新型的实施例浆柱底部连接板构造图。
图5为本实用新型实施例中预埋套筒焊接示意图。
图6为本实用新型实施例中浆柱加劲肋的截面示意图。
附图标记：1-钢筋混凝土水箱侧墙；2—钢筋混凝土水箱顶板；3-建筑顶层楼板；4-钢筋混凝土水箱套筒预埋孔；5-十字型截面玻璃钢浆柱；6-螺栓连接预留孔；7-浆柱加劲肋；8-玻璃钢浆柱连接板；9-预埋套筒；10-纵向受力钢筋；11-焊接钢板；12-高强螺栓；13-协调液体阻尼器液体。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被使用者理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1、图2所示，本实用新型提供的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，包括钢筋混凝土水箱、十字型截面玻璃钢浆柱、受力钢筋10、预埋套筒9和焊接钢板11。
钢筋混凝土水箱包括钢筋混凝土水箱顶板2和两相对设置的钢筋混凝土水箱侧墙1和钢筋混凝土水箱顶板2，钢筋混凝土水箱为现场施工制得，钢筋混凝土水箱侧墙1的底部与与建筑顶层楼板3固定连接，钢筋混凝土水箱侧墙1的顶部与钢筋混凝土水箱顶板2固定连接，建筑顶层楼板3、钢筋混凝土水箱侧墙1和钢筋混凝土水箱顶板2围拢形成箱体，箱体内能够容纳协调液体阻尼器液体13，且钢筋混凝土水箱顶板2和建筑顶层楼板3内均设置有受力钢筋10和预埋套筒9，预埋套筒9通过焊接钢板11与受力钢筋10连接。十字型截面玻璃钢浆柱位于箱体内，且十字型截面玻璃钢浆柱的顶部和底部通过相应的预埋套筒9分别与钢筋混凝土水箱顶板2及建筑顶层楼板3可拆卸连接连接。
在本实用新型的其中一些实施例中，十字型截面玻璃钢浆柱包括十字型截面浆柱5、固定在十字型截面浆柱5两端的玻璃钢浆柱连接板8和沿十字型截面浆柱5长度方向设置的多个浆柱加劲肋7，玻璃钢浆柱连接板8上设置有螺栓连接预留孔6，通过高强螺栓12与螺栓连接预留孔6、预埋套筒9的配合实现十字型截面玻璃钢浆柱与预埋套筒9的固定，实现整个构件连接紧固，预埋套筒9则通过焊接钢板11与纵向受力钢筋10相连，整个过程中保证建筑顶层楼板3和钢筋混凝土水箱顶板2上的钢筋混凝土水箱套筒预埋孔4不被混凝土堵住。
在本实用新型的其中一些实施例中，阻尼器的设计过程如下所示：
(1)依据建筑顶层楼板3承载力和实际消防功能需求，采用强度验算和挠度验算，设计钢筋混凝土水箱侧墙1的长度10000mm、宽度4200mm和高度5000mm，依据跨中挠度验算，设计钢筋混凝土水箱顶板2的厚度120mm。
(2)通过TLD水箱振动台试验和对TLD水箱振动台试验的CFD模拟，采用测力天平、波高仪等设备，测定TLD内加速度、波高及浆柱受力情况，结合CFD模拟结果，明确浆柱水箱在50年重现风荷载作用下的振动效应，测定浆柱底部x和y方向最大剪力Fx、Fy，最大弯矩Mx、My。
(3)根据依据经验预设的十字型截面玻璃钢浆柱尺寸(长度×宽度×厚度×厚度)为(546×546×20×20，单位：mm)及材料种类(在本实用新型的其中一些实施例中，可选定42.5％ FRP、43.7％ FRP及44.5％ FRP掺量的玻璃钢)、试验及模拟结果得到的浆柱底部最大弯矩Mx、My，采用如下公式对浆柱抗弯强度进行验算：
式中：Mx、My为试验及模拟分析得到浆柱底部最大弯矩；Wnx、Wny为十字型截面玻璃钢浆柱的净截面模量；γx、γy为十字型截面玻璃钢浆柱的截面塑性发展系数；fg为玻璃钢材料的抗弯强度设计值。
(4)依据试验及模拟结果得到的浆柱底部最大剪力Fx、Fy，采用如下公式对浆柱抗剪强度进行验算：
式中：V为试验及模拟分析得到浆柱底部最大剪力；S为十字型截面玻璃钢浆柱的毛截面面积矩；I为十字型截面玻璃钢浆柱的毛截面惯性矩；tw为十字型截面玻璃钢浆柱的厚度；fvg为玻璃钢材料的抗剪强度设计值。
(5)依据试验及模拟结果得到的浆柱底部最大剪力Fx、Fy，最大弯矩Mx、My，采用如下公式对浆柱弯曲进行验算：
式中：Δmax为十字型截面玻璃钢浆柱顶部最大位移；Fmax为试验及模拟分析得到十字型截面玻璃钢浆柱底部最大剪力；L为十字型截面玻璃钢浆柱的长度；E为十字型截面玻璃钢浆柱的材料弹性模量；Ix表示十字型截面玻璃钢浆柱x方向截面惯性矩；qmax表示玻璃钢浆柱受水流作用的侧向均布力；Mmax表示浆柱底部受水流作用的最大弯矩；RA为十字型截面玻璃钢浆柱底部反力；MA为十字型截面玻璃钢浆柱底部弯矩l为协调液体阻尼器液体高度。
(6)依据十字型截面玻璃钢浆柱的自重、预埋套筒承载力设计值、十字型截面玻璃钢浆柱底部最大剪力Fx、Fy值，采用如下公式对预埋套筒破坏承载力进行验算：
式中：NEd、VEd分别为预埋套筒所受的拉力、剪力荷载设计值；NRd,s、VRd,s为预埋套筒所受的拉力、剪力承载力设计值。
(7)依据钢筋抗剪承载力和焊缝抗剪承载力，对焊缝强度采用如下公式进行验算：
式中：D为纵向受力钢筋的直径；ft为纵向受力钢筋的抗拉强度；K为双面角焊缝应力集中系数；he为角焊缝有效高度；lw为焊缝的计算长度；ldw为单面焊缝的计算长度。
(8)依据验算结果，调整十字型截面玻璃钢浆柱的类型、十字型截面玻璃钢浆柱尺寸、螺栓连接预留孔6数量和空洞大小、浆柱加劲肋7厚度、预埋套筒9尺寸、焊接钢板11尺寸和高强螺栓12强度及直径。其中，调整十字型截面玻璃钢浆柱的类型的方式为：若十字型截面玻璃钢浆柱顶部侧移大，则应增加玻璃钢材料的纤维含量，若十字型截面玻璃钢浆柱顶部侧移小，则可减小玻璃钢材料的纤维含量，其可按照5％的纤维含量进行梯度改变。
现场施工过程如下：
(1)如图5所示，在建筑顶层楼板3浇筑前，采用与预埋套筒9等长、宽度为50mm的焊接钢板11以E50级焊条为基材，将预埋套筒9和纵向受力钢筋10进行焊接连接，且对预埋套筒9采用塑料薄膜进行密封处理。
(2)待建筑顶层楼板3混凝土强度达到100％后，进行工厂预制带加劲肋的十字型截面玻璃钢浆柱安装时，将单支钢丝绳固定在距浆柱顶端1/3处，采用旋转法吊至安装位置，并设置临时支撑防止浆柱位置发生偏移。
(3)采用高强螺栓12与预埋套筒9进行连接，应先对浆柱初拧作临时固定，同时采用挂线锤进行垂直度校正后，依据高强螺栓预紧力要求，进行最后固定。
(4)完成十字型截面玻璃钢浆柱下部连接安装后，依据图纸尺寸、设计要求，安装钢筋混凝土水箱顶板2的模板，铺设纵向受力钢筋10，并将预制套筒9和纵向受力钢筋10，采用与预埋套筒9等长、宽度为50mm的焊接钢板11采用E50级焊条进行焊接处理，完成上部的套筒预埋施工，且应对预埋套筒9采用塑料薄膜进行密封处理。
(5)待钢筋混凝土水箱顶板2混凝土强度达到100％后，拆除模板，对十字型截面玻璃浆柱上部采用高强螺栓12与预埋套筒9进行连接。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型实施方法的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，包括钢筋混凝土水箱、十字型截面玻璃钢浆柱、受力钢筋(10)、预埋套筒(9)和焊接钢板(11)；
所述钢筋混凝土水箱包括钢筋混凝土水箱顶板(2)和钢筋混凝土水箱侧墙(1)，钢筋混凝土水箱侧墙(1)底部用于与建筑顶层楼板(3)固定连接，钢筋混凝土水箱顶板(2)用于固定在钢筋混凝土水箱侧墙(1)的顶部，钢筋混凝土水箱顶板(2)、钢筋混凝土水箱侧墙(1)和建筑顶层楼板(3)围拢形成箱体，箱体内能够容纳协调液体阻尼器液体(13)，且钢筋混凝土水箱顶板(2)和建筑顶层楼板(3)内均设置有受力钢筋(10)和预埋套筒(9)，预埋套筒(9)通过焊接钢板(11)与受力钢筋(10)连接；
十字型截面玻璃钢浆柱位于箱体内，且十字型截面玻璃钢浆柱的顶部和底部通过相应的预埋套筒(9)分别与钢筋混凝土水箱顶板(2)及建筑顶层楼板(3)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，所述钢筋混凝土水箱通过现场施工制得。
3.根据权利要求1所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，所述十字型截面玻璃钢浆柱在工厂预制得到。
4.根据权利要求1所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，预埋套筒(9)通过塑料薄膜进行密封。
5.根据权利要求1所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，钢筋混凝土水箱采用C20、C25或C30等级混凝土。
6.根据权利要求1所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，受力钢筋采用HRB400级钢筋。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，十字型截面玻璃钢浆柱包括十字型截面浆柱(5)、固定在十字型截面浆柱(5)两端的玻璃钢浆柱连接板(8)和沿十字型截面浆柱(5)长度方向设置的多个浆柱加劲肋(7)。
8.根据权利要求7所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，玻璃钢浆柱连接板(8)上开设有螺栓连接预留孔(6)，玻璃钢浆柱连接板(8)和预埋套筒(9)之间通过高强螺栓和螺栓连接预留孔(6)的配合实现连接。
9.根据权利要求7所述的一种采用玻璃钢的新型液体协调阻尼器，其特征在于，浆柱加劲肋(7)的厚度与十字型截面浆柱(5)厚度保持一致。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |