CN220394899U - 一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，包括第一抗震单元和第二抗震单元；第一抗震单元包括第一抗震筒、第一多级减震弹簧机构以及第一球铰支座，第二抗震单元包括第二抗震筒、第二多级减震弹簧机构、T字型拉压杆以及第二球铰支座；第一抗震筒和第二抗震筒均为一端敞口、另一端经端板封装的圆柱形钢筒，两者敞口端相互螺纹对接。本实用新型的优点是：在不同等级冲击荷载下，通过一个多级抗震阻尼器可实现自动分级减震耗能的目的；多级抗震阻尼器占用空间小，在相同空间内可布设多个，抗震耗能效果更佳；通过球铰和各级减震弹簧长度差响应震动方向和结构间位移变化，实现阻尼器的多维度转动和自动启动多级减震耗能的目的。

Description

一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器

技术领域

本实用新型涉及建筑结构抗震安全技术领域，具体涉及一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器。

背景技术

我国地处世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，是世界上最大的一个大陆浅源强震活动区。随着城市化建设的大力发展，城市规模不断扩大，城市人口聚集，一旦发生强烈地震，将会造成重大人员伤亡，严重威胁人民生命和财产安全。以往人们认为地下结构的抗震性能远好于地上结构，近年来的震害调查表明：地下结构同样面临着地震带来的威胁。而且已建成的地铁车站和区间隧道大多数位于强震区。地下铁道系统属于大断面城市地下工程，一旦遭受强烈地震发生破坏，修复难度大，并将严重影响周围建筑结构物的安全以及地表交通的正常运行。因此，人们在建筑物应对地质活动方面提出了更高要求，地上和地下建筑物的抗震安全技术也成为了国家面临的重大工程建设关键科技需求之一。

在现有技术中，用于楼地面和外墙的抗震装置，主要由抗震弹簧、粘滞阻尼器等进行抗震。实用新型专利CN 201621083478.6《铰接抗震型楼面变形缝装置》通过单独设置的弹簧耗散竖向地震荷载。实际上建筑结构同时承受水平和竖向地震力，发明专利CN111173161 A《一种建筑房屋用多维度抗震缓冲底座机构及其实施方法》主要通过环形布设竖向减震弹簧和水平环形布设的粘滞阻尼器耗散水平和竖向的地震荷载；为了应对不同等级地震荷载，发明专利CN 108547386 A《一种多维度多级别可承拉型抗震缝装置》通过球铰实现抗震装置随震动方向多维度变化，设置多个不同等级的抗震阻尼器，通过实心球铰和空心球铰间位移差实现抗震缝装置的多级减震耗能。

但还存在如下问题，首先，需要单独设置多个不同等级的抗震阻尼器才能实现多级抗震目的；其次，一般建筑结构间抗震设置空间狭小，多个不同等级的抗震阻尼器需要占用大量空间，影响抗震效果；最后，抗震阻尼器结构复杂，不便于安装和维护。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，该多维度多级别抗震阻尼器通过在抗震筒的两端设置球铰支座以同建构筑物或其他抗震装置进行连接以实现多维度的抗震耗能，并通过在抗震筒内设置多级减震弹簧机构以实现多级别的抗震耗能。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述多维度多级别抗震阻尼器包括第一抗震单元和第二抗震单元；所述第一抗震单元包括第一抗震筒、第一多级减震弹簧机构以及第一球铰支座，所述第二抗震单元包括第二抗震筒、第二多级减震弹簧机构、T字型拉压杆以及第二球铰支座；所述第一抗震筒和所述第二抗震筒均为一端敞口、另一端经端板封装的圆柱形钢筒，所述第一抗震筒和所述第二抗震筒的敞口端相互螺纹对接；

所述第一多级减震弹簧机构设置于所述第一抗震筒内部，所述第一球铰支座固定于所述第一抗震筒的所述端板外壁面上；

所述第二多级减震弹簧机构设置于所述第二抗震筒内部，所述T字型拉压杆由承压板和连杆组成，所述承压板可滑动式装配于所述第二抗震筒的内壁面上，所述连杆的一端与所述承压板焊接、另一端贯穿通过所述第二多级减震弹簧机构和所述第二抗震筒的端板并向外延伸以与所述第二球铰支座连接；所述第二多级减震弹簧机构位于所述承压板与所述第二抗震筒的所述端板之间。

采用螺钉将多维度多级别抗震阻尼器固定到建筑结构或其他抗震装置等中，当冲击荷载（如地震）作用时，由于冲击荷载作用方向是随机任意的，已知球铰支座可在任意角度旋转增加结构件的自由度，由此，球铰支座可使多维度多级别抗震阻尼器实时与冲击荷载保持平行，使多维度多级别抗震阻尼器的减震耗能效果达到最佳状态。

所述第一多级减震弹簧机构的一端同所述第一抗震筒的所述端板固定连接、另一端处于自由状态；所述第二多级减震弹簧机构的一端同所述第二抗震筒的所述端板固定连接、另一端处于自由状态。

所述第一多级减震弹簧机构和所述第二多级减震弹簧机构结构相同且对称设置；所述第一多级减震弹簧机构和所述第二多级减震弹簧机构均包括同轴套设的一级减震弹簧、二级减震弹簧以及三级减震弹簧，所述一级减震弹簧、所述二级减震弹簧以及所述三级减震弹簧的长度依次递减且自内向外套设。各级的减震弹簧均采用弹簧钢65Mn或60Si2Mn或50CrVA材质，强度高、弹性好、塑性和韧性好，在冲击、振动或长期交变应力下，具有较强的抗拉、抗压强度、弹性极限和疲劳强度，使其发挥更好的减震耗能功效。

所述第一球铰支座与所述第二球铰支座的结构相同，包括带第一凸台的第一铰座和带第二凸台的第二铰座，所述第一铰座的所述第一凸台与所述第二铰座的所述第二凸台相互叠合匹配，所述第一凸台与所述第二凸台之间开设有一排相互贯通的销孔，所述销孔内插设有销栓以将所述第一铰座和所述第二铰座连成整体；所述第一铰座和所述第二铰座之间拼合构成球铰槽，所述球铰槽内安装有球铰。

所述第一球铰支座上的所述球铰经一连杆与所述第一抗震筒的所述端板外壁面螺纹连接。

所述第二球铰支座上的所述球铰与所述T字型拉压杆上的所述连杆端部螺纹连接。

所述第一抗震筒的内径与所述第二抗震筒的内径相同。

进一步地，随着震级或结构位移的循环往复变化，T字型拉压杆会挤压第一抗震筒和第二抗震筒内的多级减震弹簧机构，实现减震耗能的作用。

进一步地，冲击荷载量级不同或结构间位移变化尺度不同，多维度多级别抗震阻尼器需要耗散能量不同，采用存在长度差的各级减震弹簧相互配合，当结构间位移尺寸达到一定临界值，T字型拉压杆恰好与两侧中任一侧的二级减震弹簧接触，通过位移尺度变化自动启动所述二级减震，其他等级减震方式类推，实现抗震阻尼器的多级抗震。

进一步地，还可以根据不同地区烈度或实测的结构位移变化，根据需要设计不同弹性系数和长度的减震弹簧，满足不同地区、不同结构位置、不同情况的分级减震耗能要求。

本实用新型的优点是：

（1）在不同等级冲击荷载下，通过一个多级抗震阻尼器可实现自动分级减震耗能的目的；

（2）多级抗震阻尼器占用空间小，在相同空间内可布设多个，抗震耗能效果更佳；

（3）多级抗震阻尼器结构简单可靠，便于安装和维护，节省成本；

（4）通过球铰和各级减震弹簧长度差响应震动方向和结构间位移变化，实现本抗震缝装置的多维度转动和自动启动多级减震耗能的目的。

附图说明

图1为本实用新型中多维度多级别抗震阻尼器的结构示意图；

图2为本实用新型中第一抗震筒的结构示意图；

图3为本实用新型中第二抗震筒的结构示意图；

图4为本实用新型中T字型拉压杆的结构示意图；

图5为本实用新型图1中的A-A剖视图；

图6为本实用新型图1中的B-B剖视图；

图7为本实用新型中球铰支座示意图；

图8为本实用新型图7中的C-C剖视图。

如图1-8，图中各标记分别为：

第一抗震单元1、第二抗震单元2、球铰支座3、T字型拉压杆4、连杆5；

第一抗震筒11、螺纹12、螺纹孔13、一级减震弹簧14、二级减震弹簧15、三级减震弹簧16；

第二抗震筒21、通孔22、一级减震弹簧23、二级减震弹簧24、三级减震弹簧25；

第一铰座31、第二铰座32、第一凸台33、第二凸台34、销孔35、销栓36、螺纹孔37、螺钉38、球铰槽39、球铰310、螺纹孔311；

连杆41、承压板42。

实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：如图1-8所示，本实施例具体涉及一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，包括第一抗震单元1和第二抗震单元2；第一抗震单元1包括第一抗震筒11、第一多级减震弹簧机构以及球铰支座3，第二抗震单元2包括第二抗震筒21、第二多级减震弹簧机构、T字型拉压杆4以及球铰支座3；第一抗震筒11和第二抗震筒21均为一端敞口、另一端经端板封装的圆柱形钢筒，两者内径相同，且第一抗震筒11和第二抗震筒21的敞口端相互螺纹对接以组成一个整体筒状。

如图1-8所示，在第一抗震单元1中，第一多级减震弹簧机构设置于第一抗震筒11的内腔中，该第一多级减震弹簧机构包括同轴套设的一级减震弹簧14、二级减震弹簧15以及三级减震弹簧16，各级减震弹簧的一端同第一抗震筒11的端板固定连接、另一端则处于自由状态。如图2所示，第一抗震筒11的端板外侧壁面上开设有螺纹孔13，在该螺纹孔13上螺纹连接有连杆5，且连杆5的另一端同球铰支座3连接。

如图1-8所示，在第二抗震单元2中，T字型拉压杆4设置于第二抗震筒21的内腔中，该T字型拉压杆4由圆形的承压板42以及与之相垂直的连杆41所组成，承压板42采用圆盘形钢材，其外径略小于第一抗震筒11和第二抗震筒21的内径，即构成间隙配合，以便于其在两者所组成的筒体内腔中自由滑动；连杆41的一端同承压板42相焊接、另一端贯穿第二多级减震弹簧机构以及第二抗震筒21端板上的通孔22延伸至筒体之外，连杆41延伸至筒体之外的端部上具有螺纹以同球铰支座3连接。在承压板42与第二抗震筒21端板之间的连杆41上还套装有第二多级减震弹簧机构，第二多级减震弹簧机构包括同轴套设的一级减震弹簧23、二级减震弹簧24以及三级减震弹簧25。各级减震弹簧的一端同第二抗震筒21的端板固定连接、另一端则处于自由状态。

需要说明的是，第一多级减震弹簧机构和第二多级减震弹簧机构的结构相同，在抗震筒的腔体内对称设置。本实施例中，以第一多级减震弹簧机构中的各级减震弹簧为例说明，一级减震弹簧14、二级减震弹簧15以及三级减震弹簧16的长度依次递减、直径依次递增，如图1所示，简言之，各级减震弹簧可以依次消耗不同大小的地震力。各减震弹簧均采用弹簧钢65Mn或60Si2Mn或50CrVA材质，强度高、弹性好、塑性和韧性好，在冲击、振动或长期交变应力下，具有较强的抗拉、抗压强度、弹性极限和疲劳强度，使其发挥更好的减震耗能功效。

如图1、7和8所示，设置于本实施例中多维度多级别抗震阻尼器两端的球铰支座3的结构是相同的，以一侧的球铰支座3为例进行说明。球铰支座3具体是由第一铰座31和第二铰座32组成，第一铰座31的后端带有第一凸台33，第二铰座32的后端带有第二凸台34，第一凸台33和第二凸台34的设置位置以及形状可构成相互适配，在第一凸台33和第二凸台34上布设有一排销孔35，在将第一铰座31上的第一凸台33与第二铰座32上的第二凸台34叠合后于各销孔35内穿入销栓36以使其拼接成一整体。此外，在第一铰座31和第二铰座32拼合后的前端面上具有球铰槽39，球铰槽39内装配有球铰310，球铰槽39与球铰310不完全贴合，便于球铰310的旋转；在球铰310上开设有螺纹孔311，以便于同连杆41（或连杆5）相连接。还需要说明的的是，在第一铰座31和第二铰座32上分别开设有螺纹孔37，以使球铰支座3通过在螺纹孔37内旋入螺钉38后能够同建构筑物壁面上的支座槽固定连接或其他抗震装置中固定，以便于多维度多级别抗震阻尼器在失效时进行快速更换。

当冲击荷载（如地震）作用时，由于冲击荷载作用方向是随机任意的，已知球铰310可在任意角度旋转增加结构件的自由度，由此，所述球铰310可使多维度多级别抗震阻尼器实时与冲击荷载保持平行，使多维度多级别抗震阻尼器的减震耗能效果达到最佳状态。

随着震级或结构位移的循环往复变化，T字型拉压杆4会挤压第一抗震筒11和第二抗震筒21内的减震弹簧，实现减震耗能的作用。

冲击荷载量级不同或结构间位移变化尺度不同，多维度多级别抗震阻尼器需要耗散能量不同，采用存在长度差的减震弹簧相互配合，当结构间位移尺寸达到一定临界值，T字型拉压杆4恰好与两侧中的一侧二级减震弹簧接触，通过位移尺度变化自动启动所述二级减震，其他等级减震方式类推，实现抗震阻尼器的多级抗震。

还可以根据不同地区烈度或实测的结构位移变化，根据需要设计不同弹性系数和长度的减震弹簧，满足不同地区、不同结构位置、不同情况的分级减震耗能要求。

本实施例的有益效果为：

（1）在不同等级冲击荷载下，通过一个多级抗震阻尼器可实现自动分级减震耗能的目的；

（2）多级抗震阻尼器占用空间小，在相同空间内可布设多个，抗震耗能效果更佳；

（3）多级抗震阻尼器结构简单可靠，便于安装和维护，节省成本；

（4）通过球铰和各级减震弹簧长度差响应震动方向和结构间位移变化，实现本抗震缝装置的多维度转动和自动启动多级减震耗能的目的。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启发，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项本实用新型技术思想的范围内进行多样变更以及修改。本项本实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述多维度多级别抗震阻尼器包括第一抗震单元和第二抗震单元；所述第一抗震单元包括第一抗震筒、第一多级减震弹簧机构以及第一球铰支座，所述第二抗震单元包括第二抗震筒、第二多级减震弹簧机构、T字型拉压杆以及第二球铰支座；所述第一抗震筒和所述第二抗震筒均为一端敞口、另一端经端板封装的圆柱形钢筒，所述第一抗震筒和所述第二抗震筒的敞口端相互螺纹对接；

所述第一多级减震弹簧机构设置于所述第一抗震筒内部，所述第一球铰支座连接于所述第一抗震筒的所述端板外壁面上；

所述第二多级减震弹簧机构设置于所述第二抗震筒内部，所述T字型拉压杆由承压板和连杆组成，所述承压板可滑动式装配于所述第二抗震筒的内壁面上，所述连杆的一端与所述承压板焊接、另一端贯穿通过所述第二多级减震弹簧机构和所述第二抗震筒的端板并向外延伸以与所述第二球铰支座连接；所述第二多级减震弹簧机构位于所述承压板与所述第二抗震筒的所述端板之间。

2.根据权利要求1所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第一多级减震弹簧机构的一端同所述第一抗震筒的所述端板固定连接、另一端处于自由状态；所述第二多级减震弹簧机构的一端同所述第二抗震筒的所述端板固定连接、另一端处于自由状态。

3.根据权利要求2所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第一多级减震弹簧机构和所述第二多级减震弹簧机构结构相同且对称设置；所述第一多级减震弹簧机构和所述第二多级减震弹簧机构均包括同轴套设的一级减震弹簧、二级减震弹簧以及三级减震弹簧，所述一级减震弹簧、所述二级减震弹簧以及所述三级减震弹簧的长度依次递减且自内向外套设，减震弹簧弹性系数根据抗震等级设计。

4.根据权利要求1所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第一球铰支座与所述第二球铰支座的结构相同，包括带第一凸台的第一铰座和带第二凸台的第二铰座，所述第一铰座的所述第一凸台与所述第二铰座的所述第二凸台相互叠合匹配，所述第一凸台与所述第二凸台之间开设有一排相互贯通的销孔，所述销孔内插设有销栓以将所述第一铰座和所述第二铰座连成整体；所述第一铰座和所述第二铰座之间拼合构成球铰槽，所述球铰槽内安装有球铰。

5.根据权利要求4所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第一球铰支座上的所述球铰经一连杆与所述第一抗震筒的所述端板外壁面螺纹连接。

6.根据权利要求4所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第二球铰支座上的所述球铰与所述T字型拉压杆上的所述连杆端部螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种建筑结构用多维度多级别抗震阻尼器，其特征在于所述第一抗震筒的内径与所述第二抗震筒的内径相同。