一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法

摘要

本发明公开了一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法，包括若干个呈直线型、弧形或圆形布设的传力式阻尼耗能单元；每个传力式阻尼耗能单元均包括碰撞系统、约束系统、动力转换系统和底板；碰撞系统包括碰撞板、传力杆和受压阻尼；约束系统包括套筒，动力转换系统包括曲柄、转轴、斜拉杆和受拉阻尼；转轴位置固定，曲柄套装在转轴上，一端铰接传力杆，另一端铰接斜拉杆；斜拉杆中部安装受拉阻尼，底端铰接底板；底板安装在地基中。本发明通过动力转换系统将碰撞系统受到的水平冲击力传递给底板，传力过程中受压阻尼与受拉阻尼缓冲吸能，最终将冲击能量传给大地，护混凝土结构则不受冲击力的影响，从而达到保护混凝土结构的目的。

权利要求

1.一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：包括若干个传力式阻尼耗能单元；

若干个传力式阻尼耗能单元在混凝土构件外周呈直线型、弧形或圆形布设，相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板相拼接；

每个传力式阻尼耗能单元均包括碰撞系统、约束系统、动力转换系统和底板；

碰撞系统包括碰撞板、传力杆和受压阻尼；其中，碰撞板的正面用于直接承受碰撞冲击力，碰撞板的背面中部与传力杆首端相连，传力杆的尾部安装受压阻尼；

约束系统包括套筒，套筒同轴套设在传力杆中部外周，且位置固定；传力杆能在套筒内水平滑动；

动力转换系统包括曲柄、转轴、斜拉杆和受拉阻尼；转轴位置固定，曲柄的中部转动套装在转轴上，曲柄的一端与传力杆的尾端相铰接，曲柄的另一端与斜拉杆的顶端相铰接，斜拉杆的中部安装受拉阻尼，斜拉杆的底端铰接在底板上；

底板安装在邻近混凝土结构的地基中。

2.根据权利要求1所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：碰撞系统还包括若干根碰撞板斜撑，每根碰撞板斜撑的一端与碰撞板背面相连接，另一端连接在传力杆上。

3.根据权利要求2所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：套筒套设在碰撞板斜撑和受压阻尼之间的传力杆外周；约束系统还包括金属件、套筒斜撑一和套筒斜撑二；在套筒的两侧各设置一个金属件，每个金属件均通过套筒斜撑一与底板相连接，每个金属件还通过套筒斜撑二与转轴相连接。

4.根据权利要求1所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：套筒的轴向长度为20mm‑60mm；套筒的内径为传力杆外径的1.2～1.5倍。

5.根据权利要求1所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：碰撞板从正面至背面依次包括ECC复合材料、阻尼橡胶和钢板。

6.根据权利要求1所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：传力杆与转轴之间的曲柄形成曲柄力臂一，长度为l1；斜拉杆与转轴之间的曲柄形成为曲柄力臂二，长度为l2；则l2/l1∈[1.5,2]。

7.根据权利要求1所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：碰撞板为平面板或曲面板；碰撞板的上翼缘标高取1.0m～1.5m、下翼缘标高取0.10m～0.20m。

8.一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞方法，基于权利要求1‑7任一项所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，传力式阻尼耗能单元组装：组装每个传力式阻尼耗能单元，组装完成后，对每个传力式阻尼耗能单元均进行水平冲击测试；

步骤2，防撞装置组装：根据待保护混凝土结构的形状，在混凝土结构外周或混凝土结构中易撞击区域的外周，将步骤1水平冲击测试合格的若干个传力式阻尼耗能单元，呈直线型、弧形或圆形布设，形成防撞装置；相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板相互拼接；

邻近混凝土结构的地基中预埋若干根钢支撑；所有底板均通过螺栓群与预埋的钢支撑相锚固；

步骤3，撞击：当撞击物冲击防撞装置的某个或相邻多个传力式阻尼耗能单元时，碰撞板直接承受碰撞冲击力，碰撞冲击力驱动传力杆沿套筒水平移动，同时驱动曲柄转动；在传力过程中，碰撞冲击力依次经阻尼橡胶、受压阻尼和受拉阻尼缓冲吸能，最终通过与底板相锚固的钢支撑将冲击能量传给大地；

步骤4，传力式阻尼耗能单元更换：撞击过后，当某个传力式阻尼耗能单元出现损坏或水平冲击测试不合格时，只需将其更换为步骤1水平测试合格的传力式阻尼耗能单元。

9.根据权利要求8所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞方法，其特征在于：步骤2中，当混凝土结构为方形的桥墩或柱体时，若干个传力式阻尼耗能单元呈直线型布设在混凝土结构的易撞击区域的外周；当混凝土结构为圆形桥墩或柱体时，若干个传力式阻尼耗能单元呈圆形同轴布设在混凝土结构外周；当混凝土结构为90°弧形拐角时，若干个传力式阻尼耗能单元呈弧形布设在混凝土结构外周，且圆心角为100°～150°。

10.根据权利要求8所述的传力式阻尼耗能混凝土结构防撞方法，其特征在于：步骤3中，曲柄的转动幅度控制在45°～60°。

说明书

一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种防撞装置，特别是一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法。

背景技术

[0002] 交通工具对各种桥墩的冲撞事故，发生频率较高，直接或者间接造成大量经济损失以及人员伤亡，对被撞后工程实体的安全性也提出了更多的挑战。

[0003] 因此，考虑采用工程技术对有防撞需求的混凝土结构进行加固与防护显得至关重要，如何大幅度减小碰撞的冲击力对混凝土结构的冲击破坏，是广大工程技术人员的共识。

[0004] 目前，大部分防撞的设计思路都集中在设置缓冲、消能层，通过阻尼材料或者泡沫混凝土等来吸收碰撞能量。然而，这种防撞结构及防水，还存在着如下不足，有待进行改进：

[0005] 1、防撞材料均包覆设置在混凝土结构的外周，混凝土结构仍然作为碰撞承受主体，防撞材料仅起到一定缓冲、消能作用。当大体积物体(比如汽车卡车等)冲击混凝土结构
时，冲击力将远大于防撞材料自身的缓冲及消能作用，故而混凝土结构将会受到一定程度
的冲击破坏，从而影响对上部混凝土结构的可靠支撑。

[0006] 2、当混凝土结构受到冲击破坏后，修复过程复杂、困难及繁琐。

[0007] 3、现有的防撞材料中，大多数阻尼由于成分中有机材料(橡胶)的原因，容易老化，寿命不长。

[0008] 4、为避免混凝土结构的冲击破坏，故而需要增厚防撞材料的厚度，用于增加缓冲力，从而使得混凝土结构外周的防撞材料厚度臃肿，占用道路或航道空间。

发明内容

[0009] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法，该传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置及防撞方法通
过动力转换系统将碰撞系统受到的水平冲击力传递给底板，传力过程中受压阻尼与受拉阻
尼缓冲吸能，最终将冲击能量传给大地，护混凝土结构则不受冲击力的影响，从而达到保护
混凝土结构的目的。

[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0011] 一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，包括若干个传力式阻尼耗能单元。

[0012] 若干个传力式阻尼耗能单元在混凝土构件外周呈直线型、弧形或圆形布设，相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板相拼接。

[0013] 每个传力式阻尼耗能单元均包括碰撞系统、约束系统、动力转换系统和底板。

[0014] 碰撞系统包括碰撞板、传力杆和受压阻尼。其中，碰撞板的正面用于直接承受碰撞冲击力，碰撞板的背面中部与传力杆首端相连，传力杆的尾部安装受压阻尼。

[0015] 约束系统包括套筒，套筒同轴套设在传力杆中部外周，且位置固定。传力杆能在套筒内水平滑动。

[0016] 动力转换系统包括曲柄、转轴、斜拉杆和受拉阻尼。转轴位置固定，曲柄的中部转动套装在转轴上，曲柄的一端与传力杆的尾端相铰接，曲柄的另一端与斜拉杆的顶端相铰
接，斜拉杆的中部安装受拉阻尼，斜拉杆的底端铰接在底板上。

[0017] 底板安装在邻近混凝土结构的地基中。

[0018] 碰撞系统还包括若干根碰撞板斜撑，每根碰撞板斜撑的一端与碰撞板背面相连接，另一端连接在传力杆上。

[0019] 套筒套设在碰撞板斜撑和受压阻尼之间的传力杆外周。约束系统还包括金属件、套筒斜撑一和套筒斜撑二。在套筒的两侧各设置一个金属件，每个金属件均通过套筒斜撑
一与底板相连接，每个金属件还通过套筒斜撑二与转轴相连接。

[0020] 套筒的轴向长度为20mm‑60mm。套筒的内径为传力杆外径的1.2～1.5倍。

[0021] 碰撞板从正面至背面依次包括ECC复合材料、阻尼橡胶和钢板。

[0022] 传力杆与转轴之间的曲柄形成曲柄力臂一，长度为l1。斜拉杆与转轴之间的曲柄形成为曲柄力臂二，长度为l2。则l2/l1∈[1.5,2]。

[0023] 碰撞板为平面板或曲面板。碰撞板的上翼缘标高取1.0m～1.5m、下翼缘标高取0.10m～0.20m。

[0024] 一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞方法，包括如下步骤：

[0025] 步骤1，传力式阻尼耗能单元组装：组装每个传力式阻尼耗能单元，组装完成后，对每个传力式阻尼耗能单元均进行水平冲击测试。

[0026] 步骤2，防撞装置组装：根据待保护混凝土结构的形状，在混凝土结构外周或混凝土结构中易撞击区域的外周，将步骤1水平冲击测试合格的若干个传力式阻尼耗能单元，呈
直线型、弧形或圆形布设，形成防撞装置。相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板相互拼
接。邻近混凝土结构的地基中预埋若干根钢支撑。所有底板均通过螺栓群与预埋的钢支撑
相锚固。

[0027] 步骤3，撞击：当撞击物冲击防撞装置的某个或相邻多个传力式阻尼耗能单元时，碰撞板直接承受碰撞冲击力，碰撞冲击力驱动传力杆沿套筒水平移动，同时驱动曲柄转动。
在传力过程中，碰撞冲击力依次经阻尼橡胶、受压阻尼和受拉阻尼缓冲吸能，最终通过与底
板相锚固的钢支撑将冲击能量传给大地。

[0028] 步骤4，传力式阻尼耗能单元更换：撞击过后，当某个传力式阻尼耗能单元出现损坏或水平冲击测试不合格时，只需将其更换为步骤1水平测试合格的传力式阻尼耗能单元。

[0029] 步骤2中，当混凝土结构为方形的桥墩或柱体时，若干个传力式阻尼耗能单元呈直线型布设在混凝土结构的易撞击区域的外周。当混凝土结构为圆形桥墩或柱体时，若干个
传力式阻尼耗能单元呈圆形同轴布设在混凝土结构外周。当混凝土结构为90°弧形拐角时，
若干个传力式阻尼耗能单元呈弧形布设在混凝土结构外周，且圆心角为100°～150°。

[0030] 步骤3中，曲柄的转动幅度控制在45°～60°。

[0031] 本发明具有如下有益效果：

[0032] 1、本发明通过动力转换系统将碰撞系统受到的水平冲击力传递给底板，传力过程中受压阻尼与受拉阻尼缓冲吸能，最终将冲击能量传给大地，护混凝土结构则不受冲击力
的影响，从而达到保护混凝土结构的目的，更好地保护重要设施。

[0033] 2、本发明中防撞装置的所有构件均能在工厂进行预制，现场组装，实现模块化装配。当发生碰撞后，部分损坏的构件可快速拆卸下来，并更换上工厂的预制件。

[0034] 3、现有防撞装置大多集中在设置缓冲层，使用阻尼消能等方式减小对结构的冲击，但大多数阻尼由于成分中有机材料(橡胶)的原因，容易老化，寿命不长，本发明主要通
过结构性传力方式，辅以阻尼缓冲，从而将冲击能量传递给大地，故而，装置能提供更为长
久的保护。

[0035] 4、本发明能满足普通桥墩、军事设施、应急通道、高架桥桥墩的防撞需求，并且相对于现有阻尼材料防撞设施的后期维护困难、繁琐，本装置维护，更新简单、精巧。

[0036] 5、碰撞板的上下边缘离地高度按照QC/T 487‑1999汽车保险杠的位置尺寸要求，适当扩大范围，从而保证各类汽车碰撞的冲击力都能被及时传递到大地。

[0037] 6、本发明中的碰撞斜撑、套筒斜撑和转轴斜撑均采用三角稳定结构，给装置自身提供足够的强度和刚度来应对碰撞。

[0038] 7、碰撞板的三层设计，既能充分传递冲击力，也能通过外表面ECC复合材料保护其中的高阻尼橡胶，提高碰撞板寿命。

附图说明

[0039] 图1显示了本发明一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置的结构示意图。

[0040] 图2显示了图1的底部放大示意图。

[0041] 图3显示了本发明中传力式阻尼耗能单元的结构示意图。

[0042] 图4显示了本发明中传力式阻尼耗能单元的俯视图。

[0043] 图5显示了本发明中传力式阻尼耗能单元的右视图。

[0044] 图6显示了本发明中传力式阻尼耗能单元的尺寸示意图。

[0045] 图7显示了本发明中动力转化系统和约束系统示意图。

[0046] 图8显示了本发明中动力转化系统的示意图。

[0047] 图9显示了本发明中约束系统的局部放大图。

[0048] 图10显示了本发明中曲柄铰座处局部放大图。

[0049] 图11显示了本发明中曲柄与转轴的局部放大图。

[0050] 图12显示了本发明中传力杆和受压阻尼的示意图。

[0051] 图13显示了本发明中斜拉杆的示意图。

[0052] 图14显示了本发明中楔形铰座的示意图。

[0053] 图15显示了本发明中碰撞板的拼接示意图。

[0054] 图16显示了本发明中曲柄转动的示意图。

[0055] 图17显示了本发明中动力转化的示意图。

[0056] 图18显示了本发明的传力式阻尼耗能单元呈直线型布设的实例图。

[0057] 图19显示了本发明的传力式阻尼耗能单元呈弧形布设的实例图。

[0058] 图20显示了本发明的传力式阻尼耗能单元呈圆形布设的实例图。

[0059] 其中有：

[0060] 10.碰撞系统；11.碰撞板；12.碰撞板斜撑；13.传力杆；14.受压阻尼；15.传力杆铰球；111.ECC复合材料；112.阻尼橡胶；113.钢板；

[0061] 20.约束系统；21.套筒；22.套筒斜撑一；23.金属件；24.套筒斜撑二；

[0062] 30.动力转换系统；

[0063] 31.曲柄；32.转轴；33.转轴斜撑；34.斜拉杆；341.斜拉杆铰球；35.受拉阻尼；36.轴承；

[0064] 40.底板；41.楔形铰座；42.螺栓群；

[0065] 50.传力式阻尼耗能单元；60.混凝土结构；70.防撞装置。

具体实施方式

[0066] 下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0067] 本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，
而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第
一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中
采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

[0068] 如图1和图2所示，一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞装置，简称防撞装置70，包括若干个传力式阻尼耗能单元50。

[0069] 如图2、图18、图19和图20所示，若干个传力式阻尼耗能单元在混凝土构件外周呈直线型、弧形或圆形布设。

[0070] 如图3、图4和图5所示，每个传力式阻尼耗能单元均包括碰撞系统10、约束系统20、动力转换系统30和底板40。

[0071] 碰撞系统包括碰撞板11、碰撞板斜撑12、传力杆13和受压阻尼14。

[0072] 碰撞板的正面用于直接承受碰撞冲击力，碰撞板从正面至背面优选依次包括ECC复合材料111、阻尼橡胶112和钢板113。

[0073] 上述ECC复合材料111，优选为超高韧性纤维增强水泥基复合材料等，上述阻尼橡胶112优选为高阻尼橡胶，阻尼比优选不低于10％，进一步优选阻尼比ζ∈[10％,16％]。

[0074] 上述ECC复合材料能有效防止碰撞板中的高阻尼橡胶的老化，并阻止钢板的锈蚀。同时高阻尼橡胶在碰撞瞬间缓冲冲击力，给防撞装置提供柔性保护层。

[0075] 如图15所示，相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板优选通过C型槽口相拼接。

[0076] 传力杆的结构，如图12所示，传力杆的首端优选与碰撞板的背面中部相固连，传力杆的尾端设置传力杆铰球15，位于传力杆铰球前方的传力杆尾部安装有受压阻尼14。

[0077] 碰撞板还通过若干根碰撞板斜撑进行竖向位置限位，在本发明中，碰撞板斜撑优选为四根，分别布设在传力杆的上下左右方向，每根碰撞板斜撑的一端与碰撞板背面相连
接，另一端连接在传力杆上(优选连接在传力杆的中前端)。

[0078] 碰撞板优选为平面板或曲面板等，碰撞板11的上下翼缘标高按照QC/T 487‑1999汽车保险杠的位置尺寸要求，取并集[360mm,770mm]，并扩大一定范围，最终得钢板下翼缘
标高0.2米，上翼缘标高1.0米，上翼缘可适量增高，最高1.5米，下翼缘也可扩大至0.1米；也
即碰撞板的上翼缘标高取1.0m～1.5m、下翼缘标高取0.10m～0.20m。

[0079] 如图7和图9所示，约束系统包括套筒21、套筒斜撑一22、套筒斜撑二24和金属件23。

[0080] 套筒同轴套设在传力杆中部外周，优选套设在碰撞板斜撑和受压阻尼之间的传力杆上。

[0081] 套筒位置固定，具体固定方法优选为：在套筒的外壁面两侧分别对称设置一个金属件23，每个金属件上各连接一根套筒斜撑一22和套筒斜撑二24，套筒斜撑一的另一端固
连在底板40上，套筒斜撑二的另一端固连在动力转化系统中的转轴32上。

[0082] 套筒的轴向长度优选为20mm‑60mm。套筒的内径优选为传力杆外径的1.2～1.5倍；故而传力杆能在套筒内水平自由滑动。

[0083] 如图7和图8所示，动力转换系统包括曲柄31、转轴32、转轴斜撑33、斜拉杆34和受拉阻尼35。

[0084] 转轴位置固定，转轴的底部两端优选各通过两根转轴斜撑与底板相连接。

[0085] 如图11所示，曲柄的中部优选通过轴承36转动套装在转轴上，曲柄的一端与传力杆的尾端优选通过传力杆铰球和铰接座相铰接。

[0086] 如图13所示，斜拉杆的两端各设置一个斜拉杆铰球341。其中，位于顶端的斜拉杆铰球341与曲柄底端的铰接座相铰接，如图10所示。位于顶端的斜拉杆铰球341与底板上设
置的楔形铰座41相铰接，如图14所示。

[0087] 上述传力杆铰球15和斜拉杆铰球341所用的金属强度应不低于曲柄31和楔形铰座41的材料强度，可采用Q235、Q345或更优质的合金钢。

[0088] 斜拉杆的中部安装受拉阻尼35，受压阻尼与受拉阻尼的材料强度相等，优选与传力杆和斜拉杆的材料强度相同，但也可高于传力杆和斜拉杆的材料强度。

[0089] 底板安装在邻近混凝土结构的地基中，优选通过螺栓群42与预埋在地基中的钢支撑相锚固。

[0090] 传力杆与转轴之间的曲柄形成曲柄力臂一，长度为l1。斜拉杆与转轴之间的曲柄形成为曲柄力臂二，长度为l2。则l2/l1∈[1.5,2]。

[0091] 一种传力式阻尼耗能混凝土结构防撞方法，包括如下步骤：

[0092] 步骤1，传力式阻尼耗能单元组装：组装每个传力式阻尼耗能单元，组装完成后，对每个传力式阻尼耗能单元均进行水平冲击测试。

[0093] 具体优选组装方法为：工厂按照需求预制符合要求的单个传力式阻尼耗能单元，选用合适的钢材，切割出相应尺寸的样板，再将转轴32通过转轴斜撑和套筒斜撑二分别与
约束系统20和底板40紧固连接。转动轴承36，并将机床车出的曲柄31安装上去，对部分需要
加固的连接处进行焊接锚固，通过四根碰撞板斜撑12将传力杆13和碰撞板11焊接在一起；
传力杆13穿过套筒21，并通过传力杆铰球15嵌入曲柄31的铰座内。每个装置组装好后应进
行传力杆13的水平冲击测试，保证各个部件正常运作方可出厂。

[0094] 步骤2，防撞装置组装。

[0095] 根据待保护混凝土结构的形状，在混凝土结构外周或混凝土结构中易撞击区域的外周，将步骤1水平冲击测试合格的若干个传力式阻尼耗能单元，呈直线型、弧形或圆形布
设，形成防撞装置。相邻两个传力式阻尼耗能单元中的防撞板优选通过C型卡槽相互拼接。
邻近混凝土结构的地基中预埋若干根钢支撑。所有底板均通过螺栓群与预埋的钢支撑相锚
固。

[0096] 如图18所示，当混凝土结构为方形的桥墩或柱体时，若干个传力式阻尼耗能单元呈直线型布设在混凝土结构的易撞击区域的外周。

[0097] 如图20所示，当混凝土结构为圆形桥墩或柱体时，若干个传力式阻尼耗能单元呈圆形同轴布设在混凝土结构外周。

[0098] 如图19所示，当混凝土结构为90°弧形拐角时，若干个传力式阻尼耗能单元呈弧形布设在混凝土结构外周，且圆心角为100°～150°。

[0099] 步骤3，撞击。

[0100] 当撞击物冲击防撞装置的某个或相邻多个传力式阻尼耗能单元时，碰撞板直接承受碰撞冲击力(也称水平冲击力F0)，碰撞冲击力驱动传力杆沿套筒水平移动，同时驱动曲
柄转动。在传力过程中，碰撞冲击力依次经阻尼橡胶、受压阻尼和受拉阻尼缓冲吸能，最终
通过与底板相锚固的钢支撑将冲击能量传给大地。

[0101] 如图16和图17所示，曲柄的转动幅度φ优选控制在30°～90°，进一步优选在45°～60°，每个传力式阻尼耗能单元均通过碰撞系统10将受到的水平冲击力F0传递给动力转换
系统30，曲柄31转动，带动斜拉杆34做机械运动，从而将冲击力传给底板40，传力过程中受
压阻尼14和受拉阻尼35缓冲吸能，最终通过与底板40相互铆定的钢支撑将力传给大地，从
而达到保护混凝土结构的目的。

[0102] 动力转换系统30的受力分析图，如图17所示。则在传力过程中：

[0103] 传力杆13的材料强度应满足：

[0104] fyA1≥F0max

[0105] 其中：fy：为传力杆材料强度；

[0106] A1：为传力杆的最小横截面积；

[0107] F0max：为传力杆承受的最大水平冲力。

[0108] 斜拉杆34的材料强度应满足：

[0109] fyA2≥F1max

[0110] 其中：fy：为斜拉杆材料强度；

[0111] A2：为斜拉杆的最小横截面积；

[0112] F1max：为斜拉杆承受的最大拉力。

[0113] 曲柄31的尺寸比例为：

[0114]

[0115] 其中：L32:为上转动力臂纵向长度，上转动臂是指与传力杆相铰接的臂；

[0116] L33:为下转动力臂纵向长度，下转动臂是指与斜拉杆相铰接的臂。

[0117] 曲柄31部分应满足：

[0118]

[0119] 也即F0maxl1＝F1maxl2

[0120] σc≤fy且σt≤fy

[0121] fy≤fy5

[0122] l2/l1∈[1.5,2]

[0123] 其中：l1:为上转动力臂长度；

[0124] l2:为下转动力臂长度，下转动力臂为省力力臂；

[0125] φ:为曲柄转动幅度；

[0126] fy5:为受压阻尼或受拉阻尼的材料强度，受压阻尼和受拉阻尼的材料强度相同；

[0127] fy:为传力杆或斜拉杆的材料强度，传力杆和斜拉杆的材料强度相同；

[0128] σc:为传力杆受到的压应力；

[0129] σt:为斜拉杆受到的拉应力。

[0130] 图16中，L25表示曲柄下转动力臂的实际长度，也即l2，L251、L252分别表示曲柄下转动力臂转动幅度的水平投影长度；L24表示曲柄上转动力臂转动幅度的水平投影长度。

[0131] 传力式阻尼耗能单元各部分尺寸比例，见图6所示，假定曲柄31的下转动力臂实际长度为L，也即L＝l2，则各部分尺寸比例具体如下：

[0132]

[0133]

[0134] 上述各字母分别表示如下：

[0135] L1：碰撞板纵向长度；L11：顶部碰撞板斜撑的纵向投影；L12：底部碰撞板斜撑的纵向投影；L2：碰撞板到曲柄右边缘的水平长度(视作装置整体的水平长度)；L21：碰撞板斜撑
的水平投影长度；L22：碰撞板斜撑节点到套筒的距离；L23：套筒到曲柄之间的水平距离、
L24：曲柄上转动力臂转动幅度的水平投影长度；L5：底板的水平长度；L3：装置的整体高度；
L31：传力杆轴线到碰撞板上边缘的距离；L34：斜拉杆静止状态下纵向投影长度；L35：底板
的厚度。通过上述尺寸的设计，能够便于理解装置各部分之间的尺寸比例关系，对于斜撑节
点之间，如L22的限定长度，是为了考虑到转动的时候，各部分之间不会发生冲突，通过计算
转动前后的运动轨迹，确定各部分的比例，从而保证转动的灵活性。

[0136] 当采用如图6的比例后，动力转换系统30内的曲柄31的转动分析图，如图16所示，φ取60°，各部分构件的最佳比例关系如下：

[0137] 上转动力臂的长度取l1，假设传力杆所在的水平方向为X轴，垂直于X轴的竖直方向为Y轴，则上转动力臂在Y轴上的摆幅Δy1和X轴上的摆幅Δx1分别为：

[0138]

[0139]

[0140] 下转动力臂的长度取l2，则下转动力臂在Y轴上的摆幅Δy2和X轴上的摆幅Δx2分别为：

[0141]

[0142]

[0143]

[0144] 曲柄在Y轴上的摆幅Δy和X轴上的摆幅Δx分别为

[0145]

[0146]

[0147] 上述Δy1、Δy2和Δy分别表示相应的部分在Y轴方向的投影长度，当转动角度相同，但由于上下转动力臂长度不一样，故而投影长度不等。

[0148] 步骤4，传力式阻尼耗能单元更换：撞击过后，当某个传力式阻尼耗能单元出现损坏或水平冲击测试不合格时，只需将其更换为步骤1水平测试合格的传力式阻尼耗能单元。
每个传力式阻尼耗能单元可以实现在工厂按照需求进行预制，模块化组装，从而节省时间。

[0149] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这
些等同变换均属于本发明的保护范围。