采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置转让专利
申请号 : CN202011226338.0
文献号 : CN112343395B
文献日 : 2021-11-19
发明人 : 程时涛 , 吴山 , 何浩祥 , 陈易飞 , 孙澔鼎
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置,其特征在于:该多级耗能装置包括定位支架(6);定位支架(6)的一端与一块开有长方形洞口的高强金属板(1)的上表面焊接,另一端与转动杆(3)中部的螺栓孔对齐后通过螺栓(16)进行铰接;异形平动杆(2)与高强金属板(1)的下表面焊接,异形平动杆(2)一端穿过转动杆(3)上部的长方形洞口,使异形平动杆(2)能够带动转动杆(3)发生转动;滑轮(8)的一侧与金属杆(5)一端焊接,滑轮(8)的另一个侧的圆心与固定架(9)一端的螺栓孔对齐后用螺栓(16)进行连接;高强金属板(1)通过螺栓与梁进行固定,通过螺栓将铰支座固定在梁柱构件上;异形平动杆(2)一端具有限位凹槽,另一端具有限位头;
固定架(9)的另一端与开有长方形洞口的高强金属板(1)的上表面焊接;金属链杆(4)两端的螺栓孔分别与转动杆(3)下部的螺栓孔以及金属杆(5)下部的螺栓孔对齐后用螺栓(16)进行铰接;粘弹性阻尼器(10)的上下两端分别通过螺栓(16)与高强度金属板(1)以及开有长方形洞口的高强度金属板(1)进行连接;开有长方形洞口的高强度金属板(1)的上表面左右两侧分别焊有一块限位挡板(7),下表面焊有连接头(11)和固定架(9);耗能支撑(13)两端焊有连接件(12)并分别通过螺栓(16)与铰支座(15)和连接头(11)进行连接;
焊接在开有长方形洞口的高强度金属板(1)下表面的固定架(9)与滑轮(8)之间通过螺栓(16)进行铰接;高强钢丝拉索(14)一端通过螺栓(16)固定在铰支座(15)上,另一端穿过高强金属板(1)的下部的滑轮(8)以及高强金属板(1)上的长方形洞口并与开有长方形洞口的高强金属板的上部的滑轮进行焊接;通过调整焊接在开有长方形洞口的高强金属板(1)下表面的固定架(9)和滑轮(8)的位置任意变换高强钢丝拉索(14)的角度,防止高强钢丝拉索(14)与耗能支撑(13)发生碰撞;在小震作用下,由粘弹性阻尼器(10)发挥耗能减震作用;
在中、大震作用下由高强钢丝拉索(14)实现自复位的同时由粘弹性阻尼器(10)和耗能支撑(13)共同发挥耗能减震作用;由异形平动杆(2)、转动杆(3)、金属链杆(4)、金属杆(5)、滑轮(8)和高强钢丝拉索(14)共同构成调整索力和阈值触发自复位的机构;由异形平动杆(2)带动转动杆(3)绕其中部螺栓孔发生转动,实现位移放大;由金属链杆(4)、金属杆(5)共同将平动转化为滑轮(8)的转动,并通过滑轮(8)的转动对焊接在滑轮上的高强钢丝拉索(14)进行拉紧并通过滑轮(8)的转动量调控索力大小,使高强钢丝拉索(14)具有自复位功能;高强钢丝拉索(14)由高强钢丝编织而成。
2.根据权利要求1所述的采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置,其特征在于:异形平动杆(2)的材质为高强度钢材或合金头,转动杆(3)被约束在限位凹槽之间;当异形平动杆(2)的平动量小时,转动杆(3)和限位凹槽不接触;当异形平动杆(2)的平动量增大时,限位凹槽与转动杆(3)接触并带动转动杆(3)发生转动,随着平动量进一步增大,限位头与限位挡板接触,异形平动杆(2)的平动受到限制。
3.根据权利要求1所述的采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置,其特征在于:转动杆(3)上开有两个螺栓孔且其上端开有便于异形平动杆通过的长方形洞口;
通过调节转动杆(3)上长方形洞口到中部螺栓孔以及端部螺栓孔到中部螺栓孔的距离之比实现位移放大的功能。
4.根据权利要求1所述的采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置,其特征在于:耗能支撑(13)的形式为屈曲约束支撑或摩擦耗能支撑。
说明书 :
采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置
技术领域
拉索的索力实现自复位并通过粘弹性阻尼器和耗能支撑共同进行耗能减震,属于土木工程
领域抗震和减振技术领域。
背景技术
置各种耗能减震装置。通过附加的耗能减震装置来消耗地震能量或其它振动输入能量,能
够保证建筑结构的安全。
力,从而迅速进行耗能减震。与被动式耗能减震装置相比,主动式耗能减震装置的运营及维
护成本相对较高,且在外界能源突然断供时主动式耗能减震装置无法发挥耗能减震作用。
因此,常用的耗能减震装置均以被动式为主。
减震装置是通过在装置内部安装特定材料来耗散地震能量,如粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼
器、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。而各种耗能减震装置根据其耗能原理的不同,在实际应用
中具有各自不同的局限性,如金属阻尼器通过屈服变形耗散地震能量,存在无法重复使用
等不足。因此将多种耗能减震装置进行组合,取长补短,往往能够在地震作用下表现出更加
优异的耗能减震能力。
或减少建筑结构的震后残余位移。而目前自复位功能的实现方式单一,一般都是通过预应
力筋、形状记忆合金或金属弹簧施加全程的预应力来实现。当地震作用较小时,建筑结构抗
震能力较强,本身就具有较好的自复位能力。而在中、大震作用下,传统的自复位方式将造
成耗能装置无法充分发挥滞回耗能能力而直接回复到初始位移,使自复位功能成为限制耗
能的负面因素,需要改进。如何通过耗能减震装置的形式创新使建筑结构整体既能够充分
耗能又可以在必要的大变形情况实现自复位控制残余变形,是亟需进行深入探究的问题。
耗能装置,在小震作用下通过粘弹性阻尼器耗散地震能量,在中、大震作用下异形平动杆的
平动量达到某一阈值后滑轮开始施加给高强钢丝拉索较强索力使其能够实现自复位功能,
同时由粘弹性阻尼器和耗能支撑共同发挥耗能减震作用。
发明内容
中、大震下实现自复位的优点。在小震作用下,异形平动杆的平动量未达到阈值,仅通过粘
弹性阻尼器耗散地震能量。在中、大震作用下,异形平动杆的平动量达到阈值,带动转动杆
以及滑轮发生转动,使高强钢丝拉索被拉紧并被施加较强索力,从而具有自复位功能。随着
异形平动杆的平动量进一步增加,使得异形平动杆一端的限位头与限位挡板接触,使耗能
支撑也开始发挥耗能减震作用。
8、固定架9、粘弹性阻尼器10、连接头11、连接件12、耗能支撑13、高强钢丝拉索14、铰支座
15、螺栓16。
1的下表面焊接,其一端穿过转动杆3上部的长方形洞口,使异形平动杆2能够带动转动杆3
发生转动;滑轮8的一个侧面与金属杆5一端的侧面焊接,滑轮8的另一个侧面的圆心与固定
架9一端的螺栓孔对齐后用螺栓16进行连接,固定架9的另一端与开有长方形洞口的高强金
属板1的上表面焊接;金属链杆4两端的螺栓孔分别与转动杆3下部的螺栓孔以及金属杆5下
部的螺栓孔对齐后用螺栓16进行铰接;粘弹性阻尼器10的上下两端分别通过螺栓16与高强
度金属板1以及开有长方形洞口的高强度金属板1进行连接;开有长方形洞口的高强度金属
板1的上表面左右两侧分别焊有一块限位挡板7,下表面焊有连接头11和固定架9;耗能支撑
13两端焊有连接件12并分别通过螺栓16与铰支座15和连接头11进行连接;焊接在开有长方
形洞口的高强度金属板1下表面的固定架9与滑轮8之间通过螺栓16进行铰接;高强钢丝拉
索14一端通过螺栓16固定在铰支座15上,另一端穿过高强金属板1的下部的滑轮8以及高强
金属板1上的长方形洞口并与开有长方形洞口的高强金属板的上部的滑轮进行焊接。
不接触。当异形平动杆2的平动量增大时,限位凹槽与转动杆3接触并带动转动杆3发生转
动,随着平动量进一步增大,限位头与限位挡板接触,异形平动杆2的平动受到限制。
实现位移放大的功能。通常情况下,可将距离之比控制在1:1.5 1:4之间。
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动,实现位移放大。由金属链杆4、金属杆5共同将平动转化为滑轮8的转动,并通过滑轮8的
转动对焊接在滑轮上的高强钢丝拉索14进行拉紧并通过滑轮8的转动量调控索力大小,使
高强钢丝拉索14开始具有自复位功能。高强钢丝拉索14由高强钢丝编织而成,拉索半径控
制在5mm 40mm之间。
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大震下具有自复位功能,能够减小建筑结构在震后的残余位移。
撑耗散地震能量。
从而避免耗能支撑与高强钢丝拉索之间发生碰撞,影响本发明装置的正常使用。
附图说明
件、13—耗能支撑、14—高强钢丝拉索、15—铰支座、16—螺栓。
具体实施方式
架6、限位挡板7、滑轮8、固定架9、粘弹性阻尼器10、连接头11、连接件12、耗能支撑13、高强
钢丝拉索14、铰支座15、螺栓16。
平面间布置本发明的采用滑轮调索力及阈值触发控制自复位的多级耗能装置。
一端具有限位凹槽,另一端具有限位头。
的长方形洞口。其中,中部螺栓孔至长方形洞口和下部螺栓孔的距离之比为1:2。转动杆中
部的螺栓孔与定位支架上的螺栓孔对齐后用螺栓进行连接,使转动杆可以绕该螺栓轴进行
转动。异形平动杆一端穿过转动杆上的长方形洞口并将转动杆约束在异形平动杆的限位凹
槽之间。当异形平动杆的平动量较小时,转动杆和限位凹槽不接触。当异形平动杆的平动量
增大时,限位凹槽与转动杆接触并带动转动杆发生转动。
以绕螺栓轴转动。
圆心和固定架上的螺栓孔对齐后用螺栓进行连接,使该滑轮可以绕螺栓轴转动。
强金属板上方的滑轮进行焊接。
余变形相对较小,因此不需要使用辅助措施帮助建筑结构实现自复位。当遭遇中、大震作用
时,异形平动杆的平动量达到阈值从而带动转动杆发生转动,实现位移放大,并通过金属链
杆和金属杆带动滑轮转动使焊接在滑轮上的高强钢丝拉索被拉紧并受到较强索力,使高强
钢丝拉索具有自复位功能。从而达到在中、大震下通过高强钢丝拉索控制结构震后残余位
移,实现建筑结构自复位的目的。在此过程中先由粘弹性阻尼器发挥耗能减震作用,当异形
平动杆的限位头与限位挡板接触后耗能支撑也开始发挥耗能减震作用。