耗能支撐減震裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耗能支撐減震裝置，包括第一連接件、活塞耗能單元、鋼管耗能單元和第二連接件，活塞耗能單元包括密封的活塞內(nèi)缸、設(shè)置活塞內(nèi)缸內(nèi)的活塞頭、以及用于推動(dòng)活塞頭在活塞內(nèi)缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿，活塞頭將活塞內(nèi)缸分隔成第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔，第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔內(nèi)填充有在受沖擊的瞬間能夠變得堅(jiān)硬的剪切增稠液體，活塞頭上還設(shè)有用于連通第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔的導(dǎo)液孔；本裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠避免溫度應(yīng)力的影響，在不同等級(jí)地震條件下對(duì)建筑結(jié)構(gòu)物進(jìn)行減震，還能避免震后產(chǎn)生的縱向殘余位移；另外，本裝置原材料成本低，可設(shè)計(jì)不同噸位的支撐，即使安裝數(shù)目較少時(shí)也能起到優(yōu)良的減震效果，有利于提高主結(jié)構(gòu)體的安全性和穩(wěn)定性。
【專利說明】耗能支撐減震裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及一種減震裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，建筑結(jié)構(gòu)物的抗震設(shè)計(jì)已廣泛采用耗能支撐減震裝置，常見的耗能支撐減震裝置包括黏滯阻尼耗能器、黏彈性耗能器、金屬屈服型耗能器和摩擦型耗能器等。這些耗能支撐減震裝置能夠在地震中消耗地震作用于建筑結(jié)構(gòu)物的能量，以確保建筑結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)安全并減少結(jié)構(gòu)被損壞而帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]相當(dāng)多的建筑結(jié)構(gòu)物由于建筑美學(xué)和耐久性的需要，在結(jié)構(gòu)上不能設(shè)置任何伸縮縫，為了滿足其抗震要求，不得不在柱間設(shè)置支撐。然而，對(duì)于這些建筑結(jié)構(gòu)物而言，通常的柱間鋼支撐或者金屬屈服型耗能支撐會(huì)給結(jié)構(gòu)物本身帶來較大的溫度應(yīng)力，給結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和使用帶來困難。設(shè)置黏滯阻尼器耗能支撐雖然能夠解決此問題，但是成本過高。此外，金屬類耗能支撐裝置在地震后通常有一部分殘余位移，導(dǎo)致震后修復(fù)成本和難度過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種不僅能夠解決目前的普通支撐布置所帶來的溫度應(yīng)力問題和傳統(tǒng)金屬屈服型耗能支撐裝置的震后縱向殘余位移問題，而且能滿足各種建筑結(jié)構(gòu)物正常使用時(shí)需變位移的要求，并且在建筑結(jié)構(gòu)物遭遇地震時(shí)具有良好的耗能減震效果的耗能支撐減震裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種耗能支撐減震裝置，包括串聯(lián)連接的第一連接件、活塞耗能單元、在受沖擊時(shí)發(fā)生屈曲耗能的鋼管耗能單元和第二連接件，活塞耗能單元包括密封的活塞內(nèi)缸、設(shè)置活塞內(nèi)缸內(nèi)的活塞頭、以及用于推動(dòng)活塞頭在活塞內(nèi)缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿，活塞頭將活塞內(nèi)缸分隔成第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔，第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔內(nèi)填充有在受沖擊的瞬間能夠變得堅(jiān)硬的剪切增稠液體，活塞頭上還設(shè)有至少一個(gè)連通第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔的導(dǎo)液孔。
[0007]上述的活塞內(nèi)缸包括環(huán)繞著活塞頭的內(nèi)缸鋼管、與內(nèi)缸鋼管的一端密封連接的堵件以及與內(nèi)缸鋼管的另一端的內(nèi)表面密封連接的堵頭，堵頭上設(shè)有用于使活塞桿穿出的貫通孔，活塞桿與貫通孔可移動(dòng)地密封連接。
[0008]上述的堵件具有凹形截面，堵件的平頭端與第一連接件固定連接，堵件的凹頭端密封套接在內(nèi)缸鋼管的一端的外表面上。
[0009]上述的耗能支撐減震裝置還包括可移動(dòng)地套接在內(nèi)缸鋼管的外表面上的外缸鋼管和分別與外缸鋼管和活塞桿固定連接的活塞座。
[0010]上述的鋼管耗能單元包括分別與活塞座固定連接的內(nèi)約束鋼管和外約束鋼管、設(shè)置在內(nèi)約束鋼管和外約束鋼管之間的軟鋼芯材管以及一側(cè)與軟鋼芯材管固定連接且另一側(cè)與第二連接件固定連接的端部連接板，軟鋼芯材管的長度大于內(nèi)約束鋼管和外約束鋼管的長度。[0011]上述的第一連接件和第二連接件為單耳環(huán)鉸座。
[0012]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]在本發(fā)明的耗能支撐減震裝置中，第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔內(nèi)填充有剪切增稠液體，該種液體在平時(shí)使用時(shí)呈液態(tài)，使得活塞頭能夠在內(nèi)缸鋼管內(nèi)改變位置，從而在支撐軸向上發(fā)生適應(yīng)性地自動(dòng)變形，不會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)物帶來額外的溫度應(yīng)力的影響；一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震，該種液體就會(huì)變成固態(tài)，鎖定住活塞頭的移動(dòng)，使得軟鋼芯材管在支撐軸向上發(fā)生屈月艮，從而大量地耗散了地震能量，保護(hù)了建筑主結(jié)構(gòu)。在震后，剪切增稠液體又恢復(fù)為液態(tài)，使得活塞內(nèi)缸具有自適應(yīng)性能，避免了金屬耗能支撐的殘余位移問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的耗能支撐減震裝置的對(duì)角安裝示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的耗能支撐減震裝置的平面圖。
[0016]附圖標(biāo)記:
[0017]弟一連接件1、堵件2、導(dǎo)液孔3、活塞頭4、活塞桿5、內(nèi)缸鋼管6、堵頭7、活塞座8、內(nèi)約束鋼管9、軟鋼芯材管10、外約束鋼管11、端部連接板12、第二連接件13、第一內(nèi)腔14、第二內(nèi)腔15、外缸鋼管16、外腔17。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]實(shí)施例
[0020]本實(shí)施例提供了一種用于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)物提供抗震支撐的耗能支撐減震裝置，該耗能支撐減震裝置在建筑結(jié)構(gòu)物的柱間以對(duì)角或人字形等適合的方式進(jìn)行安裝。如圖1所示，耗能支撐減震裝置可以對(duì)角安裝在建筑結(jié)構(gòu)物的柱間。
[0021]如圖2所示，耗能支撐減震裝置包括依次串聯(lián)連接的第一連接件1、活塞耗能單元、鋼管耗能單元和第二連接件13。
[0022]第一連接件I和第二連接件13位于耗能支撐減震裝置的兩端，分別與建筑結(jié)構(gòu)物的柱或墻相鉸接。本實(shí)施例中，第一連接件I和第二連接件13為單耳環(huán)鉸座。
[0023]活塞耗g纟單兀包括活塞內(nèi)缸、活塞頭4、活塞桿5、外缸鋼管16和活塞座8。
[0024]活塞內(nèi)缸為密封結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)缸鋼管6、堵件2和堵頭7。內(nèi)缸鋼管6為中空并且兩端開口的無縫鋼管。堵件2為帶有一圈凸緣的圓板，凸緣和圓板形成凹形截面。堵件2的沒有凸緣的一端為平頭端，該平頭端與第一連接件I固定連接。堵件2的帶有凸緣的一端為凹頭端，該凹頭端密封套接在內(nèi)缸鋼管6的其中一端的外表面上。堵頭7為圓板，其與內(nèi)缸鋼管6的另外一端的內(nèi)表面密封連接。堵頭7上設(shè)有用于供活塞桿5貫穿的貫通孔。
[0025]活塞頭4的外形為圓板，設(shè)置于內(nèi)缸鋼管6內(nèi)，能夠在活塞桿5的帶動(dòng)下在內(nèi)缸鋼管6內(nèi)作往復(fù)移動(dòng)。活塞頭4將活塞內(nèi)缸分隔成第一內(nèi)腔14和第二內(nèi)腔15。第一內(nèi)腔14和第二內(nèi)腔15內(nèi)完全填充有在受沖擊的瞬間能夠變得堅(jiān)硬的剪切增稠液體?；钊^4上還設(shè)有至少一個(gè)連通第一內(nèi)腔14和第二內(nèi)腔15的導(dǎo)液孔3。剪切增稠液體能夠通過導(dǎo)液孔3在第一內(nèi)腔14和第二內(nèi)腔15之間進(jìn)行交換。剪切增稠液體是自然界中最堅(jiān)硬的非金屬材料之一，其是將極其細(xì)小并且堅(jiān)硬的納米球形微?；烊氲讲粨]發(fā)并且流動(dòng)性好的無毒液體中所形成的懸浮液或凝膠。剪切增稠液體平時(shí)具有流動(dòng)性，非常容易變形，幾乎無任何剛度，納米球形微粒在無毒液體中呈懸浮狀態(tài)；然而，一旦受到?jīng)_擊，原先呈懸浮狀態(tài)的納米球形微粒在碰撞點(diǎn)便會(huì)驟然聚集成微粒簇，從而使得剪切增稠液體在瞬間變得十分堅(jiān)硬，固態(tài)和液態(tài)之間進(jìn)行毫秒級(jí)轉(zhuǎn)化。換而言之，在不受沖擊時(shí)納米球形微粒之間互不干擾，剪切增稠液體呈液態(tài)；一旦受到?jīng)_擊，不同納米球形微粒激烈碰撞使得剪切增稠液體變成固態(tài)；當(dāng)沖擊力消失之后，納米球形微粒之間又變得互不干擾，剪切增稠液體重新恢復(fù)到液體狀態(tài)。剪切增稠液體在平時(shí)呈現(xiàn)柔韌性，能夠滿足平時(shí)使用時(shí)溫度應(yīng)力要求耗能支撐減震裝置具有一定的易變形性；剪切增稠液體在受到?jīng)_擊時(shí)呈現(xiàn)堅(jiān)固性，能夠滿足在地震時(shí)需要耗能支撐減震裝置具有大剛度的性能，從而使得耗能支撐減震裝置滿足有時(shí)要有柔韌性有時(shí)要有大剛度這一矛盾，同時(shí)耗能支撐減震裝置又具有自復(fù)位性能，可以避免震后縱向殘余位移。
[0026]活塞桿5的一端固定連接到活塞頭4上，中間部分與貫通孔可移動(dòng)地密封連接，另一端固定連接到活塞座8上。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生微小形變時(shí)或地震時(shí)，活塞桿5能夠推動(dòng)活塞頭4在活塞內(nèi)缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而消耗能量?；钊^4和活塞桿5的總長度LI大于內(nèi)缸鋼管6的長度，以確?；钊^4在活塞內(nèi)缸內(nèi)具有足夠的位移量。
[0027]外缸鋼管16為中空并且兩端開口的無縫鋼管，其一端可移動(dòng)地套接在內(nèi)缸鋼管6的外表面上，另外一端固定連接到活塞座8上。外缸鋼管16的內(nèi)徑等于內(nèi)缸鋼管6的外徑。
[0028]鋼管耗能單元為公知技術(shù)，包括外約束鋼管11、內(nèi)約束鋼管9、軟鋼芯材管10和端部連接板12。外約束鋼管11的一端固定連接到活塞座8上，另一端為自由端。內(nèi)約束鋼管9的外徑小于外約束鋼管11的內(nèi)徑，其一端固定連接到活塞座8上，另一端為自由端。軟鋼芯材管10設(shè)置在內(nèi)約束鋼管9和外約束鋼管11之間的空隙內(nèi)，其一端固定連接到活塞座8上，另一端固定連接到端部連接板12上。軟鋼芯材管10由軟鋼制成，容易發(fā)生屈曲變形，其長度L3分別大于外約束鋼管11和內(nèi)約束鋼管9的長度。因此，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，軟鋼芯材管10會(huì)發(fā)生屈曲變形，從而大量地耗散地震帶給建筑結(jié)構(gòu)物的能量。
[0029]綜上，在本實(shí)施例的耗能支撐減震裝置中，因?yàn)榈谝粌?nèi)腔14和第二內(nèi)腔15內(nèi)填充有剪切增稠液體，該種液體在日常情況下呈液態(tài)，在受到?jīng)_擊的瞬間變?yōu)楣虘B(tài)，因此，在建筑結(jié)構(gòu)物日常使用的溫度變化下，剪切增稠液體能夠通過導(dǎo)液孔3在第一內(nèi)腔14和第二內(nèi)腔15之間緩慢交換，導(dǎo)致活塞頭4在內(nèi)缸鋼管6內(nèi)改變位置，從而耗能支撐減震裝置在支撐軸向上發(fā)生自動(dòng)變形，不會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)物帶來額外的溫度應(yīng)力的影響，也不影響建筑結(jié)構(gòu)物的正常使用。當(dāng)發(fā)生弱震時(shí)，剪切增稠液體的交換能起到一定的耗能作用。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，剪切增稠液的性能會(huì)發(fā)生劇變，變?yōu)閳?jiān)硬的固體，鎖定住活塞頭4在內(nèi)缸鋼管6內(nèi)的移動(dòng)，從而為內(nèi)約束鋼管9、軟鋼芯材管10和外約束鋼管11提供極高的反力，此時(shí)，由于內(nèi)約束鋼管9和外約束鋼管11對(duì)軟鋼芯材管10有約束作用，所以軟鋼芯材管10可以在支撐軸向屈服，從而大量地耗散地震能量，有利于保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)物的主體結(jié)構(gòu)。本耗能支撐減震裝置在結(jié)構(gòu)物正常使用、極限狀態(tài)和震后恢復(fù)均有良好的性能表現(xiàn)，能夠在不同等級(jí)地震條件下對(duì)建筑結(jié)構(gòu)物進(jìn)行減震，對(duì)不同等級(jí)地震有較強(qiáng)的適應(yīng)性，便于建筑結(jié)構(gòu)物支撐的總體設(shè)計(jì)和布置；另外，本耗能支撐減震裝置的原材料成本低，可設(shè)計(jì)不同噸位的支撐，即使安裝數(shù)目較少時(shí)也能起到優(yōu)良的減震效果，有利于提高主結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性和安全性。
[0030]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種耗能支撐減震裝置，其特征在于:包括串聯(lián)連接的第一連接件、活塞耗能單元、在受沖擊時(shí)發(fā)生屈曲耗能的鋼管耗能單元和第二連接件，活塞耗能單元包括密封的活塞內(nèi)缸、設(shè)置所述活塞內(nèi)缸內(nèi)的活塞頭以及用于推動(dòng)所述活塞頭在所述活塞內(nèi)缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿，所述活塞頭將所述活塞內(nèi)缸分隔成第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔，所述第一內(nèi)腔和所述第二內(nèi)腔內(nèi)填充有在受沖擊的瞬間能夠變得堅(jiān)硬的剪切增稠液體，所述活塞頭上還設(shè)有至少一個(gè)連通所述第一內(nèi)腔和所述第二內(nèi)腔的導(dǎo)液孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:所述活塞內(nèi)缸包括環(huán)繞著所述活塞頭的內(nèi)缸鋼管、與所述內(nèi)缸鋼管的一端密封連接的堵件以及與所述內(nèi)缸鋼管的另一端的內(nèi)表面密封連接的堵頭，所述堵頭上設(shè)有用于使所述活塞桿穿出的貫通孔，所述活塞桿與貫通孔所述可移動(dòng)的密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:所述堵件具有凹形截面，所述堵件的平頭端與所述第一連接件固定連接，所述堵件的凹頭端密封套接在所述內(nèi)缸鋼管的所述一端的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:還包括可移動(dòng)的套接在所述內(nèi)缸鋼管的外表面上的外缸鋼管和分別與所述外缸鋼管和所述活塞桿固定連接的活塞座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:所述鋼管耗能單元包括分別與所述活塞座固定連接的內(nèi)約束鋼管和外約束鋼管、設(shè)置在所述內(nèi)約束鋼管和所述外約束鋼管之間的軟鋼芯材管以及一側(cè)與所述軟鋼芯材管固定連接且另一側(cè)與所述第二連接件固定連接的端部連接板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:所述軟鋼芯材管的長度分別大于所述內(nèi)約束鋼管和所述外約束鋼管的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗能支撐減震裝置，其特征在于:所述第一連接件和所述第二連接件為單耳環(huán)鉸座。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK103938750SQ201410138924
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】張瑞甫, 呂西林, 翁大根, 劉帥, 葛慶子 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)