限位連桿型低頻隔震耗能支撐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種限位連桿型低頻隔震耗能支撐，屬于結構工程抗震與減震【技術領域】；該支撐包括剛性墊板、碟形彈簧組、剛性防護筒、水平桿、萬向鉸鏈、拉簧組、斜桿、限位彈簧、U型支架、人字形阻尼支撐；本發(fā)明的隔震耗能支撐在正常使用狀態(tài)下，具有較大靜剛度，可以承受上層結構的重量，同時，碟形彈簧組產生較小變形并將荷載傳遞給下部機構；在地震作用下，由于水平桿和斜桿組成的連桿體系在荷載作用下產生負剛度，人字形阻尼支撐具有較大靜剛度，整個體系的剛度由于并聯(lián)了負剛度機制而降低到很小，使框架結構處于低頻，可有效控制外部結構在地震時的震動，并且底部粘滯性阻尼器可以產生小幅振動耗散地震能量，保證整體結構的安全。
【專利說明】限位連桿型低頻隔震耗能支撐
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種限位連桿型低頻隔震耗能支撐，屬于建筑結構工程抗震與減震及抗風【技術領域】。
【背景技術】
[0002]地震是人類社會無法避免的一種自然現(xiàn)象，地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失90%甚至更多源于建筑物倒塌所致。因此世界各國都在致力于做好工程抗震減災工作，致力于提高建設工程的抗震設防水平，提高建設工程的抗震能力。在地震區(qū)修建建筑物時，為了減輕潛在地震威脅，必須對建筑物進行抗震設計，其中，采取隔震設計是減小建筑物地震損傷破壞的有效途徑之一。傳統(tǒng)基礎隔震技術就是通過在建筑物底部和基礎頂面之間設置剛度較小的隔震層，來降低結構的基本頻率，延長振動周期，使其與地震震動隔離開，限制上部結構的運動響應。這種工程技術已經(jīng)在多個國家得到了廣泛應用，在我國，按新規(guī)范設計的建筑，應用隔震技術的房屋設防目標高，安全性明顯提高。
[0003]強烈的地震給人類造成巨大損失，目前世界范圍內都在努力尋求經(jīng)濟、有效、可靠的方法來減小這種損失。結構振動控制方法的出現(xiàn)，為解決傳統(tǒng)的抗震結構體系中存在的問題提供了一條有效途徑。然而，目前的減震控制都是在建筑物底部和基礎頂面之間設置隔震層進行考慮，對于大跨度輕柔結構和底框結構，例如商住多層建筑和大跨度工業(yè)廠房等建筑物等，由于底層空間較大，剛度較小，上層結構質量較大，具有“頭重腳輕”、“上剛下柔”的特點，在地震時非常不利，極易發(fā)生扭轉破壞。因此，大跨輕柔結構和底框結構底層振動控制研究具有重要意義。
[0004]近年來，隨著人們對抗震認識的不斷發(fā)展，提出了一些可行的抗震措施，傳統(tǒng)的加強措施中，為了增大底層空間剛度，在底框結構底層兩個方向設置抗震墻做成框架一抗震墻結構，而不是純框架結構。大跨度工業(yè)廠房為提高縱向剛度和穩(wěn)定性沿縱向布置柱間支撐，主要形式有十字交叉支撐，人字形支撐，八字形支撐和斜柱式支撐等，可以起到增大縱向剛度、傳力的作用，同時可以提高廠房的整體性。調諧系統(tǒng)是在結構頂層加上慣性質量或者在附屬結構內部添加流動的液體，并配以彈簧和阻尼器與結構相連，對結構的某些振型加以控制。調諧質量或調諧液體阻尼器的基本原理是利用二次系統(tǒng)吸引主體結構的振動能量而使主體結構振動反應得到降低。
[0005]采取傳統(tǒng)的加強措施，雖然減震效果明顯，但是目前仍存在一些不足。最明顯的是，采用抗震墻設計，限制了底層空間，耗費了人力。對工業(yè)廠房布置柱間支撐，用鋼量比較大，布置起來也比較復雜，地震來臨時振動控制效果不佳，無法起到良好的耗能效果。因此開發(fā)成本低廉、反應靈敏的限位連桿型低頻隔震耗能支撐具有重大的工程意義。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出了一種限位連桿型低頻隔震耗能支撐，該隔震耗能支撐具有低頻減震、制作簡單、布置靈活、成本低廉等特點。在正常使用狀態(tài)下，該隔震耗能支撐有較大剛度，可以對上層結構起到支撐作用，在地震作用下，該隔震耗能支撐結構具有很低的運動頻率和耗散外部動能的功能，從而保證結構安全，可以滿足底框結構和其他大跨度輕柔結構的抗震要求。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，該支撐包括剛性墊板、碟形彈簧組、剛性防護筒、水平桿、萬向鉸鏈、拉簧組、斜桿、限位彈簧、U形支架、人字形阻尼支撐、外部框架；外部框架為所需隔震耗能的建筑結構的連接構件；剛性墊板與碟形彈簧組固定連接，剛性防護筒套在碟形彈簧組外部并與水平桿焊接固定，水平桿與斜桿之間以及兩根斜桿之間均通過萬向鉸鏈連接，保證水平桿與斜桿之間以及各斜桿之間在震動時可以發(fā)生相對轉動，拉簧組兩端與萬向鉸鏈連接，限位彈簧一端與萬向鉸鏈固接，一端與U型支架固接，U型支架和水平桿焊接固定，人字形阻尼支撐一端與U型支架焊接固定，一端和外部框架焊接固定；剛性墊板頂部與外部框架焊接固定；由于該隔震耗能支撐并聯(lián)了負剛度機構，結構體系整體剛度得到降低，處于低頻狀態(tài)，能夠有效減輕結構在振動的動力反應。
[0008]正常使用狀態(tài)下，該支撐具有較大剛度，可以承受上層結構的重量，同時，碟形彈簧組產生較小變形并將荷載傳遞給下部機構，水平桿和斜桿組成的體系在上部荷載作用下產生負剛度，人字形阻尼支撐具有較大正剛度，可以支撐上部重量保證結構穩(wěn)定，整個體系的剛度由于并聯(lián)了負剛度機制而降低到很小，使框架結構處于低頻，可有效控制外部結構在地震時的震動，并且底部人字形支撐上的粘滯性阻尼器可以產生小幅振動耗散地震能量，保證整體結構的安全。
[0009]本發(fā)明通過在大跨度輕柔結構底層和底框結構底層布置隔震支撐等構件，使之形成具有一定質量的附屬結構，改善原結構的動力特性，實現(xiàn)在地震作用下能夠改變結構自振特性、轉移和耗散結構本應該承受的部分外部動能的功能，從而降低原有建筑結構的破壞程度。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下。
[0011]1、本發(fā)明中的阻尼支撐具有較大剛度，同時可以發(fā)生小幅度振動，緩解地震能量的傳遞。
[0012]2、本發(fā)明采用較為靈活的方式實現(xiàn)結構的抗扭減震，可以根據(jù)具體建筑結構的實際情況適當調節(jié)水平桿和斜桿的長度以及斜桿和水平桿之間的夾角，也可以調整碟形彈簧組的參數(shù)，實現(xiàn)低頻隔震。
[0013]3、所用材料成本較低，構造較簡單，成本較低廉，減震耗能性價比突出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明限位連桿低頻隔震耗能支撐的結構示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明碟形彈簧示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明水平桿示意圖；
[0017]圖中:1、剛性墊板，2、碟形彈簧組，3、剛性防護筒，4、水平桿，5、萬向鉸鏈，6、拉簧組，7、斜桿，8、限位彈簧，9、U型支架，10、人字形阻尼支撐，11、外部框架。
【具體實施方式】[0018]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]如圖1-圖3所示，一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，該支撐包括剛性墊板1、碟形彈簧組2、剛性防護筒3、水平桿4、萬向鉸鏈5、拉簧組6、斜桿7、限位彈簧8、U形支架9、人字形阻尼支撐10、外部框架11 ;外部框架11為所需隔震耗能的建筑結構的連接構件；剛性墊板I與碟形彈簧組2固定連接，剛性防護筒3套在碟形彈簧組2外部并與水平桿4焊接固定，水平桿4與斜桿7之間以及斜桿7之間均通過萬向鉸鏈5連接，保證水平桿4與斜桿7之間以及各斜桿7之間在震動時可以發(fā)生相對轉動，拉簧組6兩端與萬向鉸鏈5連接，限位彈簧8 —端與萬向鉸鏈5固接，一端與U型支架9固接，U型支架9和水平桿4焊接固定，人字形阻尼支撐10 —端與U型支架9焊接固定，一端和外部框架11焊接固定；剛性墊板I頂部與外部框架11焊接固定；由于該隔震耗能支撐并聯(lián)了負剛度機構，結構體系整體剛度得到降低，處于低頻狀態(tài)，能夠有效減輕結構在振動的動力反應；所述斜桿7的個數(shù)為四個，水平桿4個數(shù)為兩個。
[0020]正常使用狀態(tài)下，該支撐具有較大剛度，可以承受上層結構的重量，同時，碟形彈簧組2產生變形并將荷載傳遞給下部機構，水平桿4和斜桿7組成的體系在上部荷載作用下產生負剛度，人字形阻尼支撐10具有正剛度，可以支撐上部重量保證結構穩(wěn)定，整個體系的剛度由于并聯(lián)了負剛度機制而降低到很小，使框架結構處于低頻，可有效控制外部結構在地震時的震動，并且底部人字形阻尼支撐10上的粘滯性阻尼器可以產生小幅振動耗散地震能量，保證整體結構的安全。
[0021]四個斜桿7與兩個水平桿4之間夾角范圍為90° -150°，保證在負載時出現(xiàn)負剛度。水平桿4與斜桿7之間，各斜桿7之間均用萬向鉸鏈連接，在地震作用下，保證水平桿4與斜桿7，以及各斜桿7之間可以相互轉動，協(xié)調變形。
[0022]限位彈簧8位于萬向鉸鏈5兩端在地震時可以限制連桿結構的變形，防止水平桿4與斜桿7之間夾角小于等于90°后導致結構出現(xiàn)正剛度，使其維持在負剛度范圍內，同時可以增加結構阻尼，起到耗能作用。
[0023]碟形彈簧組2采用多個外徑大、高厚小的相同碟形彈簧并通過對合連接的方式組合起來，保證其具有較大剛度承受上部結構荷載，同時碟形彈簧組2在荷載作用下變形小，可以減小整體結構的變形。
[0024]人字形阻尼支撐10具有較高地剛度和穩(wěn)定性，可以支撐上部結構荷載，同時，阻尼器可以產生振動，耗散地震能量。
[0025]本發(fā)明通過在大跨度輕柔結構底層和底框結構底層布置隔震支撐等構件，使之形成具有一定質量的附屬結構，改善原結構的動力特性，實現(xiàn)在地震作用下能夠改變結構自振特性、轉移和耗散結構本應該承受的部分外部動能的功能，從而降低原有建筑結構的破壞程度。
[0026]實施例
[0027]本實施例中，應用對象為一高為8米，長為36米，寬為21米的單層工業(yè)廠房建筑。本發(fā)明安裝在結構底層。根據(jù)設計結果，剛性墊板I長為I米厚度為20mm，采用建筑鋼材。碟形彈簧組2的外徑比C為2.5外徑250mm,內徑100mm,高度2.8mm,厚度Imm,米用多個對合的連接方式，連接后總高度為80mm，材料均為建筑鋼材。剛性防護筒3內徑為250mm，高度為74臟，便于碟形彈簧組2置于其中，水平桿4的長度為750mm，寬度為70mm。斜桿7長為300mm，斜桿7與水平桿4之間夾角均為145°。沿水平向的拉簧組6總長度為長度為250mm，每個限位拉簧8長度為260mm，U型支架9兩端高度為170mm，底部長度為800mm，采用Q345高強度建筑鋼材制作。人字形阻尼支撐10長度為2700mm，材料為建筑鋼材。
[0028]剛性墊板I與樓板地面固接，確保剛性墊板I保持水平。碟形彈簧組2安裝于剛性防護筒2內，接觸面之間涂有潤滑劑，保證地震作用下碟形彈簧組2能夠在剛性防護筒3內發(fā)生變形。萬向鉸鏈5為六個，將水平桿4、斜桿7連接起來，保證在地震作用時可以相互發(fā)生轉動。拉簧組6采用多個彈簧串聯(lián)的方式，兩端與萬向鉸鏈5相連，確保在地震作用時可以發(fā)生伸縮。
[0029]限位彈簧8兩端分別與U型支架9和萬向鉸鏈5相連，在地震作用時可以限制連桿的變形，使其保持在負剛度范圍內。U型支架9與水平桿4固接，保證其只能在豎向運動。人字形阻尼支撐10具有較大剛度對上部結構起支撐作用，同時能夠提供阻尼以提高整體機構的扭轉耗能能力。
[0030]本實施例中，正常使用時，隔震耗能支撐具有較大靜剛度，可以承擔上部結構的重量。地震作用下，當建筑結構產生振動時，上部結構荷載施加在隔震耗能支撐上，碟形彈簧組2具有較大剛度，產生較小變形并將荷載傳遞給連桿體系產生負剛度，兩端限位彈簧8限制連桿的變形，使其保持在負剛度范圍內，同時，隔震耗能支撐底部的人字形阻尼支撐10具有較大正剛度，與連桿體系并聯(lián)后，隔震耗能支撐的剛度降為極低，使得結構體系處于低頻下，限制了在地震作用下整體結構的運動，同時，碟形彈簧組2和粘滯阻尼器在地震作用下可以產生小幅度振動變形，增加了結構體系的阻尼，起到了良好的減震耗能作用。
[0031]以上為本發(fā)明的一個典型實施例，但本發(fā)明的實施不限于此。
【權利要求】
1.一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:該支撐包括剛性墊板(I)、碟形彈簧組(2)、剛性防護筒(3)、水平桿(4)、萬向鉸鏈(5)、拉簧組(6)、斜桿(7)、限位彈簧(8)、U形支架(9)、人字形阻尼支撐(10)、外部框架(11);外部框架(11)為所需隔震耗能的建筑結構的連接構件；剛性墊板(I)與碟形彈簧組(2)固定連接，剛性防護筒(3)套在碟形彈簧組(2)外部并與水平桿(4)焊接固定，水平桿(4)與斜桿(7)之間以及斜桿(7)之間均通過萬向鉸鏈(5 )連接，保證水平桿(4 )與斜桿(7 )之間以及各斜桿(7 )之間在震動時可以發(fā)生相對轉動，拉簧組(6)兩端與萬向鉸鏈(5)連接，限位彈簧(8) —端與萬向鉸鏈(5)固接,一端與U型支架(9)固接，U型支架(9)和水平桿(4)焊接固定，人字形阻尼支撐(10)—端與U型支架(9)焊接固定，另一端和外部框架(11)焊接固定；剛性墊板(I)頂部與外部框架(11)焊接固定；所述斜桿(7 )的個數(shù)為四個，水平桿(4 )個數(shù)為兩個。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:正常使用狀態(tài)下，該支撐具有較大剛度，可以承受上層結構的重量，同時，碟形彈簧組(2)產生變形并將荷載傳遞給下部機構，水平桿(4)和斜桿(7)組成的體系在上部荷載作用下產生負剛度，人字形阻尼支撐(10)具有正剛度，可以支撐上部重量保證結構穩(wěn)定，整個體系的剛度由于并聯(lián)了負剛度機制而降低到很小，使框架結構處于低頻，可有效控制外部結構在地震時的震動，并且底部人字形阻尼支撐(10)上的粘滯性阻尼器可以產生小幅振動耗散地震能量，保證整體結構的安全。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:四個斜桿(7)與兩個水平桿(4)之間夾角范圍為90° -150°之間，保證在負載時出現(xiàn)負剛度；水平桿(4)與斜桿(7 )之間，各斜桿(7 )之間均用萬向鉸鏈(5 )連接，在地震作用下，保證水平桿(4)與斜桿(7)，以及各斜桿(7)之間可以相互轉動，協(xié)調變形。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:限位彈簧(8)位于萬向鉸鏈(5)兩端，在地震時可以限制連桿結構的變形。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:碟形彈簧組(2)為相同碟形彈簧通過對合連接的方式組合。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種限位連桿低頻隔震耗能支撐，其特征在于:人字形阻尼支撐(10)支撐上部結構荷載，同時，阻尼器可以產生振動，耗散地震能量。
【文檔編號】E04B1/98GK103821248SQ201410083805
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月9日 優(yōu)先權日:2014年3月9日
【發(fā)明者】何浩祥, 陳奎, 李瑞峰, 韓恩圳 申請人:北京工業(yè)大學