本實(shí)用新型涉及一種雙功能復(fù)合減震墻裝置，特別是一種調(diào)諧質(zhì)量型屈服消能減震墻裝置。是土木工程結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)新技術(shù)發(fā)明。

背景技術(shù)：

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）是目前建筑振動控制中應(yīng)用較廣的技術(shù)之一，其原理是將TMD自振頻率調(diào)諧到與主體結(jié)構(gòu)頻率滿足某種關(guān)系時，通過振子產(chǎn)生的反向慣性力來部分抵消輸入結(jié)構(gòu)的擾動力。防屈曲支撐（BRB）是在鋼芯周圍布置無粘結(jié)約束單元以提高其穩(wěn)定性，然后通過鋼芯在拉壓過程中的塑性變形來實(shí)現(xiàn)消能減震。

但是，傳統(tǒng)TMD和BRB都有自身局限性：TMD存在占用建筑空間大，對結(jié)構(gòu)模態(tài)屬性變化敏感，啟動時間長，見效慢等問題，減風(fēng)致響應(yīng)好，減地震響應(yīng)較差。BRB則存在屈服力限制和材料抗疲勞的問題，抗震性能優(yōu)越，但對環(huán)境振動控制不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種調(diào)諧質(zhì)量型屈服消能減震墻裝置，利用該裝置能達(dá)到下述目的：（1）在結(jié)構(gòu)遭受一般性環(huán)境振動時，能發(fā)揮TMD吸振功能；（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受地震或其它破壞性沖擊荷載時，將發(fā)揮金屬屈服耗能功能；（3）根據(jù)外界振動強(qiáng)度，能實(shí)現(xiàn)兩種減震功能之間的自動切換；（4）構(gòu)造簡單，加工不復(fù)雜，用于結(jié)構(gòu)中布置靈活，空間占用率小，裝卸及維修方便。

本實(shí)用新型的構(gòu)成：一種調(diào)諧質(zhì)量型屈服消能減震墻裝置，由上部節(jié)點(diǎn)板、下部節(jié)點(diǎn)板、鋼芯、質(zhì)量源前側(cè)組件、質(zhì)量源后側(cè)組件、上部限位板、下部限位板、連接螺栓、回彈元件、阻尼元件、滑輪、軌道、限位卡、承臺和主體結(jié)構(gòu)組成，其特征在于：將上部節(jié)點(diǎn)板和下部節(jié)點(diǎn)板沿主體結(jié)構(gòu)高度方向平面內(nèi)呈對角形式與主體結(jié)構(gòu)相連，將鋼芯與上部節(jié)點(diǎn)板和下部節(jié)點(diǎn)板連接，與主體結(jié)構(gòu)共同形成一個單斜撐體系，在主體結(jié)構(gòu)下表面設(shè)置承臺，承臺上面鋪設(shè)軌道，軌道兩端設(shè)置滑動限位卡，通過質(zhì)量源前側(cè)組件、質(zhì)量源后側(cè)組件、上部限位板和下部限位板組合成調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD質(zhì)量源，并在質(zhì)量源前側(cè)組件和質(zhì)量源后側(cè)組件下表面設(shè)置滑輪，然后將設(shè)置滑輪后的質(zhì)量源放置在軌道上，并保證質(zhì)量源能夠沿軌道方向自由滑動，所述質(zhì)量源中間留出一定空隙，供斜向鋼芯穿過并將鋼芯夾在其中部，鋼芯表面與質(zhì)量源表面維持5~10mm間隙，在質(zhì)量源端部和主體結(jié)構(gòu)間設(shè)置回彈元件和阻尼元件，形成具有調(diào)諧質(zhì)量和金屬屈服消能減震雙重功能的減震墻裝置。

所述鋼芯由端部截面大，屈服工作段截面小的一字變截面金屬板組成。

所述鋼芯與上部節(jié)點(diǎn)板和下部節(jié)點(diǎn)板的連接方式包括焊接、螺栓連接和鉸接。

所述質(zhì)量源組件組合成的組件既是TMD系統(tǒng)質(zhì)量源，同時又是鋼芯的約束單元。

所述TMD質(zhì)量源前側(cè)組件和質(zhì)量源后側(cè)組件底部設(shè)有豎向約束和平面外約束。

所述豎向約束和平面外約束包括軌道滑動體系或彈簧支座。

所述回彈元件包括彈簧和預(yù)應(yīng)力鋼絞線，所述阻尼元件為粘滯阻尼器。

在受壓劇烈時，鋼芯的工作段會發(fā)生屈曲變形，并通過該變形擠壓質(zhì)量源前側(cè)組件和質(zhì)量源后側(cè)組件內(nèi)表面，該擠壓所產(chǎn)生的摩擦可阻滯外部TMD繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)減震器從調(diào)諧質(zhì)量減振向金屬屈服消能減震功能的自動轉(zhuǎn)換。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

當(dāng)主體結(jié)構(gòu)遭受一般性環(huán)境振動時，所述質(zhì)量源、回彈元件與阻尼元件共同組成TMD系統(tǒng)。當(dāng)該TMD系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼滿足一定數(shù)學(xué)關(guān)系時，該系統(tǒng)可為結(jié)構(gòu)提供反向慣性力以降低結(jié)構(gòu)振動效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)TMD吸振功能。

當(dāng)主體結(jié)構(gòu)遭受地震或其它破壞性沖擊荷載時，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大層間位移，所述鋼芯在受壓時會發(fā)生屈曲，此時原本充當(dāng)TMD質(zhì)量源并分布在鋼芯兩邊的質(zhì)量源會約束鋼芯平面外屈曲變形，迫使其向高階屈曲模態(tài)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)鋼芯的金屬屈服耗能功能。

所述質(zhì)量源在約束鋼芯屈曲變形過程中，二者接觸面會產(chǎn)生較大正向應(yīng)力，該應(yīng)力產(chǎn)生的摩擦力會阻滯TMD系統(tǒng)的擺動。由于結(jié)構(gòu)在大變形過程中，往往會伴隨模態(tài)屬性變化，此時按原模態(tài)條件設(shè)計(jì)的TMD系統(tǒng)不僅難以實(shí)現(xiàn)有效吸振，甚至可能加重結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)。所以，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)遭受強(qiáng)沖擊荷載時，TMD系統(tǒng)擺動會因?yàn)閮?nèi)部鋼芯屈曲摩擦而停止，從而實(shí)現(xiàn)從TMD減振向金屬屈服消能減震功能的自動切換。

本實(shí)用新型裝置組件中，所述上部節(jié)點(diǎn)板、下部節(jié)點(diǎn)板、鋼芯、質(zhì)量源和承臺，皆為規(guī)則鋼或鋼-混凝土構(gòu)件；所述回彈元件、阻尼元件、滑輪、軌道、限位卡，可直接采用市場上規(guī)格化成品進(jìn)行配套。各組件間只需通過標(biāo)準(zhǔn)螺栓連接或焊接即可完成組裝，因此具有構(gòu)造簡單，加工不復(fù)雜，用于結(jié)構(gòu)中布置靈活，空間占用率小，裝卸及維修方便的技術(shù)特點(diǎn)。

另外，本實(shí)用新型還可具有如下附加優(yōu)點(diǎn)：

由所述上部節(jié)點(diǎn)板、下部節(jié)點(diǎn)板，鋼芯組成的斜撐系統(tǒng)可為結(jié)構(gòu)提供側(cè)向剛度，進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)變形。

所述TMD質(zhì)量源可直接采用建筑隔墻材料，其質(zhì)量大，在結(jié)構(gòu)中多處布置可達(dá)到較高質(zhì)量比，進(jìn)而使主體結(jié)構(gòu)的減振效果更加明顯。

所述TMD質(zhì)量源為水平放置，不會發(fā)生質(zhì)量源初始下滑過大的問題，進(jìn)而更利于用在高柔結(jié)構(gòu)中。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型主視圖；

圖3是圖1的A-A剖視圖；

圖4是圖1的B-B剖視圖；

圖5是圖1的C-C剖視圖；

圖6是圖3的D-D剖視圖；

圖中1—上部節(jié)點(diǎn)板；2—下部節(jié)點(diǎn)板；3—鋼芯；4a—質(zhì)量源前側(cè)組件；4b—質(zhì)量源后側(cè)組件；5a—上部限位板；5b—下部限位板；6—連接螺栓；7—回彈元件；8—阻尼元件；9—滑輪；10—軌道；11—限位卡；12—承臺；13—主體結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，如圖1-6所示， 首先將上部節(jié)點(diǎn)板1和下部節(jié)點(diǎn)板2與主體結(jié)構(gòu)13連接，然后將鋼芯3與上部節(jié)點(diǎn)板1和下部節(jié)點(diǎn)板2相連，形成一個斜向支撐體系。若主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則上部節(jié)點(diǎn)板1和下部節(jié)點(diǎn)板2可采用預(yù)埋澆筑工藝來與主體結(jié)構(gòu)相連；若主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，則可采用焊接工藝與主體結(jié)構(gòu)相連。鋼芯3與節(jié)點(diǎn)板的連接采用焊接或螺栓連接。

在主體結(jié)構(gòu)下表面設(shè)置承臺12，在承臺上放置滑動軌道10。承臺高度應(yīng)保證安裝完畢后，質(zhì)量源前側(cè)組件4a和質(zhì)量源后側(cè)組件4b的下表面高于下部節(jié)點(diǎn)板2的上表面，同時質(zhì)量源前側(cè)組件4a和質(zhì)量源后側(cè)組件4b的上表面低于上部節(jié)點(diǎn)板1的下表面。

在質(zhì)量源前側(cè)組件4a與質(zhì)量源后側(cè)組件4b底部設(shè)置軌道滑輪。滑輪個數(shù)由質(zhì)量源總重量與單個滑輪承載力控制，但最少不宜低于4個。保證質(zhì)量源前側(cè)組件4a和質(zhì)量源后側(cè)組件4b放置在軌道上后能沿軌道方向自由滑動。滑輪9宜采用鋼軌滑輪，并沿對稱布置。

將質(zhì)量源前側(cè)組件4a與質(zhì)量源后側(cè)組件4b平行對接，中間輔以上部限位板5a和下部限位板5b，共同組成TMD質(zhì)量源。TMD質(zhì)量源必須將鋼芯3屈服耗能段包含在內(nèi)，以防止無約束部分受壓劇烈而過早失穩(wěn)。質(zhì)量源前側(cè)組件4a、質(zhì)量源后側(cè)組件4b與上部限位板5a或下部限位板5b之間通過連接螺栓6連接，以便于安裝和替換。TMD質(zhì)量源中間做空，允許鋼芯從中間穿過。具體地，對接時先對質(zhì)量源前側(cè)組件4a、質(zhì)量源后側(cè)組件4b和上部限位板5a或下部限位板5b進(jìn)行對孔臨時定位，將連接螺栓6依次穿過質(zhì)量源前側(cè)組件4a、上部限位板5a（或5b）和質(zhì)量源后側(cè)組件4b，擰緊后去除臨時定位。質(zhì)量源前側(cè)組件4a和質(zhì)量源后側(cè)組件4b中部的預(yù)留空隙由上部限位板5a和下部限位板5b控制，限位板厚度應(yīng)大于鋼芯3的厚度，以保證組裝后鋼芯3兩側(cè)表面與質(zhì)量源前側(cè)組件4a、質(zhì)量源后側(cè)組件4b內(nèi)表面之間不發(fā)生接觸，上部限位板5a與下部限位板5b厚度應(yīng)一樣。限位板厚度也不宜過大，根據(jù)以往對屈曲支撐性能試驗(yàn)研究結(jié)果并考慮一般建筑構(gòu)件加工精度許可，鋼芯表面與墻體表面之間空隙宜控制在5~10mm之間。

在質(zhì)量源兩邊設(shè)置回彈元件7和阻尼元件8?；貜椩?和阻尼元件8一端固定在主體結(jié)構(gòu)上，另一端固定在質(zhì)量源前側(cè)組件4a和質(zhì)量源后側(cè)組件4b上。

回彈元件7的種類及數(shù)量宜由式（1）控制，以使減振效果較優(yōu)。具體地，為使結(jié)構(gòu)達(dá)到最小位移，回彈元件7的種類及數(shù)量由式（1a）確定；為使結(jié)構(gòu)達(dá)到最小加速度，回彈元件7的種類及數(shù)量由式（1b）確定：

(1)

式（1）中，γ_t,op——TMD與主體結(jié)構(gòu)最優(yōu)頻率比，其中f_s——主體結(jié)構(gòu)頻率，k_ti——第i 個回彈元件7的剛度，n_s——回彈元件7的數(shù)量，m_t——組件4a、4b及限位板5a和5b的總質(zhì)量；μ——TMD質(zhì)量源與主體結(jié)構(gòu)間質(zhì)量比，M_s——主體結(jié)構(gòu)模態(tài)質(zhì)量；ξ₀——主體結(jié)構(gòu)阻尼比。

阻尼元件8的種類及數(shù)量宜由式（2）控制，以使減振效果較優(yōu)。具體地，為使結(jié)構(gòu)達(dá)到最小位移，阻尼元件8的種類及數(shù)量由式（2a）確定；為使結(jié)構(gòu)達(dá)到最小加速度，阻尼元件8的種類及數(shù)量由式（2b）確定：

(2)

式（2）中，ξ_t,op——TMD最優(yōu)阻尼比，其中f_s——主體結(jié)構(gòu)頻率，c_ti——第i個阻尼元件8的阻尼系數(shù)，n_c——阻尼元件8的數(shù)量；其它參數(shù)含義同式（1）。

回彈元件7及阻尼元件8最大拉伸和壓縮長度應(yīng)大于等于TMD質(zhì)量源最大設(shè)計(jì)擺幅。安裝完畢后，需對減震墻裝置TMD做掃頻或共振測試，通過調(diào)節(jié)回彈元件7和阻尼元件8的數(shù)量、剛度和阻尼參數(shù)，使TMD工作頻率滿足與主體結(jié)構(gòu)頻率及阻尼間的最優(yōu)減振比例關(guān)系。

在系統(tǒng)頻率及阻尼調(diào)試完畢后，令TMD質(zhì)量源位置歸中，然后在軌道上設(shè)置限位卡11。限位卡與滑輪外邊緣距離按TMD質(zhì)量源最大設(shè)計(jì)擺幅取值。上部限位板5a和下部限位板5b與鋼芯3之間最小距離必須大于滑輪外邊緣到軌道限位卡距離。在安裝完畢后，應(yīng)符合圖2所示效果。