本發(fā)明屬于減震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含自復(fù)位可動子結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，地球處于強震頻發(fā)時期，抗震和減震技術(shù)亟待發(fā)展以保證建筑結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受大地震或在多次中小地震后仍能正常工作。各種減震新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并在實際工程中得到了越來越多的應(yīng)用。有學(xué)者提出了“免損結(jié)構(gòu)”的減震設(shè)計概念，即把結(jié)構(gòu)體系分為主結(jié)構(gòu)和次結(jié)構(gòu)，次結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)揮耗能作用，以確保主結(jié)構(gòu)在強震作用下仍能保持彈性工作狀態(tài)。

動力吸振器被廣泛應(yīng)用于機械學(xué)科，用于減少主結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。最常見的有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過調(diào)節(jié)彈簧剛度及連接阻尼大小使附加質(zhì)量塊與主結(jié)構(gòu)的振動頻率相近，從而使振動能量從主結(jié)構(gòu)傳遞到附加質(zhì)量塊，以減少主結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器近年來被應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，用于減少人行荷載引起的樓面振動以及高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)。傳統(tǒng)的小質(zhì)量比的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器僅對某個頻率下的振動響應(yīng)有較好的控制效果，對寬頻域或卓越周期遠(yuǎn)離主結(jié)構(gòu)基頻的地震動下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)控制效果并不理想。

已有研究證明調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減震效果取決于附加質(zhì)量塊的質(zhì)量，附加質(zhì)量越大，魯棒性越好，減震效果越明顯。通過分割建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，利用建筑結(jié)構(gòu)本身的一部分質(zhì)量作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量塊，可以實現(xiàn)大質(zhì)量比，同時仍可保持結(jié)構(gòu)和建筑的使用功能。另一方面，通過放松結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的約束，使結(jié)構(gòu)在外荷載作用下發(fā)生搖擺并通過自復(fù)位裝置使結(jié)構(gòu)震后自動復(fù)位的搖擺自復(fù)位減震體系，近年來得到發(fā)展與應(yīng)用。搖擺結(jié)構(gòu)通過抬升及搖擺在搖擺界面發(fā)生集中變形并通過預(yù)設(shè)耗能構(gòu)件耗散地震能量，使結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生塑性變形，但存在發(fā)生傾覆等整體穩(wěn)定問題以及需要注意底部滑動限制問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種含自復(fù)位可動子結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于房屋建筑、輸電塔等結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計以及加固改造中，通過可動子結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)之間的相對運動，轉(zhuǎn)移耗散地震施加于主結(jié)構(gòu)的能量，從而有效地保護(hù)主結(jié)構(gòu)安全，提高主結(jié)構(gòu)的抗震性能。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種含自復(fù)位可動子結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)，包括主結(jié)構(gòu)和可動子結(jié)構(gòu)，所述的可動子結(jié)構(gòu)上部與主結(jié)構(gòu)通過提供扭轉(zhuǎn)或平移剛度的節(jié)點連接，可動子結(jié)構(gòu)底部通過耗能部件連接于地面。

所述的耗能部件為阻尼器。

所述的可動子結(jié)構(gòu)上部與主結(jié)構(gòu)鉸接，可動子結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)之間設(shè)置彈性件，所述的彈性件為彈簧或有軸向剛度的部件，提供最優(yōu)剛度。

所述的主結(jié)構(gòu)為建筑物主體，所述的可動子結(jié)構(gòu)為從主結(jié)構(gòu)中分離出的可移動單元，包括但不局限于墻體、電梯井、樓梯間或立體停車場。

本發(fā)明子結(jié)構(gòu)上部與主結(jié)構(gòu)用帶有扭轉(zhuǎn)或平移剛度的節(jié)點相連，其由于重力作用具有自復(fù)位能力，懸掛的子結(jié)構(gòu)在重力作用下回復(fù)到原來的位置，與搖擺型子結(jié)構(gòu)體系相比，該體系不需要后張預(yù)應(yīng)力筋等提供復(fù)位力，且不需要沿子結(jié)構(gòu)全高方向設(shè)置連接耗能部件。耗能部件連接于子結(jié)構(gòu)底部與地面之間，便于安裝及震后維修或更換。

搖擺型結(jié)構(gòu)的耗能機理通過主結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間的相對運動消耗地震輸入能量，子結(jié)構(gòu)的運動能量仍由地面輸入；而本發(fā)明所提減震體系中的子結(jié)構(gòu)的運動能量來自于主結(jié)構(gòu)，可動子結(jié)構(gòu)不直接置于地面上，地震能量不是從地面?zhèn)魅胱咏Y(jié)構(gòu)，而是經(jīng)主結(jié)構(gòu)傳遞過來，由于可動子結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)同諧，對應(yīng)主結(jié)構(gòu)基頻的大部分地震能量可傳遞給子結(jié)構(gòu)，最后由子結(jié)構(gòu)與地面之間的阻尼器耗散，對低層及彎曲變形不可忽略的高層建筑均可達(dá)到理想的減震控制效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為以墻體為可動子結(jié)構(gòu)的平面示意圖；

圖3為以電梯井可動子結(jié)構(gòu)的平面示意圖；

圖中：1-主結(jié)構(gòu)；2-彈性件；3-可動子結(jié)構(gòu)；4-耗能部件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

一種含自復(fù)位可動子結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)，如圖1所示，包括主結(jié)構(gòu)1和可動子結(jié)構(gòu)3，可動子結(jié)構(gòu)3上部與主結(jié)構(gòu)1活動連接，可動子結(jié)構(gòu)3與主結(jié)構(gòu)1之間設(shè)置彈性件2，可動子結(jié)構(gòu)3底部通過耗能部件4連接于地面，主結(jié)構(gòu)1為建筑物主體，可動子結(jié)構(gòu)3從主結(jié)構(gòu)1中分離，包括墻體、電梯井、樓梯間或立體停車場。

以主結(jié)構(gòu)1為框架結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)為例，圖2可動子結(jié)構(gòu)為200mm厚墻體，圖3可動子結(jié)構(gòu)為250mm墻厚電梯井。可動子結(jié)構(gòu)3上部與主框架梁用鉸接節(jié)點相連，同時加入彈簧或有軸向剛度的彈性件2以提供優(yōu)化設(shè)計得到所需的扭轉(zhuǎn)或平移剛度，可動子結(jié)構(gòu)底部與地面之間設(shè)置耗能部件，如粘滯型阻尼器，阻尼器提供優(yōu)化設(shè)計得到所需的阻尼，通過優(yōu)化設(shè)計該結(jié)構(gòu)減震體系，主結(jié)構(gòu)層間變形及加速度響應(yīng)可得到有效控制，可動子結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)甚至小于主結(jié)構(gòu)的加速度，并且子結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)之間的最大相對位移只有幾十公分，滿足建筑與結(jié)構(gòu)的使用要求。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種含自復(fù)位可動子結(jié)構(gòu)的減震系統(tǒng)，包括主結(jié)構(gòu)和可動子結(jié)構(gòu)，可動子結(jié)構(gòu)上部與主結(jié)構(gòu)通過提供扭轉(zhuǎn)或平移剛度的節(jié)點連接，可動子結(jié)構(gòu)底部通過耗能部件連接于地面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使主結(jié)構(gòu)大部分能量傳遞給子結(jié)構(gòu)，并最終由與地面相連的耗能組件消耗，可同時有效控制主結(jié)構(gòu)及子結(jié)構(gòu)層間變形及加速度等響應(yīng)，確保結(jié)構(gòu)的安全性及居住舒適度，可廣泛應(yīng)用于房屋建筑、輸電塔等結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計以及加固改造中。

技術(shù)研發(fā)人員：項平;賈良玖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.27
技術(shù)公布日：2017.07.14