專利名稱：建筑物及結(jié)構(gòu)物的無能耗減震(振)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減震(振)裝置，特別是涉及建筑物及結(jié)構(gòu)物無能耗減震(振)裝置(下面簡稱無能耗減震裝置)，它可用于高層建筑或結(jié)構(gòu)物中，以減輕因地震、風暴等引起的高層建筑或結(jié)構(gòu)物頂部、上部以及關(guān)鍵部位的水平位移，從而達到高層建筑及結(jié)構(gòu)物不被破壞之目的。
眾所周知，地震是由于地殼變動引起的一種自然現(xiàn)象，它給人類的正常生活和生產(chǎn)活動帶來極大的危害。對于地震的發(fā)生，人類還不能控制它，甚至也不能準確無誤地作出地震預報，但人們一直努力尋找能減少地震帶來的危害的方法。中央電視臺于一九八六年十一月九日晚間新聞中播放了日本的一項關(guān)于高層建筑減震裝置的最新成果。該項技術(shù)是在高層樓房最頂層中設置了極為復雜的由電液伺服系統(tǒng)控制的隨機減震裝置。當發(fā)生地震時，高層房頂產(chǎn)生水平位移，其位移信號反饋給由伺服控制系統(tǒng)控制的伺服閥，使高壓油進入具有兩個油腔的動作油缸中之一個油腔，產(chǎn)生巨大的推力推動一個大質(zhì)量塊，從而對高層建筑頂部產(chǎn)生一個相反方向的、基本上能抵消使頂部產(chǎn)生水平位移的力。但由于該裝置的重量相當于整個高層房屋重量的三十分之一，建筑物下部結(jié)構(gòu)如何加固是一個不容忽視的問題，至少其結(jié)構(gòu)斷面需要加大，但加大結(jié)構(gòu)斷面意味著額外費用的增加，而且該裝置只有在通電的情況下才能工作，而地震之類災害發(fā)生時，為避免再發(fā)生諸如火災等災害，切斷電源是必需的。這樣一來，該裝置就無法發(fā)揮作用。平時將電能加以儲備(比如采用蓄電池的辦法)是一種辦法，可是地震發(fā)生的頻度很小，而蓄電池要求定期維護，成本極高。還有一個問題，就是當發(fā)生地震發(fā)電輸變電設施遭到破壞時，其后果不單是上述的控制系統(tǒng)不能工作，而且設在高層建筑頂部的減振裝置，在地震波影響下必然和建筑物頂部本身一起橫向移動，這不但無助于建筑物的安全，反而更增加了使建筑物倒塌的危險。
本發(fā)明的目的是提供一種無能耗減震裝置，它能克服上述先有技術(shù)的不足之處，不需要靠房頂部的大質(zhì)量塊的作用力來抵消其水平位移，更不需電能。它的作用是，當房頂部由于地震而產(chǎn)生加速度、速度、位移之瞬時，使之受到本發(fā)明裝置產(chǎn)生的阻尼力的“瞬時約束”，之后阻尼力逐漸增大(在很短的時間內(nèi))，從而減小建筑物或結(jié)構(gòu)物的水平位移，該阻尼力由阻尼裝置中的活塞軸運動時產(chǎn)生，阻尼力的大小取決于活塞軸的運動速度，而運動的速度取決于房頂在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的位移。通過把位移放大的辦法，使活塞行程大于屋頂?shù)奈灰?，因而活塞軸在阻尼缸中的滑動速度大于屋頂之位移速度，因此產(chǎn)生較大的阻尼力。使該裝置吸收地震施加給建筑物或結(jié)構(gòu)物的一部分能量，從而減小其水平位移，避免遭到破壞，該裝置也可用于減輕風暴等造成的破壞。
為此本發(fā)明采用了阻尼裝置;多條金屬繩從建筑物或結(jié)構(gòu)物上部的固定點分別通過豎直分布在建筑物或結(jié)構(gòu)物側(cè)面上不同高度的一組滑輪引下，在金屬繩上接有繩子調(diào)整器，金屬繩與位移放大機構(gòu)相接，用位移放大機構(gòu)和金屬繩把建筑物的水平位移放大，放大機構(gòu)同放在地基上的以缸體、活塞為動作元件的阻尼裝置相接。
在本發(fā)明中，發(fā)明人還設計了一種阻尼閥，該閥內(nèi)設有一單向阻尼板，決定節(jié)流口的大小;阻尼板與放大機構(gòu)相連，用建筑物的水平位移量決定節(jié)流口的大小，使得阻尼裝置產(chǎn)生的阻尼力迅速增加。
另外，本發(fā)明采用了一個或多個蓄能器，與缸體前端相接，與缸體及活塞等一起組成了阻尼裝置，蓄能器可以是重錘式、彈簧式或氣體加載式，最好為氣囊式蓄能器。
本發(fā)明的減震裝置的其它優(yōu)點和特征將通過實施例并結(jié)合下面附圖來了解到。


圖1為建筑物無能耗減震裝置結(jié)構(gòu)一個實施例示意圖;
圖2是圖1所示實施例的位移放大機構(gòu)及阻尼裝置的工作原理示意圖;
圖3為本發(fā)明的另一種位移放大機構(gòu)示意圖;
圖4表示另一種阻尼裝置的結(jié)構(gòu)。
參看圖1的無能耗減震裝置。標號1為建筑物，請注意，建筑物前后左右可裝上若干個此類減震(振)裝置，這里只對其中的一個進行分析。如圖1所示，鋼絲繩5的一端固定在建筑物頂部的固定接點4上，鋼絲繩5也可以是多根平行布置的鋼絲繩組成鋼絲繩組。鋼絲繩5放入滑輪各凹槽內(nèi)?；喲b在滑輪軸上，又通過軸承座裝在豎直固定在建筑物上的加強梁2上，外露的滑輪和鋼絲繩用罩12罩住。建筑物兩側(cè)裝有若干個滑輪，其數(shù)目視具體情況而定，總之應能使下部阻尼裝置中的活塞軸在工作時能產(chǎn)生足夠的位移。最下部二個滑輪之間的鋼絲繩上裝有鋼絲繩張緊調(diào)整器11。鋼絲繩的另一端與下面的位移放大機構(gòu)中的固定板13相聯(lián)。位于拐角處的4個導向滑輪6的滑輪軸9和軸承座10必須有足夠的強度，與建筑物牢固地相接。鋼絲繩5通過調(diào)整器11調(diào)到合適的工作狀態(tài)。
本實施例采用兩套阻尼裝置和放大機構(gòu)，對稱布置，所以只對其中的一套結(jié)構(gòu)說明一下就行了。參看圖2，圖中示出了一放大機構(gòu)及阻尼裝置。位移放大機構(gòu)包括鋼絲繩固定板13，位移放大杠桿15，桿15通過支點軸17裝在支點軸座18上，桿15的另一端上做有橢圓形軸套19或做成其它形狀，以便使支點軸20可以上下運動;桿21的支點軸裝在該軸套上，桿21通過支點軸22與阻尼活塞軸32一端聯(lián)接。阻尼裝置主要包括活塞軸32，缸體34，阻尼管35，阻尼閥31及組合壓縮彈簧36。活塞42把缸體34的內(nèi)腔分成左右腔A和B，活塞軸和活塞上分別裝有密封圈37，38，在活塞軸32的另一端的彈簧擋板33與缸體34尾部之間裝有組合壓縮彈簧36;活塞軸32可作水平運動(箭頭a″，b″所示);從缸體34的A腔和B腔中引出兩阻尼管25，該兩管與阻尼閥31相接構(gòu)成回路;阻尼閥31內(nèi)的單向阻尼板41通過轉(zhuǎn)動軸40裝在阻尼桿30上，阻尼桿可相對阻尼閥液密地上下運動，決定節(jié)流口Z的大小，即阻尼板41向上時節(jié)流口增大，向下時減小，阻尼板可沿圖2中箭頭e，f方向擺動，但由于擋板43的限制，不能越過擋板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當建筑物頂部發(fā)生a方向位移時，阻尼裝置負載，油液向C方向流動，這時阻尼板(41)向下并轉(zhuǎn)動到與擋板43相接觸的位置，節(jié)流口Z減小，卸載時液體向d方向流動，阻尼板41向f方向擺動，使節(jié)流口增大。
裝有密封圈39的阻尼閥桿30從阻尼閥31內(nèi)伸出，通過支點軸28與桿29相鉸接，而桿29則通過支點軸44與另一個位移放大桿23相鉸接;桿23由支點軸24鉸接在支點軸座25上，其另一端做有橢圓形支點軸套26，由支點軸27與桿14相接;桿14則由支點軸16鉸接在桿15上。當本裝置工作時，如圖2所示，鋼絲繩5的運動位移經(jīng)放大后促使阻尼桿30作上下運動(如箭頭a′，b′所示)。整個放大機構(gòu)及阻尼裝置可放在建筑物的地下室3內(nèi)。
下面將敘述一下減震裝置的工作原理如圖1所示，當建筑物頂部相對于基礎向箭頭所示的a方向位移時，左邊的阻尼裝置起作用;向b方向位移時，右邊的阻尼裝置起作用。當頂部向a方向發(fā)生位移時，建筑物的左側(cè)壁必然是弧線，因此拉動鋼繩并通過鋼絲繩拉動位移放大裝置，通過位移放大裝置，使屋頂上產(chǎn)生的加速度、速度和位移這三個參數(shù)同時得到放大，此時活塞軸32向a″方向運動，缸體34的油腔A的油液通過阻尼管進入阻尼閥，與此同時，阻尼板41向下運動，節(jié)流口減小，A腔壓力提高，同時組合彈簧36的阻尼力也增加，其結(jié)果阻礙活塞軸32向左運動，從而限制了建筑頂部向a方向的位移。當建筑物頂部沿b方向相對地基位移時，其作用原理與上述相同。
圖2中的阻尼裝置的阻尼力是一變量，阻尼力隨油液流速之增加和阻尼口面積減小而增大。這里所采用的由阻尼力來克服建筑物頂部產(chǎn)生的位移的一部分這種方法，實際上是用“軟”的辦法來減小地震發(fā)生之瞬時建筑物頂部產(chǎn)生的加速度，因為建筑物質(zhì)量很大，由此加速度形成很大的慣性力，并產(chǎn)生一定的速度和位移，采用“硬”的辦法是無能為力的，只能采取“逐漸抵消”的辦法，以減小產(chǎn)生的加速度、速度和位移。
除了在建筑物或結(jié)構(gòu)物的頂層設置固定接點4外，如果需要的話，還可在建筑物相應高度上設置此類的固定接點和放在底下與之配合的減震裝置，以限制不同高度層的水平位移。
上述的實施例可以有許多改進，參看圖3，左邊的位移放大機構(gòu)采用動滑輪的形式，繩子48的一端通過導向輪47與活塞軸32相接，另一端45接在地基或其它牢固的地方，鋼絲繩5接在動滑輪嶸?。根据动滑轮的特点，省力堵栜的力减少以掚，而位移渣w右槐?，震q推鸕攪宋灰品糯蟮淖饔茫匾笨剎捎枚腫?，以达到所要求的放大作又櫍绳?8其中有一股繩子48′與阻尼閥31的放大機構(gòu)相接。本發(fā)明由于采用了位移放大機構(gòu)，因此作用在活塞軸上的力減小了，這無疑對降低阻尼裝置的技術(shù)要求有利。
參看圖4，圖中示出了另一種阻尼裝置的結(jié)構(gòu)形式?；钊?2把缸體34分成A腔和B腔，A腔充滿油液，通過管子51與蓄能器49相接。閥53位于管子51與蓄能器之間，用它來實現(xiàn)蓄能器與油腔A的連接與關(guān)閉。正常工作時閥53打開。蓄能器可以是重錘式、彈簧式或氣體加載式，但最好為動態(tài)性能好的氣囊式蓄能器。位于B腔的活塞桿后部52上裝有彈性元件，圖中所示為組合彈簧50，一頭裝在活塞軸后部，一頭頂住缸體34的后部。活塞軸32的頂端分別可與前述的二種放大機構(gòu)連接(圖中未示)?；钊S右端的壓縮彈簧50之反彈力一般不能與蓄能器作用于活塞上的壓強所產(chǎn)生的力平衡，即要求活塞軸左端的鋼繩仍承受一定的張緊力。壓縮彈簧50平時成壓緊狀態(tài)，當建筑物上部發(fā)生a向水平位移時(如圖1所示)，活塞向左移動，到一定距離時，彈簧呈拉緊狀態(tài)，阻止活塞向左移動。另外若使B腔與外界隔絕且充入一定量氣體的話，當活塞向右移動一定距離時，壓縮空氣的壓力可抵消蓄能器作用在活塞上的一部分壓力。當建筑物頂部向b向水平位移時，自然不希望左邊的鋼絲繩5拉力太大，這時蓄能器作用到活塞上的壓力主要由彈簧的反彈力及壓縮空氣的壓力承擔。當a向水平位移之后進行b向位移時，有一過渡階段，在此階段彈簧及空氣壓力不承擔蓄能器作用在活塞上的壓力，相反彈簧往回拉，此時鋼絲繩5受到的力仍然很大，若想減小這一過渡階段鋼絲繩受到的力，則可在蓄能器49與缸體34之間的管子51中設一可調(diào)節(jié)的節(jié)流孔，此功能也可閥53承擔，使活塞向右移動時，蓄能器內(nèi)的油液外流，蓄能器與缸體之間有一壓差，這樣作用在活塞上的壓力減小了，因而鋼絲繩受到的拉力也減小了。設置節(jié)流口還有一個作用，即當活塞向左移動時，缸體內(nèi)的壓力大于蓄能器內(nèi)壓力，自然對活塞產(chǎn)生較大的阻尼力。要注意的是節(jié)流口不能太小，否則會影響阻尼裝置動態(tài)特性，視具體要求而定，一般不設節(jié)流口也可。特別值得一提的是，本發(fā)明中的蓄能器可用若干個與缸體A腔相接，以滿足不同的需要。
圖4中阻尼裝置的工作原理當建筑物a向(圖1所示)發(fā)生位移時，其左側(cè)壁必然是弧線，這時鋼絲繩5不夠長，這樣就拉動與其相接的位移放大裝置(圖4未示)，通過位移放大裝置，使屋頂上產(chǎn)生的加速度、速度和位移這三個參數(shù)同時得到放大，此時活塞軸32向a″方向運動，缸體34的A腔的油液通過管子51進入蓄能器49內(nèi)，隨著活塞42位移的增加，蓄能器內(nèi)的壓力也增加;另一方面，本來由彈簧及壓縮空氣承擔的蓄能器壓力很快轉(zhuǎn)移到鋼絲繩5上，最后彈簧受拉力，綜合起來的結(jié)果使作用在活塞上的阻尼力很快增大，阻礙活塞軸32向左運動，從而限制了建建物頂部a方向的位移。當建筑物頂部沿b方向(圖1所示)相對地基位移時，另一阻尼裝置起作用，原理與上述相同。
本發(fā)明只對裝在建筑物一個側(cè)面上的一個減震裝置作了分析，顯然在建筑物四周裝上一定量減震器時，能限制建筑物任何水平方向的位移。本發(fā)明對一般的框架結(jié)構(gòu)同樣有效。熟知本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，本實施例可以有很多改進，比如采用一組阻尼裝置與放大機構(gòu)相接，實施例中阻尼裝置也可采用其它形式，不需要工作液，例如圖4中可去掉蓄能器，整個缸體密封，缸體由活塞42分成A腔和B腔，在此二腔內(nèi)分別放入可充氣的氣囊。此外在A腔中最好也設置組合彈簧。該阻尼裝置工作原理類似圖4的阻尼裝置，這里不詳細談及了。
本發(fā)明的優(yōu)點是明顯的，它不需要供給能源，這不單是為了節(jié)能，主要是為了安全可靠，使減震裝置在任何情況下都可以工作，且機械結(jié)構(gòu)簡單，費用低，具有一定的實用性。
權(quán)利要求
1.一種建筑物或結(jié)構(gòu)物的無能耗減震(振)裝置，其特征在于多條金屬繩從建筑物或結(jié)構(gòu)物上部的固定點分別通過豎直分布在建筑物或結(jié)構(gòu)物側(cè)面上不同高度的一組滑輪引下；金屬繩上接有繩子調(diào)整器；金屬繩與位移放大機構(gòu)相接，用位移放大機構(gòu)和金屬繩把建筑物水平位移放大；放大機構(gòu)同放在地基上的以缸體、活塞為動作元件的阻尼裝置相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無能耗減震裝置，其中位移放大機構(gòu)包括鋼絲繩固定板(13)，位移放大杠桿(15);桿15通過支點軸(17)裝在支點軸(18)上，桿(15)的另一端上做有橢圓軸套或做成其它形狀，以便裝在軸套上的支點軸(20)可以上下運動;桿(21)通過支點軸(22)與阻尼活塞軸(32)一端聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無能耗減震裝置，其中阻尼裝置有一阻尼閥(13)，缸體(34)有兩油腔(A，B)，分別通過阻尼管(15，15)同阻尼閥相通，阻尼閥內(nèi)的節(jié)流口大小由可動的阻尼板(41)決定，阻尼桿(30)同位移放大機構(gòu)相連，當建筑物頂部發(fā)生a向位移時，同阻尼桿(30)相連的阻尼板(41)向下，所說的阻尼板(41)還可以轉(zhuǎn)動，當阻尼裝置負載時，阻尼板處于與擋板(43)相接觸的位置，卸載時可順時針轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無能耗減震裝置，其中所說阻尼裝置其彈簧擋板(33)與缸體(34)尾部之間裝有組合壓縮彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無能耗減震裝置，其中所說的同阻尼桿(30)相接的放大機構(gòu)是由這樣構(gòu)成的，即阻尼桿(30)通過支點軸(28)與桿(29)相鉸接，桿(29)通過支點軸(44)與位移放大桿(23)相鉸接;桿(23)由支點軸(24)鉸接在支點軸座25上，其另一端做有橢圓形支點軸套26，由支點軸(27)與桿(14)相接;桿(14)則由支點軸(16)鉸接在桿(15)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無能耗減震裝置，其中所說的放大機構(gòu)為動滑輪或動滑輪組;繩子48的一端通過導向輪與活塞軸(32)相接，另一端(45)接在地基或其它牢固處，鋼絲繩(5)接在動滑輪軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無能耗減震裝置，其中所說的阻尼裝置有一個或若干個蓄能器(49)，缸體(34)由活塞(42)分成A腔和B腔，蓄能器與缸體(34)的A腔相通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無能耗減震裝置，其中所述的蓄能器可以重錘式、彈簧式或氣體加載式，最好為氣囊式蓄能器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無能耗減震裝置，其中所說的缸體(34)的B腔是密封的，B腔內(nèi)充有氣體;位于B腔的活塞軸后部(52)裝有組合彈簧(50)，所說的彈簧一頭裝在活塞后部，一頭頂住32的后部。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無能耗減震裝置，其中蓄能器(49)與缸體(34)之間設有節(jié)流口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種建筑物無能耗防震(振)裝置，它采用了阻尼裝置，用若干條鋼絲繩在建筑上部一固定點通過一組固定在不同高度上的滑輪引下，同位移放大裝置相接。放大裝置又同放在建筑物底部的阻尼裝置相接。放大裝置與鋼絲繩之間裝有調(diào)整器。本發(fā)明的防震裝置能吸收地震施加給建筑物的一部分能量，從而減少其水平位移，避免建筑物遭到破壞，該裝置也可用來減輕風暴等造成的破壞。
文檔編號E04B1/98GK1033090SQ8710720
公開日1989年5月24日 申請日期1987年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月28日
發(fā)明者于勁前, 牧一征, 于洪章, 戰(zhàn)復斌, 趙威, 魏忠余, 蔡民軍, 逢承湖, 郝玉, 汪永安 申請人:中國建筑東北設計院, 國家地震局工程力學研究所