一种放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置

摘要

本发明涉及一种放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置，该装置设置在由左右两个结构柱与上下两个梁组成的框架内，该装置包括阻尼器、第一支撑、第二支撑、第三支撑、第四支撑、盖板与防失稳板，盖板上端分别焊接在第一支撑与第二支撑的下方，盖板的中部分别与阻尼器的两端通过活动轴铰接，盖板的下端与防失稳板的上端焊接，防失稳板的下端分别与第三支撑或第四支撑焊接。与现有技术相比，本发明装置能放大阻尼器的位移到层间位移的2倍以上，加大阻尼器的耗能，提高风荷载和地震作用下结构的附加阻尼比；并采用构造措施防止装置在罕遇地震作用下平面外失稳，保障结构在罕遇地震作用下的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种放大阻尼器耗能效果的装置，尤其是涉及一种放大阻尼器耗 能效果的剪刀式变形放大装置。

背景技术

消能减震技术是目前世界地震工程界推广应用较多的成熟的高新技术之一， 被美国地震专家称之为“40年来世界地震工程最重要的成果之一”。

阻尼器作为消能减震产品已广泛应用于建筑结构和桥梁中，为保证人民生命 和财产安全做出了重要贡献。但是，由于阻尼器只有在较大位移下才能够发挥良好 的耗能效果，而目前阻尼器多使用在位移较小的剪力墙、框筒等结构中，无法取得 令人满意的效果，严重制约了阻尼器在这些结构中的应用。

中国专利CN102587532A公布了一种放大阻尼器耗能效果的装置，包括结构 柱、梁、连接板、第一连接杆、第二连接杆及阻尼器，结构柱与梁垂直连接构成装 置的外框，外框的三个顶点处分别设有连接板，第一连接杆、第二连接杆及阻尼器 的其中一端连接于一点，另一端分别连接在三个连接板。第一连接杆与第二连接杆 不在一条直线上。阻尼器、第一连接杆及第二连接杆的连接方式为铰接。第一连接 杆、第二连接杆及阻尼器与连接板的连接方式为铰接。该装置具有能够有效地放大 阻尼器在大风或地震作用下的位移及速度，提高阻尼器的耗能效果等优点，但是该 装置较为占用建筑空间。

目前，公知的剪刀式变形放大装置由阻尼器、支撑、连接装置组成。在框架 平面内，阻尼器一端与支撑1、支撑3铰接，阻尼器另一端与支撑2、支撑4铰接； 支撑1、支撑2铰接于上部框架梁的某处，支撑3、支撑4铰接于框架下部一梁柱 节点。在地震作用和风荷载下，结构发生层间位移，变形放大装置开始发生作用， 阻尼器两端产生大于层间位移的相对位移，加大阻尼器的耗能，提高风荷载和地震 作用下结构的附加阻尼比，提升整体结构的安全性。但由于没有采用特别的构造措 施防止装置平面外失稳，在罕遇地震作用下，结构变形较大，可能造成阻尼力过大， 装置发生平面外失稳，阻尼器两端达不到预期的相对位移，阻尼器耗能较预期小， 造成结构达不到设计的性能目标，在罕遇地震作用下严重破坏。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种放大阻尼器 耗能效果的剪刀式变形放大装置，本发明装置能放大阻尼器的位移到层间位移的2 倍以上，加大阻尼器的耗能，提高风荷载和地震作用下结构的附加阻尼比；并采用 构造措施防止装置在罕遇地震作用下平面外失稳，保障结构在罕遇地震作用下的安 全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置，该装置设置在由左右两个结 构柱与上下两个梁组成的框架内，该装置包括阻尼器、第一支撑、第二支撑、第三 支撑与第四支撑，所述的第一支撑与第三支撑同时铰接在阻尼器的一端，所述的第 二支撑与第四支撑同时铰接在阻尼器的另一端，所述的第一支撑与第二支撑同时铰 接在上方的梁上，所述的第三支撑与第四支撑同时铰接在下方的梁与结构柱的连接 处或结构柱上，该装置还包括盖板与防失稳板，所述的盖板上端分别焊接在第一支 撑与第二支撑的下方，所述的盖板的中部分别与阻尼器的两端通过活动轴铰接，所 述的盖板的下端与防失稳板的上端焊接，所述的防失稳板的下端分别与第三支撑或 第四支撑焊接。

所述的第一支撑或第二支撑的下端前后两侧分别焊接有两块盖板，所述的第三 支撑或第四支撑的前后两侧分别焊接有两块防失稳板，每个防失稳板分别与对应的 盖板焊接。

所述的防失稳板一端与盖板连接，另一端与第三支撑或第四支撑连接，且防失 稳板的中部与第三支撑或第四支撑无焊接关系。

该装置还包括节点板与耳板，所述的节点板设有两个，其中一个设置在上方的 梁上，另一个设置在下方的梁与结构柱连接处或结构柱上，每个节点板上均采用焊 接或螺栓连接等方式固定连接有两个耳板，所述的耳板与第一支撑上端、第二支撑 上端、第三支撑下端或第四支撑下端通过转动轴铰接。

按位置进行区分，所述的放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置分为中心 式、偏心式或腋撑式，对于中心式而言：与第一支撑及第二支撑相连的节点板设置 在上方梁与其中一个结构柱的连接处，与第三支撑及第四支撑相连的节点板设置在 下方梁与另一个结构柱的连接处；对于偏心式而言：与第一支撑及第二支撑相连的 节点板设置在上方梁的中部，与第三支撑及第四支撑相连的节点板设置在下方梁与 结构柱的连接处；对于腋撑式而言：与第一支撑及第二支撑相连的节点板设置在上 方梁的中部，与第三支撑及第四支撑相连的节点板设置在其中一个结构柱的中部。

对于腋撑式而言，所述的结构柱强度满足罕遇地震下不发生破坏。

对于中心式、偏心式或腋撑式中任一种形式而言，所述的梁强度满足罕遇地震 下不发生破坏。

所述的节点板在阻尼器极限位移或极限速度对应的阻尼力作用下，处于弹性工 作状态，且不应出现滑移或拔出等破坏；所述的耳板在阻尼器极限位移或极限速度 对应的阻尼力作用下，处于弹性工作状态，且不应出现滑移或拔出等破坏。

所述的第一支撑、第二支撑、第三支撑与第四支撑均为矩形管，在阻尼器极限 位移或极限速度对应的阻尼力作用下，处于弹性工作状态。

所述的阻尼器、第一支撑、第二支撑、第三支撑、第四支撑的长度及角度根据 结构柱高度、梁跨度、阻尼器的极限位移确定。

按数量区分，本发明放大装置可分为单剪刀式与双剪刀式。双剪刀式指：在一 个框架内设有两组所述的放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置，且两组放大 阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置按框架竖向中轴线对称布置。在框架跨高比 大于2.5时，可考虑使用双剪刀式；框架跨高比不大但框架中间需要设置门洞时， 可考虑使用双剪刀式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明装置能够放大阻尼器的位移到层间位移的2倍以上，在位移较小的 剪力墙等结构中可以采用，相比于常规结构而言，本发明的阻尼器放大程度较大。

2、采用偏心式和腋撑式结构时，可减小本发明占用的建筑空间，不影响设置 门洞。

3、在使用相同数量和参数的阻尼器情况下，采用此装置能加大阻尼器的耗能， 提高风荷载和地震作用下结构的附加阻尼比，提升整体结构的安全性。

4、减小相同的风振响应和地震响应可以使用较小数量的阻尼器，减小造价； 也可应用于阻尼器布置位置和数量有限，对使用空间要求高的建筑。

5、由于防失稳板的中部与第三支撑或第四支撑无焊接关系，即防失稳板中间 段与第三支撑或第四支撑脱开，仅在端部与第三支撑或第四支撑焊接，故防失稳板 在框架平面内几乎不能约束第一支撑和第三支撑、第二支撑和第四支撑之间的自由 转动，第一支撑和第三支撑、第二支撑和第四支撑在框架平面内仍为铰接。

6、防失稳板在框架平面外有较大的弯曲刚度，通过与第一支撑和第三支撑、 或第二支撑和第四支撑的连接，能有效约束装置的平面外变形，防止装置平面外失 稳，在罕遇地震作用下，阻尼器两端仍能达到预期的相对位移，保障结构在罕遇地 震作用下的安全性。

附图说明

图1为实施例1偏心单剪刀式变形放大装置的主视图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为实施例1旋转90度偏心单剪刀式变形放大装置的主视图；

图4为实施例旋转90度偏心单剪刀式变形放大装置的B-B剖视图；

图5为实施例1装置阻尼器产生位移的示意图一；

图6为实施例1装置阻尼器产生位移的示意图二；

图7为实施例2中心单剪刀式变形放大装置的主视图；

图8为实施例3腋撑单剪刀式变形放大装置的主视图；

图9为实施例4偏心双剪刀式变形放大装置的主视图；

图10为实施例5中心双剪刀式变形放大装置的主视图；

图11为实施例6腋撑双剪刀式变形放大装置的主视图。

图中标号：1.结构柱，2.梁，3.节点板，4.耳板，5.阻尼器，6.第一支撑，7.第 二支撑，8.第三支撑，9.第四支撑，10.盖板，11.防失稳板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置，为偏心单剪刀式结构，如图 1～图4所示，该装置设置在由左右两个结构柱1与上下两个梁2组成的框架内，该 装置包括阻尼器5、第一支撑6、第二支撑7、第三支撑8与第四支撑9、节点板3、 耳板4、盖板10与防失稳板11，节点板3设有两个，其中一个设置在上方的梁2 上，另一个设置在下方梁2与结构柱1的连接处，每个节点板3上均采用焊接或螺 栓连接等方式固定连接有两个耳板4，耳板4与第一支撑6上端、第二支撑7上端、 第三支撑8下端或第四支撑9下端通过转动轴铰接。第一支撑6或第二支撑7的下 端前后两侧分别焊接有两块盖板10，第三支撑8或第四支撑9的前后两侧分别焊 接有两块防失稳板11，盖板10的中部分别与阻尼器5的两端通过活动轴铰接，盖 板10的下端与防失稳板11的上端焊接，防失稳板11的下端分别与第三支撑8或 第四支撑9焊接，且防失稳板11的中部与第三支撑8或第四支撑9无焊接关系。 每个防失稳板11分别与对应的盖板10焊接。

与第一支撑6及第二支撑7相连的节点板3设置在上方梁2的中部，与第三支 撑8及第四支撑9相连的节点板3设置在下方梁2与结构柱1的连接处。

梁2强度满足罕遇地震下不发生破坏。

节点板3在阻尼器5极限位移或极限速度对应的阻尼力作用下，处于弹性工作 状态，且不应出现滑移或拔出等破坏；耳板4在阻尼器5极限位移或极限速度对应 的阻尼力作用下，处于弹性工作状态，且不应出现滑移或拔出等破坏。

第一支撑6、第二支撑7、第三支撑8与第四支撑9均为矩形管，在阻尼器5 极限位移或极限速度对应的阻尼力作用下，处于弹性工作状态。

阻尼器5、第一支撑6、第二支撑7、第三支撑8、第四支撑9的长度及角度根 据结构柱1高度、梁2跨度、阻尼器5的极限位移确定。

如图5所示，由于地震作用或风荷载作用，结构发生层间位移，结构柱1上部 节点相对右移，带动第一支撑6、第二支撑7、第三支撑8、第四支撑9发生位移， 阻尼器5两端位移增大，阻尼器5开始耗能。

如图6所示，由于地震作用或风荷载作用，结构发生层间位移，结构柱1上部 节点相对左移，带动第一支撑6、第二支撑7、第三支撑8、第四支撑9发生位移， 阻尼器5两端位移减小，阻尼器5开始耗能。

实施例2

如图7所示，与实施例1不同之处在于，本实施例的装置为中心单剪刀式变形 放大装置，本实施例中，与第一支撑6及第二支撑7相连的节点板3设置在上方梁 2与其中一个结构柱的连接处，与第三支撑8及第四支撑9相连的节点板3设置在 下方梁2与另一个结构柱1的连接处。

实施例3

如图8所示，与实施例1不同之处在于，本实施例的装置为腋撑单剪刀式变形 放大装置，本实施例中，与第一支撑6及第二支撑7相连的节点板3设置在上方梁 2的中部，与第三支撑8及第四支撑9相连的节点板3设置在其中一个结构柱1的 中部。本实施例中，结构柱1强度满足罕遇地震下不发生破坏。

实施例4

如图9所示，与实施例1不同之处在于，本实施例的装置为偏心双剪刀式变形 放大装置，本实施例中，在一个框架内设有两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形 放大装置，且两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置按框架竖向中轴线对 称布置。

实施例5

如图10所示，与实施例2不同之处在于，本实施例的装置为中心双剪刀式变 形放大装置，本实施例中，在一个框架内设有两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变 形放大装置，且两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置按框架竖向中轴线 对称布置。

实施例6

如图11所示，与实施例3不同之处在于，本实施例的装置为腋撑双剪刀式变 形放大装置，本实施例中，在一个框架内设有两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变 形放大装置，且两组放大阻尼器耗能效果的剪刀式变形放大装置按框架竖向中轴线 对称布置。

在框架跨高比大于2.5时，或框架跨高比不大但框架中间需要设置门洞时，可 考虑使用实施例4-6中的双剪刀式结构。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此 说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限 于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改 进和修改都应该在本发明的保护范围之内。