[發明專利]一種具有位移二次放大和觸發自復位功能的復合耗能體系

有效

• 申請號: 202110279696.6
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113073748B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 何浩祥;蘭炳稷;王利輝;程時濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種具有位移二次放大和觸發自復位功能的復合耗能體系，屬于建筑結構消能減振技術領域。所述體系主要由位移二次放大機構和觸發自復位阻尼器構成。該體系可在占用空間較小的前提下利用位移放大裝置的特點將結構層間位移進行放大并加載于阻尼器兩端，使得觸發自復位阻尼器充分變形耗能。在小震時阻尼器自復位功能并不觸發，通過鏤空金屬套筒發生面內塑性變形耗散地震能量，而在大震作用下阻尼器自復位功能觸發，在高校耗散能量的同時減小結構殘余塑性變形。同時由于觸發自復位阻尼器的塑性變形主要集中于鏤空金屬套筒，因而震后易通過更換構件快速修復。

技術領域

本發明涉及一種具有位移二次放大和觸發自復位功能的復合耗能體系，屬于建筑結構消能減振領域。

背景技術

地震災害會造成建筑結構產生損傷甚至倒塌，從而致使人員傷亡和經濟損失。地震之于建筑結構本質上是一種能量輸入過程，在傳統抗震結構中，結構耗能主要可歸結為結構自身阻尼耗能和結構產生塑性變形或裂縫耗能，但自身塑性變形或產生裂縫也表現為結構損傷。而在結構中加裝消能裝置則增加了結構耗能能力，降低了結構需以損傷為代價所耗散能量，進而有效減小結構在地震作用下的損傷，從而保護結構安全。同時應用消能減振裝置的建筑結構之于抗震結構，對于構件剛度的需求明顯減少，結構構件尺寸較小，在合理設計下可有效降低建筑造價。綜上，結構消能減振技術具有巨大的發展潛力與良好的應用前景。

消能減振技術發展至今仍存在一些問題，首先建筑結構在中小地震或強風下激勵作用下下層間位移較小，現今較為普遍的阻尼器布置方式阻尼器變形有限，這造成了阻尼器無法充分發揮效能，減振效果有限。同時目前的阻尼器布置方式往往占用空間較大，對門窗布置造成較大影響，而這顯然與崇尚增大建筑使用空間的現代設計理念相背離。針對金屬阻尼器，現有布置方式下其在中小震作用時僅為結構提供抗側剛度，幾乎不發揮其耗能能力；而在大震作用下其耗能能力被發揮，但其并不為結構提供恢復力，這可能造成結構在地震中P-delta效應明顯和震后殘余變形過大，進而對結構安全產生影響。

通過以上分析，本發明提出一種具有位移二次放大和觸發自復位功能的復合耗能體系。該體系主要由位移放大機構連桿和觸發自復位阻尼器構成。其中位移放大機構由廣義肘節位移放大機構與剪刀撐式位移放大機構聯合組成。其中廣義肘節位移放大機構上、下連桿與結構連接處位置可依據建筑空間使用需求進行選取，布置上具有較大靈活性，占用空間可控。廣義肘節位移放大機構可將部分層間位移放大并轉化為剪刀撐式位移放大機構兩端位移，剪刀撐式位移放大機構進一步將兩端位移放大并作用于觸發自復位阻尼器兩端。廣義肘節位移放大機構與剪刀撐式位移放大機構的位移放大特性可簡單的以位移放大系數體現，兩者組成的位移二次放大機構的位移放大特性可由兩者的位移放大系數乘積得到，顯然位移二次放大機構位移放大能力優越，即使中小震下結構層間位移較小亦可使得阻尼器耗能能力充分發揮。觸發自復位阻尼器在兩端相對位移較小時主要由鏤空金屬套筒發生面內塑性變形耗散能量，內部觸發自復位裝置并不發揮作用。在阻尼器兩端位移較大時自復位裝置內形狀記憶合金棒材或彈簧滑出彈簧套筒，隨即彈簧套筒收縮將形狀記憶合金棒材或彈簧固定，從而使觸發自復位裝置實現自復位特性。同時由于外部鏤空金屬套筒是經濟且易于更換構件，內部觸發自復位裝置容易拆卸復位，不需產生額外經濟成本，因而觸發自復位阻尼器具有良好的可恢復性良。

綜上所述該體系顯著改善了現有消能減振手段中占用建筑結構使用空間大、中小震下耗能效率低下與大震下不提供結構恢復力的缺點，是一種應用前景廣闊的復合耗能體系。

發明內容

為解決現有消能減振手段占用空間大、中小震下耗能效率低下、大震下不提供結構恢復力且震后難以修復性或修復成本高等缺點，本發明提出一種具有位移二次放大和觸發自復位功能的復合耗能體系。該體系布置靈活、占用空間小，且得益于位移二次放大特性即使在層間位移較小時其依舊可以使阻尼器充分變形耗能，另外利用觸發自復位特性使之在小震作用下僅發揮金屬阻尼器的耗能特性，而在大震作用下發揮自復位作用，為結構提供恢復力避免結構產生過大殘余變形。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：