[發(fā)明專利]一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110464002.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN113235758B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張中文;王彬;徐趙東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98;E04H9/02;E04B1/18;E04B1/58
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發(fā)明公開了一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置及其工作方法。裝置由兩個(gè)矩形接頭、杠桿放大機(jī)構(gòu)、兩個(gè)由多組彈簧鋼片組成的多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和連接多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及杠桿的消能裝置構(gòu)成。其中，兩個(gè)矩形接頭分別連接兩側(cè)截?cái)噙B梁和杠桿，矩形接頭嵌入杠桿上端的短軸中部的鏤空位置；多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)上端連接截?cái)嗔海露送ㄟ^(guò)消能裝置連接杠桿長(zhǎng)軸，其錯(cuò)動(dòng)位移被消能裝置和與之連接的杠桿限制。本裝置可被動(dòng)式大幅精確地調(diào)控連梁剛度阻尼特征，針對(duì)地震風(fēng)振等差異環(huán)境激勵(lì)優(yōu)化控制高層結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，且無(wú)需塑性變形與外部能源，具有較高應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置及其相應(yīng)的工作方法。

背景技術(shù)

梁剪力墻結(jié)構(gòu)在我國(guó)多、高層結(jié)構(gòu)中廣泛使用，是使用量最大的結(jié)構(gòu)形式之一，具有較強(qiáng)的抗側(cè)剛度與強(qiáng)度，而變形能力較差，傳統(tǒng)的基于層間位移的消能減震阻尼器效果受其限制。學(xué)者發(fā)現(xiàn)控制其動(dòng)力響應(yīng)的有效方法是應(yīng)用消能連梁。為滿足結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中可能遇到的風(fēng)振以及不同回歸周期地震作用中差異化的環(huán)境激勵(lì)需要，消能連梁在不同工況下需具備不同的剛度與阻尼特征。

各類消能減震連梁是地震工程領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前最新的研究熱點(diǎn)包括可更換連梁：其核心思路為在連梁中安裝可產(chǎn)生塑性變形并易于修復(fù)更換的模塊；耗能連梁：其核心思路為在連梁的關(guān)鍵部位安裝耗能裝置；主動(dòng)與半主動(dòng)控制連梁：其核心思路為通過(guò)外部能量輸入，改變連梁剛度特征與阻尼系數(shù)。已有的新型連梁技術(shù)可顯著提升結(jié)構(gòu)抗震性能，并在實(shí)際工程中得到了有效應(yīng)用。

然而在一般工程中，連梁操作空間較小，受力狀態(tài)復(fù)雜，對(duì)連梁消能裝置的承載能力、可靠程度、剛度可調(diào)范圍有較為苛刻的要求。而現(xiàn)有裝置或需外部能源與復(fù)雜控制裝置，或難以避免產(chǎn)生塑性損傷，罕遇地震后需修復(fù)替換，不能完全滿足高層結(jié)構(gòu)消能減震的需求。

申請(qǐng)編號(hào)202010607090.6也公開了一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置，但是其需要外部構(gòu)件來(lái)約束彈簧鋼片軸向變形，不能僅依靠連梁梁體本身實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外因其不包含杠桿，所以結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中無(wú)法保證可以提供足夠的承載力，故本裝置據(jù)此加以改良，以保證裝置的穩(wěn)定性及承載力。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問(wèn)題，本專利提出一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置，利用多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和粘彈性材料的協(xié)同作用，無(wú)需外部能量輸入和材料塑性屈服就可實(shí)現(xiàn)顯著剛度改變；通過(guò)杠桿線性放大結(jié)構(gòu)位移、減小內(nèi)力傳遞，提高構(gòu)件工作效率；通過(guò)調(diào)節(jié)多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)截面尺寸以及更換消能裝置粘彈性材料，來(lái)滿足連梁在使用過(guò)程中不同剛度、阻尼需求，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)；可顯著降低地震災(zāi)變下結(jié)構(gòu)的自振頻率，增加結(jié)構(gòu)阻尼比，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。

本發(fā)明的目的是公開一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置，用簡(jiǎn)單可靠的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)基于被動(dòng)裝置的連梁變剛度，無(wú)需外部能量輸入，材料也不會(huì)產(chǎn)生塑性屈服，有較好的工程應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種內(nèi)嵌連梁的變剛度減震裝置，包括一杠桿、以及位于所述杠桿兩側(cè)的連梁，所述杠桿的上部中間位置連接有一豎桿，所述豎桿的上端具有鉸接部，所述鉸接部的一端與一側(cè)連梁鉸接，鉸接部的另一端與另一側(cè)連梁鉸接；

杠桿的兩端上部分別連接一個(gè)消能裝置；

兩個(gè)所述連梁的底部分別設(shè)有一個(gè)多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)，包括：

兩個(gè)固定連接在連梁底部的固定部、以及連接在兩個(gè)固定部之間的變剛度彈性元件；

所述變剛度彈性元件的底部通過(guò)所述消能裝置與杠桿連接。

所述變剛度彈性元件由至少一層彈簧鋼片組件構(gòu)成，多層彈簧鋼片組件在連梁底部沿高度方向相互平行布置，每層所述彈簧鋼片組件包括：左、右對(duì)稱布置的彈簧鋼片、以及連接多片彈簧鋼片的金屬連接件。