具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统及减振效能评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统及减振效能评估方法，属于减振系统设计领域。该减振系统的第一铰接点A、第二铰接点B、第三铰接点C分别设置在结构柱顶与柱底部位；在第一铰接点A处设置长度相等的刚性杆AD与刚性杆AE；刚性杆AD与刚性杆DF通过铰接点D铰接；刚性杆AE与刚性杆EF通过铰接点E铰接；在铰接点D与铰接点E之间设置阻尼器；刚性杆DF与刚性杆EF通过铰接点F铰接；在铰接点C与铰接点F之间设置刚性杆CF；在铰接点B与铰接点F之间设置刚性杆BF；铰接点B、铰接点C、铰接点F不共线。本系统能将阻尼器的运动位移放大，充分发挥阻尼器的消能特性与减振效果，增强安全性、可靠性以及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统及减振效能评估方法
本专利技术属于减振结构中的阻尼器系统设计领域，更具体地，涉及一种在结构中减振的具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统及减振效能评估方法。
技术介绍
随着科学技术的不断进步与发展，阻尼器系统以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置在航空、航天、军工、汽车、建筑结构等行业中被普遍使用，特别是对地震作用、风荷载、爆炸冲击荷载等比较敏感的建筑结构，阻尼器系统体现出卓越的减振消能特性以及位移控制效果，具有良好的经济性、安全性以及可靠性。但是，随着框架结构、框架-核心筒结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及组合结构等成为现代结构形式的主流。如图1所示的传统等位移阻尼器减震系统，当框架结构M受到外力F时，发生位移为u，则阻尼器N运动位移也为u，该阻尼减振系统称为等位移减振系统，即框架结构的位移与阻尼器位移比为1:1。这些结构层间变形相对较小，使得传统等位移阻尼器由于变形量受到限制而不能有效地发挥耗能特性，达不到预期的减振效果。因此，寻找一种更加有效的、可靠的、具有位移放大机制的阻尼器系统已成为土木工程领域亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，其目的在于，通过具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统的结构设计，对阻尼器的位移及耗能能力进行放大，由此解决传统阻尼系统在结构层间变形较小的情况下不利于阻尼器有效发挥耗能特性的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，用于设置在结构体系内的结构薄弱层中进行减振，包括：阻尼器GH、六个铰接点A～F以及八个刚性杆AD、AE、DG、EH、DF、EF、CF和BF；铰接点A～C依次分别设于结构薄弱层框架的上左、上右、下左三个角落的节点处；AD、AE的A端均铰接于铰接点A，BF的B端铰接于铰接点B，CF的C端铰接于铰接点C，AD、DG、DF的D端铰接于铰接点D，AE、EH、EF的E端铰接于铰接点E，EF、DF、CF、BF的F端铰接于铰接点F；AD、AE的长度相等，EF、DF的长度相等；阻尼器GH与DG和EH同轴布置且对应端刚性连接；铰接点B、铰接点C、铰接点F三者不共线。进一步地，设刚性杆CF与水平方向形成的锐角为θ1，铰接点B、铰接点C的连线与水平方向形成的锐角为θ0，在初始状态下，θ1取值范围满足：其中，m、n∈(0,1)。进一步地，m、n∈[0.02，0.05]。进一步地，AE、EF的长度相等。进一步地，各刚性杆在对应的铰接点处均采用高强螺栓铰接。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统的减振效能评估方法，定义具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统往复运动一周期消耗的能量为EDη，传统等位移阻尼器系统往复运动一周期消耗的能量为ED，则二者的比值λ可表示为：式中，λ为EDη与ED的比值；EDη为具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统往复运动一周期消耗的能量；ED为等位移阻尼器系统往复运动一周期消耗的能量；π为圆周率；ω为圆频率；Cα为阻尼器GH的阻尼系数；η为具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统将阻尼器位移放大的倍数；u为阻尼器GH运动的位移量；α为阻尼器GH的阻尼指数；θ1为刚性杆CF与水平方向所形成的锐角；θ2为刚性杆BF与竖直方向所形成的锐角；θ3为夹角∠EAF的值；θ4为夹角∠BAF的值。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术的具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，通过刚性杆与刚性杆以及刚性杆与阻尼器之间的连接设计，将阻尼器置于近似剪刀一样可以开合的剪刀型刚性杆铰接架构中，有效地放大阻尼器的运动位移，充分地发挥了阻尼器的减振消能特性，从根本上弥补了传统等位移阻尼器系统由于变形量受到限制而不能发挥其耗能特性，实现了阻尼器良好的减振效果，使减振结构的安全性、可靠性以及稳定性增强，经济实用，施工操作简单快捷，有效地保障了结构工程在强烈地震作用、风荷载、爆炸冲击荷载等作用下的正常使用。2、基于本专利技术的减振效能评估方法，可以对设计好的减振系统进行验证，从而根据实际场景的减振能力需求对减振系统进行调节，以达到最契合当前使用环境的减振效果。附图说明图1是现有技术中一种传统等位移阻尼器系统的结构示意图；图2是本专利技术的具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统结构示意图；图3是图2的系统结构简图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，用于设置在结构体系内的结构薄弱层中进行减振，包括：第一铰接点A、第二铰接点B、第三铰接点C、第四铰接点D、第五铰接点E、第六铰接点F、阻尼器GH、刚性杆AD、刚性杆AE、刚性杆DF、刚性杆EF、刚性杆CF、刚性杆BF；第一铰接点A、第二铰接点B、第三铰接点C分别设置在结构柱顶与柱底的节点部位，即图2中的左上、右上、左下角的节点处；在第一铰接点A处设置刚性杆AD与刚性杆AE，并且刚性杆AD与刚性杆AE的长度相等；刚性杆AD的一端与第一铰接点A铰接，另一端与刚性杆DF的一端通过铰接点D铰接；刚性杆AE的一端与第一铰接点A铰接，另一端与刚性杆EF的一端通过铰接点E铰接；在铰接点D与铰接点E之间设置阻尼器；刚性杆DF的另一端与刚性杆EF的另一端通过铰接点F铰接；在铰接点C与铰接点F之间设置刚性杆CF；在铰接点B与铰接点F之间设置刚性杆BF；铰接点B、铰接点C、铰接点F三者不在同一直线上，这是因为当三点共线时该系统处于临界位置，将无法正常工作。阻尼器与刚性杆之间的连接、刚性杆与结构之间的连接以及刚性杆之间的连接均采用高强螺栓铰接。在本实施例中，为了最大化阻尼器的减振耗能效果，还令刚性杆AE和刚性杆EG的长度相等，相当于连线AF和DE互为中垂线，亦即四边形ADEF为菱形，同时使阻尼器GH被连线AF中分。在其他实施例中(未图示)，也可以根据不同的场景改变各刚性杆的长度关系，只需满足AD、AE的长度相等，EF、DF的长度相等且铰接点B、铰接点C、铰接点F三者不共线即可。当铰接点B、铰接点C以及铰接点F在同一直线上时，整个系统处于临界状态，导致系统不能正常工作，因此需要保证铰接点B、铰接点C、铰接点F不共线。此外，作为对本专利技术进一步的优化方案，为了提升系统稳定性，降低工作过程中运动至临界位置概率，设刚性杆CF与水平方向形成的锐角为θ1，铰接点B、铰接点C的连线与水平方向形成的锐角为θ0，在初始状态下，θ1取值范围应当满足：其中，m、n为经验系数，且0<m<1,0<n<1。优选地，取m、n∈[0.02，0.05]。当具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统产生变形后，刚性杆AD、刚性杆AE、刚性杆DF、刚性杆EF、刚性杆CF以及刚性杆BF共同带动阻尼器进行运动。当铰接点A与铰接点F相互远离时，阻尼器受到轴向压力作用；当铰接点A与铰接点F相互靠近时，阻尼器受到轴向拉力作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，用于设置在结构体系内的结构薄弱层中进行减振，其特征在于，包括：阻尼器GH、六个铰接点A～F以及八个刚性杆AD、AE、DG、EH、DF、EF、CF和BF；铰接点A～C依次分别设于结构薄弱层框架的上左、上右、下左三个角落的节点处；AD、AE的A端均铰接于铰接点A，BF的B端铰接于铰接点B，CF的C端铰接于铰接点C，AD、DG、DF的D端铰接于铰接点D，AE、EH、EF的E端铰接于铰接点E，EF、DF、CF、BF的F端铰接于铰接点F；AD、AE的长度相等，EF、DF的长度相等；阻尼器GH与DG和EH同轴布置且对应端刚性连接；铰接点B、铰接点C、铰接点F三者不共线。

【技术特征摘要】
1.一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，用于设置在结构体系内的结构薄弱层中进行减振，其特征在于，包括：阻尼器GH、六个铰接点A～F以及八个刚性杆AD、AE、DG、EH、DF、EF、CF和BF；铰接点A～C依次分别设于结构薄弱层框架的上左、上右、下左三个角落的节点处；AD、AE的A端均铰接于铰接点A，BF的B端铰接于铰接点B，CF的C端铰接于铰接点C，AD、DG、DF的D端铰接于铰接点D，AE、EH、EF的E端铰接于铰接点E，EF、DF、CF、BF的F端铰接于铰接点F；AD、AE的长度相等，EF、DF的长度相等；阻尼器GH与DG和EH同轴布置且对应端刚性连接；铰接点B、铰接点C、铰接点F三者不共线。2.如权利要求1所述的一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，其特征在于，设刚性杆CF与水平方向形成的锐角为θ1，铰接点B、铰接点C的连线与水平方向形成的锐角为θ0，在初始状态下，θ1取值范围满足：其中，m、n∈(0,1)。3.如权利要求2所述的一种具位移放大型单剪刀支撑阻尼器系统，其特征在于，m、n∈[0...

【专利技术属性】
技术研发人员：周方圆，冯欢，朱宏平，王菲菲，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42