一种多重位移放大连接机构及自平衡复合消能系统技术方案

本实用新型专利技术涉及建筑结构消能减震技术领域，具体涉及了一种多重位移放大连接机构及自平衡复合消能系统，包括第一支撑杆、第二支撑杆、悬臂桁架，所述悬臂桁架固定连接在所述构筑物上，所述第一支撑杆的一端与第二支撑杆的一端铰接形成一个具有中部活动铰的肘节二连杆，且所述肘节二连杆的第一支撑杆和第二支撑杆呈夹角布置，所述第一支撑杆的另一端铰接在所述悬臂桁架末端，所述中的第二支撑杆的另一端铰接在所述构筑物上。本实用新型专利技术的自平衡复合消能系统，通过高效的多重放大机制确保阻尼器变形、阻尼作用多重逐级放大，从而实现放大效率高、放大系数可调、响应快、自平衡、大变形阻尼耗能的目的。阻尼耗能的目的。阻尼耗能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种多重位移放大连接机构及自平衡复合消能系统


[0001]本技术涉及建筑结构消能减震
，特别是涉及一种多重位移放大连接机构及自平衡复合消能系统。

技术介绍

[0002]消能减震技术是近50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。地震或风荷载振动下建筑结构将变形传递给阻尼器，阻尼器变形达到屈服位移后开始耗能，消耗地震或振动作用，保护主体结构的安全。其中阻尼器的变形(位移)越大，工作效率就越大，其消能效果就越明显。阻尼器的布置方式对其工作效率影响很大，通常采用位移放大系数(f＝阻尼器位移/结构层间水平位移)来评价阻尼器工作效率的大小，传统的阻尼器布置形式主要有墙型(如附图1)、支撑型(如附图2)、剪切连接型(如附图3)以及放大型；阻尼器放大式布置中根据不同的放大方式，又大致分为肘节型(如附图4)和伸臂型(如附图5)等。墙型、支撑型、剪切连接型主要利用结构层间变形来发挥阻尼器的耗能作用，其位移放大系数均小于1.0，工作效率不高，需要在建筑结构中布置较多数量的阻尼器才能起到一定的耗能效果。肘节型属于机械放大型机构，其位移放大系数为f＝sinθ1/cos(θ1+θ2)+sinθ2，θ1为上支撑杆与竖向的夹角，θ2为下支撑杆与水平向的夹角，位移放大效果仅依赖于两肘节支撑杆之间的钝角夹角，初始夹角过小时位移放大系数小于1.0，初始夹角过大时位移放大系数大于4.0，但若此时结构的层间变形过大，则肘节支撑可发挥的夹角变形余地迅速减小，接近180
°
三点共线后将因支撑杆件内力急剧增大至无穷大而破坏失效，因此工程应用中合理设计的肘节式阻尼器位移放大系数为2.0～3.5，肘节二连杆对应的锐角夹角为[13
°
，23
°
]。伸臂型阻尼器的布置方式通过伸臂的杠杆放大作用来提高设置在伸臂末端的阻尼器工作效率，位移放大系数与伸臂长度/伸臂高度的比值相关，设置在建筑结构层间的伸臂，其尺寸则取决于结构层间的跨高比，因此位移放大系数一般为2.0～4.0。以上两种阻尼器放大式布置都存在位移放大效果有限的问题，且肘节型阻尼器的二连杆夹角实际设计幅度小，安装精度要求高，而伸臂型阻尼器的设计及构造受建筑使用条件影响较大。
[0003]建筑消能阻尼器按照类型划分为速度型阻尼器、位移型阻尼器及复合型阻尼器。速度型阻尼器的耗能能力与阻尼器两端的相对速度相关，如黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器等；位移型阻尼器的耗能能力与阻尼器两端的相对位移相关，如屈曲约束支撑、摩擦阻尼器等；复合型阻尼器的耗能能力与阻尼器两端的相对位移和相对速度相关，如铅黏弹性阻尼器等。在各类建筑消能阻尼器中，速度型黏滞阻尼器是一种主要由缸体、活塞、粘滞材料等部分组成，利用液体黏滞材料运动时产生黏滞阻尼耗散能量的减震装置。由于黏滞阻尼器的自身刚度较小，具有足够大的变形能力，其力与位移的滞回性能和疲劳性能优良，可以有效降低结构在各种动力荷载作用下的反应，常用于高层结构的地震与风振控制。黏滞阻尼器的主要设计控制参数之一为速度指数α，工程上速度指数的应用范围主要在α＝[0.15～1]区间，如图6所示为黏滞阻尼器的阻尼力与速度指数的曲线图，其范围内阻尼器的力学性能
在速度指数α＝1时，黏滞阻尼器出力与速度为线性关系，即力的增长幅度与速度增长的幅度相同；α≠1时，黏滞阻尼器出力与速度的关系为非线性关系；特别地，在速度不大时，对于α<1的黏滞阻尼器，即力的增长幅度小于速度增长的幅度，α越小，阻尼器的耗能效果越好；当α>1时，力的增长幅度大于速度增长的幅度，其耗能面积小且随着速度越大，力的增长幅度越快。因此现有技术中一般多采用前期耗能能力强的速度指数为α<1的黏滞阻尼器。
[0004]如何在建筑结构层间变形有限的情况下有效地提高阻尼器的工作效率，充分发挥阻尼器的耗能效果，愈发受到广大工程师的关注。此外，单一耗能效果的阻尼器无法实现结构在不同工作阶段的耗能需求，如何构造具有复合耗能能力的消能系统也逐渐成为工程界和学术界的研究热点。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本技术的目的是提供一种多重位移放大连接机构，该连接机构通过悬臂桁架、肘节二连杆、构筑物的有机联系构造形成稳定性高、响应快、变形多重放大的连杆机构，并与连接在机构内部的阻尼器形成受力自平衡的消能系统，通过将阻尼器轴向位移多重放大进而使阻尼器的阻尼作用多重逐级放大，从而实现放大效率高、响应快、自平衡、大变形阻尼耗能的目的。本技术的另外一个目的还在于提供一种自平衡复合消能系统，采用两个速度参数不同的阻尼器并联设置，在一个阻尼器发生故障的时候，不影响整个阻尼器的使用，且两个不同参数的阻尼器能够互补以实现持续增加复合阻尼力，此外悬臂桁架弦杆或斜腹杆采用位移型阻尼器构成的支撑杆，可进一步实现消能系统的复合耗能作用。
[0006]基于此，本技术提供了一种多重位移放大连接机构，包括第一支撑杆、第二支撑杆、悬臂桁架、构筑物，所述悬臂桁架固定连接在所述构筑物上，所述第一支撑杆的一端与第二支撑杆的一端铰接形成一个具有中部活动铰的肘节二连杆，且所述肘节二连杆的第一支撑杆和第二支撑杆呈夹角布置，所述第一支撑杆的另一端铰接在所述悬臂桁架末端，所述第二支撑杆的另一端铰接在所述构筑物上。
[0007]作为优选方案，所述第一支撑杆和第二支撑杆的初始的锐角夹角为[15
°
，45
°
]。
[0008]作为优选方案，所述构筑物包括剪力墙、支撑框架和框架柱，所述悬臂桁架的一端固定连接在所述剪力墙或支撑框架上，所述肘节二连杆中的第二支撑杆的另一端铰接在所述框架柱或剪力墙或支撑框架上。
[0009]一种自平衡复合消能系统的技术方案，包括阻尼器和权利要求1 所述多重位移放大连接机构，所述阻尼器的一端铰接于所述肘节二连杆的中部活动铰上，所述阻尼器的另一端铰接于所述悬臂桁架末端，且与所述第一支撑杆的另一端的铰接点不重合。
[0010]作为优选方案，所述第一支撑杆与所述第二支撑杆铰接，所述阻尼器的一端铰接在所述第一支撑杆上或者铰接在第二支撑杆上。
[0011]作为优选方案，所述阻尼器为并联设置的第一阻尼器和第二阻尼器，所述第一阻尼器的两端与所述第二阻尼器的两端通过端部连接铰连接。
[0012]作为优选方案，所述第一阻尼器为速度型阻尼器或位移型阻尼器，所述第二阻尼器为速度型阻尼器或位移型阻尼器。
[0013]作为优选方案，所述第一阻尼器为速度指数小于1的黏滞阻尼器，所述第二阻尼器
为速度指数大于1的黏滞阻尼器。
[0014]作为优选方案，所述悬臂桁架由悬臂桁架弦杆和悬臂桁架腹杆连接组成，所述桁架腹杆包括斜腹杆和/或竖腹杆，所述悬臂桁架弦杆和斜腹杆为普通钢支撑。
[0015]作为优选方案，所述悬臂桁架弦杆、斜腹杆为位移型阻尼器，所述位移型阻尼器为屈曲约束支撑或摩擦阻尼器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多重位移放大连接机构，其特征在于，包括第一支撑杆、第二支撑杆、悬臂桁架，所述悬臂桁架固定连接在构筑物上，所述第一支撑杆的一端与第二支撑杆的一端铰接形成一个具有中部活动铰的肘节二连杆，且所述肘节二连杆的第一支撑杆和第二支撑杆呈夹角布置，所述第一支撑杆的另一端铰接在所述悬臂桁架末端，所述中的第二支撑杆的另一端铰接在所述构筑物上。2.根据权利要求1所述的多重位移放大连接机构，其特征在于，所述构筑物包括剪力墙、支撑框架和框架柱，所述悬臂桁架的一端固定连接在所述剪力墙或支撑框架上，所述肘节二连杆中的第二支撑杆的另一端铰接在所述框架柱或剪力墙或支撑框架上。3.根据权利要求1所述的多重位移放大连接机构，其特征在于，所述第一支撑杆和第二支撑杆的初始的锐角夹角为[15
°
，45
°
]。4.根据权利要求1所述的多重位移放大连接机构，其特征在于，所述悬臂桁架由悬臂桁架弦杆和悬臂桁架腹杆连接组成，所述桁架腹杆包括斜腹杆和/或竖腹杆，所述悬臂桁架弦杆和斜腹杆为普通钢支撑。5.根据权利要求4所述的多重位移放大连接机构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林绍明，刘付钧，李盛勇，黄忠海，上官瑾瑜，谢聪睿，
申请(专利权)人：广州容联建筑科技有限公司，
类型：新型
国别省市：