一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体制造技术

本发明专利技术公开了一种具有调谐‑摇摆‑摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，由预制墙、钢绞线、金属橡胶长垫块、金属橡胶短垫块、空气弹簧、滑动铰支座、弧形摩擦耗能装置共同组成。预制墙底部通过滑动铰支座实现铰接并由空气弹簧提供侧向刚度，通过调整空气弹簧提供的侧向刚度将预制墙的摇摆频率控制在主体结构频率附近，从而发挥耗能减震作用。当地震作用较小时，由预制墙构成的调谐质量阻尼器进行摇摆耗能减震。当地震作用较大时，在预制墙摇摆耗能的同时，弧形摩擦耗能装置中的摩擦片相互接触开始发挥摩擦耗能作用。本发明专利技术不仅能够在地震作用下实现分级耗散地震能量、降低结构响应的目的，同时能够通过钢绞线实现自复位功能，控制震后残余位移。

【技术实现步骤摘要】
一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体
本专利技术涉及一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体。本专利技术属于土木工程抗震减震

技术介绍
在地震灾害中，建筑结构的破坏和倒塌以及因建筑结构倒塌而引起的次生灾害(如火灾等)是造成人员伤亡和财产损失的重要原因。为提高建筑结构的抗震性能，保证建筑结构具有较高的安全储备系数，避免建筑结构在地震作用下破坏或倒塌，通常可由“以刚克刚”和“以柔克刚”两种方式进行实现。“以刚克刚”是指通过增大建筑结构中梁柱构件的截面面积或提高截面配筋率等措施提高建筑结构的刚度，在地震发生时以建筑结构自身发生部分损伤为代价耗散地震能量。但采用该类措施对建筑结构的性能进行改造提升所需周期较长、成本相对较高同时影响建筑结构的正常使用。“以柔克刚”是指通过在建筑结构中设置各类耗能减震装置。通过附加在建筑结构主体上的耗能减震装置来消耗地震能量或其它振动输入能量，从而降低建筑结构在地震下的响应，保证建筑结构的安全。目前，常用的耗能减震装置包括粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器、调频质量阻尼器、颗粒阻尼器等。而不同的耗能减震装置根据其耗能的机理不同，在实际应用中存在各自不同的局限性。如金属阻尼器通过自身的屈服变形耗散地震能量，存在无法多次重复使用等不足。同时，常用的各类型耗能减震装置仅适用于某一强度范围内的地震作用。而囿于地震的突发性和不确定性，当地震强度超出耗能减震装置的适用强度范围后，附加在建筑结构上的耗能减震装置迅速失效难以发挥耗能减震作用，建构结构发生破坏甚至倒塌的现象依旧难以避免。因此考虑地震强度的不确定性，提出适用于不同地震强度的耗能减震方法及限位措施具有十分重要的意义。此外，震后残余变形的存在会影响建筑结构的正常使用，同时会使居住者产生严重的不安感。这要求耗能减震装置在能够耗散地震能量的同时具备自复位功能，能够控制或减少建筑结构的震后残余变形。如何对耗能减震装置或体系进行创新，使其在满足充分耗能减震的前提下具有自复位功能从而控制残余变形，是亟需进行深入研究的问题。目前结构的自复位功能通常由预应力筋进行实现，通过预应力筋的回弹作用，使结构具有较强的恢复能力，从而减小结构的震后残余变形。但这类方法对预应力筋所受的预应力大小要求较为严格，预应力过小或过大都会影响自复位功能的正常发挥。而通常在施加预应力时，预应力的大小无法准确控制。有鉴于此，为耗散地震能量，减小建筑结构在不同强度的地震作用下的响应，同时能够实现自复位的目的。本专利技术提出一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其中预制墙可直接在工厂中加工制作，能够极大限度提高施工效率。预制墙下部铰接，通过改变空气弹簧的内部气压，能够调节空气弹簧提供给预制墙的侧向刚度，将预制墙的振动频率控制在主体结构频率附近，使其具有调谐质量阻尼器的功能，能够通过预制墙的摇摆进行耗能减震。在小震作用下，仅通过预制墙的摇摆运动耗散地震能量，在中、大震作用下，由弧形摩擦耗能装置以及预制墙的摇摆运动共同耗散地震能量。同时，通过缓凝材料的不断固化使钢绞线受到预应力作用，使本专利技术能够发挥自复位功能从而减小结构的残余变形，使墙体和结构在震后接近初始状态。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体。该专利技术具有制作简单、形式新颖、造价低廉、安装方便、施工效率高、能够分级耗能减震并且自复位的优点。预制墙底部由滑动铰支座实现铰接并通过改变空气弹簧的内部气压调整空气弹簧附加给预制墙的侧向刚度，将预制墙的频率控制在主体结构频率附近，使预制墙能够通过自身的摇摆运动耗散外界能量。在小震作用下，弧形摩擦耗能装置中的弧形摩擦片与弧形光滑片相接触，不发挥摩擦耗能减震作用，仅通过预制墙的摇摆进行耗能减震。在中大震作用下，弧形摩擦耗能装置中的弧形摩擦片与紧贴的弧形摩擦片相接触，此时由弧形摩擦耗能装置及预制墙共同发挥耗能减震作用。此外，通过缓凝材料的连续固化作用使钢绞线和预制墙相互粘结，并使钢绞线所受预应力不断增大，具有预应力筋的功能，在地震下能够实现自复位的目的。为实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，该墙体由预制墙(1)、钢绞线(2)、金属橡胶长垫块(3)、金属橡胶短垫块(4)、空气弹簧(5)、弧形金属槽(6)、高强金属圆棒(7)、长方形金属板(8)、高强金属板(9)、圆弧形金属板(10)、细弧形金属板(11)、弧形摩擦片(12)、弧形光滑片(13)、自攻螺钉(14)、螺帽(15)、螺栓(16)共同组成。高强金属圆棒(7)放置于两块弧形金属槽(6)对称布置后的弧形空间中，两者共同构成滑动铰支座，并通过自攻螺钉(14)分别与预制墙(1)的底部以及梁的顶部进行连接；两块金属橡胶短垫块(4)分别布置在滑动铰支座两侧，其上顶面和下底面分别和预制墙(1)的下底面、梁的上顶面接触；空气弹簧(5)与弧形摩擦耗能装置并联布置于两块长方形金属板(8)之间，并通过自攻螺钉(14)穿过长方形金属板(8)分别与预制墙(1)、柱进行连接；金属橡胶长垫块(3)布置于预制墙(1)的上顶面和梁的下底面之间；钢绞线(2)穿过梁、预制墙(1)、金属橡胶长垫块(3)、金属橡胶短垫块(4)内部的预留孔道，并通过螺帽(15)进行固定后，向预制墙的孔道内灌满缓凝材料，使钢绞线与预制墙之间不断粘结固化，令钢绞线不断受力具有预应力筋的特性能够发挥自复位功能。弧形摩擦耗能装置由高强金属板(9)、圆弧形金属板(10)、细弧形金属板(11)、弧形摩擦片(12)、弧形光滑片(13)、螺栓(16)共同组成。细弧形金属板(11)两侧面的左半部分均贴有弧形光滑片(13)，其右半部分均贴有弧形摩擦片(12)；圆弧形金属板(10)两侧面的左半部分均贴有弧形摩擦片(12)，其右半部分均贴有弧形光滑片(13)；圆弧形金属板(10)和细弧形金属板(11)交错重叠放置后，将圆弧形金属板(10)的左端与高强金属板(9)焊接，将细弧形金属板(11)的右端与另一块高强金属板(9)进行焊接，并由穿过圆弧形金属板(10)的螺栓(16)对细弧形金属板(11)进行约束。弧形摩擦耗能装置中，弧形摩擦片(12)可由树脂基摩擦材料、碳纤维摩擦材料等制作而成，弧形光滑片(13)可由聚四氟乙烯等低摩擦系数材料制作而成，通过调整螺栓(16)的松紧程度能够向弧形摩擦耗能装置施加不同强度的预紧力使耗能装置发挥不同强度的摩擦耗能作用。预制墙(1)下部通过滑动铰支座实现铰接，并由空气弹簧(5)提供侧向刚度，在地震作用下能够通过预制墙自身的摇摆进行耗能减震。空气弹簧(5)的形状为长方形，其宽度为柱截面宽度的0.5～0.8倍，其长度为柱高度的0.4～0.6倍。通过控制充入空气弹簧(5)内的气体体积能够改变空气弹簧(5)的内部气压，从而调整空气弹簧(5)提供给预制墙(1)的侧向刚度，使预制墙(1)的摇摆频率始终在主体结构的频率附近，保证预制墙(1)具有较好的摇摆耗能减震效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其特征在于：高强金属圆棒(7)放置于两块弧形金属槽(6)对称布置后的弧形空间中，两者共同构成滑动铰支座，并通过自攻螺钉(14)分别与预制墙(1)的底部以及梁的顶部进行连接；两块金属橡胶短垫块(4)分别布置在滑动铰支座两侧，上顶面和下底面分别和预制墙(1)的下底面、梁的上顶面接触；空气弹簧(5)与弧形摩擦耗能装置并联布置于两块长方形金属板(8)之间，并通过自攻螺钉(14)穿过长方形金属板(8)分别与预制墙(1)、柱进行连接；金属橡胶长垫块(3)布置于预制墙(1)的上顶面和梁的下底面之间；钢绞线(2)穿过梁、预制墙(3)、金属橡胶长垫块(3)、金属橡胶短垫块(4)内部的预留孔道，并通过螺帽(15)进行固定后，向预制墙的预留孔道内灌满缓凝材料，通过缓凝材料的粘结固化使钢绞线(2)所受预应力不断增大，从而具有自复位能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其特征在于：高强金属圆棒(7)放置于两块弧形金属槽(6)对称布置后的弧形空间中，两者共同构成滑动铰支座，并通过自攻螺钉(14)分别与预制墙(1)的底部以及梁的顶部进行连接；两块金属橡胶短垫块(4)分别布置在滑动铰支座两侧，上顶面和下底面分别和预制墙(1)的下底面、梁的上顶面接触；空气弹簧(5)与弧形摩擦耗能装置并联布置于两块长方形金属板(8)之间，并通过自攻螺钉(14)穿过长方形金属板(8)分别与预制墙(1)、柱进行连接；金属橡胶长垫块(3)布置于预制墙(1)的上顶面和梁的下底面之间；钢绞线(2)穿过梁、预制墙(3)、金属橡胶长垫块(3)、金属橡胶短垫块(4)内部的预留孔道，并通过螺帽(15)进行固定后，向预制墙的预留孔道内灌满缓凝材料，通过缓凝材料的粘结固化使钢绞线(2)所受预应力不断增大，从而具有自复位能力。


2.根据权利要求1所述的一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其特征在于：弧形摩擦耗能装置由高强金属板(9)、圆弧形金属板(10)、细弧形金属板(11)、弧形摩擦片(12)、弧形光滑片(13)和螺栓(16)共同组成；细弧形金属板(11)两侧面的左半部分均贴有弧形光滑片(13)，右半部分贴有弧形摩擦片(12)；圆弧形金属板(10)两侧面的左半部分均贴有弧形摩擦片(12)，其右半部分均贴有弧形光滑片(13)；圆弧形金属板(10)和细弧形金属板(11)交错重叠放置后，将圆弧形金属板(10)的左端与高强金属板(9)焊接，将细弧形金属板(11)的右端与另一块高强金属板(9)进行焊接，并由穿过圆弧形金属板(10)的螺栓(16)对细弧形金属板(11)进行约束。


3.根据权利要求1所述的一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其特征在于：弧形摩擦耗能装置中，弧形摩擦片(12)由树脂基摩擦材料、碳纤维摩擦材料制作而成，弧形光滑片(13)由聚四氟乙烯等低摩擦系数材料制作而成，通过调整螺栓(16)的松紧程度能够向弧形摩擦耗能装置施加不同强度的预紧力使耗能装置发挥不同强度的摩擦耗能作用。


4.根据权利要求1所述的一种具有调谐-摇摆-摩擦复合分级耗能功能的自复位墙体，其特征在于：预制墙(1)下部通...

【专利技术属性】
技术研发人员：程时涛，何浩祥，陈易飞，兰炳稷，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11