一種搖擺阻尼自復位組件及其制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種搖擺阻尼自復位組件及其制作方法，包括：鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱、連接搖擺柱與基礎的底座部件、連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件和轉角位移阻尼器。本發明采用的搖擺構件為鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱，具有較大剛度和較好的抗剪性能，地震來臨時在一定范圍內能通過搖擺體系強迫建筑物只按第一振型擺動，能發揮結構的整體性，使各層層間位移相協調，避免發生層破壞機制；本發明所提出的一種搖擺阻尼自復位組件布置靈活，可靈活選擇搖擺柱的安裝位置，對原結構的改變和影響相對較小，不影響原結構的正常使用；本發明可根據實際需求設置搖擺柱和阻尼器的數量及尺寸，更加經濟合理地達到預期目標。
【專利說明】一種搖擺阻尼自復位組件及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明設計土木工程學科，結構振動控制【技術領域】，尤指一種搖擺阻尼自復位組件及其制作方法。
【背景技術】
[0002]搖擺體系是一種可以繞其底部轉動的自復位被動抗震體系，搖擺結構體系不是利用結構本身的變形來耗散地震能量，而是放松結構體系約束構成搖擺構件，通過結構構件的搖擺，使結構變形趨于一致，將變形集中在搖擺界面上，并在這些部位設置阻尼器來耗能。現有的研宄結果表明搖擺墻體系可使結構各層層間變形趨于均勻，能有效控制結構變形的集中，可發揮結構整體抗震及耗能能力。搖擺墻體系已經實際應用于框架結構，并表現出良好的抗震效果。該結構形式同樣適用于其他建筑結構，也適用于導管架式海洋平臺結構。
[0003]現在已有搖擺體系被應用到實際工程中，雖然性能較好，但某些搖擺構件(如搖擺墻)，往往體積較大，在建筑方面會限制其規劃，實際當中，也會產生遮擋采光等諸多問題，布置不靈活；某些搖擺體系并不具有耗能能力，需要額外配置阻尼器耗能，阻尼器未必具有很好的安裝位置，即便成功安裝，其工作效率也未必能得到很好的保證；某些搖擺體系，安裝的技術要求較高，過程繁瑣，不利于施工，且一旦發生損傷之后，損傷部位不能更換，需要把整個體系更換；某些搖擺體系，不能按照業主的要求給出優化的設計方案，在最大限度上節約成本，這已經不符合目前主流的基于性能的抗震設計理念。
[0004]耗能減震是目前建筑抗震的主要手段之一，這種技術成熟、經濟、有效，已經在全世界范圍內新建的有抗震需求的建筑物上廣泛應用，但現有的阻尼器大都是直線拉壓型阻尼器，在搖擺體系中，各部件之間產生的相對直線位移較小，若直接安裝直線拉壓型阻尼器很難達到預期的耗能效果。因此需要一種適用于搖擺體系特點的阻尼器，既能夠保證耗能的有效性，也具有經濟合理，安裝、維修簡便的特點。
[0005]可見，目前的搖擺體系技術還尚不完善，實際應用中還遠不能達到搖擺體系的理論效果，這也限制了搖擺體系的大規模應用。因此，需要一種能解決上述問題的方案來完善搖擺體系。
[0006]結合搖擺體系能繞鉸接點轉動的特點，在搖擺柱的鉸接點處安裝一種轉角位移阻尼器，當地震來臨時，搖擺柱帶動銷軸發生轉動，轉角位移阻尼器將銷軸帶來的轉動位移轉化成直線拉壓位移，帶動轉角位移阻尼器內部的粘彈性阻尼器耗散能量。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了完善目前搖擺體系的使用功能，優化搖擺構件的布置位置，增加搖擺體系的耗能能力，提高搖擺體系的抗震性能，可根據實際需求合理的設置搖擺構件和阻尼器的數量，可在震后隨意更換受損部件。
[0008]本發明包括如下內容:
[0009]一種搖擺阻尼自復位組件，包括:鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱、連接搖擺柱與基礎的底座部件、連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件和轉角位移阻尼器；
[0010]所述鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱，外部為橫截面為圓形的鋼管，鋼管底部封閉，管內中心連接有縱向貫穿整個鋼管的H型鋼鋼骨，鋼管與鋼骨之間用混凝土填充；所述柱體底部具有可通過銷軸與基礎鉸接的三支圓滑凸齒；所述柱體側面具有不少于一處的可通過銷軸與建筑物鉸接的雙支圓滑凸齒，該部件固定于內鋼骨、混凝土和外鋼管上；所述柱體圓滑凸齒中心具有可插入銷軸的正六邊形孔洞；所述柱體在用銷軸連接了底部和側面的凸齒之后，在建筑物受到荷載激勵的時候，柱體可隨建筑物同時帶動銷軸在有限范圍內擺動。
[0011]所述連接搖擺柱與基礎的底座部件，包括底座和銷軸；所述底座，錨固于基礎之上，使之具有良好的抗壓和抗拉能力；所述底座具有雙支圓滑凸齒，凸齒中心有與搖擺柱凸齒孔洞相同尺寸相同的正六邊形軸承；所述軸承，能插入同一根正六邊形銷軸與搖擺柱連接，且能使銷軸具有相對于底座的轉動自由度；所述銷軸，在柱和底座的范圍內橫向截面為正六邊形，柱和底座的伸出段為齒輪；所述底座凸齒能完整地與搖擺柱的三支圓滑凸齒咬合，使搖擺柱和銷軸能相對于地面自由轉動。
[0012]所述連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件，包括連接建筑物和搖擺柱的金屬雙側三支圓滑凸齒桿件、分別在建筑物上和搖擺柱上的雙支圓滑凸齒預埋件、連接預埋件與桿件的銷軸；所述雙支圓滑凸齒預埋件能與三支圓滑凸齒桿件完整咬合，并能在插入銷軸之后只具有相對轉動自由度；所述連接桿件三支圓滑凸齒一側中心具有可插入銷軸的正六邊形孔洞，另一側具有可插入銷軸的圓形孔洞；所述建筑物上的雙支圓滑凸齒預埋件，凸齒中心有與連接桿件凸齒孔洞相同尺寸相同的正六邊形軸承；所述搖擺柱上的雙支圓滑凸齒預埋件凸齒中心有與連接桿件凸齒孔洞相同尺寸相同圓形孔洞；所述軸承，能插入同一根正六邊形銷軸與搖擺柱連接，且能使銷軸具有相對于建筑物的轉動自由度；所述銷軸在連接件的范圍內橫向截面為正六邊形，連接件的伸出段為齒輪。
[0013]所述轉角位移阻尼器，外有金屬外殼，外殼一側留有可插入外伸段銷軸齒輪的孔洞，阻尼器內部有上下兩個齒條，齒條只能沿金屬外殼的導軌發生位移，每個齒條兩側連接粘彈性阻尼器；所述粘彈性阻尼器一端固定于齒條上，另一端固定于金屬外殼上；所述齒條能夠與銷軸外端齒輪完整咬合，在地震來臨時，銷軸伸出的齒輪帶動齒條使粘彈性阻尼器耗散地震能量；所述粘彈性阻尼器布置在搖擺柱與地面、建筑物與連接件的鉸接處，可為建筑物提供恢復力。
[0014]一種搖擺阻尼自復位組件的制作方法，包括:在鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱上布置至少一個圓滑凸齒；在建筑物的相應位置上布置至少一個圓滑凸齒；所述凸齒通過銷軸和連接桿緊密相扣；所述銷軸插入并穿過圓滑凸齒的正六邊形孔洞，使兩端齒輪外伸于孔洞兩側。
[0015]在搖擺柱底端布置一個圓滑凸齒；在基礎布置一個圓滑凸齒底座；所述凸齒通過銷軸緊密相扣；所述銷軸插入并穿過圓滑凸齒的正六邊形孔洞，使兩端齒輪外伸于孔洞兩側。
[0016]將轉角位移阻尼器安裝于凸齒兩側，使外伸的齒輪段插入轉角位移阻尼器，并使齒條和齒輪完全咬合，以便在搖擺柱擺動時，齒輪能帶動齒條運動，齒條帶動粘彈性阻尼器做直線拉壓運動，粘彈性阻尼器產生阻尼反力和彈性反力，使搖擺柱具有自復位能力。
[0017]本發明的有益效果如下:
[0018]本發明采用的搖擺構件為鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱，具有較大剛度和較好的抗剪性能，地震來臨時在一定范圍內能通過搖擺體系強迫建筑物只按第一振型擺動，能發揮結構的整體性，使各層層間位移相協調，避免發生層破壞機制；本發明所提出的一種搖擺阻尼自復位組件布置靈活，可靈活選擇搖擺柱的安裝位置，對原結構的改變和影響相對較小，不影響原結構的正常使用；本發明所提出的轉角位移阻尼器，能很好的適應于由鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱所組成的搖擺體系，阻尼器將轉角位移轉化成直線拉壓位移，可按需安裝在鉸接點處，給搖擺柱提供阻尼力和恢復力，其原理簡單、布置靈活、經濟合理、安裝方便、效果顯著，能很好地滿足擺體系的耗能減震需求；本發明制作安裝簡便，可在一棟建筑物上安裝多個搖擺阻尼自復位組件，而地震后只需更換受損部件；本發明可根據實際需求設置搖擺柱和阻尼器的數量及尺寸，更加經濟合理地達到預期目標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]通過參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例，本發明的以上和其它方面及優點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0020]圖1為本發明搖擺阻尼自復位組件整體示意圖；
[0021]圖2為圖1中所示搖擺阻尼自復位組件的M向視圖；
[0022]圖3為本發明轉角位移阻尼器結構示意圖；
[0023]圖4為圖3所示轉角位移阻尼器的一個剖面圖；
[0024]圖5為圖3所示轉角位移阻尼器的另一個剖面圖；
[0025]圖6為圖1所示搖擺柱的N向視圖；
[0026]圖7為本發明所述搖擺柱底部連接處結構圖；
[0027]圖8為圖7所述搖擺柱底部連接處的M向視圖；
[0028]圖9為本發明所述連接搖擺柱與基礎的底座結構示意圖；
[0029]圖10為圖9所述連接搖擺柱與基礎的底座的M向視圖；
[0030]圖11為本發明所述連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件結構示意圖；
[0031]圖12為本發明所述連接桿件的結構示意圖；
[0032]圖13為圖12所述連接桿件的M向視圖；
[0033]圖14為圖13所述連接桿件的一個剖面圖；
[0034]圖15為本發明所述墻體連接件結構示意圖；
[0035]圖16為圖15所述墻體連接件L向視圖；
[0036]圖17為本發明所述搖擺柱連接件結構示意圖；
[0037]圖18為圖17所述搖擺柱連接件L向視圖；
[0038]圖19為本發明所述銷軸結構示意圖；
[0039]圖20為圖19所述銷軸N向視圖；
[0040]圖21為圖20所述銷軸的一個剖面圖；
[0041]圖22為圖20所述銷軸的另一個剖面圖。
【具體實施方式】
[0042]在下文中，現在將參照附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發明的范圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0043]當建筑物需要有高抗震需求時，既包括已有建筑也包括新建建筑，可將本發明組件設計并安裝到建筑物上，即在建筑物外側安裝一組或多組搖擺阻尼自復位組件，用于提高建筑物的抗震水平，如圖1和圖2所示，包括:建筑物1、鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱2、柱底轉角位移阻尼器3、外墻轉角位移阻尼器4、連接桿5、柱底銷軸6、外墻銷軸7、圓柱銷軸8、基礎連接件9，其中柱底轉角位移阻尼器3和外墻轉角位移阻尼器4，柱底銷軸6和外墻銷軸7結構相似，只有尺寸不同，因此，以柱底轉角位移阻尼器3和柱底銷軸6的附圖分別代替外墻轉角位移阻尼器4和外墻銷軸7。
[0044]建筑物I，具體包括框架結構，剪力墻結構，框架-剪力墻結構，磚混結構，鋼結構，型鋼混凝土結構等常見建筑結構，也可應用于導管架式海洋平臺中；在建筑物I上預先設置若干墻體連接件11，用以連接桿5的連接。
[0045]鋼骨-鋼管混凝土 2，如圖6?圖8所示，外部為薄壁空心鋼管21，中心為H型鋼22焊接于鋼管底部，鋼管21和H型鋼22之間的空隙用混凝土 23填充；為了使搖擺柱有更合理的受力性能，鋼管21和三支圓滑凸齒27之間用矩形連接板25連接，凸齒27焊接于矩形連接板25上，矩形連接板25應沿垂直于H型鋼22的方向適當拉長，外凸于柱的部分設置加勁板26，以防止矩形連接板25受彎矩作用脫落；凸齒27中心具有用以插入銷軸6的正六邊形孔洞。在柱體上應布置若干連接件28，用以與連接桿5相連；在以避免應力集中壓壞凸齒27或者基礎連接件9的底板。圖6為圖1中所述搖擺柱的N向視圖，圖7為所述搖擺柱底部連接處結構圖，圖8為圖7所述搖擺柱底部連接處的M向視圖。
[0046]較佳的，應盡可能地使鋼骨-鋼管混凝土2有更大的剛度；應使混凝土為自密實高強混凝土或者為自密實高強再生混凝土。
[0047]柱底轉角位移阻尼器3，如圖3，外部為金屬外殼31，內部有齒條32只能沿導軌34縱向移動，粘彈性阻尼器33 —端連接在齒條32上，另一端連接在外殼31上，外殼31的一側具有孔洞35，可以讓銷軸6通過孔洞35插入阻尼器3內部，與齒條32完整咬合。如此，若銷軸6發生轉動，則可帶動齒條32使粘彈性阻尼器33作直線拉壓運動，從而粘彈性阻尼器33產生彈性力和阻尼力反作用于銷軸，即轉角位移阻尼器3有產生恢復力的作用。外墻轉角位移阻尼器4的結構與轉角位移阻尼器3相似，僅有尺寸的差別。圖4為圖3的A-A剖面圖，圖5為圖3的B-B剖面圖。
[0048]較佳的，應使粘彈性阻尼器33的粘彈性材料332具有較大的阻尼和彈性，相應的，在粘彈性阻尼器33的金屬板331與金屬外殼31的連接處應適當加固；若有更好的方案，粘彈性阻尼器33也可用其他速度相關型阻尼器替換。
[0049]連接桿5，如圖12所示，中間為圓柱體，兩端的三支圓滑凸齒51由矩形連接板55與圓柱體連接，矩形連接板55應沿與銷軸垂直的橫向適當拉長，外凸于柱的部分設置加勁板56，以防止矩形連接板55受彎矩作用脫落；兩端的三支圓滑凸齒51分別有橫截面為正六邊形的孔洞52和圓形孔洞53，分別用以插入銷軸6和普通圓柱銷軸8 ;兩端的三支圓滑凸齒51，在各凸齒之間夾有弧形承臺連接在連接板上，以避免應力集中壓壞凸齒11、28或者矩形連接件55。圖13為圖12的M向視圖，圖14為圖13的E-E視圖。
[0050]銷軸6，如圖19?圖22，銷軸6中間部分為橫截面為正六邊形的柱體62，中間部分的長度與圖8中三支圓滑凸齒27的寬度一致，當銷軸6通過孔洞24插入的時候，橫截面為正六邊形的中間部分能恰好不外伸；銷軸6的兩端為齒輪61，外伸于三支圓滑凸齒27，能完整地插入轉角位移阻尼器3，并與轉角位移阻尼器3內的齒條32咬合。銷軸7與銷軸6相似，僅存在尺寸上的差別。圖19為銷軸的結構示意圖，圖20為圖19的N向視圖，圖21為圖20的C-C視圖，圖22為圖20的D-D視圖。
[0051]基礎連接件9，如圖9和圖10所示，由錨桿94錨固于基礎之上，使其具有較好的抗拉和抗壓性能；基礎連接件9上豎立有雙支圓滑凸齒93，凸齒中央有能使銷軸6恰好穿過的正六邊形孔洞95，正六邊形孔洞95外接一軸承91，能使正六邊形孔洞95繞著軸心自由轉動，在雙支凸齒的左側、右側和中間部位有能與三支圓滑凸齒27完整結合的弧形承臺，以避免凸齒27與基礎連接件9接觸的時候應力集中破壞凸齒27或者基礎連接件9。圖9為基礎連接件9的結構示意圖，圖10為圖9的M向視圖。
[0052]建筑物連接件11，固定于圖11中的墻體預埋件12上，建筑物連接件11的結構如圖15和圖16所示，建筑物連接件11上豎立有雙支圓滑凸齒111，凸齒中央有能使銷軸7恰好穿過的正六邊形孔洞112，正六邊形孔洞112外接一軸承113，能使正六邊形孔洞112繞著軸心自由轉動，在雙支凸齒的左側、右側和中間部位有能與三支圓滑凸齒51完整結合的弧形承臺，以避免三支圓滑凸齒51和建筑物連接件11接觸的過程中應力集中破壞凸齒51或者建筑物連接件11。圖15為建筑物連接件11的結構示意圖，圖16為圖15的L向視圖。
[0053]搖擺柱連接件28，如圖17和圖18所示，焊接于搖擺柱2之上，具有圓滑雙支凸齒281 ;凸齒中心有橫截面為圓形的孔洞282，能使普通圓柱銷軸恰好穿過；圓滑雙支凸齒281的左側、右側和中間各有能與三支圓滑凸齒51完整結合的弧形承臺283，以避免三支圓滑凸齒51和連接件28接觸的過程中應力集中破壞凸齒51或者搖擺柱連接件28 ;為了提高搖擺柱連接件28的穩定性，在搖擺柱鋼骨H型鋼22和鋼管21內壁上焊接有加勁條284，搖擺柱連接件28焊接到加勁條284上，以具有較好的受拉和受壓性能。圖17為搖擺柱連接件28的結構示意圖，圖18為圖17的L向視圖。
[0054]安裝時，在建筑物I的墻壁上，預埋若干預埋件12，將墻體連接件11以焊接或螺栓連接的方式固定到預埋件12上；將連接桿5上的三支圓滑凸齒51與建筑物I上的雙支圓滑凸齒111對接，并將三支圓滑凸齒51放置于墻體連接件11的弧形承臺113上，用銷軸7分別穿過已對接好凸齒的正六邊形孔洞112和52，并將外伸段對稱伸出備用；另一端凸齒57備用。
[0055]將基礎連接件9錨固于地基之上，使其具有良好的抗拉和抗壓性能，將鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱2底部的三支圓滑凸齒27與基礎連接件9上的雙支圓滑凸齒93對接，并將三支圓滑凸齒27放置于基礎連接件9的弧形承臺92上，調整好軸承91的位置，用銷軸6分別穿過已對接好凸齒的正六邊形孔洞24和95，并將外伸段對稱伸出備用。
[0056]將鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱2的各個連接件28上的凸齒281與連接桿5上的凸齒57由上至下逐一對接，并將連接桿5的三支圓滑凸齒57對接于墻體連接件28的弧形承臺283上，用普通圓柱銷軸8穿過凸齒281和凸齒57，圓柱銷軸8能恰好在凸齒內不外伸。
[0057]在搖擺柱2的左右兩側分別將轉角位移阻尼器3通過孔洞35插入銷軸6的外伸齒輪段61，并調整阻尼器使齒輪61和齒條32咬合，使銷軸6發生任何微小運動時便可帶動齒條32運動；轉角位移阻尼器3可用焊接或螺栓的方式固定到基礎連接件9上。
[0058]較佳的，轉角位移阻尼器3的孔洞35尺寸應適當放大，以使齒輪61和齒條32更容易咬合。
[0059]在建筑物I上的各個墻體連接件11左右兩側分別將轉角位移阻尼器4，通過孔洞112插入銷軸7的外伸齒輪段61，并調整阻尼器使齒輪61和齒條32咬合，使銷軸7發生任何微小運動時便可帶動齒條32運動；轉角位移阻尼器4可用焊接或螺栓的方式固定到墻體連接件11上。
[0060]對于搖擺柱2與基礎連接件9的連接、連接桿5與墻體連接件11的連接，基礎連接件9與墻體連接件11的每一個凸齒都安裝有軸承，當搖擺柱2發生擺動時，也即連接桿與墻體連接件11發生相對位移時，銷軸6和銷軸7能隨搖擺柱2或連接桿5 —起與基礎連接件9或墻體連接件11發生相對轉動，從而帶動阻尼器正常工作。
[0061]較佳的，為了增加潤滑和防銹，實際工程中可在各連接部位涂抹油脂，如:轉角位移阻尼器3的齒條32、連接桿5兩端的凸齒51和57、銷軸6、銷軸7、銷軸8、基礎連接件9的凸齒93等。
[0062]本發明所述金屬，尤其是銷軸6、銷軸7、銷軸8等受力較大處，可由鋼材制作，也可由其他剛度較大的金屬材料制作。
[0063]關于轉角位移阻尼器3的布置，可在基礎連接件9和墻體連接件11的雙側布置，如對搖擺體系的阻尼需求較高，也可在更換配套的銷軸和凸齒之后在搖擺柱連接件28的雙側布置，同時也可很好地增加搖擺體系的恢復力；若對搖擺體系的阻尼需求較低，則轉角位移阻尼器3也可在各連接處單側布置；轉角位移阻尼器的布置數量取決于業主的需求。
[0064]還可在其他位置，如搖擺柱2與建筑物I之間，加裝其他類型的阻尼器，以增大搖擺體系的阻尼，較小建筑物的地震力響應。
[0065]如圖2，一套完整的搖擺阻尼自復位組件可沿建筑物I立面多處布置；同時，可按建筑物的全高布置，也可不按建筑物的全高布置，只布置到建筑物的若干層。搖擺阻尼自復位組件具體的布置數量和搖擺柱的布置高度，完全可以取決于業主的需求。
[0066]較佳的，搖擺阻尼自復位組件應盡量沿建筑物的橫向或縱向對稱布置，否則可能會產生額外的扭轉作用，會使建筑物受力不均勻。
[0067]如圖2，一套完整的搖擺阻尼自復位組件可沿建筑物I立面多處布置，當建筑物I遭受地震作用時，建筑物外墻上的某些組搖擺阻尼自復位組件難免會遭受損傷，而之后的維修僅需對受損的某個部件進行更換，不需要對全部的組件進行更換，能有效減少震后的維修費用。
[0068]本發明的制作包含如下步驟:
[0069]步驟S1:將連接桿與墻體連接件用銷軸連接。
[0070]墻體連接件應提前布置到建筑物的外墻上，將連接件與墻體連接件用銷軸連接，將銷軸的齒輪段對稱外伸，連接桿的另一端備用。
[0071]步驟S2:在鋼骨-鋼管混凝土柱上布置側面的柱體連接件和底部的圓滑凸齒。
[0072]柱體連接件是在鋼骨、鋼管焊接完畢后，焊接在鋼骨和鋼管之上，之后再進行混凝土的澆灌；底部的圓滑凸齒焊接到連接板上，其尺寸應與基礎連接件的凸齒相協調。
[0073]步驟S3:在基礎上布置基礎連接件，并將準備好的鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱用銷軸連接到基礎連接件上，銷軸穿過凸齒孔洞并將兩側的齒輪段對稱外伸備用，搖擺柱臨時固定備用。
[0074]步驟S4:將鋼骨-鋼管混凝土柱上的連接件與備用的連接桿連接。
[0075]步驟S5:將轉角位移阻尼器安裝于各具有外伸銷軸的鉸接處。
[0076]本發明所述搖擺阻尼自復位組件及其制作方法，整個制作過程都是簡單的拼裝，在不影響建筑物使用的情況下完成施工，因此本發明施工較為便利；本發明搖擺柱為柱體，可在建筑物上合理選址靈活布置，既不影響建筑物的自然采光，又不影響建筑物的美觀，因此本發明布置較為靈活；本發明可按照建筑物的實際需求布置搖擺柱的數量和高度，以及阻尼器的數量等，且在部件受損后可以只更換受損部件，因此本發明較為經濟合理；本發明大量加裝轉角位移阻尼器，耗能能力強，能顯著減小建筑物的地震響應，同時本發明具有可恢復功能，因此本發明具有良好的耗能性能和可恢復性能。
[0077]其中，所采用的鋼骨鋼管混凝土柱體力學性能好，能提供搖擺結構所需要的大剛度，在建筑物受到地震力作用時，搖擺柱能繞柱底擺動，能使建筑物只按第一振型振動，限制其層間位移，使各層的層間位移角一致，能很好地防止建筑物在地震荷載下的倒塌。
[0078]所采用的轉角位移阻尼器，能提供搖擺體系所需要的阻尼和彈性，當建筑物和搖擺柱在地震荷載作用下發生位移時，能夠很好地耗散地震能量，減小地震作用對建筑物的破壞，地震之后，多組轉角位移阻尼器還有助于建筑物的自復位，另外其還具有構造簡單、安裝簡便、經濟合理等特點。
[0079]所采用的連接桿、墻體連接件、基礎連接件等部件也具有構造簡單、合理易用、經濟合理、安裝簡便等特點。
[0080]顯然，本發明還可與其他類型的抗震手段結合，如其他類型的消能減震阻尼器，甚至是調諧質量阻尼器等，以達到更好的抗震效果。
[0081]本領域內的其他技術人員可以對本發明進行改造而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種搖擺阻尼自復位組件，其特征在于，包括:鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱、連接搖擺柱與基礎的底座部件、連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件和轉角位移阻尼器； 所述鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱，外部為橫截面為圓形的鋼管，鋼管底部封閉，管內中心連接有縱向貫穿整個鋼管的H型鋼鋼骨，鋼管與鋼骨之間用混凝土填充；所述柱體底部具有可通過銷軸與基礎鉸接的三支圓滑凸齒；所述柱體側面具有不少于一處的可通過銷軸與建筑物鉸接的雙支圓滑凸齒，該部件固定于內鋼骨、混凝土和外鋼管上；所述柱體圓滑凸齒中心具有可插入銷軸的正六邊形孔洞；所述柱體在用銷軸連接了底部和側面的凸齒之后，在建筑物受到荷載激勵的時候，柱體可隨建筑物同時帶動銷軸在有限范圍內擺動； 所述連接搖擺柱與基礎的底座部件，包括底座和銷軸；所述底座錨固于基礎之上，使之具有良好的抗壓和抗拉能力；所述底座具有雙支圓滑凸齒，凸齒中心有與搖擺柱凸齒孔洞相同尺寸相同的正六邊形軸承；所述軸承，能插入同一根正六邊形銷軸與搖擺柱連接，且能使銷軸具有繞軸心轉動的自由度；所述銷軸，在柱和底座的范圍內橫向截面為正六邊形，柱和底座的伸出段為齒輪；所述底座凸齒能完整地與搖擺柱的三支圓滑凸齒咬合，使搖擺柱和銷軸能相對于地面自由轉動； 所述連接搖擺柱與建筑物的鉸接部件，包括連接建筑物和搖擺柱的金屬雙側三支圓滑凸齒桿件、分別在建筑物上和搖擺柱側面的雙支圓滑凸齒預埋連接件、連接預埋件與桿件的銷軸；所述雙支圓滑凸齒預埋件能與三支圓滑凸齒桿件完整咬合，并能在插入銷軸之后只具有相對轉動自由度；所述連接桿件三支圓滑凸齒一側中心具有可插入銷軸的正六邊形孔洞，另一側具有可插入銷軸的圓形孔洞；所述建筑物上的雙支圓滑凸齒預埋件，凸齒中心有與連接桿件凸齒孔洞相同尺寸相同的正六邊形軸承；所述搖擺柱上的雙支圓滑凸齒預埋件凸齒中心有與連接桿件凸齒孔洞相同尺寸相同圓形孔洞；所述軸承，能插入同一根正六邊形銷軸與搖擺柱連接，且能使銷軸具有相對于建筑物的轉動自由度；所述銷軸在連接件的范圍內橫向截面為正六邊形，連接件的伸出段為齒輪； 所述轉角位移阻尼器，外有金屬外殼，外殼一側留有可插入外伸段銷軸齒輪的孔洞，阻尼器內部有上下兩個齒條，齒條只能沿金屬外殼內側的導軌發生位移，每個齒條兩側連接粘彈性阻尼器；所述粘彈性阻尼器一端固定于齒條上，另一端固定于金屬外殼上；所述齒條能夠與銷軸外端齒輪完整咬合，在地震來臨時，銷軸伸出的齒輪帶動齒條使粘彈性阻尼器耗散地震能量；所述粘彈性阻尼器布置在搖擺柱與地面、建筑物與連接件的鉸接處，可為建筑物提供恢復力。
2.如權利要求1所述的搖擺阻尼自復位組件，其特征在于，所述建筑物具體包括框架結構，剪力墻結構，框架-剪力墻結構，磚混結構，鋼結構，型鋼混凝土結構等常見建筑結構，也可應用于導管架式海洋平臺中。
3.如權利要求1所述搖擺阻尼自復位組件，其特征在于，由鋼骨-鋼管混凝土做搖擺柱通過用凸齒銷軸鉸接的方式分別與建筑物和基礎鉸接，分別在鉸接處設置轉角位移阻尼器耗散能量，并由粘彈性阻尼器提供彈性恢復力。
4.如權利要求1-3任意一項所述的搖擺阻尼自復位組件，其特征在于，在鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱中，搖擺柱為鋼管、鋼骨和混凝土組合的大剛度柱體，相應的，所述鋼管橫截面的幾何形狀還包括矩形、圓形、三角形等常見幾何形狀；鋼骨的橫截面形狀還包括圓環(內有混凝土澆灌)、矩形、H形、工字形等常見幾何形狀；相應的，所填充的混凝土為自密實高強混凝土或者為自密實高強再生混凝土。
5.一種搖擺阻尼自復位組件的制作方法，其特征在于，包括:在鋼骨-鋼管混凝土搖擺柱上布置至少一個圓滑凸齒；在建筑物的相應位置上布置至少一個圓滑凸齒；所述凸齒通過銷軸和連接桿緊密相扣；所述銷軸插入并穿過圓滑凸齒的正六邊形孔洞，使兩端齒輪外伸于孔洞兩側； 在搖擺柱底端布置一個圓滑凸齒；在基礎布置一個圓滑凸齒底座；所述凸齒通過銷軸緊密相扣；所述銷軸插入并穿過圓滑凸齒的正六邊形孔洞，使兩端齒輪外伸于孔洞兩側； 將轉角位移阻尼器安裝于凸齒兩側，使外伸的齒輪段插入轉角位移阻尼器，并使齒條和齒輪完全咬合，以便在搖擺柱擺動時，齒輪能帶動齒條運動，齒條帶動粘彈性阻尼器做直線拉壓運動，粘彈性阻尼器產生阻尼反力和彈性反力，使搖擺柱具有自復位能力。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述搖擺阻尼自復位組件，用鋼骨-鋼管混凝土作為體系的核心搖擺構件；所述轉角位移阻尼器布置在鉸接點處，將轉動位移轉化為直線拉壓位移。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述搖擺柱三支圓滑凸齒具有橫截面幾何形狀為非圓形的孔洞，使所插入孔洞的銷軸具有隨孔洞轉動的能力，同時，基礎連接件具有與搖擺柱三支圓滑凸齒孔洞相同橫截面形狀的孔洞，且孔洞外接軸承，使所插入的銷軸能相對基礎連接件轉動。
【文檔編號】E02B17/00GK104453002SQ201410588127
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】張紀剛, 江志偉, 蘇銳, 溫琦, 王劍閣 申請人:青島理工大學