一種用于抗震設計教學的模具結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于減震抗震技術領域，涉及一種用于抗震設計教學的模具結構。
【背景技術】
[0002]地震災害是影響建筑物安全的主要自然災害之一。由于其突發性和不可預測性，往往造成巨大的傷亡和損失。抵御地震災害主要是兩個設計思路:抗震和減震。前者通過自身結構設計，提高整體剛度，以“抗”為防災減災的核心；而后者是主動應對地震災害，以控制，規避和耗散為設計核心。
[0003]在“減震”的研宄領域內，調頻質量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)是在建筑物的某些部位設置一個附加子結構使原結構體系的動力特性發生改變。調頻質量阻尼器是結構被動減震控制體系的一種，它由主結構和附加在主結構上的子結構組成。其中，子結構包括固體質量(重量)、彈簧減震器和阻尼器等，它具有質量、剛度、阻尼的綜合特性，通過改變質量或剛度，來調整子結構的自振頻率，使其接近主結構的基本頻率或激勵頻率。當主結構受激勵而振動時，子結構就會產生一個與主結構振動方向相反的慣性力作用在主結構上，使主結構的振動反應衰減并受到控制。子結構在減振控制過程中相當于一個阻尼器，所以該子結構被稱作為“調頻質量阻尼器”。在實際使用過程中，當原結構承受地震作用而劇烈振動時，由于子結構質量塊的慣性作用，向原結構施加與振動方向相反的作用力，以此來改變結構的自身頻率，從而改變整個建筑對于地震能的吸收。這是一種非常優秀的減震措施，目前，在各大高校教學中，都是十分重要的知識點。而在工程應用上，臺北101大樓頂部采用了 600噸的TMD，在其施工過程中，曾遭受過7級地震，周圍建筑大部分垮塌而大樓依舊蛇立，其減震效應可見一斑。
[0004]然而，當前高校在進行抗震設計教學中，往往僅通過視頻講解及教師板書等方式，不夠生動形象，減震的機理不夠直觀。而相關的用于演示減震抗震的模具結構設計較少，不利于提高教學質量，這方面問題不容忽視。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單，能用于直觀反映振動過程中調頻質量阻尼器的工作機理，并且仿真度高，經濟實用的教學模具結構。
[0006]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]一種用于抗震設計教學的模具結構，該模具結構包括主體受力機構以及設置在主體受力機構中的緩沖阻尼機構，所述的主體受力機構包括地基板、垂直設置在地基板上的剪力墻以及設置在剪力墻頂部的剛性橫梁，所述的緩沖阻尼機構包括多層等間距平行設置的樓面板、設置在樓面板與剪力墻之間的彈性緩沖單元以及設置在樓面板上用于模擬樓層荷載的砝碼。
[0008]所述的地基板為矩形地基板，該矩形地基板的四周垂直設有剪力墻，并且所述的剪力墻上設有多個用于支撐彈性緩沖單元的剛性支撐梁。
[0009]所述的樓面板為矩形樓面板，該矩形樓面板的四周分別設有彈性緩沖單元，并通過彈性緩沖單元與剪力墻連接。
[0010]所述的矩形樓面板的四個直角處分別設有安裝孔，該安裝孔中穿設有固定繩，所述的矩形樓面板通過固定繩懸吊在剛性橫梁的下方。
[0011]所述的固定繩由下至上依次穿過多層矩形樓面板，與剛性橫梁固定連接，并將多層矩形樓面板懸吊在剛性橫梁的下方。
[0012]所述的固定繩為粗繩。
[0013]所述的彈性緩沖單元包括設置在剛性支撐梁上的多個緩沖彈簧以及設置在緩沖彈簧上的滑球，所述的緩沖彈簧一端與剪力墻固定連接，另一端設有滑球，并通過滑球與樓面板連接。
[0014]所述的滑球可以減小緩沖彈簧和樓面板之間的摩擦，能有效延長緩沖彈簧的使用壽命。而由于滑球的質量較輕，也不會造成緩沖彈簧明顯自然下垂，而影響工作效率。
[0015]所述的地基板、剪力墻及樓面板的材質均為亞克力板，采用外觀透明的亞克力板材料，更加方便觀摩。
[0016]所述的剛性橫梁為鋼棍。
[0017]在實際使用過程中，樓面豎向荷載可以傳遞到固定繩上，固定繩通過剛性橫梁將豎向荷載傳遞至主體受力機構，并沿著主體受力機構由上至下傳遞至地基板；而在地震力的作用下，樓面板的橫向荷載傳遞至與之位置對應的剪力墻部分，并由剪力墻傳遞至地基板，能夠很好地反映出振動過程中調頻質量阻尼器的工作機理。
[0018]使用過程中，如果出現內部滑球掉落或者緩沖彈簧損壞，可以先解除上方剛性橫梁，然后握住固定繩將樓面板提出。此時，模型內部會有極大的空間，足夠伸手進去更換零部件，方便快捷。
[0019]與現有技術相比，本實用新型采用亞克力板作為建筑物的主體受力機構，并在主體受力機構中設置由亞克力板制成的多層樓面板，并且多層樓面板均通過固定繩串聯在一起，懸吊在剛性橫梁的下方，同時，在樓面板與剪力墻之間設置勁度系數合適的緩沖彈簧，并在緩沖彈簧靠近樓面板的一端嵌入并粘連一滑球，并在樓面板上設有用于模擬樓面荷載的砝碼，能夠形象地模擬出當前的調頻質量阻尼器系統，可在樓面板上增設桌椅模型等直觀反映振動效果，也可置于小型試驗用振動臺上進行加載，通過振動波形反映減震機理。
[0020]本實用新型的樓面板采用懸吊形式，將樓面板吊裝在剛性橫梁上，以懸吊的形式實現了樓面板自由度的釋放，將建筑結構的樓板恒荷載與長期活荷載，作為TMD調頻所需的質量塊，基于調頻阻尼器抗震機理，既減小了附加荷載，增大建筑使用空間，又能提高結構的利用程度。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1結構示意圖；
[0022]圖2為實施例1中緩沖阻尼機構的結構示意圖；
[0023]圖中標記說明:
[0024]I 一地基板、2—剪力墻、3—剛性橫梁、4 一樓面板、5—剛性支撐梁、6—安裝孔、7—固定繩、8—緩沖彈簧、9一滑球、1—砝碼。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0026]實施例1:
[0027]如圖1-2所示，一種用于抗震設計教學的模具結構，該模具結構包括主體受力機構以及設置在主體受力機構中的緩沖阻尼機構，主體受力機構包括地基板1、垂直設置在地基板I上的剪力墻2以及設置在剪力墻2頂部的剛性橫梁3，緩沖阻尼機構包括3層等間距平行設置的樓面板4、設置在樓面板4與剪力墻2之間的彈性緩沖單元以及設置在樓面板4上用于模擬樓層荷載的砝碼10。
[0028]其中，地基板I為矩形地基板，該矩形地基板的四周垂直設有剪力墻2，并且剪力墻2上設有4個用于支撐彈性緩沖單元的剛性支撐梁5。樓面板4為矩形樓面板，該矩形樓面板的四周分別設有彈性緩沖單元，并通過彈性緩沖單元與剪力墻2連接。矩形樓面板的四個直角處分別設有安裝孔6，該安裝孔6中穿設有固定繩7，矩形樓面板通過固定繩7懸吊在剛性橫梁3的下方。固定繩7由下至上依次穿過3層矩形樓面板，與剛性橫梁3固定連接，并將3層矩形樓面板懸吊在剛性橫梁3的下方。
[0029]彈性緩沖單元包括設置在剛性支撐梁5上的6個緩沖彈簧8以及設置在緩沖彈簧8上的滑球9，緩沖彈簧8 一端與剪力墻2固定連接，另一端設有滑球9，并通過滑球9與樓面板4連接。
[0030]地基板1、剪力墻2及樓面板4的材質均為亞克力板，采用外觀透明的亞克力板材料，更加方便觀摩。剛性橫梁3為鋼棍。
[0031]在實際使用過程中，樓面豎向荷載可以傳遞到固定繩7上，固定繩7通過剛性橫梁3將豎向荷載傳遞至主體受力機構，并沿著主體受力機構由上至下傳遞至地基板I ;而在地震力的作用下，樓面板4的橫向荷載傳遞至與之位置對應的剪力墻2部分，并由剪力墻2傳遞至地基板1，能夠很好地反映出振動過程中調頻質量阻尼器的工作機理。
[0032]實施例2:
[0033]本實施例中，樓面板4共設有5層，每個彈性緩沖單元中共設有8個緩沖彈簧8，其余同實施例1。
[0034]實施例3:
[0035]本實施例中，樓面板4共設有6層，每個彈性緩沖單元中共設有5個緩沖彈簧8，其余同實施例1。
[0036]實施例4:
[0037]本實施例中，樓面板4共設有8層，每個彈性緩沖單元中共設有4個緩沖彈簧8，其余同實施例1。
【主權項】
1.一種用于抗震設計教學的模具結構，該模具結構包括主體受力機構以及設置在主體受力機構中的緩沖阻尼機構，其特征在于，所述的主體受力機構包括地基板(I)、垂直設置在地基板(I)上的剪力墻(2)以及設置在剪力墻(2)頂部的剛性橫梁(3)，所述的緩沖阻尼機構包括多層等間距平行設置的樓面板(4)、設置在樓面板(4)與剪力墻(2)之間的彈性緩沖單元以及設置在樓面板(4)上用于模擬樓層荷載的砝碼(10)。2.根據權利要求1所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的地基板(I)為矩形地基板，該矩形地基板的四周垂直設有剪力墻(2)，并且所述的剪力墻(2)上設有多個用于支撐彈性緩沖單元的剛性支撐梁(5)。3.根據權利要求1所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的樓面板(4)為矩形樓面板，該矩形樓面板的四周分別設有彈性緩沖單元，并通過彈性緩沖單元與剪力墻(2)連接。4.根據權利要求3所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的矩形樓面板的四個直角處分別設有安裝孔(6)，該安裝孔(6)中穿設有固定繩(7)，所述的矩形樓面板通過固定繩(7)懸吊在剛性橫梁(3)的下方。5.根據權利要求4所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的固定繩(7)由下至上依次穿過多層矩形樓面板，與剛性橫梁(3)固定連接，并將多層矩形樓面板懸吊在剛性橫梁(3)的下方。6.根據權利要求2所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的彈性緩沖單元包括設置在剛性支撐梁(5)上的多個緩沖彈簧(8)以及設置在緩沖彈簧(8)上的滑球(9)，所述的緩沖彈簧(8) —端與剪力墻(2)固定連接，另一端設有滑球(9)，并通過滑球(9)與樓面板⑷連接。7.根據權利要求1所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的地基板(1)、剪力墻(2)及樓面板(4)的材質均為亞克力板。8.根據權利要求1所述的一種用于抗震設計教學的模具結構，其特征在于，所述的剛性橫梁(3)為鋼棍。
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于抗震設計教學的模具結構，該模具結構包括主體受力機構以及設置在主體受力機構中的緩沖阻尼機構，所述的主體受力機構包括地基板、垂直設置在地基板上的剪力墻以及設置在剪力墻頂部的剛性橫梁，所述的緩沖阻尼機構包括多層等間距平行設置的樓面板、設置在樓面板與剪力墻之間的彈性緩沖單元以及設置在樓面板上用于模擬樓層荷載的砝碼。與現有技術相比，本實用新型結構簡單，可在樓面板上增設桌椅模型等直觀反映振動效果，也可置于小型試驗用振動臺上進行加載，通過振動波形反映減震機理，能夠直觀反映振動過程中調頻質量阻尼器的工作機理，仿真度高，經濟實用，方便拆卸、更換內部零件，具有很好的應用前景。
【IPC分類】G09B25/00
【公開號】CN204720078
【申請號】CN201520157288
【發明人】秦子棟, 李志遠, 簡旭東
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年3月19日