[发明专利]一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置

说明书

本发明公开了一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置，包括基座、骨架单元及支撑板，其特征在于：所述若干个骨架单元组成该装置的钢材骨架，所述骨架单元由六个相同形式的板组成，所述板内部由圆环组成，外部等间距相切伸出四跟相等的支撑杆，所述骨架内部用高阻尼橡胶充填，所述钢材骨架上部套有一个支撑板。该装置利用负泊松比钢材骨架和高阻尼橡胶的复合性能，是一种阻尼可调的隔振抗震系统，其刚度可控、阻尼可调，便于根据结构动力学性能进行多级耗能设计。

技术领域

本发明涉及结构振动控制领域，特别是一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置。

背景技术

结构振动问题逐渐成为桥梁、工业和民用建筑结构设计中的关键问题。交通荷载在桥梁结构上产生竖向振动，地震荷载在建筑结构中产生水平振动，这些振动会导致结构的提前损伤和倒塌。尤其是地震荷载，具有不可预测的特点。我国《公路桥梁抗震设计细则》将设计地震分为两个等级：工程场地重现期较短的E1地震和工程场地重现期较长的E2地震作用；并基于“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防抗震设计原则来实施抗震设计。

为了贯彻执行这些原则，需要一个优良的耗能装置来承担振动荷载对结构的影响。现有的耗能装置主要分为以下三种：粘滞阻尼器，摩擦阻尼器，屈服阻尼器，其中金属屈服阻尼器耗能大、造价低，在工程中广泛应用。屈服阻尼器主要依靠材料自身屈服来耗散能量，能够起到一定的抗震效果，但缺点是不可自恢复，也不能实现低幅振动的耗散，常常无法抵抗汽车荷载作用下工程结构的振动损坏。由于现有的耗能装置具有不可自恢复和不能分级耗能的缺陷，开发一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置非常必要。

发明内容

为了解决工程结构在抵抗振动方面的问题，实行多级耗能的性能，本发明提出一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置。这种装置的核心是“骨架-橡胶”复合结构。其中钢材骨架是一种压扭耦合的手性超材料，受到竖向荷载时，该骨架会发生压缩和扭转变形，并具有负泊松比的独特结构性能。以负泊松骨架为增强相，以正泊松比高阻尼橡胶为基体相，形成一种半接触的复合结构。在低频低幅振动作用下，内部橡胶基体依靠自身粘滞阻尼特性耗散能量，起到降低传递率的效果；外部钢材骨架提供主要支撑刚度和约束橡胶变形的作用。在E1地震荷载作用下，外部钢材骨架发生扭转变形而向内部压缩，而内部橡胶基体在压缩后膨胀，通过这种内外调节作用下产生挤压和摩擦来耗散能量；在E2地震荷载作用下，橡胶对骨架起屈曲约束作用，使钢材骨架产生多点屈服耗能，起到增加结构延性作用。通过对该装置的骨架和橡胶基体的正负泊松比进行调节，刚度是可以预设，即可实现灵活的刚度可编程性，从而达到可控的调节建筑结构或者桥梁结构的自振频率，从而实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防抗震设计目标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置，包括基座、骨架单元及支撑板，其特征在于：所述若干个骨架单元组成钢材骨架，所述钢材骨架下部设置有基座，所述骨架单元由六个相同形式的板组成，所述板内部为圆环，外部等间距相切伸出四根相等的支撑杆，所述骨架单元内部用高阻尼橡胶充填，所述钢材骨架上部设置有支撑板。

所述基座上表面设置有上凹槽，所述钢材骨架置于上凹槽内，所述基座焊接在钢材骨架下。

所述支撑板下表面设置下凹槽，所述支撑板通过下凹槽扣于钢材骨架之上，所述支撑板焊接在钢材骨架上。

所述骨架单元内表面设置有螺纹，所述骨架单元表面与橡胶表面充分接触。

通过调节板的内部圆环内外半径、厚度、支撑杆夹角的大小以及骨架单元的个数，可实现刚度的调节及编程控制。

调节骨架单元高度和数量来改变装置的尺寸大小。

所述钢材骨架是一种压扭耦合的手性超材料，所述钢材骨架外表面通过涂层进行防锈处理。