[发明专利]一种内嵌连梁的变刚度减震装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种内嵌连梁的变刚度减震装置及其工作方法。装置由U型和T型接头、位于接头上下端的双曲弹簧钢片和连接两接头的内外连接构件构成；其中，U型和T型接头分别连接两侧截断连梁，U型接头的槽孔与T型接头的凸起相互配合，其错动位移通过接头上下端的双曲弹簧钢片和内外连接构件而被限制。本装置可被动式大幅精确地调控连梁刚度阻尼特征，针对地震风振等差异环境激励优化控制高层结构动力响应，且无需塑性变形与外部能源，具有较高应用前景。

技术领域

本发明主要涉及到结构振动控制领域，具体涉及一种内嵌连梁的变刚度减震装置及其相应的工作方法。

背景技术

梁剪力墙结构是我国多高层结构最为量大面广的结构形式，其抗侧刚度与强度高，而变形能力较差，基于层间位移消能减震的阻尼器效果受限。学者发现控制其动力响应的有效方法是应用消能连梁。为兼顾结构在风振与不同回归周期地震作用中差异化的环境激励，要求消能连梁在不同工况下具备显著不同刚度与阻尼特征。

各类消能减震连梁是地震工程领域研究的关键问题之一。现有研究热点包括可更换连梁：其核心思路为连梁中安装集中塑性变形，易于修复更换的模块；耗能连梁：其核心思路为在连梁关键位置安装耗能元件；主动与半主动控制连梁：其核心思路为通过外部能量输入，改变连梁刚度特征。已有新型连梁技术可显著提升结构抗震性能，并得到了卓有成效的工程应用。

然而，连梁空间较小，受力状态复杂，对连梁消能装置的承载力、可靠度、刚度可调范围有较为苛刻的要求。而现有装置或需外部能源与复杂控制装置、或难以避免由屈服耗能导致的塑性损伤，罕遇地震后需修复替换，不能完全满足高层结构消能减震的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种内嵌连梁的变刚度减震装置，利用曲梁结构的强几何非线性，无需外部能量输入和材料塑性屈服既可实现显著刚度变换，且可由调节曲梁几何拓扑特征精确针对连梁不同刚度阻尼需求，具有成本低，可靠性高的特点，可显著降低地震灾变下结构地震频率。增加结构阻尼比，提升结构抗震性能。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种内嵌连梁的变刚度减震装置，连接在两侧截断连梁之间，用于限制两侧连梁之间的剪切变形，包括相对配合布置的U型接头和T型接头，其中，

所述U型接头的封闭侧连接连梁，开口侧连接T型接头，包括纵截面呈H形第一钢构件、以及，

连接在所述第一钢构件上、下两侧的两个内凹双曲弹簧钢片组，分别是第一内凹双曲弹簧钢片组和第二内凹双曲弹簧钢片组，每组内凹双曲弹簧钢片均由多片内凹双曲弹簧钢片组成，多片所述内凹双曲弹簧钢片之间设有使不同钢片具有相同竖向位移的第一竖向连接部；

门形传力构件，所述门形传力构件的开口端与第一内凹双曲弹簧钢片组中的所述第一竖向连接部铰接，门形构件的封闭端延伸至第二内凹双曲弹簧钢片组外侧设置；

所述T型接头，其底部钢板连接一个突出翼缘与连梁梁体连接，包括纵截面呈H形的第二钢构件、以及，

连接在所述第二钢构件上、下两侧的两个外凸双曲弹簧钢片组，分别是第一外凸双曲弹簧钢片组和第二外凸双曲弹簧钢片组，每组外凸双曲弹簧钢片均由多片外凸双曲弹簧钢片组成，多片所述外凸双曲弹簧钢片之间设有使不同钢片具有相同竖向位移的第二竖向连接部；

T形传力构件，所述T形构件上的水平悬臂位于所述第二钢构件上临近第二外凸双曲弹簧钢片组一侧，与所述U型接头上第二内凹双曲弹簧钢片组中的所述第一竖向连接部铰接；

所述T形构件上的竖杆穿过第二钢构件的跨中部后与第一外凸双曲弹簧钢片组连接。

U型接头和T型接头间具有粘弹性材料。

所述外凸双曲弹簧钢片的数目与内凹双曲弹簧钢片的数目相同。