擺式支座水箱阻尼器制造技術(shù)

一種擺式支座水箱阻尼器屬于土木工程結(jié)構(gòu)消能減振技術(shù)領(lǐng)域。由多個(gè)擺式滑動(dòng)支座、水箱、阻尼器支座、箱型柱以及粘滯阻尼器組成；擺式滑動(dòng)支座由支座上板、金屬球和支座下板組成，支座上板固定在水箱的下表面，支座下板固定于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上；支座上板和支座下板相對(duì)放置，中間放置金屬球以實(shí)現(xiàn)兩者之間的相對(duì)滑動(dòng)；水箱的底部設(shè)置箱型柱，阻尼器支座安裝于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上；粘滯性阻尼器水平安裝于箱型柱和阻尼器支座之間。本發(fā)明專利技術(shù)一方面消除了高層水箱在水平荷載下對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，另一方面所構(gòu)成的水箱阻尼系統(tǒng)將極大減小結(jié)構(gòu)在水平荷載下的動(dòng)力響應(yīng)；其減振效果穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安全可靠、耐久性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于土木工程結(jié)構(gòu)消能減振
，特別涉及一種利用高層建筑頂部水箱控制建筑物振動(dòng)、減小風(fēng)荷載和地震荷載下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的擺式支座水箱阻尼器。
技術(shù)介紹
對(duì)于高層建筑，由于生活、生產(chǎn)、消防等方面的需要，常常需要在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)施水箱。水箱的質(zhì)量通常超過(guò)幾十噸甚至上百噸，在普通的安裝方式下會(huì)大大增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在水平荷載下的振動(dòng)響應(yīng)，對(duì)建筑物的減振抗震十分不利。另一方面，近年來(lái)質(zhì)量調(diào)諧阻尼器作為一種消能減振裝置得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其良好的減振效果也得到了大量的工程驗(yàn)證。質(zhì)量調(diào)諧阻尼器系統(tǒng)需要安裝較大質(zhì)量作為子系統(tǒng)以對(duì)結(jié)構(gòu)施加動(dòng)力影響，而對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，位于高層結(jié)構(gòu)頂部的水箱正是質(zhì)量調(diào)諧阻尼器系統(tǒng)的理想質(zhì)量源。通過(guò)特殊的安裝方式，允許高層建筑上部的水箱與結(jié)構(gòu)之間的水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)、附加適當(dāng)?shù)淖枘幔⑤o以相應(yīng)的構(gòu)造措施，可作為質(zhì)量調(diào)諧阻尼器對(duì)高層建筑進(jìn)行有效的振動(dòng)控制。這種方法一方面消除了高層水箱在水平荷載下對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，另一方面所構(gòu)成的水箱阻尼系統(tǒng)將大大減小結(jié)構(gòu)在水平荷載下的動(dòng)力響應(yīng)，提高高層建筑的抗震性能。目前，該技術(shù)在日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到較多應(yīng)用，從實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)看，這種技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的減震效果是明顯的，具有廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)有的水箱阻尼系統(tǒng)分為隔振支座式和懸掛式兩種。隔振支座式水箱阻尼系統(tǒng)是在水箱底部安裝鉛芯橡膠支座等類型的隔振支座。該方法利用隔震支座的水平剛度和自有阻尼實(shí)現(xiàn)質(zhì)量調(diào)諧阻尼器系統(tǒng)的減振原理，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、耐久性強(qiáng)的特點(diǎn)。但另一方面，質(zhì)量調(diào)諧阻尼器系統(tǒng)的減振效果依賴于其穩(wěn)定的自振頻率，而隔震支座式水箱阻尼系統(tǒng)的基頻與水箱的質(zhì)量有關(guān)。由于水箱的水位是不斷變化的，加之鉛芯橡膠支座是一種非線性元件，因此隔震支座式水箱阻尼系統(tǒng)的自振頻率隨水箱水位的變化而變化，無(wú)法提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)減振效果，不能進(jìn)行系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)，其減振效果并不理想，大大制約了該類水箱阻尼系統(tǒng)的使用。懸掛式水箱阻尼系統(tǒng)通過(guò)在結(jié)構(gòu)頂端設(shè)置桁架等結(jié)構(gòu)形式，用球鉸將水箱懸掛起來(lái)，并安裝阻尼器和彈簧系統(tǒng)進(jìn)行消能減振。由于水箱作類單擺運(yùn)動(dòng)，其自振頻率與水箱質(zhì)量無(wú)關(guān)。這一方法有效地克服了水箱阻尼系統(tǒng)的基頻與水箱水位相關(guān)的難題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在任意水位下良好的減振效果。但該方法的構(gòu)造復(fù)雜，工程造價(jià)高，安裝不便。另一方面由于球鉸等懸掛性構(gòu)造的存在，該技術(shù)的耐久性不高。而懸掛結(jié)構(gòu)一旦失效，跌落的大質(zhì)量水箱將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，造成巨大的安全隱患。因此，雖然擁有良好且穩(wěn)定的減振效果，但懸掛式水箱阻尼系統(tǒng)在安全性和耐久性上的缺陷嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、耐久性強(qiáng)，且基頻不隨水箱水位變化，具有穩(wěn)定的消能減振效果的擺式支座水箱阻尼器，能夠較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中水箱阻尼系統(tǒng)的缺陷以及存在的其他問(wèn)題。本專利技術(shù)采用技術(shù)方案為由固定在建筑結(jié)構(gòu)上的多個(gè)擺式滑動(dòng)支座、水箱、阻尼器支座、箱型柱以及粘滯阻尼器組成；所述擺式滑動(dòng)支座由支座上板、金屬球和支座下板組成，支座上板通過(guò)螺栓連接固定在水箱的下表面，支座下板通過(guò)螺栓連接固定于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上；支座上板和支座下板相對(duì)放置，中間放置金屬球以實(shí)現(xiàn)兩者之間的相對(duì)滑動(dòng)；所述水箱的底部設(shè)置箱型柱，在箱型柱的四面沿高度設(shè)置若干個(gè)阻尼器安裝孔；所述阻尼器支座安裝于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上，阻尼器支座上沿高度設(shè)置若干個(gè)阻尼器安裝孔，其位置和數(shù)量與箱型柱上的安裝孔相對(duì)應(yīng)；所述粘滯性阻尼器水平安裝于箱型柱和阻尼器支座之間，通過(guò)安裝孔和阻尼器安裝孔在兩端進(jìn)行鉸接。所述多個(gè)擺式滑動(dòng)支座呈對(duì)稱性布置。所述支座上板和支座下板的形狀為圓形或矩形。所述支座上板的中央設(shè)置半球型凹槽，其半徑與金屬球的半徑相等；所述支座下板設(shè)有球冠狀凹槽，凹槽內(nèi)圈為擺動(dòng)工作區(qū)，凹槽外圈為擺動(dòng)緩沖區(qū)；支座下板的邊緣部分高于中心的球冠狀凹槽部分；擺動(dòng)工作區(qū)對(duì)應(yīng)的球體半徑即為系統(tǒng)正常工作時(shí)的擺長(zhǎng)；擺動(dòng)緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的球體半徑與擺動(dòng)工作區(qū)對(duì)應(yīng)的球體半徑相等，或由內(nèi)向外切線半徑逐漸變小，但與擺動(dòng)工作區(qū)相連的部分的切線半徑與擺動(dòng)工作區(qū)球冠半徑需—致。所述支座上板的半球面凹槽的內(nèi)表面、支座下板的擺動(dòng)工作區(qū)表面以及金屬球的表面均采用低摩擦系數(shù)的鏡面不銹鋼材料制成；支座下板的擺動(dòng)緩沖區(qū)表面采用普通鋼材制成。所述箱型柱為設(shè)置在水箱底部中心位置的一個(gè)，或是設(shè)置在水箱底部、對(duì)稱布置的多個(gè)。本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)擺式支座水箱阻尼器實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)固有頻率對(duì)水箱水位的不變性，具有穩(wěn)定的減振效果。水箱在擺式滑動(dòng)支座上作類單擺運(yùn)動(dòng)，水箱水位即水箱質(zhì)量不影響系統(tǒng)固有頻率。因此通過(guò)系統(tǒng)安裝時(shí)的準(zhǔn)確調(diào)頻，可以保證本專利技術(shù)在全生命周期中穩(wěn)定的減振性能，保證高層建筑物在任意水位下出色的抗振性能，克服了普通支座式水箱阻尼器減振效果難以控制的難題。擺式支座水箱阻尼器構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝工序明晰方便。擺式支座水箱阻尼器保留了一般支座式水箱阻尼器的在構(gòu)造和安裝方面的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工程構(gòu)件來(lái)說(shuō)，降低了構(gòu)造和安裝的復(fù)雜性也即是保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和與理論設(shè)計(jì)的一致性。本專利技術(shù)在保留懸掛式水箱阻尼器基頻穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，避免了其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從工藝上保證了系統(tǒng)的減振性能，降低了產(chǎn)品成本和推廣難度。擺式支座水箱阻尼器耐久性強(qiáng)，安全隱患小。懸掛式水箱阻尼器耐久性不足，安全隱患大的特點(diǎn)使得該技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中步履維艱。本專利技術(shù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和簡(jiǎn)單可靠的構(gòu)造措施保證了系統(tǒng)的耐久性。而對(duì)于幾十噸甚至上百噸的水箱，更為安全的滑動(dòng)支座消除了懸掛水箱跌落對(duì)結(jié)構(gòu)造成巨大破壞的可能。可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。擺式支座水箱阻尼器中擺式滑動(dòng)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑、擺式滑動(dòng)支座的數(shù)量、粘滯性阻尼器的數(shù)量可根據(jù)不同結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行有針對(duì)的設(shè)計(jì)。而且與普通支座式水箱阻尼器的一次成型不同，擺式支座水箱阻尼器在安裝后還可以根據(jù)工程實(shí)測(cè)方便地調(diào)整粘滯性阻尼器的阻值和數(shù)量，保證阻尼系統(tǒng)減振耗能效果的最大化。綜上所述，擺式支座水箱阻尼器綜合了目前已有水箱阻尼器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并有效規(guī)避了主要缺點(diǎn)，具有減振效果穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安全可靠、耐久性和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高高層建筑物抗震性能，具有廣闊的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)擺式支座水箱阻尼器的俯視圖。圖2為圖1中的A-A剖面圖。圖3為圖1中的B-B剖面圖。圖4為圖1中的C-C剖面圖。圖5為擺式滑動(dòng)支座的構(gòu)造示意圖。圖6為擺式滑動(dòng)支座的剖面圖一。圖7為擺式滑動(dòng)支座的剖面圖二。圖8為擺式滑動(dòng)支座的剖面圖三。圖9為擺式滑動(dòng)支座下板的俯視圖。圖中標(biāo)號(hào)1-擺式滑動(dòng)支座；2_水箱；3_箱型柱；31_阻尼器安裝孔；4_阻尼器支座；41_阻尼器安裝孔；5_粘滯阻尼器；11_支座上板；12_支座下板；13_金屬球；14_擺動(dòng)工作區(qū)；15-擺動(dòng)緩沖區(qū)；16-螺栓孔。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)提供了一種擺式支座水箱阻尼器，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是擺式支座水箱阻尼器的俯視圖，所示的擺式支座水箱阻尼器由擺式滑動(dòng)支座1、水箱2、箱型柱3、阻尼器支座4以及粘滯阻尼器5組成。擺式滑動(dòng)支座I安裝于結(jié)構(gòu)頂層的上頂板上，或安裝在上頂板和擺式滑動(dòng)支座I之間的承重梁上。擺式滑動(dòng)支座I可根據(jù)水箱2的大小布置多個(gè)，布置時(shí)保持對(duì)稱性。如圖5和圖6所示，擺式滑動(dòng)支座I由支座上板11、支座下板12和金屬球13組成。其中支座上板11與本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
擺式支座水箱阻尼器，其特征在于，由固定在建筑結(jié)構(gòu)上的多個(gè)擺式滑動(dòng)支座（1）、水箱（2）、阻尼器支座（4）、箱型柱（3）以及粘滯阻尼器（5）組成；所述擺式滑動(dòng)支座（1）由支座上板（11）、金屬球（13）和支座下板（12）組成，支座上板（11）通過(guò)螺栓連接固定在水箱（2）的下表面，支座下板（12）通過(guò)螺栓連接固定于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上；支座上板（11）和支座下板（12）相對(duì)放置，中間放置金屬球（13）以實(shí)現(xiàn)兩者之間的相對(duì)滑動(dòng)；所述水箱（2）的底部設(shè)置箱型柱（3），在箱型柱（3）的四面沿高度設(shè)置若干個(gè)阻尼器安裝孔（31）；所述阻尼器支座（4）安裝于結(jié)構(gòu)上頂板或承重梁之上，阻尼器支座（4）上沿高度設(shè)置若干個(gè)阻尼器安裝孔（41），其位置和數(shù)量與箱型柱（3）上的阻尼器安裝孔（31）相對(duì)應(yīng)；所述粘滯性阻尼器（5）水平安裝于箱型柱（2）和阻尼器支座（4）之間，通過(guò)阻尼器安裝孔（31）和阻尼器安裝孔（41）在兩端進(jìn)行鉸接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘鵬，陳浩文，嚴(yán)紅，林勁松，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，北京羿射旭科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：