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一种智能调解双控复合阻尼构件

阅读:318发布:2023-02-20

专利汇可以提供一种智能调解双控复合阻尼构件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种智能调解双控复合阻尼构件,属于工程结构抗震与消能减震技术领域。包括:包括四周由工字 钢 组成的钢 框架 ,钢框架中间设置有小位移耗能装置和大位移耗能装置构成两套减震装置,以及分布在钢框架上的智能识别装置和智能调解装置。在钢框架上安装智能识别装置和智能调解装置,中间由小位移耗能装置和大位移耗能装置组成,两者通过 轴承 相互 叠加 组成一个整体。本发明解决传统阻尼器无法兼具在小位移和大位移的不同耗能需求,充分利用圆盘粘弹性阻尼器的高效性和金属阻尼器的经济性,共同减少建筑结构 风 振、 地震 响应,提高建筑的抗风振、地震性能,具有安全可靠、高效率、更好地减小结构的振动响应等优点。,下面是一种智能调解双控复合阻尼构件专利的具体信息内容。

1.一种智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:包括四周由工字组成的钢框架(1),钢框架(1)中间设置有小位移耗能装置和大位移耗能装置构成两套减震装置,以及分布在钢框架(1)上的智能识别装置和智能调解装置;所述小位移耗能装置包括在小震下起耗能作用的圆盘粘弹性阻尼器,以及为结构提供刚度扭簧(21);所述大位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器以及在大震下发挥作用的金属阻尼器,金属阻尼器与圆盘粘弹性阻尼装置通过表面光滑的轴承(22)叠加成一个耗能整体;所述智能识别装置包括红外发射装置(2)、红外接收装置(5),红外测距仪(6)和信号处理器(4);所述智能调解装置包括控制扭簧电磁(25),以及安装在两瓣限位扣(10)上的气囊挤压器(13)。
2.根据权利要求1所述的智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:所述小位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器和扭簧(21);所述圆盘粘弹性阻尼器包括外置约束圆盘(17)、内置剪切圆盘(20)和扇形粘弹性材料(19),所述内置剪切圆盘(20)位于中间,其两侧共贴有4个扇形粘弹性材料(19),两侧的扇形粘弹性材料(19)外侧设有两个外置约束圆盘(17),两个外置约束圆盘(17)下部与底部钢框架(1)的工字钢之间焊接支撑架(18)连接;所述外置约束圆盘(17)和内置剪切圆盘(20)中间都留有安装轴承(22)的孔洞,所述外置约束圆盘(17)与轴承(22)点焊固定;所述内置剪切圆盘(20)与轴承(22)间的空隙设有环形的扭簧(21),所述扭簧(21)的一端焊接在外置约束圆盘(17)内侧,另一端焊接扭簧电磁铁(25)放置于内置剪切圆盘(20)面上;所述内置剪切圆盘(20)上下部分别焊接吊(7),两个吊耳(7)与两根链杆(16)的一端链接,两根链杆(16)的另一端通过支杆端板(24)以及铆钉(23)铰接在钢框架(1)的两对上;在小位移情况下,钢框架(1)轻微震动带动对角的链杆(16)相互拉压,使内置剪切圆盘(20)绕轴承(22)转动,剪切扇形粘弹性材料(19),同时扭簧电磁铁(25)通电吸附在内置剪切圆盘(20)面上,随着内置剪切圆盘(20)的转动,扭簧(21)为建筑结构提供刚度。
3.根据权利要求1所述的智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:所述大位移耗能装置中的金属阻尼器包括耗能梁(14)和工字架(15),所述耗能梁(14)固定在工字架(15)的两侧;工字架(15)中部与轴承(22)焊接固定,两侧的耗能梁(14)中间焊接吊耳(7),所述吊耳(7)与定位端头(11)铰接,所述定位端头(11)与旋转钢管(9)底部连接,旋转钢管(9)顶部与螺纹杆(8)螺纹连接固定,螺纹杆(8)的末端通过支杆端板(24)以及铆钉(23)铰接在钢框架(1)的两对角上。
4.根据权利要求3所述的智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:所述旋转钢管(9)底部设有滚轴(28),滚轴(28)上部设有卡槽(26),顶部内设有与螺纹杆(8)尺寸相对应的螺纹;所述螺纹杆(8)插入旋转钢管(9)中,旋转钢管(9)底部滚轴(28)嵌入定位端头(11)内腔里,旋转钢管(9)与定位端头(11)能够相对转动;定位端头(11)的边柱上通过细杆连接两瓣限位锁扣(10),边柱与限位锁扣(10)之间有弹簧(12)撑开,保证在小位移情况下限位锁扣(10)不限制旋转钢管(9)的转动;两瓣限位锁扣(10)翼缘外被气囊挤压器(13)包裹。
5.根据权利要求4所述的智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:所述气囊挤压器(13)外部设有方形固定架,两边各一个气囊,气囊两侧有钢板限制延伸,中间留有空间;气囊的空气来自空气压缩机(27),当空气进入气囊时,气囊上下两侧有钢板限制,只能前后运动,两个气囊相向前进或后退,挤压中间的空隙。
6.根据权利要求1所述的智能调解双控复合阻尼构件,其特征在于:所述智能识别装置包括放置在钢框架(1)上部的红外发射装置(2),放置在钢框架(1)下部的红外接收装置(5)和信号处理器(4);当震动来临时,红外发射装置(2)与红外接收装置(5)产生相对位移,导致信号中断,当钢框架(1)恢复原位时红外发射装置(2)与红外接收装置(5)间信号传输重新接通,信号处理器(4)根据信号中断的时间计算出震动的频率,判断震动频率属于高频还是低频,并发出相应的信号给单片机控制系统(3);所述红外测距仪(6)成45°放置在钢框架(1)左上角,测量钢框架(1)对角之间的距离,得到的数据通过通信线缆传输到单片机控制系统(3),达到单片机控制系统(3)所设的位移上限值就会把扭簧电磁铁(25)开关断开,接通空气压缩机(27),空气压缩机(27)通过管线把空气注入两瓣限位锁扣(10)上的气囊挤压器(13),气囊挤压器(13)中的气囊逐渐膨胀,挤压两瓣限位锁扣(10)下的弹簧,使限位锁扣(10)内部的卡扣插入旋转钢管(9)上的卡槽(26)内,使得螺纹杆(8)、旋转钢管(9)和定位端头(11)形成一个整体的受杆件,钢框架(1)位移传导到耗能梁(14),使其拉压屈服耗能。

说明书全文

一种智能调解双控复合阻尼构件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种阻尼器,尤其涉及一种智能调解双控复合阻尼构件,属于消能减震技术领域。

背景技术

[0002] 粘弹性阻尼器和金属阻尼器都是土木工程中最常用的阻尼器。粘弹性阻尼器是一种适合于小位移情况阻尼器,它可以在小位移下开始耗能,并且疲劳性能和耗能性能良好,但在中震或大震作用下,建筑物的震动位移大,震动频率降低,使得中震或大震作用下粘弹性部分过早发生破坏。金属阻尼器是一种适合抗中震或大震的阻尼器,在大位移下,可以通过拉压软屈服耗散地震能量,可有效地减轻结构主体构件的损伤,但在小位移情况作用下金属阻尼器仅能为结构提供侧向刚度,无法耗能。
[0003] 为了解决小位移情况作用下的耗能问题可以将两个阻尼器复合,使粘弹性阻尼器在小位移作用下进行耗能,在大位移下,粘弹性阻尼器和金属阻尼器一起耗能。将粘弹性阻尼器和金属阻尼器技术优点结合起来的复合阻尼器的开发很有必要。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的缺陷,本发明的目的是提供一种智能调解双控复合阻尼构件,该复合阻尼器同时具备粘弹性阻尼器和金属阻尼器的技术优点,既能有效减小结构在小位移情况下的振动响应,又能使阻尼器在中震和大震下产生良好的耗能能。同时,根据地震激励频率和位移准确判断震动的类型,智能识别小震与大震,及时的选择阻尼器种类,能够有效地工作,更好地减小结构的振动响应。
[0005] 为达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:一种智能调解双控复合阻尼构件,包括四周由工字钢组成的钢框架,钢框架中间设置有小位移耗能装置和大位移耗能装置构成两套减震装置,以及分布在钢框架上的智能识别装置和智能调解装置;所述小位移耗能装置包括在小震下起耗能作用的圆盘粘弹性阻尼器,以及为结构提供刚度的扭簧;所述大位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器以及在大震下发挥作用的金属阻尼器,金属阻尼器与圆盘粘弹性阻尼装置通过表面光滑的轴承叠加成一个耗能整体;所述智能识别装置包括红外发射装置、红外接收装置,红外测距仪和信号处理器;所述智能调解装置包括控制扭簧电磁,以及安装在两瓣限位扣上的气囊挤压器。
[0006] 所述小位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器和扭簧;所述圆盘粘弹性阻尼器包括外置约束圆盘、内置剪切圆盘和扇形粘弹性材料,所述内置剪切圆盘位于中间,其两侧共贴有4个扇形粘弹性材料,两侧的扇形粘弹性材料外侧设有两个外置约束圆盘,两个外置约束圆盘下部与底部钢框架的工字钢之间焊接支撑架连接;所述外置约束圆盘和内置剪切圆盘中间都留有安装轴承的孔洞,所述外置约束圆盘与轴承点焊固定;所述内置剪切圆盘与轴承间的空隙设有环形的扭簧,所述扭簧的一端焊接在外置约束圆盘内侧,另一端焊接扭簧电磁铁放置于内置剪切圆盘面上;所述内置剪切圆盘上下部分别焊接吊,两个吊耳与两根链杆的一端链接,两根链杆的另一端通过支杆端板以及铆钉铰接在钢框架的两对上;在小位移情况下,钢框架轻微震动带动对角的链杆相互拉压,使内置剪切圆盘绕轴承转动,剪切扇形粘弹性材料,同时扭簧电磁铁通电吸附在内置剪切圆盘面上,随着内置剪切圆盘的转动,扭簧为建筑结构提供刚度。
[0007] 所述大位移耗能装置中的金属阻尼器包括耗能梁和工字架,所述耗能梁固定在工字架的两侧;工字架中部与轴承焊接固定,两侧的耗能梁中间焊接吊耳,所述吊耳与定位端头铰接,所述定位端头与旋转钢管底部连接,旋转钢管顶部与螺纹螺纹连接固定,螺纹杆的末端通过支杆端板以及铆钉铰接在钢框架的两对角上。
[0008] 所述旋转钢管底部设有滚轴,滚轴上部设有卡槽,顶部内设有与螺纹杆尺寸相对应的螺纹;所述螺纹杆插入旋转钢管中,旋转钢管底部滚轴嵌入定位端头内腔里,旋转钢管与定位端头能够相对转动;定位端头的边柱上通过细杆连接两瓣限位锁扣,边柱与限位锁扣之间有弹簧撑开,保证在小位移情况下限位锁扣不限制旋转钢管的转动;两瓣限位锁扣翼缘外被气囊挤压器包裹。
[0009] 所述气囊挤压器外部设有方形固定架,两边各一个气囊,气囊两侧有钢板限制延伸,中间留有空间;气囊的空气来自空气压缩机,当空气进入气囊时,气囊上下两侧有钢板限制,只能前后运动,两个气囊相向前进或后退,挤压中间的空隙。
[0010] 所述智能识别装置包括放置在钢框架上部的红外发射装置,放置在钢框架下部的红外接收装置和信号处理器;当震动来临时,红外发射装置与红外接收装置产生相对位移,导致信号中断,当钢框架恢复原位时红外发射装置与红外接收装置间信号传输重新接通,信号处理器根据信号中断的时间计算出震动的频率,判断震动频率属于高频还是低频,并发出相应的信号给单片机控制系统;所述红外测距仪成45°放置在钢框架左上角,测量钢框架对角之间的距离,得到的数据通过通信线缆传输到单片机控制系统,达到单片机控制系统所设的位移上限值就会把扭簧电磁铁开关断开,接通空气压缩机,空气压缩机通过管线把空气注入两瓣限位锁扣上的气囊挤压器,气囊挤压器中的气囊逐渐膨胀,挤压两瓣限位锁扣下的弹簧,使限位锁扣内部的卡扣插入旋转钢管上的卡槽内,使得螺纹杆、旋转钢管和定位端头形成一个整体的受力杆件,钢框架位移传导到耗能梁,使其拉压屈服耗能。
[0011] 本发明智能调解双控复合阻尼构件的工作原理如下:通过智能识别装置中的红外线发射装置和红外线接收装置实时接收信号,钢框架受震动影响发生位移,红外线发射装置和红外线接收装置产生错位,导致红外线接收装置信号中断,信号处理器根据信号中断的时间测算出智能减震阻尼器的频率响应,并将频率响应输入到单片机控制系统;单片机控制系统对频率和位移的数值进行运算,并给出相应的控制命令。
[0012] 钢框架受震动影响发生位移,智能识别装置中的红外线测距装置实时监测钢框架对角的位移响应,并将频率响应输入到单片机控制系统;单片机控制系统根据实测的震动频率响应以及位移响应实时选择智能减震框架阻尼器的减震模
[0013] 将本发明智能调解双控复合阻尼构件加设于柱间、框架之间等可能产生较大变形的部位。当结构因振动而发生变形时,粘弹性阻尼器的内置剪切圆盘和外置约束圆盘产生相对错动,粘弹性材料层发生剪切变形耗散能量,设在内置剪切圆盘与轴承间的扭簧,会随着内置剪切圆盘和外置约束圆盘之间产生相对转角位移来提供刚度。如果变形较大或者频率较低,单片机控制系统向智能调解装置发出指令。扭簧退出工作,金属阻尼器与粘弹性阻尼器协同工作,对于金属阻尼器,结构振动通过螺纹杆、旋转钢管和定位端头形成一个整体的受力杆件传导至耗能梁,耗能梁的弯曲拉压运动,耗能梁发生塑性变形,提供较大的阻尼力,同时吸收、消耗外部输入的能量。由于使用了受温度影响很小的金属阻尼器,大大削弱了温度对单一粘弹性阻尼器的影响程度。由此可以看出,该智能调解双控复合阻尼构件具有高耗能、兼具振、小震与大震耗能的优点。
[0014] 与现有技术相比,本发明具有如下的优点:本发明采用智能识别装置分辨震动的情况,根据不同的震动环境自动切换适当的减震装置,在小位移情况作用下,粘弹性阻尼器开始工作耗能,且耗能性能和疲劳性能良好;在大位移情况作用下,粘弹性阻尼器和金属阻尼器同时工作,共同耗散地震能量,使阻尼器耗散能力显著提高,这既能保证复合阻尼器有效减小结构在小位移情况下的振动响应,又能使复合阻尼器在大位移情况下产生更好的耗能能力, 同时在小位移情况作用下,智能识别装置和智能调解装置有效的防止金属阻尼器发生疲劳破坏,大位移情况作用下,防止粘弹性材料发生剪切破坏;本发明复合阻尼构件在风振、小震和中大震下均能够对结构的振动起到很好的减震效果。
附图说明
[0015] 图1为本发明智能调解双控复合阻尼构件整体示意图;图2为本发明智能调解双控复合阻尼构件在小位移情况下耗能装置示意图;
图3为本发明智能调解双控复合阻尼构件在大位移情况下软钢耗能装置示意图;
图4为本发明智能调解双控复合阻尼构件定位端头,气囊挤压器,限位锁扣,旋转钢管和螺纹杆组成的整体组合。
[0016] 图5为旋转钢管示意图。
[0017] 图6为限位锁扣示意图。
[0018] 图7为气囊挤压器示意图。
[0019] 图8为螺纹杆示意图。
[0020] 图9为扇形粘弹性材料示意图。
[0021] 图10为扭簧示意图。
[0022] 图11为轴承示意图。
[0023] 图12为扭簧安装位置示意图。
[0024] 图13为工字架示意图。
[0025] 图14为智能调解双控复合阻尼构件智能构件示意图。
[0026] 图15为智能调解双控复合阻尼构件智能控制流程图
[0027] 图1到图15附图标记与各部位名称对应关系如下:1、钢框架 2、红外线发射装置 3、单片机控制系统 4、信号处理器 5、红外线接收装置 
6、红外线测距仪 7、吊耳 8、螺纹杆 9、旋转钢管 10、限位锁扣 11、定位端头 12、弹簧 13、气囊挤压器 14、耗能梁 15、工字架 16、链杆 17、外置约束圆盘 18、支撑架 19、扇形粘弹性材料 20、内置剪切圆盘 21、扭簧 22、轴承 23、铆钉 24、支杆端板 25、扭簧电磁铁 26、卡槽 27、空气压缩机 28、滚轴。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。
[0029] 如图1所示,一种智能调解双控复合阻尼构件,包括四周由工字钢组成的钢框架1,钢框架1中间设置有小位移耗能装置和大位移耗能装置构成两套减震装置,以及分布在钢框架1上的智能识别装置和智能调解装置;所述小位移耗能装置包括在小震下起耗能作用的圆盘粘弹性阻尼器,以及为结构提供刚度的扭簧21;所述大位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器以及在大震下发挥作用的金属阻尼器,金属阻尼器与圆盘粘弹性阻尼装置通过表面光滑的轴承22叠加成一个耗能整体;所述智能识别装置包括红外发射装置2、红外接收装置5,红外测距仪6和信号处理器4;所述智能调解装置包括控制扭簧电磁铁25,以及安装在两瓣限位锁扣10上的气囊挤压器13。
[0030] 如图2,图9,图10,图11,图12所示,所述小位移耗能装置包括圆盘粘弹性阻尼器和扭簧21;所述圆盘粘弹性阻尼器包括外置约束圆盘17、内置剪切圆盘20和扇形粘弹性材料19,所述内置剪切圆盘20位于中间,其两侧共贴有4个扇形粘弹性材料19,两侧的扇形粘弹性材料19外侧设有两个外置约束圆盘17,两个外置约束圆盘17下部与底部钢框架1的工字钢之间焊接支撑架18连接;所述外置约束圆盘17和内置剪切圆盘20中间都留有安装轴承22的孔洞,所述外置约束圆盘17与轴承22点焊固定;所述内置剪切圆盘20与轴承22间的空隙设有环形的扭簧21,所述扭簧21的一端焊接在外置约束圆盘17内侧,另一端焊接扭簧电磁铁25放置于内置剪切圆盘20面上;所述内置剪切圆盘20上下部分别焊接吊耳7,两个吊耳7与两根链杆16的一端链接,两根链杆16的另一端通过支杆端板24以及铆钉23铰接在钢框架
1的两对角上;在小位移情况下,钢框架1轻微震动带动对角的链杆16相互拉压,使内置剪切圆盘20绕轴承22转动,剪切扇形粘弹性材料19,同时扭簧电磁铁25通电吸附在内置剪切圆盘20面上,随着内置剪切圆盘20的转动,扭簧21为建筑结构提供刚度。
[0031] 如图3,图13所示,所述大位移耗能装置中的金属阻尼器包括耗能梁14和工字架15,所述耗能梁14固定在工字架15的两侧;工字架15中部与轴承22焊接固定,两侧的耗能梁
14中间焊接吊耳7,所述吊耳7与定位端头11铰接,所述定位端头11与旋转钢管9底部连接,旋转钢管9顶部与螺纹杆8螺纹连接固定,螺纹杆8的末端通过支杆端板24以及铆钉23铰接在钢框架1的两对角上。所述工字架15由高强钢制作。
[0032] 如图4,图5,图6,图8所示,所述旋转钢管9底部设有滚轴28,滚轴28上部设有卡槽26,顶部内设有与螺纹杆8尺寸相对应的螺纹;所述螺纹杆8插入旋转钢管9中,旋转钢管9底部滚轴28嵌入定位端头11内腔里,旋转钢管9与定位端头11能够相对转动;定位端头11的边柱上通过细杆连接两瓣限位锁扣10,边柱与限位锁扣10之间有弹簧12撑开,保证在小位移情况下限位锁扣10不限制旋转钢管9的转动;两瓣限位锁扣10翼缘外被气囊挤压器13包裹。
[0033] 如图7所示,所述气囊挤压器13外部设有方形固定架,两边各一个气囊,气囊两侧有钢板限制延伸,中间留有空间;气囊的空气来自空气压缩机27,当空气进入气囊时,气囊上下两侧有钢板限制,只能前后运动,两个气囊相向前进或后退,挤压中间的空隙。
[0034] 如图14和15所示,所述智能识别装置包括放置在钢框架1上部的红外发射装置2,放置在钢框架1下部的红外接收装置5和信号处理器4;当震动来临时,红外发射装置2与红外接收装置5产生相对位移,导致信号中断,当钢框架1恢复原位时红外发射装置2与红外接收装置5间信号传输重新接通,信号处理器4根据信号中断的时间计算出震动的频率,判断震动频率属于高频还是低频,并发出相应的信号给单片机控制系统3;所述红外测距仪6成45°放置在钢框架1左上角,测量钢框架1对角之间的距离,得到的数据通过通信线缆传输到单片机控制系统3,达到单片机控制系统3所设的位移上限阀值就会把扭簧电磁铁25开关断开,接通空气压缩机27,空气压缩机27通过管线把空气注入两瓣限位锁扣10上的气囊挤压器13,气囊挤压器13中的气囊逐渐膨胀,挤压两瓣限位锁扣10下的弹簧,使限位锁扣10内部的卡扣插入旋转钢管9上的卡槽26内,使得螺纹杆8、旋转钢管9和定位端头11形成一个整体的受力杆件,钢框架1位移传导到耗能梁14,使其拉压屈服耗能。
[0035] 所述圆盘粘弹性阻尼器中间的内置剪切圆盘20与外置约束圆盘17都采用高强钢制作而成,采用高压刀切割的扇形粘弹性材料19采用高温高压硫化制成。工字架15采用高强钢制作,耗能梁14采用屈服力较低的软钢制作,耗能梁14两端与工字架15间添加角钢焊接,耗能梁14中部与吊耳7连接也添加角钢焊接而成。
[0036] 如图6所示,所述限位锁扣10由高强钢管焊接翼缘板和角钢制作而成,并在翼缘板下焊接方钢管,防止限位锁扣10深陷旋转钢管9的卡槽内。
[0037] 如图7所示,所述气囊挤压器13由外部钢板和两侧面钢板共同包裹住中间的两气囊,两气囊由聚酯纤维化合物制成,用钢板包裹限制了气囊的延伸方向,只能相向挤压。
[0038] 所述空气压缩机27,可直接采用容积式压缩机,即直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机。空气压缩机27通电工作,通过管线把空气输送到限位锁扣10上的气囊挤压器13,气囊挤压器13中的气囊逐渐膨胀,从而达到挤压限位锁扣10的目的。
[0039] 如图11所示,所述轴承22由高强钢管制作,两个外置约束圆盘17和工字架15焊接在轴承22上,形成一个整体,内置剪切圆盘20可以相对轴承22转动。
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