[发明专利]一种具有位移二次放大和触发自复位功能的复合耗能体系

说明书

本发明公开了一种具有位移二次放大和触发自复位功能的复合耗能体系，属于建筑结构消能减振技术领域。所述体系主要由位移二次放大机构和触发自复位阻尼器构成。该体系可在占用空间较小的前提下利用位移放大装置的特点将结构层间位移进行放大并加载于阻尼器两端，使得触发自复位阻尼器充分变形耗能。在小震时阻尼器自复位功能并不触发，通过镂空金属套筒发生面内塑性变形耗散地震能量，而在大震作用下阻尼器自复位功能触发，在高校耗散能量的同时减小结构残余塑性变形。同时由于触发自复位阻尼器的塑性变形主要集中于镂空金属套筒，因而震后易通过更换构件快速修复。

技术领域

本发明涉及一种具有位移二次放大和触发自复位功能的复合耗能体系，属于建筑结构消能减振领域。

背景技术

地震灾害会造成建筑结构产生损伤甚至倒塌，从而致使人员伤亡和经济损失。地震之于建筑结构本质上是一种能量输入过程，在传统抗震结构中，结构耗能主要可归结为结构自身阻尼耗能和结构产生塑性变形或裂缝耗能，但自身塑性变形或产生裂缝也表现为结构损伤。而在结构中加装消能装置则增加了结构耗能能力，降低了结构需以损伤为代价所耗散能量，进而有效减小结构在地震作用下的损伤，从而保护结构安全。同时应用消能减振装置的建筑结构之于抗震结构，对于构件刚度的需求明显减少，结构构件尺寸较小，在合理设计下可有效降低建筑造价。综上，结构消能减振技术具有巨大的发展潜力与良好的应用前景。

消能减振技术发展至今仍存在一些问题，首先建筑结构在中小地震或强风下激励作用下下层间位移较小，现今较为普遍的阻尼器布置方式阻尼器变形有限，这造成了阻尼器无法充分发挥效能，减振效果有限。同时目前的阻尼器布置方式往往占用空间较大，对门窗布置造成较大影响，而这显然与崇尚增大建筑使用空间的现代设计理念相背离。针对金属阻尼器，现有布置方式下其在中小震作用时仅为结构提供抗侧刚度，几乎不发挥其耗能能力；而在大震作用下其耗能能力被发挥，但其并不为结构提供恢复力，这可能造成结构在地震中P-delta效应明显和震后残余变形过大，进而对结构安全产生影响。

通过以上分析，本发明提出一种具有位移二次放大和触发自复位功能的复合耗能体系。该体系主要由位移放大机构连杆和触发自复位阻尼器构成。其中位移放大机构由广义肘节位移放大机构与剪刀撑式位移放大机构联合组成。其中广义肘节位移放大机构上、下连杆与结构连接处位置可依据建筑空间使用需求进行选取，布置上具有较大灵活性，占用空间可控。广义肘节位移放大机构可将部分层间位移放大并转化为剪刀撑式位移放大机构两端位移，剪刀撑式位移放大机构进一步将两端位移放大并作用于触发自复位阻尼器两端。广义肘节位移放大机构与剪刀撑式位移放大机构的位移放大特性可简单的以位移放大系数体现，两者组成的位移二次放大机构的位移放大特性可由两者的位移放大系数乘积得到，显然位移二次放大机构位移放大能力优越，即使中小震下结构层间位移较小亦可使得阻尼器耗能能力充分发挥。触发自复位阻尼器在两端相对位移较小时主要由镂空金属套筒发生面内塑性变形耗散能量，内部触发自复位装置并不发挥作用。在阻尼器两端位移较大时自复位装置内形状记忆合金棒材或弹簧滑出弹簧套筒，随即弹簧套筒收缩将形状记忆合金棒材或弹簧固定，从而使触发自复位装置实现自复位特性。同时由于外部镂空金属套筒是经济且易于更换构件，内部触发自复位装置容易拆卸复位，不需产生额外经济成本，因而触发自复位阻尼器具有良好的可恢复性良。

综上所述该体系显著改善了现有消能减振手段中占用建筑结构使用空间大、中小震下耗能效率低下与大震下不提供结构恢复力的缺点，是一种应用前景广阔的复合耗能体系。

发明内容

为解决现有消能减振手段占用空间大、中小震下耗能效率低下、大震下不提供结构恢复力且震后难以修复性或修复成本高等缺点，本发明提出一种具有位移二次放大和触发自复位功能的复合耗能体系。该体系布置灵活、占用空间小，且得益于位移二次放大特性即使在层间位移较小时其依旧可以使阻尼器充分变形耗能，另外利用触发自复位特性使之在小震作用下仅发挥金属阻尼器的耗能特性，而在大震作用下发挥自复位作用，为结构提供恢复力避免结构产生过大残余变形。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：