減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片的製作方法

2023-05-31 08:37:01 2

專利名稱：減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及結構工程、結構振動控制領域，為一種減小大跨或懸挑(包括豎向懸挑、水平懸挑、斜向懸挑)結構振動的控制裝置——耗能阻尼片。
背景技術：
結構振動控制是近幾十年來興起的降低結構振動(如結構抗震抗風)的新途徑。經過國內外研究者的不懈努力，結構振動控制在理論研究和工程應用兩方面均取得了較大進展。作為被動控制的消能控制裝置，其控制策略為應用非承重消能構件率先消耗能量，從而達到降低主結構振動響應，保護主結構的目的。美國3M公司研製生產了「3M粘彈性阻尼裝置」，由兩片T型外鋼板、粘彈性材料和內鋼板疊合而成；我國哈爾濱工業大學的吳斌和歐進萍研究開發了「多層粘彈性耗能器」(申請專利號CN02211643.5)，製成多層鋼板橡膠疊合阻尼器；我國東南大學程文瀼和李愛群開發了「工程結構鉛銷粘彈性阻尼器」(申請專利號CN00112125.1)，該阻尼器由中間鋼板、兩側鋼板、阻尼層和鉛銷構成。上述阻尼器均可應用於建築結構的支撐或節點中，作為粘彈性阻尼支撐或粘彈性阻尼聯結節點，把結構層間變形集中到阻尼器的鋼板和粘彈性材料的相對錯動中，消耗振動能量，衰減結構振動反應。這些研究成果推動了結構振動控制在工程中的應用，在一定應用領域內達到了預期的目標。但以上裝置的應用仍然有其局限性。首先，這些裝置只能在小範圍(如層間)較大變形條件下應用，其耗能效果取決於小範圍變形量的大小，對於剛度較大的結構，其耗能效果難於發揮；第二，耗能裝置安裝對建築功能和結構布置影響較大，在應用中須考慮專業間配合，往往由於功能限制難於實現；第三，大跨或懸挑結構往往由超靜定次數不高的桁架支撐構成，應用上述阻尼裝置替換原有構件勢必會降低桁架的整體剛度，造成結構變形量增加；第四，上述阻尼裝置不易更換和檢修，由於封閉，耗能熱量擴散條件不好，影響耐久性。消能控制裝置在國內外已有較多的研究和應用，如美國世貿大廈雙子塔在鋼桁架梁下緣與鋼柱連接處安裝20000個鋼板橡膠粘彈性阻尼器，解決了風振作用下結構振動問題；我國江蘇省的宿遷市交通大廈工程採用粘彈性消能減震阻尼技術，在每個鋼支撐的中部放置一個粘彈性阻尼器，增強了高烈度區結構的抗震安全性；我國廣東省汕頭市的潮汕星河大廈採用了複合型鉛粘彈性阻尼器，有效減小了結構頂層和層間地震反應。從這些例子看，這些控制結構的技術策略力求有效、簡單、經濟、可靠、便於實現，其經驗可以推廣。但這種廉價、有效的粘彈性阻尼材料還沒有廣泛應用到結構控制工程中，尤其是還沒有人針對大跨或懸挑結構減振問題給出一個合理和可靠的技術方案。
實用新型內容本實用新型是提供一種減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，達到有效、簡單、經濟、可靠、美觀的目的。
為實現上述目的，本實用新型的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，包括鋼板A、鋼板B及夾在其中的高阻尼粘彈性材料層；其特徵是所述的鋼板A、鋼板B為豎向的矩形長板，所述的鋼板間設有保護鋼卡，其為勾頭板，板身固接或以連接件連接在鋼板A或B的邊沿，勾頭勾在鋼板B或A的背面；所述的鋼板A通過連接組件與結構構件連接，連接組件由與構件相連接的U型連接件和與前述鋼板A連接的倒U型連接件構成，兩者橫截面分別呈正、倒的U形且互相扣合，U型連接件的扣合邊端內折、連接邊外折延伸；倒U型連接件扣合邊端製成柱狀的滑動棒。
在上述基礎上，本實用新型還可進一步完善所述的連接件的扣合邊內折端的上部為外斜面。
所述的連接件槽內有橡膠墊。
所述的鋼板A、鋼板B其長度宜大於5米，最佳大於10米，厚度約0.5cm～5cm。
所述高阻尼粘彈性材料損耗因子應大於5％(在1Hz頻率荷載激勵下)，其外圍斷面塗有防碳化保護層。
所述的鋼板A和鋼板B長邊底端留有對應的板間連接螺栓孔，且鋼板A的孔在鋼板B上的投影與鋼板B上的孔重合，用螺栓擰緊用以鎖定鋼板A和鋼板B，阻止底端兩鋼板相對錯動；所述的鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留結構連接螺栓孔，與結構構件連接。
本實用新型的耗能阻尼片將大跨或懸挑結構動力響應造成的耗能阻尼片曲率變化集中到鋼板A和鋼板B間的錯動位移上，為高阻尼粘彈性材料施加動力剪切變形，應用較大面積高阻尼粘彈性材料動力剪切變形達到耗能減振目的。
本實用新型具有以下有益效果(1)本實用新型的耗能阻尼片構造簡單，造價低廉，易於工程實現；(2)提出耗能阻尼片附著大跨或懸挑結構布置的構造，佔用空間小，不影響建築美觀；(3)利用「小曲率變形累加集中錯動變形及大面積累積耗能」的原理，通過耗能阻尼片彎曲變形在大面積上的累積錯動造成高阻尼粘彈性材料剪切錯動耗能，保證了耗能阻尼片對結構振動耗能的有效性；(4)本實用新型的耗能阻尼片尤其是針對高層結構頂懸挑玻璃幕牆的特點，首次提出將結構控制裝置附著在玻璃幕牆上，直接對玻璃幕牆進行減振控制，同時達到減小結構頂層振動加速度的目的，控制效果明顯，減小結構抗震(振)設計整體造價；(5)控制裝置「有效、簡單、經濟、可靠、美觀」，是本實用新型的一個特色，也是長期研究和實踐經驗的總結，符合工程實際需要，滿足工程行業技術條件，解決了實際工程問題。


圖1為本實用新型實施例的結構立體示意圖。
圖2為本實用新型實施例的連接組件結構立體示意圖。
圖3為沿圖1的A-A線剖視示意圖。
圖4為沿圖1的B-B線剖視示意圖。
圖5為實施例應用於廣州某大廈頂部懸挑玻璃幕牆的結構示意圖之一。
圖6為實施例應用於廣州某大廈頂部懸挑玻璃幕牆的結構示意圖之二。
圖7為實施例應用於廣州某大廈頂部懸挑玻璃幕牆的結構示意圖之三。
圖中1為鋼板A，2為鋼板B，3為高阻尼粘彈性材料，4為鋼卡，5為連接組件，51為與結構相連的連接件，511為自鎖卡，512為U形槽，52為耗能阻尼片與鋼板A相連的連接件，521為滑動棒，53為條形橡膠墊，6為防碳化保護層，7為結構構件，8為鎖定鋼板A和鋼板B底端的預留栓孔，9為鋼板B的底端與結構構件連接的預留螺栓孔。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本實用新型專利作進一步的詳述。如圖1、圖2所示，本實用新型專利的減小結構頂懸挑玻璃幕牆振動的耗能阻尼片簡稱耗能阻尼片，包括鋼板A1、鋼板B2及夾在其中的高阻尼粘彈性材料層3，鋼板A1、鋼板B2為豎向的矩形長板，長度宜大於5米，最佳大於10米，厚度約0.5cm～5cm，鋼板間設有多個保護鋼卡4，其為勾頭板，板身固接或以連接件連接在鋼板A1的邊沿，勾頭勾在鋼板B2的背面，只允許鋼板B、A之間相對錯動而防止在耗能阻尼片工作過程中高阻尼粘彈性材料層3局部崩裂；鋼板A通過連接組件5與結構構件連接，連接組件5由U型連接件51和倒U型連接件52構成，橫截面分別呈正、倒的U形且互相扣合，U型連接件51的扣合邊端內折、正U形槽內有橡膠墊53、連接邊外折延伸與結構連接；倒U型連接件52的扣合邊端製成柱狀的水平滑動棒，使用時卡在U型連接件51的U形槽內只允許上下滑動(只有垂直於鋼板水平方向自由度受限的單向鉸)，為方便倒U型連接件滑動棒扣合邊端壓入，U型連接件51的扣合邊內折端的上部製成外斜面構成自鎖卡511，利用滑動棒壓入斜面產生的向外推力使連接件的扣合邊向外彈性避讓，倒U型連接件的連接邊52與鋼板A粘接或螺栓連接，避免與有粘彈性材料的鋼板A焊接；前述的高阻尼粘彈性材料層3的平面尺寸與鋼板A和鋼板B的重合部分尺寸相同，厚度依據計算決定，該材料損耗因子應大於5％(在1Hz頻率荷載激勵下)，在其外圍斷麵包有3mm厚的防碳化保護層6。
考慮到鋼卡4與鋼板A連接的可靠性，也可以將鋼板A做成帶耳狀，在鋼板和高阻尼粘彈性材料粘接前將鋼板A的耳部依據具體尺寸製成鋼卡4，鋼卡4卡住鋼板B，兩鋼卡間距約為2m；鋼板B與鋼板A寬度相同，但在長邊方向長出約10cm，在長出部分面積內預留栓孔9(使鋼板B的一端可以通過預留栓孔與結構相連)；鋼板A和鋼板B的尺寸和厚度依據計算確定，在鋼板A和鋼板B底端預留至少兩個對齊的內徑約40mm的螺栓孔8，可以(但不是必需)用螺栓擰緊用以鎖定鋼板A和鋼板B，阻止底端兩鋼板相對錯動；鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留螺栓孔(9)，可以(不是必需)與結構構件連接。實施例中耗能阻尼片在結構上的安裝靠連接組件5，連接組件5的U型連接件51與結構構件7可採用焊接或螺栓連接，倒U型連接件52與鋼板A間宜採用高強度結構粘接劑粘接，方便於工程現場定位安裝，切忌對成型的阻尼片實行焊接(防止焊接高溫使阻尼材料失效)；連接組件5的倒U型連接件52的滑動棒521鑲嵌到U型連接件51的有自鎖卡511的U形槽512內，U形槽512底部墊有條形橡膠墊53，(保證連接組件5為只有垂直於鋼板面水平自由度受限的單向鉸)；連接組件5沿水平滑動棒軸方向的所有細部構件尺寸一般均與鋼板寬度相同，U形槽512的槽寬度與滑動棒521相同，U形槽512高度應該比滑動棒521高10mm，條形橡膠墊53高度約3mm，寬度與U形槽512內部水平寬度相同。
圖5～圖7為實施例應用於廣州某大廈頂部懸挑玻璃幕牆的結構示意圖。
廣州某大廈屋頂標高為177.1m，其正立面由4層裙房屋頂立起的兩片巨大外凸型曲面幕牆構成，建築要求框架柱沿曲面邊緣布置形成弧形柱，其中一片向上延伸到屋頂以上至標高198.000m處，超出屋面18米。屋頂構架承受較大風荷載，且在脈動風作用下產生複雜的振動，造成屋頂構架頂點位移和層間相對位移及頂部樓層加速度超過規範限值，懸挑玻璃幕牆振動作用於主體結構使主體結構參與振動，造成主體結構頂部產生較大響應加速度，影響建築的舒適性能。這種環境將會對建築使用功能和結構安全造成如下隱患(1)屋頂構架振動將對結構頂部樓層產生較大的樓層振動加速度，造成舒適度超標；(2)屋頂構架結構在風荷載作用下大幅振動，將造成玻璃幕牆構造變形，使幕牆玻璃脫落；(3)屋頂構架結構在風荷載作用下長期較大幅度的振動，易造成結構疲勞破壞；(4)屋頂構架結構振動幅度超標，易使屋頂構架局部失穩破壞。對於高檔商務辦公樓，建築對使用空間的舒適度要求非常嚴格，即要求頂部加速度響應限制在一定範圍內。本實用新型的重點內容為提出有效、簡單、經濟、可靠，便於更換且不影響美觀的耗能減振裝置，在較小附加投資的情況下，降低結構頂部樓層響應加速度和頂部玻璃幕牆構架的位移響應，以提高建築舒適度和幕牆安全度。
本實用新型的減小結構頂懸挑玻璃幕牆振動的耗能阻尼片簡稱耗能阻尼片，共布置6片(鋼板A和鋼板B厚度均為10mm，高阻尼粘彈性材料層3厚度為12.5mm)，附著於玻璃幕牆且沿豎向設置，沿高度固定於桁架水平杆和幕牆檁條上(詳見圖3～圖5)，使其依附在桁架水平杆和玻璃幕框架上。阻尼片等間距(每隔2.0m)採用鋼卡平衡阻尼片中兩塊鋼板對高分子阻尼材料的拉力。在結構軸④、⑦處布置的阻尼片寬度為0.4m，其餘阻尼片寬度均為0.3m，④軸～⑥軸左阻尼片長24.38m，⑥軸左～⑦軸阻尼片長32.53m，⑥、⑦處的阻尼片做得長一些，主要是因為屋頂構架軸④、⑦相對薄弱，脈動風荷載作用下振動相對較大。對安裝耗能阻尼片的結構模型進行計算分析，可見屋頂構架的動態響應得到了顯著的改善。構架頂點脈動位移響應最大值控制效果為28.6％，加速度響應最大值控制效果為42.9％。結構頂層屋面脈動位移響應最大值控制效果為19.6％，加速度響應最大值控制效果為38.3％。
本實施例的工作原理是本實用新型的減小結構頂懸挑玻璃幕牆振動的耗能阻尼片簡稱耗能阻尼片，將突出屋面高度範圍的幕牆構架動力響應造成的耗能阻尼片曲率變化集中到鋼板A和鋼板B間的錯動位移上，為高阻尼粘彈性材料3施加動力剪切變形，達到耗能減振目的。其特點是將幕牆構架小的動力響應集中體現在鋼板的錯動位移上，應用較大面積高阻尼粘彈性材料動力剪切變形耗能，為幕牆構架提供較大的阻尼。
耗能阻尼片的具體施工順序可以為工廠製作帶耳狀鋼板A並成形鋼卡4，利用鋼板B與鋼板A兩側鋼板為模板在兩鋼板中間注入高阻尼粘彈性材料3進行硫化處理粘接，待硫化處理粘接完成後在高阻尼粘彈性材料層3周圍塗刷3mm厚的防碳化層6；連接組件5預製完成後將條形橡膠墊粘貼至U形槽512內，51和52分開放置；工廠預製完成後運送到現場，切忌大曲率彎折耗能阻尼片。在現場首先將連接組件51固接與玻璃幕牆結構構件上，而後將連接組件52在鋼板A未與高阻尼粘彈性材料粘結一側精確定位並用sikaflex-252等高強度結構粘接劑將連接組件52與鋼板A連接件連接，待連接強度達到要求後，將耗能阻尼片垂直整體吊裝至樓頂標高，而後用滑輪將耗能阻尼片從桁架底部向上掉起定位，使連接組件52的滑動棒521卡入連接組件51的U形槽512內被自鎖卡511卡住；用螺栓將鋼板B與結構頂層構件連接，完成安裝。
權利要求1.減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，包括鋼板A(1)、鋼板B(2)及夾在其中的高阻尼粘彈性材料層(3)；其特徵是所述的鋼板A(1)、鋼板B(2)為豎向的矩形長板；所述的鋼板間設有保護鋼卡(4)，其為勾頭板，板身固接或以連接件連接在鋼板A或B的邊沿，勾頭勾在鋼板B或A的背面；所述的鋼板A通過連接組件(5)與結構構件連接，連接組件(5)由與構件相連接的U型連接件(51)和與前述鋼板A連接的倒U型連接件(52)構成，兩者橫截面分別呈正、倒的U形且互相扣合，U型連接件(51)的扣合邊端內折、連接邊外折延伸；倒U型連接件(52)扣合邊端製成柱狀的滑動棒(521)。
2.根據權利要求1所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的連接組件(5)的U形連接件(51)U形槽內有橡膠墊(53)。
3.根據權利要求1或2所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的連接組件(5)的U型連接件(51)的扣合邊內折端的上部為外斜面構成自鎖卡(511)。
4.根據權利要求1或2所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的高阻尼粘彈性材料層(3)在1Hz頻率荷載激勵下的損耗因子大於5％，其外圍斷面塗有3mm厚的防碳化保護層(6)。
5.根據權利要求3所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的高阻尼粘彈性材料層(3)在1Hz頻率荷載激勵下的損耗因子大於5％，其外圍斷面塗有3mm厚的防碳化保護層(6)。
6.根據權利要求5所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的鋼板1、鋼板2長度大於5米，0.5≤厚度≤5cm。
7.根據權利要求1或2所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的鋼板A和鋼板B長邊底端留有對應的板間連接螺栓孔(8)，並可以用螺栓連接，阻止底端兩鋼板相對錯動；所述的鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留與結構連接的螺栓孔(9)，並可以與結構連接。
8.根據權利要求3所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的鋼板A和鋼板B長邊底端留有對應的板間連接螺栓孔(8)，並可以用螺栓連接，阻止底端兩鋼板相對錯動；所述的鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留與結構連接的螺栓孔(9)，並可以與結構連接。
9.根據權利要求4所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的鋼板A和鋼板B長邊底端留有對應的板間連接螺栓孔(8)，並可以用螺栓連接，阻止底端兩鋼板相對錯動；所述的鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留與結構連接的螺栓孔(9)，並可以與結構連接。
10.根據權利要求6所述的減小大跨或懸挑結構振動的耗能阻尼片，其特徵是所述的鋼板A和鋼板B長邊底端留有對應的板間連接螺栓孔(8)，並可以用螺栓連接，阻止底端兩鋼板相對錯動；所述的鋼板B的底端比鋼板A長出部分留有預留與結構連接的螺栓孔(9)，並可以與結構連接。
專利摘要一種減小大跨或懸挑(包括豎向懸挑、水平懸挑、斜向懸挑)結構振動的耗能阻尼片高阻尼粘彈性材料層3兩側粘有鋼板A和鋼板B(或多層鋼板和粘彈性材料層組合)；鋼板A1、鋼板B為豎向的矩形長板，鋼板間設有保護鋼卡4，其為勾頭板，板身固接或以連接件連接在鋼板A或B的邊沿，勾頭勾在鋼板B或A的背面；鋼板A通過連接組件5與結構構件連接，連接組件5由與構件相連接的U型連接件51和與前述鋼板A連接的倒U型連接件52構成，兩者橫截面分別呈正、倒的U形且互相扣合，U型連接件51的扣合邊端內折、連接邊外折延伸；倒U型連接件52扣合邊端製成柱狀的滑動棒521。本新型有效、簡單、經濟、可靠、美觀，首次提出阻尼片在結構大跨或懸挑方向附著布置，減小大跨或懸挑(包括豎向懸挑、水平懸挑、斜向懸挑)結構的振動效果明顯。
文檔編號E04B1/34GK2926358SQ200620058749
公開日2007年7月25日 申請日期2006年5月10日 優先權日2006年5月10日
發明者滕軍, 劉紅軍, 劉文光 申請人:滕軍