分級減震方法與流程
2023-05-27 17:40:41
本發明屬於建築工程結構抗震技術領域，涉及一種減震方法及減震器。
背景技術：
隨著地震的頻發以及抗震技術的發展，人們在進行結構抗震設計的同時，也逐漸開始注意消能裝置在結構中的應用。因此，在非承重部位可以採取安裝具有一定耗能能力裝置的措施，並且設計使阻尼器本身具有良好的自回復能力。在遭遇小震時，結構本身具有的剛度可保證其正常使用；遭遇大震時，隨著結構本身發生變形，阻尼器也開始進入非彈性階段，耗能減震，減小主體結構的破壞。
耗能減震技術主要是：通過在原有結構中添加被動耗能裝置，消耗本來由結構構件消耗的地震能量，大大減緩了因震動作用給結構帶來的變形和損傷。目前已開發的耗能器主要有：粘滯耗能器、粘彈性耗能器、金屬耗能器和摩擦耗能器，其中前兩類稱為速度相關型耗能器，後兩類統稱為滯變型耗能器，金屬耗能器又分為鉛阻尼器和軟鋼阻尼器。滯變型耗能器是利用變形與滯回消耗能量，速度相關型耗能器是利用與速度有關粘滯性抵抗作用，從小振幅到大振幅的變化來獲得衰減力。
現有技術中一般使用阻尼器起到對建築物的減震作用，然而，受到震動強度的影響，彈簧剛度要求導致了阻尼器能夠耗能以抵消大的變形作用，因而，這種剛度要求的阻尼器對小的變形作用並不敏感，但是，小的震動仍然是存在的，這部分能量也應該被消耗，使得阻尼器可以無論遭遇較小或較大強度的震動，都能夠進行適應性耗能。
技術實現要素：
為了解決拓寬減震器使用範圍的問題，本發明提出如下方案：
一種分級減震方法，第一鋼板組的兩鋼板沿第二鋼板組的內壁滑動，至楔子與第一鋼板組的端部接觸以壓縮彈簧使與彈簧連接的楔子移動至容置孔中，楔子隨第一鋼板組滑動直至由第二鋼板組的楔子固定孔中彈出，第一鋼板組被固定不再滑動，第一鋼板組上所述的固定軸隨第一鋼板組滑動，並在滑動過程中，連接在其上的「l」形鋼臂逐漸變形，並引起與其連接的另一「l」形鋼臂逐漸變形，該「l」形鋼臂變形以帶動升降臂向上抬起，升降臂帶動與其連接的鋼柱向上抬起，使被劃分的彈簧連接；升降臂平行於外套筒及內筒的側面，鋼柱為垂直插接，升降臂向上抬起時，帶動鋼柱脫離內筒上的限位孔，並被外套筒的限位孔限制在內筒與外套筒之間。
進一步的，擠壓楔子，使其由楔子固定孔中回縮，將第一鋼板組沿第二鋼板組內壁向外拉滑，第一鋼板組上的固定軸隨第一鋼板組向外滑動，並在滑動過程中，連接在其上的「l」形鋼臂逐漸變形，並引起與其連接的另一「l」形鋼臂逐漸變形，該「l」形鋼臂變形以帶動升降臂向下降落，升降臂帶動與其連接的鋼柱向下降落，直至鋼柱由彈簧的凹口將由記憶合金製成的彈簧劃分開。
進一步的，執行該方法的分級減震器，包括滑動減震器、彈簧減震器及將滑動減震器與彈簧減震器連接的連接件，連接件在滑動減震器移動停止時啟動彈簧減震器。
進一步的，所述滑動減震器包括第一鋼板組及第二鋼板組；第一鋼板組由兩塊平行的鋼板組成，兩個鋼板對稱貫穿有使楔子沿著連接兩個楔子的彈簧伸縮方向移動的楔子容置孔，被彈簧連接的楔子位於該楔子容置孔中；第二鋼板組由兩塊平行的鋼板組成，該兩個鋼板間的距離允許第一鋼板組沿第二鋼板的內壁滑動，該兩個鋼板對稱貫穿有使楔子被彈出的楔子固定孔，且沿滑動方向在楔子固定孔的後方具有軸孔。
進一步的，所述彈簧減震器包括外套筒、內筒；外套筒為水平放置的空心圓筒，其一側底面不封閉，內筒為直徑小於外套筒的水平放置的空心圓筒，其也具有一側底面不封閉，並且由內筒的不封閉底面朝向外套筒的封閉底面置於外套筒內，且內筒的不封閉底面與外套筒的封閉底面之間具有一距離，在內筒的封閉面與外套筒的封閉面之間具有彈簧。
進一步的，所述的連接件包括鋼臂、升降臂、鋼柱，且第二鋼板組連接於外套筒封閉底面的外壁；所述第一鋼板組的至少一鋼板的楔子容置孔更為遠離第二鋼板組的一側固定有一固定軸，有兩個鋼臂連接於其上以形成「l」形鋼臂，所述第二鋼板組的軸孔中安裝有一軸，另兩個鋼臂連接於該軸上以形成「l」形鋼臂，並且該兩個鋼臂由於軸的連接處延長並連接在升降鋼臂上，升降鋼臂安裝有鋼柱；所述的兩個「l」形鋼臂由軸連接形成菱形活動框；所述的鋼柱由外套筒、內筒側面的限位孔活動插接至內筒，在鋼柱插接至內筒時，由鋼柱將彈簧劃分開。
進一步的，所述的第一鋼板遠離第二鋼板的一端與一擋板連接，且該擋板連接在連接板上，內筒的封閉底面與一擋板連接，且該擋板連接在連接板上。
進一步的，所述的內筒的封閉面與外套筒的封閉面之間的彈簧為由記憶合金製備而成，且彈簧被鋼柱劃分的部位具有凹口；菱形活動框運動帶動鋼柱向上移動時，其移動時脫離內筒上的限位孔，並被外套筒的限位孔限制在內筒與外套筒之間，且升降臂與一「l」形鋼臂連接具有一角度，使升降臂平行於外套筒及內筒的側面，鋼柱為垂直插接。
有益效果：本發明使得阻尼器可以無論遭遇較小或較大強度的震動，都能夠進行適應性耗能，因而，利用連接件，使得在小震時候滑動摩擦耗能，大震的時候彈簧耗能，並由連接件根據震動強度適應性選擇，這樣極大拓寬了減震器的使用範圍。
附圖說明
圖1為分級減震器組裝效果圖。
圖2為圖1的c-d構造圖。
圖3為帶三角形楔子鋼板的示意圖。
圖4為c-d連接截面圖。
其中：1.第一鋼板組，2.第二鋼板組，3.楔子，4.彈簧，5.楔子容置孔，6.楔子固定孔，7.軸孔，8.外套筒，9.內筒，10.彈簧，11.鋼臂，12.升降臂，13.鋼柱，14.固定軸，15.擋板，16.連接板。
具體實施方式
實施例：一種分級減震器，包括滑動減震器、彈簧減震器及滑動減震器與彈簧減震器的連接件，連接件在滑動減震器移動停止時啟動彈簧減震器。現有技術中一般使用阻尼器起到建築物的減震作用，然而，受到減震強度影響，彈簧剛度要求導致了阻尼器能夠耗能以抵消大的變形作用，因而，這種剛度要求的阻尼器對小的變形作用並不敏感，但是，小的震動仍然是存在的，這部分能量也應該被消耗，使得阻尼器可以無論遭遇更小或更大強度的震動，都能夠進行適應性耗能，因而，使用連接件，使得在小震時候滑動摩擦耗能，大震的時候彈簧耗能，並由連接件根據震動強度適應性選擇，這樣極大拓寬了減震器的使用範圍。
在一種實施例中，所述滑動減震器包括第一鋼板組及第二鋼板組；
所述滑動減震器包括第一鋼板組1及第二鋼板組2；
第一鋼板組1由兩塊平行的鋼板組成，兩個鋼板對稱貫穿有使楔子3沿著連接兩個楔子3的彈簧4伸縮方向移動的楔子容置孔5，被彈簧4連接的楔子3位於該楔子容置孔5中；
第二鋼板組2由兩塊平行的鋼板組成，該兩個鋼板間的距離允許第一鋼板組1沿第二鋼板的內壁滑動，該兩個鋼板對稱貫穿有使楔子3被彈出的楔子固定孔6，且沿滑動方向在楔子固定孔6的後方具有軸孔7。該方案提供了一種滑動減震器，使用兩組平行鋼板內嵌式滑動，並使用楔子限位的方式，在滑動強度不適宜支撐當前地震強度時候停止滑動，提供一級減震。
在一種實施例中，所述彈簧減震器包括外套筒8、內筒9；外套筒8為水平放置的空心圓筒，其一側底面不封閉，內筒9為直徑小於外套筒8的水平放置的空心圓筒，其也具有一側底面不封閉，並且由內筒9的不封閉底面朝向外套筒8的封閉底面置於外套筒8內，且內筒9的不封閉底面與外套筒8的封閉底面之間具有一距離，在內筒9的封閉面與外套筒8的封閉面之間具有彈簧10。該方案提供了一種彈簧減震器，目的在於提供二級震動。
在一種實施例中，所述的連接件包括鋼臂11、升降臂12、鋼柱13，且第二鋼板組2連接於外套筒8封閉底面的外壁；所述第一鋼板組1的至少一鋼板的楔子容置孔5更為遠離第二鋼板組2的一側固定有一固定軸14，有兩個鋼臂11連接於其上以形成「l」形鋼臂11，所述第二鋼板組2的軸孔7中安裝有一軸，另兩個鋼臂11連接於該軸上以形成「l」形鋼臂11，並且該兩個鋼臂11由於軸的連接處延長並連接在升降鋼臂11上，升降鋼臂11安裝有鋼柱13；所述的兩個「l」形鋼臂11由軸連接形成菱形活動框；所述的鋼柱13由外套筒8、內筒9側面的限位孔活動插接至內筒9，在鋼柱13插接至內筒9時，由鋼柱13將彈簧10劃分開。該方案提供了一種連接件，將一級和二級減震進行連接，並由連接件再一級減震失效後，自動啟動二級減震，從而得到一種寬範圍的自動根據震動強度進行適應性減震選擇的減震器。
所述的第一鋼板遠離第二鋼板的一端與一擋板15連接，且該擋板15連接在連接板16上，內筒9的封閉底面與一擋板15連接，且該擋板15連接在連接板16上。
在一個實施例中，所述的內筒9的封閉面與外套筒8的封閉面之間的彈簧為由記憶合金製備而成，且彈簧被鋼柱13劃分的部位具有凹口；菱形活動框運動帶動鋼柱13向上移動時，其移動時脫離內筒9上的限位孔，並被外套筒8的限位孔限制在內筒9與外套筒8之間，且升降臂12與一「l」形鋼臂11連接具有一角度，使升降臂12平行於外套筒8及內筒9的側面，鋼柱13為垂直插接。
鋼柱被限位在內筒與外套筒之間，並且鋼柱垂直插接，目的是為了其在維護的時候，更容易恢復到內筒中的位置，如果直接脫出外套，不僅佔用較大空間，且不容易恢復，另一方面，將彈簧選擇為記憶合金彈簧，目的也是為了利用記憶合金的超強回復力，使得減震後，彈簧能夠準確恢復到起始狀態和位置，使得鋼柱在插入內筒時，順利劃分彈簧。形狀記憶合金的超彈性特性與其它普通金屬材料相比有許多優點：首先形狀記憶合金超彈性的疲勞特性很好，而其它材料循環中不可避免地出現損傷，影響壽命；其次形狀記憶合金可恢復應變值很大，普通金屬材料難以實現的；最後，由於奧氏體相彈性模量大於馬氏體相彈性模量，形狀記憶合金彈性模量隨溫度升高而增大(同普通金屬相反)，這使其在較高溫度下仍保持高彈性模量。因此，利用形狀記憶合金可以製作成該裝置的彈簧部分。
上述各方案中所述的分級減震器的使用方法如下：
第一鋼板組1的兩鋼板沿第二鋼板組2的內壁滑動，至楔子3與第一鋼板組1的端部接觸以壓縮彈簧使與彈簧連接的楔子3移動至容置孔中，楔子3隨第一鋼板組1滑動直至由第二鋼板組2的楔子固定孔6中彈出，第一鋼板組1被固定不再滑動，第一鋼板組1上所述的固定軸14隨第一鋼板組1滑動，並在滑動過程中，連接在其上的「l」形鋼臂11逐漸變形，並引起與其連接的另一「l」形鋼臂11逐漸變形，該「l」形鋼臂11變形以帶動升降臂12向上抬起，升降臂12帶動與其連接的鋼柱13向上抬起，使被劃分的彈簧連接；
升降臂12平行於外套筒8及內筒9的側面，鋼柱13為垂直插接，升降臂12向上抬起時，帶動鋼柱13脫離內筒9上的限位孔，並被外套筒8的限位孔限制在內筒9與外套筒8之間。
擠壓楔子3，使其由楔子固定孔6中回縮，將第一鋼板組1沿第二鋼板組2內壁向外拉滑，第一鋼板組1上的固定軸14隨第一鋼板組1向外滑動，並在滑動過程中，連接在其上的「l」形鋼臂11逐漸變形，並引起與其連接的另一「l」形鋼臂11逐漸變形，該「l」形鋼臂11變形以帶動升降臂12向下降落，升降臂12帶動與其連接的鋼柱13向下降落，直至鋼柱13由彈簧10的凹口將由記憶合金製成的彈簧10劃分開。
在一個具體的實施例中，該公開的目的是減輕震動給結構帶來的影響，在建築的非承重部位添加阻尼器，利用被動耗能的特性，達到耗能減震的目的，減輕結構的破壞。技術方案是這樣實現的：一種分級減震器，在構造中加入sma彈簧，以及金屬力臂，使得該裝置在小變形作用時利用摩擦耗能，大變形作用時利用彈簧耗能。裝置無外力作用時如圖1所示，如圖4示出結構小變形振動只有c-d段摩擦耗能，a-b段不工作。如圖2示出結構大變形振動帶動具有三角形楔子的鋼板(第一鋼板組)移動，三角形楔子在彈簧伸縮作用下可以移動，具有三角形楔子的鋼板沿另一鋼板(第二鋼板組)內壁滑動，直至楔子進入另一鋼板的楔子固定孔中時，彈簧回復為原狀，將楔子卡在固定孔處。本公開涉及四個鋼臂，兩個鋼臂交叉並由連接軸連接在交叉點(即對應於上一實施例中所述的「l」形鋼臂，交叉點即為軸接端)，連接軸固定於帶三角形楔子的鋼板，另兩個鋼臂也交叉並由連接軸連接在交叉點，連接軸軸接於所述另一鋼板上，並且該兩組交叉鋼臂的自由端相互交叉軸接形成菱形鋼臂；其中，連接軸軸接於所述另一鋼板上的這組交叉鋼臂，在交叉點處，兩個鋼臂延伸出，並在延伸末端連接橫臂，橫臂連接鋼圓柱。帶三角形楔子的鋼板帶動菱形鋼臂移動，同時菱形鋼臂移動帶動帶鋼圓柱的體臂繞著螺栓轉動，鋼圓柱會被拔出，a-b段開始工作彈簧回復力會使其在帶孔套筒內運動，利用彈簧的回覆力耗散能量，並且在震後帶三角形楔子的鋼板可以人為地將三角形楔子按下去使其復位，此時可以拖拉該鋼板回復到原位置。圖3示出帶孔的內、外套筒均為圓柱體形狀圓筒，彈簧直接放在圓筒中，使彈簧恰好在圓筒內運動，彈簧分段放置如圖1所示，鋼圓柱其光滑面有利於其更好地被拔出，其插入圓筒內的深度適量，使得小振動作用時不至於被拔出。該公開的的效果是可以減輕震動帶來的影響，並且裝置簡單易操作可以通過組裝的方式連接起來，拆卸方便並且方便震後的修復以及日常的維護，可以廣泛應用於土木工程領域，能夠帶來巨大的經濟效益和社會效益。
以上所述，僅為本發明創造較佳的具體實施方式，但本發明創造的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明創造披露的技術範圍內，根據本發明創造的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明創造的保護範圍之內。