惯容型减震层体系的制作方法

本发明属于土木结构工程领域，涉及消能减震结构，特别涉及一种惯容型减震层体系。

背景技术：

框架-剪力墙结构是一种高层、超高层建筑中常用的结构体系，为提高剪力墙和巨型框架之间的整体性，通常会在某些楼层中设置伸臂桁架作为加强层。伸臂桁架提高外框架在水平作用下的轴力的同时，还减小了剪力墙承担的倾覆力矩，因此伸臂桁架可以有效增大结构的抗侧刚度，减小结构的侧向位移。但是设置伸臂桁架后，会造成结构沿高度方向的刚度不均匀，加强层的核心筒有着明显的内力突变，力流路径改变，受力复杂，这种突变反而会在加强层的相邻层出现薄弱层效应，对结构的抗震产生不良影响。

为了确保超高层结构的安全，实现超高层结构的性能设计以及抗震设防多道防线，有效解决伸臂桁架引起核心筒内力突变问题，需要对现有的伸臂桁架进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的问题，提出一种惯容型减震层体系，采用附设惯性质量阻尼器的伸臂桁架，将惯性质量阻尼器与伸臂桁架相结合，形成一种柔性加强层，通过惯容系统调整桁架结构在各级地震作用下的刚度特性，利用桁架的变形耗散能量，以减小在地震作用下结构的动力响应。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种惯容型减震层体系，包括核心筒、外框架结构、上桁架组、下桁架组、连接耳环、摩擦限位型黏滞惯容系统、连接环、防屈曲约束支撑；摩擦限位型黏滞惯容系统用于提高减震层的耗能效率，并建立减震层的多级刚度变化机制和能量耗散机制。

摩擦限位型黏滞惯容系统包括惯容系统耳环、滚珠丝杠、惯容外筒、摩擦限位单元、旋转螺纹、旋转螺母、旋转内筒、若干旋转质量块、旋转轴、阻尼液体和连接杆。其中，旋转内筒的外周设置有若干圈旋转质量块，若干旋转质量块与旋转内筒共同内置于惯容外筒内，并使旋转内筒与惯容外筒同轴设置，旋转内筒的一端通过旋转轴与惯容外筒转动连接，旋转内筒的另一端固定设置有旋转螺母；滚珠丝杠沿惯容外筒轴线穿过并与惯容外筒密封接触，滚珠丝杠的一端设置有旋转螺纹，滚珠丝杠通过其一端的旋转螺纹与旋转内筒的另一端的旋转螺母咬合连接，滚珠丝杠的另一端设置有惯容系统耳环；在惯容外筒与滚珠丝杠之间设置摩擦限位单元或对滚珠丝杠进行喷丸处理，以增大滚珠丝杠表面的摩擦系数，其中摩擦限位单元为摩擦系数较大的摩擦面材料；惯容外筒和旋转内筒的内部充满黏滞阻尼液体；当滚珠丝杠在结构振动作用下，发生沿滚珠丝杠轴向的线性往复运动时，可以带动旋转内筒及旋转质量块绕旋转轴做高速的旋转运动。

在优选的实施方式中，惯容外筒沿滚珠丝杠所在的一端设置有直径缩小的延伸部，延伸部的内侧壁与滚珠丝杠之间设置摩擦限位按压，延伸部的端部与滚珠丝杠的另一端密封接触。

上桁架组、下桁架组上下平行设置，两者的一端分别与外框架结构刚性连接，两者的另一端分别与核心筒刚性连接，使得核心筒和外框架结构在振动过程中保证变形的整体性。

在本发明中，上桁架组、下桁架组之间设置有若干摩擦限位型黏滞惯容系统与若干防屈曲约束支撑；其中，若干摩擦限位型粘滞惯容系统的一端均与连接环连接，若干摩擦限位型粘滞惯容系统的另一端各自通过一个连接耳环与外框架结构连接；若干防屈曲约束支撑的一端均与连接环连接，若干防屈曲约束支撑的另一端分别与核心筒连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：

1.本发明的优点在于利用了惯容系统和防屈曲约束支撑相互作用的特性，形成柔性加强层，可以避免刚性加强层带来的上述动力响应问题。防屈曲约束支撑和惯容系统在主体结构变形较小时承担与普通支撑相同的作用，提供较大刚度，保证核心筒与外框架结构的整体变形；当结构变形较大时，惯容系统突破单元内设摩擦起滑力，防屈曲约束支撑发生屈服，减小了加强层的刚度，减小了加强层与相邻层的内力突变，防止了核心筒由于应力集中发生过早破坏。防屈曲约束支撑类似于非线性弹簧，起缩小支撑截面积，满足多阶段支撑耗能作用。

2.本发明的优点在于建立了多重的能量吸收和耗散机制。包括了利用了防屈曲约束支撑的弹性变形来吸收储存能量，利用黏滞惯容系统中的液体压缩性储存能量；利用惯容系统中滚珠丝杠发生滑动时与摩擦限位装置的相对变形耗能，利用其中的黏滞阻尼液体的流动耗散能量，利用防屈曲约束支撑的塑性变形来耗散能量。

3.本发明的优点在于可以灵活设置位于上、下桁架之间的惯容系统和防屈曲支撑的连接角度，从而放大了核心筒结构的有害变形，提高了体系的耗能效率。

4.本发明装置设置方便灵活，在提高框架-核心筒结构整体性的同时，减小了核心筒的内力突变，并且能够有效吸收并耗散地震能量，具有高效耗能、可靠度高、易于施工等特点，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的惯容型减震层体系的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种典型的摩擦限位型黏滞惯容的结构示意图。

附图标记说明

1核心筒；2外框架结构；3上桁架组；4下桁架组；5连接耳环；6摩擦限位型黏滞惯容系统；7连接环；8防屈曲约束支撑；

61惯容系统耳环；62滚珠丝杠；63惯容外筒；64摩擦限位单元；65旋转螺纹；66旋转螺母；67旋转内筒；68旋转质量；69旋转轴；610阻尼液体；611连接杆。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。

如图1所示，一种惯容型减震层体系，包括核心筒1、外框架结构2、上桁架组3、下桁架组4、连接耳环5、摩擦限位型黏滞惯容系统6、连接环7、防屈曲约束支撑8；摩擦限位型黏滞惯容系统6用于提高减震层的耗能效率，并建立减震层的多级刚度变化机制和能量耗散机制。

如图2所示，摩擦限位型黏滞惯容系统6包括惯容系统耳环61、滚珠丝杠62、惯容外筒63、摩擦限位单元64、旋转螺纹65、旋转螺母66、旋转内筒67、若干旋转质量块68、旋转轴69、阻尼液体610和连接杆611。其中，旋转内筒67的外周设置有若干圈旋转质量块68，若干旋转质量块68与旋转内筒67共同内置于惯容外筒63内，并使旋转内筒67与惯容外筒63同轴设置，旋转内筒67的一端通过旋转轴69与惯容外筒63连接，且旋转内筒67可以绕旋转轴69做旋转运动，旋转内筒67的另一端固定设置有旋转螺母66；滚珠丝杠62沿惯容外筒63轴线穿过并与惯容外筒63密封接触，滚珠丝杠62的一端设置有旋转螺纹65，滚珠丝杠62通过其一端的旋转螺纹65与旋转内筒67的另一端的旋转螺母66咬合连接，滚珠丝杠62的另一端设置有惯容系统耳环61；惯容外筒63与滚珠丝杠62之间设置摩擦限位单元64；惯容外筒63和旋转内筒67的内部充满黏滞阻尼液体610；当滚珠丝杠62在结构振动作用下，发生沿滚珠丝杠62轴向的线性往复运动时，可以带动旋转内筒64及旋转质量块68绕旋转轴610做高速的旋转运动。

在优选的实施方式中，惯容外筒63沿滚珠丝杠62所在的一端设置有直径缩小的延伸部，延伸部的内侧壁与滚珠丝杠62之间设置摩擦限位按压64，延伸部的端部与滚珠丝杠62的另一端密封接触。

上桁架组3、下桁架组4上下平行设置，两者的一端与外框架结构2刚性连接，两者的另一端与核心筒1刚性连接，使得核心筒1和外框架结构2在振动过程中保证变形的整体性。在本发明中，摩擦限位型黏滞惯容系统6和防屈曲约束支撑8各设置有两组；其中两组摩擦限位型黏滞惯容系统6均安装于上桁架组3、下桁架组4之间，两组摩擦限位型黏滞惯容系统6的一端各通过一个连接耳环5与外框架结构2连接，两组摩擦限位型黏滞惯容系统6的另一端均与连接环7连接；两组防屈曲约束支撑8均位于上桁架组3、下桁架组4之间，两组防屈曲约束支撑8的一端均与连接环7连接，两组防屈曲约束支撑8的另一端分别与核心筒1可靠连接。

本发明根据结构减震设计的目标需求，可以灵活地设计摩擦限位型黏滞惯容系统6的表观质量、黏滞液体的材料和体积、防屈曲约束支撑的截面和钢材强度、摩擦限位型黏滞惯容系统6与防屈曲约束支撑的连接形式和角度。

综上可知，本发明通过上、下桁架组提供减震层基本刚度，在风载及小震作用下，通过惯容系统摩擦限位单元限制丝杠滑动；当外荷载作用增强，减震层通过惯容单元摩擦限位单元放松约束，利用摩擦阻尼、黏滞阻尼以及防屈曲约束支撑滞回单元耗散减震层能量；同时，本发明建立了系统完整的耗能路径和两级刚度调整机制；防屈曲支撑满足多阶段支撑耗能需求；摩擦限位型惯容系统提高了减震层的耗能效率；此外，本发明装置设置方便灵活，能够有效吸收并耗散地震能量，具有耗能高效、鲁棒性强、易于震后修复等特点，有较好的推广应用价值。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。