一种基于杠杆原理的消能器放大装置

技术领域

本发明涉及建筑工程消能减震领域，尤其涉及一种基于杠杆原理的消能器放大装置。

背景技术

消能减震结构是将结构的某些构件设计成消能构件，或在结构的某些部位装设消能装置。在小震作用时，这些消能构件或消能装置初步发挥作用，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求，当出现中、大震作用时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置发挥更大作用，大量消耗输入结构的地震能量，使主体结构避免出现中度及以上的损伤，且迅速衰减结构的地震响应，保护主体结构及构件在强震下免遭破坏或防止倒塌，达到减震抗震的目的。

消能器是通过内部材料或构件的摩擦，弹塑性滞回变形或黏（弹）性滞回变形来耗散或吸收能量的装置，其包括位移相关型消能器、速度相关型消能器和复合型消能器。位移相关型消能器是指耗能能力与消能器两端的相对位移相关的消能器，速度相关型消能器是指耗能能力与消能器两端的相对速度有关的消能器，复合型消能器的耗能能力与消能器两端的相对位移、相对速度均相关。

消能器的布置位置需要结合结构特性和建筑功能来确定，这往往使得布置方案比较被动，为了尽可能地发挥其消能减震作用，在不改变主体结构的前提下，要么是增加消能器的数量，要么是改变其布置位置，要么是提高单个消能器的耗能能力。而增加数量和改变布置位置受限于建筑功能，提高单个消能器的耗能能力的做法一般是调整参数，但提高效果有限。

在使用现有的消能装置时，往往存在下述问题：当结构的相对层间变形或相对速度不大时，消能器的响应较小，不能充分发挥其耗能能力。现有技术提供的一些消能装置，对结构细微的相对层间变形或相对速度的捕捉也不够敏感。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，在同等的结构相对层间变形或相对速度时，放大消能器的响应，提高其耗能能力，进而提高消能器的消能减震效果，而提出的一种基于杠杆原理的消能器放大装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于杠杆原理的消能器放大装置，包括支撑框架、消能放大模块和耗能模块；所述耗能模块固定于所述支撑框架内，所述消能放大模块底端与所述耗能模块固定相连，所述消能放大模块顶端与所述支撑框架相连。

其中，所述支撑框架包括上层结构梁、下层结构梁和结构柱。所述上层结构梁和所述下层结构梁上下平行设置，左右两端均竖直固定设有所述结构柱。

其中，所述消能放大模块包括三角固定支撑、放大连接杆和齿轮槽。所述齿轮槽固定设于所述上层结构梁的底面；所述三角固定支撑的角端朝上，正对所述上层结构梁的底面；所述放大连接杆竖直放置，所述放大连接杆的顶端与所述三角固定支撑的角端铰接，所述放大连接杆的顶端竖直向上固定设有扇形齿轮，所述扇形齿轮与所述齿轮槽啮合。

其中，所述耗能模块包括消能器，所述消能器水平设置，所述消能器的一端与所述放大连接杆的底端固定相连，所述消能器的另一端固定在所述下层结构梁的顶面。

本发明将所述三角固定支撑和所述放大连接杆的固定铰接点作为放大杠杆的支点，通过所述扇形齿轮感知所述上层结构梁和所述下层结构梁的相对形变位移，所述三角固定支撑使所述放大连接杆固定更稳定。由于所述扇形齿轮上端到支点的距离远小于所述放大连接杆底端到支点的距离，所以形成了一个费力杠杆，在杠杆原理的作用下放大了所述扇形齿轮捕捉的微小位移，并传递给所述消能器，从而放大消能器的响应作用，使消能器的减震效率得以提高。

进一步地，所述齿轮槽固定设于所述上层结构梁的底面中央，所述三角固定支撑的角端和所述扇形齿轮均正对所述齿轮槽，使所述三角固定支撑可以更稳定地固定所述放大连接杆，保证所述扇形齿轮对细微形变的捕捉。

进一步地，所述三角固定支撑的两条边等长，远端分别与所述下层结构梁两侧的所述结构柱通过焊接或设置预埋件的方式固定相连，使整体结构更稳定。

进一步地，所述放大连接杆的顶端与所述三角固定支撑的角端通过销轴连接。更好地起到定位以及传递动力和转矩的作用，且工作可靠，拆卸方便。

进一步地，所述销轴设有防脱保险，防止所述销轴发生滑移脱落，影响装置整体的正常工作。

进一步地，所述销轴外设滚动轴承, 所述销轴与所述滚动轴承同轴设置，所述滚动轴承的外侧壁与所述放大连接杆和所述三角固定支撑固定相连。可减少所述放大连接杆转动的摩擦力，从而捕捉到微小位移，放大变形，提高了消能器的减震效率。

进一步地，所述耗能模块还包括节点板，所述消能器的一端通过所述节点板与所述放大连接杆的底端固定相连，所述消能器的另一端也通过所述节点板固定在所述下层结构梁的顶面。一方面，有加固作用；另一方面，便于安装施工。

进一步地，所述节点板为直角三角板结构，所述节点板的其中一个锐角端为弧形结构，所述弧形结构的弧度与所述消能器的连接端的弧度一致，所述消能器的连接端与所述节点板的弧形结构通过销轴连接。便于消能器的安装和拆卸，保证了施工质量的可控性和地震后消能器的可更换性。

进一步地，所述节点板通过焊接固定在所述放大连接杆的底部，以及所述下层结构梁的上表面，焊缝长度均大于所述消能器作用力所需的焊缝长度，保证消能器在地震作用下正常工作，从而实现预期的减震目标。

进一步地，所述消能器为黏滞阻尼器或剪切阻尼器或弯曲阻尼器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明将所述三角固定支撑和所述放大连接杆的固定铰接点作为放大杠杆的支点，通过所述扇形齿轮感知所述上层结构梁和所述下层结构梁的相对形变位移，在杠杆原理的作用下放大，并传递给所述消能器，从而放大消能器的响应作用，使消能器的减震效率得以提高。

2、采用所述扇形齿轮和所述齿轮槽，能更快更准确地捕捉到微小的位移并进行放大传递，提高消能器的响应，充分发挥其耗能能力。

3、所述滚动轴承与所述销轴结合使用，固定所述放大连接杆和所述三角固定支撑并作为支点，可减少所述放大连接杆转动的摩擦力，从而捕捉到微小位移，放大变形，提高了消能器的减震效率。

附图说明

图1为本发明实施例1采用单个消能器正面连接时的正立面图；

图2为本发明实施例1采用两个消能器正面连接时的正立面图；

图3为本发明实施例1的A-A剖面图；

图4为本发明实施例2采用单个消能器侧面连接时的正立面图；

图5为本发明实施例2采用两个消能器侧面连接时的正立面图；

图6为本发明实施例2的B-B剖面图；

标号说明：1、三角固定支撑；2、放大连接杆；3、滚动轴承；4、销轴；5、上层结构梁；6、下层结构梁；7、齿轮槽；8、结构柱；9、消能器；10、节点板；11、扇形齿轮。

实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

实施例

如图1、3所示，一种基于杠杆原理的消能器放大装置，包括支撑框架、消能放大模块和耗能模块；耗能模块固定于支撑框架内，消能放大模块底端与耗能模块固定相连，消能放大模块顶端与支撑框架相连。

其中，支撑框架包括上层结构梁5、下层结构梁6和结构柱8。上层结构梁5和下层结构梁6上下平行设置，左右两端均竖直固定设有结构柱8。

本实施例在具体实施时，支撑框架为楼层本体结构。

其中，消能放大模块包括三角固定支撑1、放大连接杆2和齿轮槽7。齿轮槽7固定设于上层结构梁5的底面；三角固定支撑1的角端朝上，正对上层结构梁5的底面；放大连接杆2竖直放置，放大连接杆2的顶端与三角固定支撑1的角端铰接，放大连接杆2的顶端竖直向上固定设有扇形齿轮11，扇形齿轮11与齿轮槽7啮合。

其中，耗能模块包括消能器9，消能器9水平设置于放大连接杆2左侧，消能器9的一端与放大连接杆2的底端固定相连，消能器9的另一端固定在下层结构梁6的顶面。

本实施例在具体实施时，可设置两个消能器9，如图2所示。两个消能器9对称设于放大连接杆2底端的左右两侧，可充分发挥整体的消能减震作用。

本发明将三角固定支撑1和放大连接杆2的固定铰接点作为放大杠杆的支点，通过扇形齿轮11感知上层结构梁5和下层结构梁6的相对形变位移，三角固定支撑1使放大连接杆2固定更稳定。由于扇形齿轮11上端到支点的距离远小于放大连接杆2底端到支点的距离，所以形成了一个费力杠杆，在杠杆原理的作用下放大了扇形齿轮11捕捉的微小位移，并传递给消能器9，从而放大消能器9的响应作用，使消能器9的减震效率得以提高。

进一步地，齿轮槽7固定设于上层结构梁5的底面中央，三角固定支撑1的角端和扇形齿轮11均正对齿轮槽7，使三角固定支撑1可以更稳定地固定放大连接杆2，保证扇形齿轮11对细微形变的捕捉。

进一步地，三角固定支撑1的两条边等长，远端分别与下层结构梁6两侧的结构柱8通过焊接或设置预埋件的方式固定相连，使整体结构更稳定。

进一步地，放大连接杆2的顶端与三角固定支撑1的角端通过销轴4连接。更好地起到定位以及传递动力和转矩的作用，且工作可靠，拆卸方便。

进一步地，销轴4设有防脱保险，防止销轴4发生滑移脱落，影响装置整体的正常工作。

进一步地，销轴4外设滚动轴承3, 销轴4与滚动轴承3同轴设置，滚动轴承3的外侧壁与放大连接杆2和三角固定支撑1固定相连。可减少放大连接杆2转动的摩擦力，从而捕捉到微小位移，放大变形，提高了消能器9的减震效率。

进一步地，耗能模块还包括节点板10，消能器9的一端通过节点板10与放大连接杆2的底端固定相连，消能器9的另一端也通过节点板10固定在下层结构梁6的顶面。一方面，有加固作用；另一方面，便于安装施工。

本实施例在具体实施时，如图3所示，消能器9的两个连接端前后两侧均设有节点板10，一共设置有四个节点板10，使消能器9的两个连接端均固定夹在两个节点板10之间。一方面，固定更稳定；另一方面，消能器9的两个连接端受力均匀，有一定的保护作用。

进一步地，节点板10为直角三角板结构，节点板10的其中一个锐角端为弧形结构，弧形结构的弧度与消能器9的连接端的弧度一致，消能器9的连接端与节点板10的弧形结构通过销轴连接。便于消能器9的安装和拆卸，保证了施工质量的可控性和地震后消能器9的可更换性。

本实施例在具体实施时，如图1-3所示，放大连接杆2底端的节点板10竖直向下设置，节点板10的弧形结构与消能器9的连接端相连，节点板10的弧形结构所对的直角边与放大连接杆2的底边相连。

进一步地，节点板10通过焊接固定在放大连接杆2的底部，以及下层结构梁6的上表面，焊缝长度均大于消能器9作用力所需的焊缝长度，保证消能器9在地震作用下正常工作，从而达到预期的减震目标。

进一步地，消能器9为黏滞阻尼器或剪切阻尼器或弯曲阻尼器。

本发明在具体使用时，整体设置于建筑物内部，当楼层发生相对位移时，扇形齿轮11感知到上层结构梁5、下层结构梁6和结构柱8的形变，以滚动轴承3和销轴4为支点，通过杠杆原理放大形变度，带动放大连接杆2下端摆动，将楼层相对位移传递给消能器9。整体上通过杠杆效应，实现了放大楼层相对位移，放大消能器响应的作用。

实施例

放大连接杆2底端的节点板10水平设置。如图4所示，节点板10水平向左设置在放大连接杆2下端左侧，节点板10的弧形结构与消能器9的连接端相连，节点板10的弧形结构所对的直角边与放大连接杆2的左侧相连。如图5所示，放大连接杆2下端左右两侧对称设有节点板10，两个节点板10的弧形结构所对的直角边与放大连接杆2的左右两侧分别相连。可根据具体施工情况，选择合适的安装方式。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。