一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂
阅读说明：本技术 一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂 (Lever type amplification energy dissipation cantilever with lead core rubber support ) 是由 赵帆 苗启松 閤东东 程俊飞 刘长东 刘谦敏 卢筱 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及建筑消能技术领域,尤其是涉及一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂,包括：伸臂桁架、外框柱、杠杆放大装置、约束侧板、铅芯橡胶支座、U型金属阻尼器和核心筒剪力墙；所述杠杆放大装置的第一铰接点与外框柱铰接；所述杠杆放大装置的第二铰接点与伸臂桁架铰接,构成杠杆支点；所述杠杆放大装置的第三铰接点与两个铅芯橡胶支座铰接；所述铅芯橡胶支座设置有四个U型金属阻尼器,所述铅芯橡胶支座和U型金属阻尼器通过约束侧板固定于伸臂桁架上,构成面外支座耗能体系；所述伸臂桁架与核心筒剪力墙连接。本方案成功的将铅芯橡胶支座和U型钢棒阻尼器拓展应用到消能伸臂桁架体系内,丰富了伸臂桁架放大装置选型。(The invention relates to the technical field of building energy dissipation, in particular to a lever type amplification type energy dissipation extension arm with a lead core rubber support, which comprises: the cantilever truss, the outer frame column, the lever amplifying device, the restraint side plate, the lead core rubber support, the U-shaped metal damper and the core barrel shear wall; a first hinge point of the lever amplifying device is hinged with the outer frame column; a second hinge point of the lever amplifying device is hinged with the outrigger truss to form a lever fulcrum; a third hinge joint of the lever amplifying device is hinged with the two lead core rubber supports; the lead core rubber support is provided with four U-shaped metal dampers, and the lead core rubber support and the U-shaped metal dampers are fixed on the outrigger truss through the constraint side plates to form an out-of-plane support energy dissipation system; the outrigger truss is connected with the core tube shear wall. The scheme successfully expands and applies the lead core rubber support and the U-shaped steel bar damper into an energy dissipation outrigger truss system, and enriches the type selection of the outrigger truss amplifying device.)
技术领域
本发明涉及建筑消能技术领域，尤其是涉及一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂。
背景技术
超高层建筑结构抗侧力体系主要可以分为：束筒、框筒、筒中筒、支撑筒、伸臂+核心筒和混合型6种类型。其中，伸臂+核心筒抗侧力体系是如今应用最为广泛的一种。伸臂桁架是连接超高层结构中外围柱和中间核心筒的重要构件，当结构承受水平荷载时，核心筒通过伸臂桁架将整体结构的弯矩转化为轴力传递到周边柱子中，使框架柱在结构体系中起着类似拉压杆的作用，从而使得外框架与中间核心筒共同受力达到提高抗侧能力的目的。
现有伸臂桁架，主要分为普通伸臂桁架和耗能伸臂桁架。其中，普通伸臂桁架主要是通过弦杆弯曲变形和腹杆受压屈曲来实现结构耗能。普通伸臂桁架可以有效改善结构受力状态，减小结构侧移、改善结构抗侧刚度，具有明显的经济效益；同时由于转换层的设置，可以实现上下结构形式的改变，更有利于满足建筑的使用功能。但是，普通伸臂桁架由于设置转换层或加强层，使得结构竖向抗侧刚度和内力产生突变，对加强层附近的外围框架柱和核心筒墙体不利。为了克服普通伸臂桁架的上述难题，引入耗能伸臂桁架体系。耗能伸臂桁架是通过在伸臂桁架中设置消能减震装置，起到放松结构连接，提高系统阻尼比，进而增强了结构的耗能能力，对整体结构的减震控制起到了有利的效果。
目前，现有技术存在如下问题：
1)、由于放大装置作用，适用于消能伸臂的减震装置必须具有适用于大变形的能力，目前常用的有黏滞流体阻尼器、摩擦型阻尼器和黏弹性阻尼器，其中黏滞流体阻尼器为速度相关型阻尼器，能够提供较大的行程，在静荷载下无刚度，地震下有一定的动刚度；摩擦阻尼器为位移相关型阻尼器，起滑后刚度为0；黏弹性阻尼器与速度和位移均相关，初始刚度较大，滞回曲线饱满。目前已有的带放大装置的伸臂桁架消能减震系统一般采用黏滞流体阻尼器，黏滞流体阻尼器静荷载下无刚度，地震下动刚度较小，且其消能能力无法随地震烈度增大而大幅增加。
2)、现有放大装置阻尼器产品类型少，装置适用性有限。现有放大装置多为机构体，并未考虑面外稳定性问题，实际工程中结构不可避免会遭受面外相对作用或错动，放大装置极易面外失稳，阻尼器必然会因此退出工作，达不到消能减震的效果。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂，其包括：伸臂桁架、外框柱、杠杆放大装置、约束侧板、铅芯橡胶支座、U型金属阻尼器和核心筒剪力墙；所述杠杆放大装置具有第一铰接点、第二铰接点和第三铰接点；所述杠杆放大装置的第一铰接点与外框柱铰接；所述杠杆放大装置的第二铰接点与伸臂桁架铰接，构成杠杆支点；所述杠杆放大装置的第三铰接点与两个铅芯橡胶支座铰接；所述铅芯橡胶支座设置有四个U型金属阻尼器，所述铅芯橡胶支座和U型金属阻尼器通过约束侧板固定于伸臂桁架上，构成面外支座耗能体系；所述伸臂桁架与核心筒剪力墙连接。
优选地，所述杠杆放大装置的第一铰接点与外框柱的耳板通过销轴连接。
优选地，所述杠杆放大装置的第二铰接点与伸臂桁架的外侧梁通过销轴连接；所述杠杆放大装置穿装于伸臂桁架的外侧梁之间。
优选地，所述杠杆放大装置的第三铰接点通过销轴分别与两个铅芯橡胶支座铰接。
优选地，所述约束侧板呈L型。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过改进放大装置的连接形式，结合铅芯橡胶支座和U型金属阻尼器受力耗能特点，采用面外支座耗能体系从而成功克服了传统消能伸臂放大装置面外失稳的难题。
(2)本装置，即可使铅芯橡胶支座抵御微小地震动并耗散地震能量，同时也可发挥U型金属阻尼器在中大震地震作用下耗散能量的优点，实现装置全阶段消能抗震的效果。
(3)通过增减U型金属阻尼器的数量及大小强度，来改善铅芯橡胶支座初始阻尼和屈服力固定的难题。从而，使橡胶支座应用范围更为广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂的主视图；
图2为本发明提供的带铅芯橡胶支座杠杆式放大型消能伸臂的立体图；
图3为本发明实施例提供的杠杆放大装置的结构示意图。
图标：1-约束侧板；2-U型金属阻尼器；3-杠杆放大装置；4-外框柱；5-伸臂桁架；6-核心筒；7-铅芯橡胶支座。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1至图3所示，本实施例提供一种带铅芯橡胶支座7杠杆式放大型消能伸臂，其包括：伸臂桁架5、外框柱4、杠杆放大装置3、约束侧板1、铅芯橡胶支座7、U型金属阻尼器2和核心筒6剪力墙；所述杠杆放大装置3具有第一铰接点、第二铰接点和第三铰接点；所述杠杆放大装置3的第一铰接点与外框柱4铰接；所述杠杆放大装置3的第二铰接点与伸臂桁架5铰接，构成杠杆支点；所述杠杆放大装置3的第三铰接点与两个铅芯橡胶支座7铰接；所述铅芯橡胶支座7设置有四个U型金属阻尼器2，所述铅芯橡胶支座7和U型金属阻尼器2通过约束侧板1固定于伸臂桁架5上，构成面外支座耗能体系；所述伸臂桁架5与核心筒6剪力墙连接。
优选地，所述杠杆放大装置3的第一铰接点与外框柱4的耳板通过销轴连接。优选地，所述杠杆放大装置3的第二铰接点与伸臂桁架5的外侧梁通过销轴连接；所述杠杆放大装置3穿装于伸臂桁架5的外侧梁之间。优选地，所述杠杆放大装置3的第三铰接点通过销轴分别与两个铅芯橡胶支座7铰接。优选地，所述约束侧板1呈L型。
优选地，所述铅芯橡胶支座7包括芯棒、由交互层叠设置的橡胶层和钢板构成的橡胶隔震体、橡胶保护层、上封板、下封板、上连接钢板以及下连接钢板；其中，所述芯棒位于所述隔震层的中心，所述橡胶保护层沿所述隔震层的外表面周向设置，所述上封板和所述下封板分别设置于所述橡胶隔震体的上、下表面；所述上连接钢板和所述下连接钢板分别设置于橡胶隔震支座上下面，且分别对应与所述上封板和所述下封板连接，U型金属阻尼器2呈正交分布，其分别与所述上封板和所述下封板连接。U型金属阻尼器2为U型钢棒阻尼器。
本实施例杠杆放大装置3的工作机理：
地震作用下，外框筒和核心筒6之间产生变形差△，由于放大装置的放大作用，铅芯橡胶支座7的位移为f△，其中f为放大系数f＝l2/l1，该放大系数越大，f△越大，阻尼器耗能越明显,如图所示，l2和l1关系。
通过铅芯橡胶支座7和U型钢棒与约束侧板1采用面外连接，成功克服了放大装置面外失稳难题。本装置，即可使铅芯橡胶支座7抵御微小地震动并耗散地震能量，同时也可发挥U型钢棒阻尼器在中大震地震作用下耗散能量的优点，实现装置全阶段消能抗震的效果。
综上，1)铅芯橡胶支座7采用硫化技术将橡胶层与钢板层粘结起来，当受到压力作用时，橡胶层的横向变形受到钢板层的约束，从而提供了竖向承载力,铅芯橡胶支座7中的铅芯可以是一根或几根，可以通过调节铅芯的直径、截面积和根数来决定其吸收和耗散振动能量的功能当受到剪力作用时，支座内部的橡胶层的变形不受到约束，从而提供了足够的剪切变形能力，是一种能够适应大变形的消能装置。U型金属屈服阻尼器，具有一定的初始刚度，且具有一定的屈服后刚度，且取材容易、结构简单、造价低廉，滞回曲线饱满，延性和变形能力强，在面内具有良好的耗能能力，各方向抗震性能良好，对于提高结构阻尼比具有非常显著的作用。本发明将铅芯橡胶支座7和U型金属屈服型阻尼器相结合，构成能够适用于杠杆放大消能伸臂的消能装置。
2)考虑到U型金属屈服阻尼器，可通过增减U型钢棒阻尼器的数量及大小强度，来调整隔震支座的阻尼力和屈服力等抗震性能的优异特性。可尝试改进传统铅芯橡胶支座7组成，来调节支座的阻尼和屈服力大小。通过铅芯橡胶支座7和U型钢棒阻尼器的组合，即可保留铅芯橡胶支座7的抵御微小地震动并耗散地震能量的优点，又可发挥U型钢棒阻尼器在中大震地震作用下发挥耗散能量的优点。
3)传统放大装置多为机构体，在遭遇面外作用或者面外变形情况下，体系极易发生失稳破坏。本装置通过改进放大装置的连接形式，结合铅芯橡胶支座7和U型钢棒阻尼器受力耗能特点，采用面外支座耗能体系从而成功克服了上述难题。
综上，本发明装置方案可行性强，且成功客服了现有伸臂桁架放大装置存在的难题。本方案成功的将铅芯橡胶支座和U型钢棒阻尼器拓展应用到消能伸臂桁架体系内，丰富了伸臂桁架放大装置选型。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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