本發(fā)明涉及核心筒變形控制，尤其是涉及一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、框架-核心筒結(jié)構(gòu)是高層及超高層結(jié)構(gòu)中最常用的結(jié)構(gòu)體系之一。在框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，核心筒主要承擔(dān)地震、風(fēng)等橫向荷載作用，保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生較大的橫向變形；核心筒的伸臂桁架則可以調(diào)整核心筒的受力和變形狀況。伸臂桁架系統(tǒng)作為高層結(jié)構(gòu)抵御各種自然災(zāi)害的第一道防線也是最關(guān)鍵的防線，具有剛度大、耗能集中以及災(zāi)后可更換的重要屬性，是一種韌性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是通過直接增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，存在的問題是施工周期長，施工面積大，且會對原有結(jié)構(gòu)造成損傷。阻尼伸臂桁架系統(tǒng)由于阻尼器的加入不僅可集中耗能，而且很好地控制了結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并避免了主結(jié)構(gòu)和某些重要構(gòu)件的破壞。當(dāng)前工程中常用的阻尼器主要有液體黏滯阻尼器、金屬屈服型阻尼器等，如中國專利cn103774767a公開了一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強(qiáng)層，通過在消能減震伸臂桁架上設(shè)置金屬屈服型阻尼器和粘滯阻尼器，提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度。

3、但是，現(xiàn)有的阻尼器存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、安裝困難、性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，不利于大規(guī)模推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系及其運(yùn)行方法，施工成本低，安裝簡便，具有較好的摩擦消能效果。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系，包括框架柱、核心筒、鏈桿構(gòu)件組、摩擦消能構(gòu)件，所述框架柱、核心筒通過下弦桿剛性連接，所述摩擦消能構(gòu)件設(shè)置在所述下弦桿跨中；

4、所述摩擦消能構(gòu)件包括摩擦片組、旋轉(zhuǎn)軸，所述摩擦片組包括上摩擦片和對稱設(shè)置在上摩擦片兩側(cè)的前摩擦片、后摩擦片，所述旋轉(zhuǎn)軸貫穿于上摩擦片、前摩擦片、后摩擦片和下弦桿；

5、所述鏈桿構(gòu)件組包括上鏈桿、放大鏈桿、下鏈桿，所述上鏈桿一端與核心筒剛性連接，另一端與放大鏈桿鉸接，所述放大鏈桿一端與所述框架柱鉸接連接，另一端與所述下鏈桿的一端鉸接連接，所述下鏈桿的另一端與所述上摩擦片通過銷栓連接；

6、所述鏈桿構(gòu)件組能夠放大核心筒橫向變形時(shí)產(chǎn)生的位移，能夠通過銷栓使上摩擦片、前摩擦片、后摩擦片之間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)。

7、優(yōu)選地，所述上鏈桿的另一端通過杠桿支點(diǎn)與放大鏈桿鉸接連接，所述放大鏈桿的一端通過第一鉸接節(jié)點(diǎn)與所述框架柱鉸接連接；所述放大鏈桿的另一端通過第二鉸接節(jié)點(diǎn)與下鏈桿的一端連接。

8、優(yōu)選地，所述上摩擦片為呈水滴形，包括窄的上摩擦片調(diào)節(jié)端部和寬的上摩擦片連接底部。

9、優(yōu)選地，所述下鏈桿的另一端與上摩擦片調(diào)節(jié)端部通過銷栓連接，所述前摩擦片、后摩擦片對稱設(shè)置在上摩擦片連接底部兩側(cè)。

10、優(yōu)選地，所述上摩擦片調(diào)節(jié)端部沿其中心軸線設(shè)置有多個(gè)調(diào)節(jié)孔，所述下鏈桿與上摩擦片調(diào)節(jié)端部連接的一端設(shè)有連接孔，所述銷栓穿過連接孔與調(diào)節(jié)孔。

11、進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述下鏈桿受放大鏈桿驅(qū)動橫向移動時(shí)，下鏈桿通過所述銷栓帶動上摩擦片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，且能夠通過切換調(diào)節(jié)孔的位置調(diào)節(jié)力臂長度。

12、本發(fā)明中，上鏈桿、放大鏈桿、下鏈桿組成的鏈桿構(gòu)件組能夠通過杠桿作用，將核心筒受橫向變形時(shí)產(chǎn)生的微小位移放大。

13、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述杠桿支點(diǎn)位置需綜合考慮外框架與核心筒之間的相對位移傳遞效率，通常設(shè)置在靠近所述第一鉸接節(jié)點(diǎn)的位置，與第一鉸接節(jié)點(diǎn)的距離為所述放大鏈桿長度的1/3至1/2處。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述上鏈桿的長度和角度主要取決于外框架與核心筒之間的空間限制，上鏈桿長度可在3至6米之間取值，上鏈桿與水平方向的夾角通常在15°至30°之間。

15、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述放大鏈桿的長度范圍一般在2至5米；與外框架的夾角一般在45°至60°，此角度范圍能使放大鏈桿在水平和豎向力傳遞上達(dá)到較好的平衡。

16、本發(fā)明中，所述放大鏈桿的長度和角度取決于杠桿的放大倍數(shù)的要求，若期望實(shí)現(xiàn)較大的位移放大倍數(shù)，可適當(dāng)增加其長度，但需考慮結(jié)構(gòu)空間限制和桿件自身的穩(wěn)定性。

17、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述下鏈桿的長度和角度需保證與第二鉸接節(jié)點(diǎn)、消能裝置主體等形成合理的幾何關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的力傳遞路徑，其長度一般在2至4米，與水平方向夾角一般在15°至30°。

18、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)軸貫穿于上摩擦片連接底部、前摩擦片、后摩擦片的中心孔，所述前摩擦片、后摩擦片上各設(shè)有4個(gè)安裝通孔，所述安裝通孔以中心孔為圓心呈90°等角度環(huán)形分布；所述上摩擦片連接底部上對應(yīng)設(shè)置有4個(gè)限位孔，所述安裝通孔與限位孔的中心軸線重合，各組對應(yīng)的安裝通孔與限位孔內(nèi)貫穿有預(yù)緊螺桿。

19、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述預(yù)緊螺桿上設(shè)置有碟形彈簧和限位螺母，所述限位螺母能夠?qū)⒌螐椈煞謩e抵緊在前摩擦片和后摩擦片的外側(cè)表面上，產(chǎn)生初始預(yù)應(yīng)力。

20、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)軸上軸向設(shè)置有導(dǎo)軌，所述前摩擦片、后摩擦片與旋轉(zhuǎn)軸相接觸的部分設(shè)置有對應(yīng)的凸起導(dǎo)向塊，使所述前摩擦片和后摩擦片僅能沿所述旋轉(zhuǎn)軸軸向前后移動，無法繞所述旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

21、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有限位結(jié)構(gòu)，所述限位結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在上摩擦片的兩側(cè)，所述限位結(jié)構(gòu)使上摩擦片僅能繞所述旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，無法沿所述旋轉(zhuǎn)軸軸向前后移動。

22、優(yōu)選地，所述限位孔的設(shè)置使上摩擦片繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度正逆時(shí)針不超過15°。

23、優(yōu)選地，所述前摩擦片、上摩擦片連接底部、后摩擦片彼此之間相接觸的一側(cè)上設(shè)置多個(gè)相互匹配的波浪形凹凸結(jié)構(gòu)。

24、優(yōu)選地，所述前摩擦片、上摩擦片連接底部、后摩擦片彼此之間相接觸的一側(cè)設(shè)置為摩擦材料層，所述摩擦材料層的材料包括為橡膠、樹脂、碳纖維。

25、優(yōu)選地，所述上摩擦片連接底部外周邊緣對稱設(shè)有4個(gè)錨固點(diǎn)，各錨固點(diǎn)與其對應(yīng)側(cè)的下弦桿端點(diǎn)之間通過形狀記憶合金絞線形成斜向錨固連接。

26、優(yōu)選地，所述形狀記憶合金絞線外部包裹有絕緣保護(hù)套，所述下弦桿的兩端各設(shè)置有通電裝置，所述通電裝置與形狀記憶合金絞線電連接，通電裝置通過對形狀記憶合金絞線通電使之加熱，能夠使變形后的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系實(shí)現(xiàn)自復(fù)位。

27、優(yōu)選地，還包括控制器和探頭，所述控制器一端與所述通電裝置通訊連接，另一端與探頭通訊連接，所述探頭設(shè)于支撐桿上，所述支撐桿垂直設(shè)置在核心筒上，所述探頭能夠監(jiān)測所述核心筒的橫向變形大小。

28、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述探頭可以檢測自身的具體位置坐標(biāo)，并通過數(shù)據(jù)采集和信號分析收集隨時(shí)間變化的所述核心筒與所述框架柱的相對變形，經(jīng)過所述控制器的計(jì)算后，將糾正變形的信號傳遞到所述通電裝置。

29、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述通電裝置通過對所述形狀記憶合金絞線通電來使之加熱，從而利用形狀記憶合金的特性使得變形得到控制并消除。

30、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述通訊連接包括無線連接或通過導(dǎo)線連接。

31、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述控制器為單片機(jī)或x86架構(gòu)、arm架構(gòu)、risc-v架構(gòu)處理器中的任一種。

32、本發(fā)明還提供一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

33、s1：將下鏈桿與上摩擦片通過銷栓連接；

34、s2：通過鏈桿構(gòu)件組將核心筒橫向變形產(chǎn)生的微小位移放大并轉(zhuǎn)換為摩擦片組的摩擦片間的相對旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生摩擦阻尼力。

35、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

36、s1：按照實(shí)際工程需要，選擇合適的調(diào)節(jié)孔，將下鏈桿與上摩擦片通過銷栓連接；

37、s2：調(diào)節(jié)限位螺母，對碟形彈簧施加初始預(yù)壓力；

38、s3：通過鏈桿構(gòu)件組將核心筒橫向變形產(chǎn)生的微小位移放大并轉(zhuǎn)換為摩擦片組的摩擦片間的相對旋轉(zhuǎn)；

39、s4：摩擦片間發(fā)生錯(cuò)位并向外壓縮碟形彈簧，摩擦片間的接觸壓力增大，摩擦力增大，增大摩擦阻尼力；

40、s5：對形狀記憶合金絞線通電使其加熱，實(shí)現(xiàn)高層結(jié)構(gòu)消能減震體系的自復(fù)位。

41、本發(fā)明提供一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系，本發(fā)明的鏈桿構(gòu)件組能夠?qū)⑽⑿∥灰品糯螅瑥亩沟媚Σ料軜?gòu)件有效發(fā)揮作用，同時(shí)可以通過使用摩擦片上不同的調(diào)節(jié)孔來改變力臂長度，進(jìn)而調(diào)節(jié)摩擦阻尼力，此外，本發(fā)明將摩擦消能構(gòu)件設(shè)計(jì)為特殊的凸起和凹槽形狀，當(dāng)摩擦片相對轉(zhuǎn)動時(shí)，前后摩擦片向外擴(kuò)張并壓縮外側(cè)的碟形彈簧，有利于增大各摩擦片之間的接觸壓力，從而增大摩擦力，提高摩擦消能效果，除此之外，該體系還能夠通過安裝在支撐桿上的探頭檢測變形的大小，通過對變形后的形狀記憶合金絞線通電熱處理后，可使得節(jié)點(diǎn)自復(fù)位。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

43、(1)本發(fā)明提供一種基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系，通過鏈桿構(gòu)件組能夠?qū)⒑诵耐伯a(chǎn)生的微小位移放大，從而使得特殊設(shè)計(jì)的摩擦消能構(gòu)件能夠有效發(fā)揮作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)摩擦阻尼力，具有較好的摩擦消能效果，且施工成本低，安裝簡便。

44、(2)本發(fā)明中鏈桿構(gòu)件組(位移放大結(jié)構(gòu))能對微小位移進(jìn)行放大，并能按照實(shí)際工程的需要，通過調(diào)整使用上摩擦片上不同的調(diào)節(jié)孔改變力臂長度，從而調(diào)節(jié)摩擦阻尼力，使得摩擦消能構(gòu)件可以有效發(fā)揮作用，從而能夠最大程度增大該體系的耗能及控制變形的能力。

45、(3)本發(fā)明將摩擦消能構(gòu)件中的摩擦片組設(shè)計(jì)為特殊的凸起和凹槽形狀，摩擦片相對轉(zhuǎn)動時(shí)向外擴(kuò)張并壓縮外側(cè)碟形彈簧，可增大各摩擦片之間接觸壓力，進(jìn)而增大摩擦力，提高摩擦消能效果。

46、(4)本發(fā)明在結(jié)構(gòu)受到外力作用發(fā)生變形時(shí)可以通過通電加熱形狀記憶合金絞線實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，降低結(jié)構(gòu)側(cè)向變形后花費(fèi)的糾偏費(fèi)用。

47、(5)本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)變摩擦阻尼器的高層結(jié)構(gòu)消能減震體系，結(jié)合了自復(fù)位、位移放大、變摩擦耗能等特征，能夠降低施工成本，提高施工效率以及利于后期維修更換。