《貨櫃房消能減震系統》是查曉雄於2013年7月17日申請的專利，該專利的申請號為2013103004353，公布號為CN103334510A，授權公布日為2013年10月2日，發明人是查曉雄、劉樂。
《貨櫃房消能減震系統》提供一種貨櫃房消能減震系統，包括多個貨櫃及雙頭錐，所述多個貨櫃在豎直方向層疊設定，所述貨櫃設有角件，所述角件開設有連線孔，所述雙頭錐的兩端分別穿設於相鄰兩個貨櫃的角件的連線孔中，所述雙頭錐與角件之間設有間隙，所述上下相鄰的兩個貨櫃在水平方向發生相對摩擦滑動，並在移動至極限位置時分別碰撞抵持於所述雙頭錐並防止上下相鄰的兩個貨櫃相互脫離。該發明的貨櫃房消能減震系統利用節點摩擦滑移消能減震裝置克服了傳統結構“硬碰硬”式的抗震設計方法，具有概念簡單、安全可靠、經濟合理、消能減震機理明確和消能減震效果顯著等優點。
2018年12月20日，《貨櫃房消能減震系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《貨櫃房消能減震系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：貨櫃房消能減震系統
- 公布號：CN103334510A
- 授權日：2013年10月2日
- 申請號：2013103004353
- 申請日：2013年7月17日
- 申請人：查曉雄
- 地址：廣東省深圳市南山區玉泉路麒麟花園A區商軒1310
- 發明人：查曉雄、劉樂
- Int.Cl.：E04B1/98(2006.01)I
- 代理機構：深圳市科吉華烽智慧財產權事務所（普通合夥）
- 代理人：鄧揚、於標
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
傳統鋼結構體系主要通過加強結構本身來抵禦地震作用的，即由結構本身儲存和耗散地震能量，以滿足結構抗震設防標準，但是鋼結構本身阻尼比很小，依靠結構阻尼耗散的地震能量非常有限，為了終止地震反應，只能依靠主體結構產生大量的塑性變形來吸收地震能量，這樣必然導致主體結構的嚴重破壞，甚至倒塌。
結構耗能減震技術是在結構物某些部位（如支撐、剪力牆、節點、連線縫或連線件、樓層空間、相鄰建築間、主附結構間等）設定耗能（阻尼）裝置（或元件），通過耗能（阻尼）裝置產生摩擦，彎曲（或剪下、扭轉）彈塑（或粘彈）性滯回變形耗能來耗散或吸收地震輸人結構中的能量，以減小主體結構地震反應，從而避免結構產生破壞或倒塌，達到減震的目的。主要的耗能裝置有下面幾種：摩擦耗能器、鋼彈塑性耗能器、鉛耗能器、粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器。但是這些耗能裝置不僅構造複雜，而且對於貨櫃結構不經濟。
發明內容
專利目的
《貨櫃房消能減震系統》提供一種貨櫃房消能減震系統。
技術方案
《貨櫃房消能減震系統》包括多個貨櫃及雙頭錐，所述多個貨櫃在豎直方向層疊設定，所述貨櫃設有角件，所述角件開設有連線孔，所述雙頭錐的兩端分別穿設於相鄰兩個貨櫃的角件的連線孔中，所述雙頭錐與角件之間設有間隙，所述上下相鄰的兩個貨櫃在水平方向能夠滑動，並在移動至極限位置時分別碰撞抵持於所述雙頭錐並防止上下相鄰的兩個貨櫃相互脫離。
進一步的，所述相鄰貨櫃之間僅通過角件相互接觸，並且上下相鄰的貨櫃在水平方向僅設定雙頭錐進行限位。
進一步的，所述角件的連線孔設有孔壁，所述雙頭錐直徑與角件的連線孔的兩個孔壁之間的垂直距離的比值為0.32-0.48:1。
進一步的，所述角件處沿滑動孔長邊方向，雙頭錐外表與孔壁最小間距為32毫米。
改善效果
《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統利用節點摩擦滑移裝置克服了傳統結構“硬碰硬”式的抗震設計方法，具有概念簡單、安全可靠、經濟合理、減震機理明確和減震效果顯著等優點。
附圖說明
圖1是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃角件示意圖。
圖2是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的六層結構滑移模型示意圖。
圖3是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃角件ABCD面尺寸。
圖4是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃角件ADFE面尺寸。
圖5是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃角件DCGF面尺寸。
圖6是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃連線示意圖。
圖7是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的貨櫃滑移角件構造示意圖。
圖8是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的另一貨櫃滑移角件構造示意圖。
圖9是《貨櫃房消能減震系統》的貨櫃房消能減震系統的滑移結構模型圖示意。
技術領域
《貨櫃房消能減震系統》涉及一種貨櫃房消能減震系統。
權利要求
1.一種貨櫃房消能減震系統，其特徵在於：包括多個貨櫃及雙頭錐，所述多個貨櫃在豎直方向層疊設定，所述貨櫃設有角件，所述角件開設有連線孔，所述雙頭錐的兩端分別穿設於相鄰兩個貨櫃的角件的連線孔中，所述雙頭錐與角件之間設有間隙，所述上下相鄰的兩個貨櫃在水平方向發生相對摩擦滑動，並在移動至極限位置時分別碰撞抵持於所述雙頭錐並防止上下相鄰的兩個貨櫃相互脫離；其中，所述角件的連線孔設有孔壁，所述雙頭錐直徑與角件的連線孔的兩個孔壁之間的最大垂直距離的比值為0.32-0.48:1。
2.根據權利要求1所述貨櫃房消能減震系統，其特徵在於：所述相鄰貨櫃之間僅通過角件相互接觸，並在上下相鄰的貨櫃在水平方向僅設定雙頭錐進行限位。
3.根據權利要求1所述貨櫃房消能減震系統，其特徵在於：所述角件處沿連線孔長邊方向，雙頭錐外表與孔壁最小間距為32毫米。
實施方式
請參閱圖1及圖2，《貨櫃房消能減震系統》提供了一種消能減震貨櫃系統，包括多個貨櫃10構成陣列。所述多個貨櫃10可採用現有標準貨櫃10，並在豎直方向層疊設定多層，貨櫃10尺寸參數參照國家標準《系列1貨櫃分類、尺寸和額定質量》（GB/T1413）。貨櫃10設有箱板、頂梁、底梁及角件11，其各個部件與現有貨櫃10的部件基本一致，在此不再贅述。在《貨櫃房消能減震系統》中，層疊設定的多個貨櫃10之間僅通過角件11相互接觸並進行連線。
消能減震貨櫃10系統還設有高強螺栓13，高強螺栓13將上下相鄰的兩個貨櫃10在豎直方向鎖合，防止所述兩個貨櫃10在豎直方向相互脫離。在《貨櫃房消能減震系統》中，高強螺栓13僅在豎直方向對上下相鄰的兩個貨櫃10的相對移動進行約束。貨櫃10的頂梁及底梁可開設條形孔，高強螺栓13可分別連線於貨櫃10的頂梁及底樑上的條形孔並在豎直方向固定貨櫃10，並在高強螺栓13的螺栓頭設定墊片。在本實施例中，消能減震貨櫃10系統設定高強螺栓13，並僅在豎直方向對上下相鄰的兩個貨櫃10進行約束，高強螺栓13在水平方向對貨櫃10的位移所產生的影響可忽略不計。可以理解的是，在《貨櫃房消能減震系統》中，可採用其他結構或方法對貨櫃10的豎直方向的位移進行約束，只需保證其不會對貨櫃10水平方向的位移造成影響即可。
貨櫃10通過角件11相互連線。在《貨櫃房消能減震系統》中，貨櫃10在其八個端點設定角件11，相鄰貨櫃10通過角件11配合雙頭錐20相互連線，相鄰貨櫃10之間僅通過角件11相互接觸。請一併參見圖3至圖6所示，貨櫃10角件11的六個面兩兩對稱，角件11上設有連線孔。在《貨櫃房消能減震系統》中，連線孔的為條形孔，其設有兩個相對設定且相互平行並沿水平方向直線延伸的孔壁。在本實施例中，連線孔的兩端的端部設有弧形的端面，連線孔的端部的曲率半徑大於雙頭錐20水平截面的曲率半徑。雙頭錐20直徑與角件11的連線孔的兩個孔壁之間的最大垂直距離的比值為0.32-0.48:1。在本實施例中，如圖7及圖8所示，雙頭錐20直徑可以取40毫米至60毫米。
如圖1至圖6所示，雙頭錐20貫穿於上下貨櫃10對應的兩個角件11的連線孔中，並且雙頭錐20周圍都與連線孔有一定間隙，可以在地震時發生摩擦滑動，通過上下層貨櫃角件之間的摩擦和碰撞來消耗地震能量，同時減小甚至消除地震作用向上部結構傳播。雙頭錐20在水平移動過程中與角件11的連線孔的孔壁相碰撞，並最終抵持於條形孔的端部以限定水平位移。條形孔的端部設為弧形，以防止雙頭錐20碰撞造成損傷。
在一般風荷載和較小地震荷載作用下，角件11之間不發生滑動，結構保持整體工作狀態。在較大水平地震作用下，貨櫃10角件11之間就會發生一定的滑動，此時，在高強螺栓13以及貨櫃10重量作用下，角件11之間會產生一定的滑動摩擦力。當貨櫃10角件11之間相互滑動位移達到極限，也就是達到雙頭錐20阻礙其相對運動時，由於相對速度突然消失，角件11與雙頭錐20之間會產生碰撞。在這個過程中角件11之間就會通過摩擦和碰撞耗散地震能量，並且此消能減震裝置減小了地震波的向上傳播，使結構基本處於彈性工作狀態，抗震能力大大提高。該體系減小結構變形，可減輕貨櫃10結構的非結構性損傷；該體系構造簡單、可靠、實用、造價小。《貨櫃房消能減震系統》的優點在於將地震波的衝擊能量消耗，以保證減小甚至消除地震波對貨櫃10結構的破壞。
如圖9，貨櫃10角件11之間阻尼由於摩擦力的存在隨著層數的多少會發生變化，為簡化設計，可以在各層建立摩擦係數μ和等效阻尼比之間的等價關係，具體過程如下：
結構動力方程如下：
其中k1、k2、k3、k4、k5、k6分別為1-6層各層剛度；x1、x2、x3、x4、x5、x6分別為1-6層相對於地面的位移。μ2、μ3、μ4、μ5、μ6為2-6層層間柱間的摩擦係數；c1、c2、c3、c4、c5、c6分別為1-6層各層間粘滯阻尼係數。
動力方程等價
結構各層均為統一貨櫃10，所以有以下假定：
μ2=μ3=μ4=μ5=μ6=μ
m1=m2=m3=m4=m5=m6=m
令：
則動力學方程可轉化為下式：
套用線性等價之後，動力方程組（式2）可變為以下線性等價方程組：
式3中e是誤差項，表達式如下：
求誤差最小值
假設誤差項e可以忽略的話，那么式3就是線性方程組。誤差項e越小，式3解得的結果誤差越小。所以有必要將e最小化，具體過程如下：
求e1最小值
可得：
由式5得：
可知，當式5成立時，e1取最小值。假設此時e1=0，則由（式4）和（式5）可得：
求e2最小值
由e1=0和（式8）得：
由（式7）和（式9）可得：
同理可得：
式中
是速度
的均方差。
最終可得結構各層等效阻尼比如下：
式中：ζ是規範規定鋼結構阻尼比；ωi是各層貨櫃自振頻率；S0是白噪聲譜密度常數；μ是鋼材摩擦係數，取0.15。
利用節點滑移耗能的裝置克服了傳統結構“硬碰硬”式的消能減震設計方法，具有概念簡單、安全可靠、經濟合理、消能減震機理明確和消能減震效果顯著等優點。貨櫃節點滑移裝置具有很大的消能減震能力，在地震中能率先進入消能減震工作狀態，減小上部結構的地震反應，保護主體結構和構件免遭損壞，從而確保結構在地震中的安全性。利用節點滑移的消能減震裝置構造簡單，消能減震能力強，結構造價低。利用節點滑移消能減震的裝置屬於“非結構構件”，其主要作用就是在結構遭遇地震時消耗地震能量並且減小和阻止地震波的向上傳播，不會對結構的安全和穩定造成任何威脅，在技術上安全可行。
榮譽表彰
2018年12月20日，《貨櫃房消能減震系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
