一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置的制作方法

1.本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置。


背景技术：

2.安装工程产值约为建设工程产值的20％，其中支吊架约占安装产值的2％，是建筑安装行业里不可或缺的关键构件。支吊架作为建筑安装行业主要非结构悬吊系统的承载和限位构件，对建筑设施的安全运行具有极其重要的作用。支吊架主要用于建筑给排水、消防、供暖、通风、空调、燃气、热力、电力、通讯等机电工程设施。
3.目前建筑安装市场份额的90％以上仍采用传统焊接支吊架。传统安装工艺需经现场切割、煨弯、钻孔、焊接和刷油漆等多道工序，标准化程度低，其连接性能受现场施工水平影响较大，质量不易控制。另外，当涉及二次变更时，需要进行切割，使得构件无法循环使用。
4.因此，针对上述焊接支吊架所存在的技术问题，现有技术提供了一种装配式成品支吊架，其竖向连接构件多采用螺纹杆或c型槽钢进行装配，支架相对较轻，无需起重装置，便于安装，且综合费用较低。
5.但是此装配式成品支吊架在用于抗震时，通常采用斜撑形式，而斜撑的加入，严重地增加了安装空间，影响管线排布。
6.由此可见，如何在减小安装空间的同时，能够大幅提高支吊架抵抗震/振动作用能力为本领域需解决的问题。


技术实现要素：

7.针对于现有装配式成品支吊架的抗震斜撑存在安装空间大且抵抗震/振动作用能力低的技术问题，本方案的目的在于提供一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其能够在减小安装空间的同时，还能大幅提高支吊架抵抗震/振动作用能力，很好地克服了现有技术所存在的问题。
8.为了达到上述目的，本发明提供的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，包括支吊架组件，还包括震振双控组件，所述震振双控组件装配于支吊架组件上；所述震振双控组件包括外壳，顶部承压支座，耗能阻尼元件，顶部承压支座以及弹性元件；所述耗能阻尼元件贴合设置于外壳内部并与外壳进行固定；所述弹性元件放置于顶部承压支座和耗能阻尼元件所包围空间内部且与耗能阻尼元件过盈装配，所述弹性元件与顶部承压支座固结；所述弹簧带动顶部承压支座与耗能阻尼元件相对移动发生摩擦耗能。
9.进一步地，所述顶部承压支座的侧壁与耗能阻尼元件的过盈装配侧向压力在1～2kn内。
10.进一步地，所述支吊架组件包括若干吊杆，横担；所述若干吊杆竖向设置于横担上并与横担连接形成支吊架结构。
11.进一步地，所述吊杆拉力允许值满足如下公式：
12.ns＝as[σ]
×
f1[0013]
式中：ns为吊杆拉力准许值；as为螺纹吊杆根部截面积；[σ]为许用应力，f1为调整系数。
[0014]
进一步地，所述许用应力减弱系数为0.6～0.8。
[0015]
进一步地，所述螺纹吊杆根部截面积as满足如下公式：
[0016][0017]
da＝d-1.2655p-|es|-td2[0018]
式中：d为螺纹吊杆公称直径；p为螺距；es为螺纹吊杆直径上偏差；td2为螺纹吊杆中径公差；f2为根部截面调整系数。
[0019]
进一步地，所述f2取值为0.95。
[0020]
进一步地，所述支吊架的负载频率满足如下公式：
[0021][0022]
式中：k为负载支吊架竖向刚度；m为负载重量。
[0023]
本发明提供的基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其将现有装配式成品支吊架的抗震模式，改为过盈摩擦耗能和弹簧隔震/振组合形式，在减小安装空间的同时，还能大幅提高支吊架抵抗震/振动作用能力。
附图说明
[0024]
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
[0025]
图1为本基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置的结构示意图；
[0026]
图2为本基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置的结构侧视图；
[0027]
图3为本基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置中震振双控组件结构示意图；
[0028]
图4为隔振效果与频率比及阻尼比之间的关系曲线。
[0029]
下面为附图中的部件标注说明：
[0030]
100.支吊架组件200.震振双控组件110.吊杆120.横担210.外壳220.顶部承压支座230.耗能阻尼元件240.弹性元件250.止定螺丝。
具体实施方式
[0031]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0032]
针对于现有装配式成品支吊架的抗震斜撑存在安装空间大且抵抗震/振动作用能力低的技术问题，基于此技术问题，本方案提供了一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其将现有装配式成品支吊架的抗震模式，改为过盈摩擦耗能和弹簧隔震/振组合形式，在减小安装空间的同时，还能大幅提高支吊架抵抗震/振动作用能力。
[0033]
本方案提供的基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其与建筑结构顶
部连接，用于承载机电管线等非结构构件，通过震振双控装置，减小所承载非结构构件振动损伤，避免支吊架破坏、掉落。
[0034]
参见图1-图2，基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置包括支吊架组件100以及震振双控组件200，其中，支吊架组件100装配于震振双控组件200上。
[0035]
支吊架组件100包括若干吊杆110，横担120。
[0036]
横担120相对于地面进行横向设置，若干吊杆110竖向设置于横担120上，并与横担120进行连接形成支吊架结构。
[0037]
这里吊杆110与横担120的连接结构本方案不做限定，本方案优选采用栓接，通过栓接能够实现吊杆110与横担120的可拆卸连接，便于支吊架结构的装配以及部件更换。
[0038]
本发明中，由于支吊架为装配式支吊架，因此吊杆110采用螺纹吊杆，能够与横担120以及震振双控组件200进行螺接或栓接等可拆卸连接，能够形成装配式结构。
[0039]
因此，螺纹吊杆110拉力准许值是选择和设计螺纹吊杆的重要依据，来可以确保螺纹吊杆110具有足够的承载力。
[0040]
进一步地，参考规范《管道支吊架》gb/t 17116-2018、图集《室内管道支架及吊架》gjbt-630-2017，拉力准许值由于没有明确给出相应的使用条件，因此也影响了螺纹吊杆110的准确设计和选择。
[0041]
虽然《管道支吊架》gb/t 17116-2018给出了螺纹根部截面积数值，但未考虑螺纹吊杆110精度等级方面的影响，同时没有给出相应的使用条件，不利于螺纹吊杆根部截面积的实际应用，很容易造成螺纹吊杆根部截面积误用，影响螺纹吊杆拉力准许值计算结果准确性。
[0042]
因此，现有的技术无法对螺纹吊杆的拉力准许值进行精确的计算，易导致整体支吊架装置的结构性存在可靠性不高的问题。
[0043]
针对现有技术所存在的问题，本方案中提供了一种公式来提高结构的可靠性，其中吊杆110拉力准许值可满足如下公式：
[0044]ns
＝as[σ]
×
f1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0045]
式中：ns为吊杆拉力准许值；as为螺纹吊杆根部截面积；[σ]为许用应力，按照国家电力规划设计协会要求，参考《火力发电厂汽水管道设计技术规定》dl/t 5054-1996，q235b钢在20℃下的许用应力值取111.6mpa。
[0046]
f1为许用应力减弱系数，在规范mss sp-58-2002中推荐螺纹吊杆110的许用应力减弱系数取0.6～0.8，优选采取0.75，能够保证螺纹吊杆在最佳的承受应力值范围内。
[0047]
本文通过与gb/t 17116-1997推荐吊杆拉力准许值进行比对，反演拟合折减取值范围为0.45～0.65，优选采取0.544，其相对误差小于3％。
[0048]
进一步地：
[0049][0050]
参照mss sp-58-2002和asme b1.13规范，螺纹根部面积满足如下公式：
[0051]
da＝d-1.2655p-|es|-td2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0052]
式中：d为螺纹吊杆公称直径，mm；p为螺距，mm；es为螺纹吊杆直径上偏差，mm；td2为螺纹吊杆中径公差，mm。
[0053]
相关取值参考规范《普通螺纹基本牙型》gb/t 192-2003、《普通螺纹公差》gb/t 197-2018、《普通螺纹极限偏差》gb/t 2516-2003。
[0054]
因mss sp-58-2002和asme b1.13规范与《管道支吊架》gb/t 17116-2018根部截面计算方法存在区别，引入根部截面调整系数f2，该系数仅用于计算过程中弥补不同计算方法间吊杆截面计算偏差，对比《火电厂管道螺纹吊杆最大使用荷载计算研究》中螺纹杆截面计算结果，根部截面调整系数取0.95。
[0055]
根据上述计算方法可计算不同直径螺纹杆许用应力，以下为举例不同直径螺杆所计算得出的支吊架螺纹杆吊杆110拉力允许值计算表：
[0056][0057]
因现有规范及图集对吊杆拉力允许值计算方法并未给出详尽计算方法，里面涉及众多试验拟合结果及折减系数，结合现有文献，本文提出设计方法与现有规范接近且更为保守，根据上述表格可知，平均偏差率为1.57％，由此可保证设计安全。
[0058]
震振双控组件200对应设置于吊杆110顶端，吊杆110在震振双控组件200处分为两段，上段通过螺栓与顶部承压支座220连接，下段通过螺栓与外壳210连接。
[0059]
参见图3，震振双控组件200包括外壳210，顶部承压支座220，耗能阻尼元件230以及弹性元件240。
[0060]
耗能阻尼元件230与外壳210内部贴合设置，并通过止定螺丝250和固定胶将耗能阻尼元件230与外壳210进行固定。
[0061]
其中，耗能阻尼元件厚度约4～6mm，优选采用厚度为5mm的橡胶柔性摩擦材料，使其具有一定的压缩空间，以便过盈配合。
[0062]
这里柔性摩擦材料不限定采用橡胶，具体应用时可根据实际情况而定。
[0063]
弹性元件240放置于顶部承压支座和耗能阻尼元件230所包围空间内，同时，顶部承压支座220与弹性元件240顶部固定连接，同时与耗能阻尼元件230过盈装配，在运动过程中，在弹性组件的带动下，顶部承压支座220侧壁与耗能阻尼元件230摩擦给隔振系统提供阻尼力。
[0064]
该处过盈装配侧向压力应在1～2kn范围内，该范围值能够使得摩擦耗能效果最佳，其中侧向压力越大，运动过程中摩擦耗能随之增大，所提供的附加阻尼比相应增加。
[0065]
弹性元件240与顶部承压支座220固结，当振动发生时，由于横担120上负载机电管线等非结构构件重量，引起的惯性力，通过横担120传递至吊杆110，吊杆110通过顶部承压支座220将动力传至震振双控组件200，震振双控组件200中的耗能阻尼元件230通过弹性元件240的作用力带动顶部承压支座侧壁与耗能阻尼元件230相对移动发生摩擦耗能。
[0066]
其中，阻尼耗能与隔振性能的匹配关系需结合图4进一步通过设计选取。通常我们会要求增加隔振装置后频率比(激励频率ω/结构频率ωn)大于1，此时阻尼与隔振效果tr呈非线性反比关系。
[0067]
本方案中通过弹簧元件和耗能阻尼元件协同作用，实现主体结构与悬吊构件振动隔离和能量消耗，以此降低所承载机电管线等非结构悬吊构件振动损伤、支吊架脱落，增强结构韧性。同时，相比于传统抗震支吊架，基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架所需安装空间更小，便于施工。
[0068]
本发明中，因人致振动、机械振动、地震作用频率有所差异，具体对应行人竖向频率为1.6～2.4hz，侧向频率为0.8～1.2hz；机械振动频率范围为30～60hz；地震频率范围为5～20hz，一般在15hz以内。
[0069]
因此，需具体设计基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架的刚度和阻尼，负载支吊架频率可满足如下公式：
[0070][0071]
式中：k为负载支吊架竖向刚度；m为负载重量。
[0072]
激励频率与负载支吊架频率比值应大于以充分发挥弹簧隔振能力，减小振动能量传递。
[0073]
本发明中，弹性元件240的加入，改变了原有刚性支吊架竖向刚度，通过合理设计弹簧刚度，实现主体结构至支吊架的振动衰减。
[0074]
通常弹簧元件240可采用普通拉压弹簧，或记忆合金拉压弹簧(sma spring，smas)，若采用smas可增强震/振后结构变形恢复能力，减少残余位移，根据《永久位移对隔震结构地震响应的影响分析》所述，隔震结构中，残余位移的存在将导致结构加速度在地震动作用下增大约10％～30％，结构相对位移在地震动作用下增大约10％～40％，故在分析阶段，如存在较大残余位移，应优选smas。
[0075]
由上述方案构成的基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其通过弹簧元件和耗能元件协同作用，实现主体结构和悬吊构件振动隔离和能量消耗，以此降低所承载机电管线等非结构悬吊构件振动损伤、支吊架脱落，增强结构韧性。
[0076]
同时，相比于传统抗震支吊架，基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架所需安装空间更小，便于施工。
[0077]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，包括支吊架组件，其特征在于，还包括震振双控组件，所述震振双控组件装配于支吊架组件上；所述震振双控组件包括外壳，顶部承压支座，耗能阻尼元件，顶部承压支座以及弹性元件；所述耗能阻尼元件贴合设置于外壳内部并与外壳进行固定；所述弹性元件放置于顶部承压支座和耗能阻尼元件所包围空间内部且与耗能阻尼元件过盈装配，所述弹性元件与顶部承压支座固结；所述弹簧带动顶部承压支座与耗能阻尼元件相对移动发生摩擦耗能。2.根据权利要求1所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述顶部承压支座的侧壁与耗能阻尼元件的过盈装配侧向压力在1～2kn内。3.根据权利要求1所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述支吊架组件包括若干吊杆，横担；所述若干吊杆竖向设置于横担上并与横担连接形成支吊架结构。4.根据权利要求1所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述吊杆拉力允许值满足如下公式：n
s
＝a
s
[σ]
×
f1式中：ns为吊杆拉力准许值；as为螺纹吊杆根部截面积；[σ]为许用应力，f1为调整系数。5.根据权利要求4所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述许用应力减弱系数为0.6～0.8。6.根据权利要求4所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述螺纹吊杆根部截面积as满足如下公式：d
a
＝d-1.2655p-e
s-td2式中：d为螺纹吊杆公称直径；p为螺距；es为螺纹吊杆直径上偏差；td2为螺纹吊杆中径公差；f2为根部截面调整系数。7.根据权利要求6所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述f2取值为0.95。8.根据权利要求1所述的一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，其特征在于，所述支吊架的负载频率满足如下公式：式中：k为负载支吊架竖向刚度；m为负载重量。

技术总结
本发明公开了一种基于过盈配合耗能的隔振型震振双控支吊架装置，包括支吊架组件，还包括震振双控组件，所述震振双控组件装配于支吊架组件上；所述震振双控组件包括外壳，顶部承压支座，耗能阻尼元件，以及弹性元件；所述耗能阻尼元件贴合设置于外壳内部并与外壳进行固定；所述弹性元件放置于顶部承压支座和耗能阻尼元件所包围空间内部且与耗能阻尼元件过盈装配，所述弹性元件与顶部承压支座固结；所述弹簧带动顶部承压支座与耗能阻尼元件相对移动发生摩擦耗能。本方案现有装配式成品支吊架的抗震模式，改为过盈摩擦耗能和弹簧隔震/振组合形式，在减小安装空间的同时，还能大幅提高支吊架抵抗震/振动作用能力。提高支吊架抵抗震/振动作用能力。提高支吊架抵抗震/振动作用能力。


技术研发人员：吴思远 杨朔 杨燕 白洁 郑浩
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：2023.06.17
技术公布日：2023/8/14