《集装箱房消能减震系统》涉及一种集装箱房消能减震系统。

传统钢结构体系主要通过加强结构本身来抵御地震作用的，即由结构本身储存和耗散地震能量，以满足结构抗震设防标准，但是钢结构本身阻尼比很小，依靠结构阻尼耗散的地震能量非常有限，为了终止地震反应，只能依靠主体结构产生大量的塑性变形来吸收地震能量，这样必然导致主体结构的严重破坏，甚至倒塌。

结构耗能减震技术是在结构物某些部位（如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等）设置耗能（阻尼）装置（或元件），通过耗能（阻尼）装置产生摩擦，弯曲（或剪切、扭转）弹塑（或粘弹）性滞回变形耗能来耗散或吸收地震输人结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震的目的。主要的耗能装置有下面几种：摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器、铅耗能器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。但是这些耗能装置不仅构造复杂，而且对于集装箱结构不经济。

图1是《集装箱房消能减震系统》的集装箱房消能减震系统的集装箱角件示意图。

图2是《集装箱房消能减震系统》的集装箱房消能减震系统的六层结构滑移模型示意图。

图3是《集装箱房消能减震系统》的集装箱房消能减震系统的集装箱角件ABCD面尺寸。

2018年12月20日，《集装箱房消能减震系统》获得第二十届中国专利优秀奖。 2100433B

请参阅图1及图2，《集装箱房消能减震系统》提供了一种消能减震集装箱系统，包括多个集装箱10构成阵列。所述多个集装箱10可采用现有标准集装箱10，并在竖直方向层叠设置多层，集装箱10尺寸参数参照国家标准《系列1集装箱分类、尺寸和额定质量》（GB/T1413）。集装箱10设有箱板、顶梁、底梁及角件11，其各个部件与现有集装箱10的部件基本一致，在此不再赘述。在《集装箱房消能减震系统》中，层叠设置的多个集装箱10之间仅通过角件11相互接触并进行连接。

消能减震集装箱10系统还设有高强螺栓13，高强螺栓13将上下相邻的两个集装箱10在竖直方向锁合，防止所述两个集装箱10在竖直方向相互脱离。在《集装箱房消能减震系统》中，高强螺栓13仅在竖直方向对上下相邻的两个集装箱10的相对移动进行约束。集装箱10的顶梁及底梁可开设条形孔，高强螺栓13可分别连接于集装箱10的顶梁及底梁上的条形孔并在竖直方向固定集装箱10，并在高强螺栓13的螺栓头设置垫片。在本实施例中，消能减震集装箱10系统设置高强螺栓13，并仅在竖直方向对上下相邻的两个集装箱10进行约束，高强螺栓13在水平方向对集装箱10的位移所产生的影响可忽略不计。可以理解的是，在《集装箱房消能减震系统》中，可采用其他结构或方法对集装箱10的竖直方向的位移进行约束，只需保证其不会对集装箱10水平方向的位移造成影响即可。

集装箱10通过角件11相互连接。在《集装箱房消能减震系统》中，集装箱10在其八个端点设置角件11，相邻集装箱10通过角件11配合双头锥20相互连接，相邻集装箱10之间仅通过角件11相互接触。请一并参见图3至图6所示，集装箱10角件11的六个面两两对称，角件11上设有连接孔。在《集装箱房消能减震系统》中，连接孔的为条形孔，其设有两个相对设置且相互平行并沿水平方向直线延伸的孔壁。在本实施例中，连接孔的两端的端部设有弧形的端面，连接孔的端部的曲率半径大于双头锥20水平截面的曲率半径。双头锥20直径与角件11的连接孔的两个孔壁之间的最大垂直距离的比值为0.32-0.48:1。在本实施例中，如图7及图8所示，双头锥20直径可以取40毫米至60毫米。

如图1至图6所示，双头锥20贯穿于上下集装箱10对应的两个角件11的连接孔中，并且双头锥20周围都与连接孔有一定间隙，可以在地震时发生摩擦滑动，通过上下层集装箱角件之间的摩擦和碰撞来消耗地震能量，同时减小甚至消除地震作用向上部结构传播。双头锥20在水平移动过程中与角件11的连接孔的孔壁相碰撞，并最终抵持于条形孔的端部以限定水平位移。条形孔的端部设为弧形，以防止双头锥20碰撞造成损伤。

在一般风荷载和较小地震荷载作用下，角件11之间不发生滑动，结构保持整体工作状态。在较大水平地震作用下，集装箱10角件11之间就会发生一定的滑动，此时，在高强螺栓13以及集装箱10重量作用下，角件11之间会产生一定的滑动摩擦力。当集装箱10角件11之间相互滑动位移达到极限，也就是达到双头锥20阻碍其相对运动时，由于相对速度突然消失，角件11与双头锥20之间会产生碰撞。在这个过程中角件11之间就会通过摩擦和碰撞耗散地震能量，并且此消能减震装置减小了地震波的向上传播，使结构基本处于弹性工作状态，抗震能力大大提高。该体系减小结构变形，可减轻集装箱10结构的非结构性损伤；该体系构造简单、可靠、实用、造价小。《集装箱房消能减震系统》的优点在于将地震波的冲击能量消耗，以保证减小甚至消除地震波对集装箱10结构的破坏。

如图9，集装箱10角件11之间阻尼由于摩擦力的存在随着层数的多少会发生变化，为简化设计，可以在各层建立摩擦系数μ和等效阻尼比之间的等价关系，具体过程如下：

结构动力方程如下：

其中k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆分别为1-6层各层刚度；x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆分别为1-6层相对于地面的位移。μ₂、μ₃、μ₄、μ₅、μ₆为2-6层层间柱间的摩擦系数；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆分别为1-6层各层间粘滞阻尼系数。

动力方程等价

结构各层均为统一集装箱10，所以有以下假定：

μ₂=μ₃=μ₄=μ₅=μ₆=μ

m₁=m₂=m₃=m₄=m₅=m₆=m

令：

则动力学方程可转化为下式：

应用线性等价之后，动力方程组（式2）可变为以下线性等价方程组：

式3中e是误差项，表达式如下：

求误差最小值

假设误差项e可以忽略的话，那么式3就是线性方程组。误差项e越小，式3解得的结果误差越小。所以有必要将e最小化，具体过程如下：

求e₁最小值

可得：

由式5得：

可知，当式5成立时，e1取最小值。假设此时e1=0，则由（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

最终可得结构各层等效阻尼比如下：

式中：ζ是规范规定钢结构阻尼比；ω_i是各层集装箱自振频率；S₀是白噪声谱密度常数；μ是钢材摩擦系数，取0.15。

利用节点滑移耗能的装置克服了传统结构“硬碰硬”式的消能减震设计方法，具有概念简单、安全可靠、经济合理、消能减震机理明确和消能减震效果显著等优点。集装箱节点滑移装置具有很大的消能减震能力，在地震中能率先进入消能减震工作状态，减小上部结构的地震反应，保护主体结构和构件免遭损坏，从而确保结构在地震中的安全性。利用节点滑移的消能减震装置构造简单，消能减震能力强，结构造价低。利用节点滑移消能减震的装置属于“非结构构件”，其主要作用就是在结构遭遇地震时消耗地震能量并且减小和阻止地震波的向上传播，不会对结构的安全和稳定造成任何威胁，在技术上安全可行。

集装箱房消能减震系统专利目的

《集装箱房消能减震系统》提供一种集装箱房消能减震系统。

集装箱房消能减震系统技术方案

《集装箱房消能减震系统》包括多个集装箱及双头锥，所述多个集装箱在竖直方向层叠设置，所述集装箱设有角件，所述角件开设有连接孔，所述双头锥的两端分别穿设于相邻两个集装箱的角件的连接孔中，所述双头锥与角件之间设有间隙，所述上下相邻的两个集装箱在水平方向能够滑动，并在移动至极限位置时分别碰撞抵持于所述双头锥并防止上下相邻的两个集装箱相互脱离。

进一步的，所述相邻集装箱之间仅通过角件相互接触，并且上下相邻的集装箱在水平方向仅设置双头锥进行限位。

进一步的，所述角件的连接孔设有孔壁，所述双头锥直径与角件的连接孔的两个孔壁之间的垂直距离的比值为0.32-0.48:1。

进一步的，所述角件处沿滑动孔长边方向，双头锥外表与孔壁最小间距为32毫米。

集装箱房消能减震系统改善效果

《集装箱房消能减震系统》的集装箱房消能减震系统利用节点摩擦滑移装置克服了传统结构“硬碰硬”式的抗震设计方法，具有概念简单、安全可靠、经济合理、减震机理明确和减震效果显著等优点。

1.一种集装箱房消能减震系统，其特征在于：包括多个集装箱及双头锥，所述多个集装箱在竖直方向层叠设置，所述集装箱设有角件，所述角件开设有连接孔，所述双头锥的两端分别穿设于相邻两个集装箱的角件的连接孔中，所述双头锥与角件之间设有间隙，所述上下相邻的两个集装箱在水平方向发生相对摩擦滑动，并在移动至极限位置时分别碰撞抵持于所述双头锥并防止上下相邻的两个集装箱相互脱离；其中，所述角件的连接孔设有孔壁，所述双头锥直径与角件的连接孔的两个孔壁之间的最大垂直距离的比值为0.32-0.48:1。

2.根据权利要求1所述集装箱房消能减震系统，其特征在于：所述相邻集装箱之间仅通过角件相互接触，并在上下相邻的集装箱在水平方向仅设置双头锥进行限位。

3.根据权利要求1所述集装箱房消能减震系统，其特征在于：所述角件处沿连接孔长边方向，双头锥外表与孔壁最小间距为32毫米。

内容简介

建筑结构消能减震器的介绍；由黏滞消能器、黏弹性消能器、金属屈服型消能器和摩擦型消能器等四种常用消能器组成的消能部件；各种消能器与混凝土结构、钢结构的连接详图；黏滞消能部件计算示例等内容。

本图集的消能减震（振）设计，主要用于提高使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9度建筑物的安全度；还可用于减少强风地区高柔建筑和风荷载作用下建筑物的位移，达到提高舒适度的目的。

利用特制减震构件或耗能装置，使之在地震时耗散进入结构体系的能量以减轻结构所受的地震作用。