CN101131006A - 可调式金属复合型低屈服点阻尼器 - Google Patents

可调式金属复合型低屈服点阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可调式金属复合型低屈服点阻尼器，属于结构工程抗震与减震及抗风技术领域。主要包括有由屈服强度大于200MPa的材料制成的第一耗能金属板(1)、由屈服强度小于200MPa的材料制成的第二耗能金属板(2)、与建筑结构相固定连接的上下水平连接钢板(3)、角钢(4)、大型高强螺栓(5)、小型高强螺栓(6)和镂空形式(7)。第一耗能金属板(1)和第二耗能金属板(2)交错布置并相互固定连接，固定在上下水平连接钢板(3)之间。本发明适用于工业和民用建筑的支撑交叉点以及梁与墙或柱的结合处。本发明构造简单，安装和调整简便，充分发挥各种材料的性能，能够提供适当的低屈服点，耗能能力强。

Description

可调式金属复合型低屈服点阻尼器
技术领域
本发明涉及一种可调式金属复合型低屈服点阻尼器，属于结构工程抗震与减震及抗风技术领域。
背景技术
在强震和大风作用下的建筑结构应有足够的耗能能力，才能够避免发生破坏。传统的抗震和抗风结构体系通过结构及承重构件的损坏消耗能量，导致结构构件出现不同程度的损伤甚至倒塌，这是不合理也是不安全的。结构耗能减震技术是一种新的抗震防灾技术，在采用消能减震技术的结构体系中，结构的某些非承重构件被设计成具有较大耗能能力的特殊元件——阻尼器，小风小震时，结构本身具有足够的侧向刚度以满足使用要求，结构处于弹性状态；大震大风时，随着结构侧向变形的增大，阻尼器率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，集中地耗散结构的地震或风振能量，迅速衰减结构的振动反应，从而避免或减小主体结构的损伤。而耗能减震结构的实现主要依赖于研制出简便实用的阻尼器，目前国内外已研制出大量的阻尼器，如软钢阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞流体阻尼器、智能阻尼器等。绝大多数现有阻尼器都属于封装结构，不利于现场安装和调试，维护成本较高；同时由于屈服强度较高的阻尼器，在中小震下不能充分发挥材料滞回耗能的特性，实际减震效果往往低于设计值。而屈服强度较低的阻尼器其延性又较差，直接使用将很快进入屈服阶段而不能耗能减震，因此开发出即可以具有较低屈服点又可以保证足够延性的阻尼器，且此阻尼器成本低廉又在地震中能够充分耗能，这将具有重大的工程意义。
发明内容
本发明提出了一种可调式金属复合型低屈服点阻尼器，本阻尼器具有较低的屈服应力，从而在中小震下就可以进入塑性状态，充分实现耗能减震。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本阻尼器主要包括有与建筑结构相连接的上下水平连接钢板3和设置在上下水平连接板3之间的耗能金属板，其特征在于，所述的耗能金属板包括有由屈服强度大于200MPa的材料制成第一耗能金属板1和由屈服强度小于200MPa的材料制成的第二耗能金属板2，第一耗能金属板1和第二耗能金属板2交错布置并相互之间固定连接。
所述的第一耗能金属板1为低碳钢钢板或铝合金板。
所述的第二耗能金属板2为软钢钢板或为锌板或为铅板。
耗能金属板的数量和尺寸应根据实际减震方案要求组合板提供的总屈服强度以及金属板之间的固定连接效果确定，但第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的数量分别不能少于3块和2块。
所述第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的形状完全一致，二者的组合有：第一耗能金属板1为低碳钢钢板，第二耗能金属板2为锌板，低碳钢钢板与锌板的厚度比率为0.3∶0.7；第一耗能金属板1为低碳钢钢板，第二耗能金属板2为铅板，低碳钢钢板与铅板厚度比率为0.4∶0.6；第一耗能金属板1为铝合金板，第二耗能金属板2为锌板，铝合金板与锌板厚度比为0.4∶0.6。
所述的第一耗能金属板(1)和第二耗能金属板(2)上设置有镂空(7)。
所述的镂空(7)的形状为椭圆形或为平行圆角矩形圆形或为X形或为菱形。
第一耗能金属板1和第二耗能金属板2之间采用环氧树脂类或聚氨酯类金属用胶黏剂粘接。也可以采用金属胶黏剂粘接并辅以高强螺栓固定。还可以直接用高强螺栓连接。
本发明通过对不同材料的金属进行组合使本阻尼器具有较低的屈服应力，从而使阻尼器在中小震下先于结构主要承力构件进入塑性状态，进行耗能减震。构造镂空形式能够使阻尼器耗能金属板的局部形成薄弱部位从而产生集中变形，进一步提高耗能能力。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明将具有不同屈服点的第一耗能金属板和第二耗能金属板结合，与一般阻尼器相比，屈服强度降低，在中小震下即可充分发挥复合金属材料良好的滞回性能，使阻尼器能够获得较低的屈服应力和应变，同时又比单独采用第二耗能金属板2的阻尼器具有较好的延性。
2)采用螺栓连接，可以根据实际抗震设计和维修要求，通过调整第一耗能金属板和第二耗能金属板厚度比率以获得最佳屈服耗能效果，便于安装、升级和维修。
3)所用材料成本很低，没有复杂构造，用低廉成本实现昂贵的极低屈服点软钢阻尼器的性能
附图说明
图1可调式金属复合型低屈服点阻尼器正面示意图
图2可调式金属复合型低屈服点阻尼器耗能金属板详图
图3耗能金属板采用平行圆角矩形的镂空形式时的示意图
图4耗能金属板采用X形镂空形式时的示意图
图5耗能金属板采用菱形镂空形式时的示意图
图6可调式金属复合型低屈服点阻尼器耗能水平连接钢板详图
图7可调式金属复合型低屈服点阻尼器侧立面图
图8可调式金属复合型低屈服点阻尼器俯视图
图9可调式金属复合型低屈服点阻尼器安装在结构构件上的示意图
图中：1、第一耗能金属板，2、第二耗能金属板，3、上下水平连接钢板，4、角钢，5、大型高强螺栓，6、小型高强螺栓，7、镂空。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
本实施例主要包括有五个具有较高屈服点的第一耗能金属板1和四个具有较低屈服点的第二耗能金属板2、角钢4和上下水平连接钢板3。上下水平连接钢板3通过大型高强螺栓5与建筑结构相连接。五个第一耗能金属板1和四个第二耗能金属板2交错布置，如图7、图8所示，第一耗能金属板1和第二耗能金属板2形状完全相同，第一耗能金属板1为低碳钢钢板，第二耗能金属板2为锌板，五块低碳钢钢板的总厚度与四块锌板的总厚度比率为0.3：0.7。第一耗能金属板1和第二耗能金属板2相互接触的金属表面打磨后，涂上环氧树脂类或聚氨酯类金属用胶剂，使第一耗能金属板1和第二耗能金属板2粘接，再用小型高强螺栓6固定，最后，角钢4的一个端面通过高强螺栓5再将五个第一耗能金属板1和四个第二耗能金属板2整体固定，角钢4的另一个端面通过大型高强螺栓5与上下水平连接钢板3固定。
本实施例中的第一耗能金属板为低碳钢钢板，第二耗能金属板为锌板，第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的形状完全一致，两个侧面为内凹曲线的形状，如图1～图5所示，以确保金属板中心的变形较大从而可获得良好的耗能效果。实验证明当低碳钢钢板和锌板的厚度比率为0.3∶0.7时，整体屈服强度约为低碳钢钢板屈服强度的40％。第一耗能金属板1和第二耗能金属板2上开设有镂空，为保证具体应用时具有最佳屈服耗能效果，对耗能金属板可以采用多种镂空形式，本实施例选用的为椭圆形镂空，镂空的形状圆滑、减少尖角的出现以避免出现不适当的应力集中。
如图9所示，本实施例中的阻尼器可安装到建筑结构的支撑交叉点或梁与墙或柱的结合处。
实施例2：
本实施例的结构与实施例1完全相同，不同之处仅在于：第一耗能金属板1为低碳钢钢板，第二耗能金属板2为铅板，低碳钢钢板的总厚度与铅板总厚度比率为0.4∶0.6。第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的镂空形状为平行圆角矩形，如图3所示。
实施例3：
本实施例的结构与实施例1完全相同，不同之处仅在于：第一耗能金属板1为铝合金板，第二耗能金属板2为锌板，铝合金板的总厚度与锌板的总厚度比为0.4∶0.6。第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的镂空形状为菱形，如图5所示。
实施例4：
本实施例的结构与实施例1完全相同，不同之处仅在于：第一耗能金属板1和第二耗能金属板2的镂空形状为X形，如图4所示。
实施例5：
本实施例的结构与实施例1完全相同，不同之处仅在于：第一耗能金属板1为低碳钢钢板，第二耗能金属板2为软钢钢板。

Claims (6)

1.可调式金属复合型低屈服点阻尼器，主要包括有与建筑结构相连接的上下水平连接钢板(3)和设置在上下水平连接板(3)之间的耗能金属板，其特征在于，所述的耗能金属板包括有由屈服强度大于200MPa的材料制成的第一耗能金属板(1)和由屈服强度小于200MPa的材料制成的第二耗能金属板(2)，第一耗能金属板(1)和第二耗能金属板(2)交错布置并相互之间固定连接。
2.根据权利要求1所述的可调式金属复合型低屈服点阻尼器，其特征在于：所述的第一耗能金属板(1)为低碳钢钢板或铝合金板。
3.根据权利要求1所述的可调式金属复合型低屈服点阻尼器，其特征在于：所述的第二耗能金属板(2)为软钢钢板或为锌板或为铅板。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的可调式金属复合型低屈服点阻尼器，其特征在于：所述第一耗能金属板(1)和第二耗能金属板(2)的形状完全一致，二者的组合有：第一耗能金属板(1)为低碳钢钢板，第二耗能金属板(2)为锌板，低碳钢钢板与锌板的厚度比率为0.3∶0.7；第一耗能金属板(1)为低碳钢钢板，第二耗能金属板(2)为铅板，低碳钢钢板与铅板厚度比率为0.4∶0.6；第一耗能金属板(1)为铝合金板，第二耗能金属板(2)为锌板，铝合金板与锌板厚度比为0.4∶0.6。
5.根据权利要求1所述的可调式金属复合型低屈服点阻尼器，其特征在于：所述的第一耗能金属板(1)和第二耗能金属板(2)上设置有镂空(7)。
6.根据权利要求5所述的可调式金属复合型低屈服点阻尼器，其特征在于：所述的镂空(7)的形状为椭圆形或为平行圆角矩形或为X形或为菱形。
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