CN101949176A

CN101949176A - 一种钢铅阻尼器

Info

Publication number: CN101949176A
Application number: CN 201010282519
Authority: CN
Inventors: 周云; 吴从晓; 邓雪松
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-01-19

Abstract

本发明涉及减振器，具体涉及利用金属材料作为减振介质的一种钢铅阻尼器，该阻尼器由钢管(1)、分别设在钢管(1)两端的上下连接钢板(3、4)和充满钢管(1)内的铅芯(2)组成，其中所述的上下连接钢板(3、4)上相向设有半球形的上下挤压头(5、6)，所述上下挤压头(5、6)伸至铅芯(2)的体内，其特征在于，所述的钢管(1)外壁的中部设有削弱结构，该结构为环绕钢管(1)外壁的凹槽；所述凹槽的横截面积为钢管(1)管壁纵剖面面积的30％～50％，所述凹槽最深处的深度为钢管(1)壁厚的20％～30％。本发明所述阻尼器的钢管(1)中部设有削弱结构，有利于充分发挥钢管(1)的屈服耗能能力。

Description

一种钢铅阻尼器

技术领域

本发明涉及减振器，具体涉及一种利用金属材料作为减振介质的减振器。

背景技术

目前，在建筑物的抗风和抗震工程领域中，普遍采用的是耗能减振(震)技术，即利用耗能减震装置耗散风振或地震输入的能量，达到保护建筑结构的目的。这些耗能减震装置有粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器、形状记忆合金阻尼器、磁(电)流变阻尼器等。

上述金属阻尼器是利用金属材料的弹塑性变形来耗散能量的一种耗能减震装置，常见的有铅阻尼器和软钢阻尼器。铅具有较好的塑性变形能力，其屈服位移小，因此具有很强的屈服耗能能力，是一种比较理想的耗能材料。现有的铅阻尼器主要包括铅挤压耗能阻尼器、铅剪切耗能阻尼器以及铅节点耗能阻尼器和圆柱形、异型铅耗能阻尼器等。但是由于铅本身较软，因此铅阻尼器不能提供较好的初始刚度，并且铅不具备焊接性能，这就制约了它在工程中的应用。软钢的具有较好的延性和承载力，能够提供较理想的初始刚度，但是其存在的缺点是屈服位移较大。基于上述情况，本领域研究人员利用这两种材料各自的特性，设计了以软钢和铅组合在一起的钢铅阻尼器。例如，专利号为98233898.8的实用新型专利公开了一种“钢管铅芯阻尼器”，该阻尼器由钢管、分别设在钢管两端的两连接钢板和充满钢管内腔的铅芯组成，其特征在于，所述的两连接钢板上相向设有半球形挤压头，该半球形挤压头伸至铅芯的体内。工作时，铅芯受到挤压头的挤压作用而产生挤压滞回变形和剪切滞回变形并耗能，同时，当外部载荷达到钢管的屈服载荷时，钢管也产生屈服滞回变形并耗能。该阻尼器具有结构简单，耗能能力强，初始刚度好的特点，但是却存在以下的缺点：当连接于该阻尼器两端的建筑结构产生相对位移时，由结构力学知识可知，阻尼器在两端受到的弯矩最大，中间受到的弯矩最小。但是，由材料力学知识可知，钢管的横截面的屈服弯矩

(式中，f_y为材料的屈服应力，D为钢管的外径)，即钢管每一截面的屈服弯矩相等，因此当钢管两头屈服后，钢管的中部不会屈服，尤其是伴有挤压外载时，钢管的中部仍不会屈服，无法发挥其耗能作用。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是进一步提高钢铅阻尼器的屈服耗能能力。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种钢铅阻尼器，该阻尼器由钢管、分别设在钢管两端的上下连接钢板和充满钢管内的铅芯组成，其中所述的上下连接钢板上相向设有半球形的上下挤压头，该上下挤压头伸至铅芯的体内，其特征在于，所述的钢管的外壁中部设有削弱结构，该结构为环绕钢管外壁的凹槽；所述凹槽的横截面积为钢管管壁纵剖面面积的20％～80％，所述凹槽最深处的深度为钢管壁厚的70％～80％。

本发明所述的钢铅阻尼器，其中所述的凹槽的横截面的底面曲线可以为圆弧线，也可以是抛物线。

本发明所述的钢铅阻尼器，其中所述的钢管的横截面为圆形或者矩形，以圆形截面为佳。当所述的钢管的横截面是矩形时，其拐角应为圆角。

本发明较现有技术具有下面的有益效果：

钢管的中部设有削弱结构，使得钢管中部横截面的屈服弯矩最小，并向两头逐渐增大，恰好与阻尼器两端的建筑结构产生相对位移时的弯矩分布相吻合，即沿阻尼器的中间向两头线性增大。因此，当阻尼器两端屈服后，外部载荷稍有增大或伴有挤压载荷时，阻尼器的削弱部位便产生屈服，显著增大了整个阻尼器的耗能作用。

附图说明

图1～3为本发明所述钢铅阻尼器的第一种具体结构示意图，其中，图1为主视图，图2为图1的俯视图，图3为图1的A-A剖视图。

图4、5为本发明所述钢铅阻尼器的第二种具体结构示意图，其中，图4为主视图(半剖)，图5为俯视图。

图6为本发明所述钢铅阻尼器的第三种具体结构的横向剖视图。

具体实施方式

见图1～3，本实施例中的钢铅阻尼器的钢管1为一段圆柱形钢管，上连接钢板3和下连接钢板4通过焊接的方式分别连接于钢管1的两端，铅芯充满于由钢管1和上连接钢板3和下连接钢板4围成的空腔内。半球形的上挤压头5和下挤压头6相向焊接于上连接钢板3和下连接钢板4上，并伸入到铅芯2的体内。上连接钢板3上设有一用于灌注铅芯2的工艺通孔，该工艺通孔由螺钉7进行密封。上下连接钢板3、4上各设有8个螺栓孔8，利用该螺栓孔8可将阻尼器与需要进行抗震加固的建筑结构连接。

参见图1，本例中，钢管1的外壁中部所设的削弱结构是横截面的底面曲线为圆弧线的凹槽(即圆缺)，所述圆弧线的半径R为375mm，深度H为14mm，圆心角α为60°；钢管1的长度L为0.5m，壁厚B为20mm，由公式πR²×(α/360)-(R-H)×Rsin(α/2)和L×B分别计算出，圆弧形凹槽的横截面积为5906.25mm²，钢管1管壁的纵剖面的面积为10000mm²。由上述计算结果可进一步算出，本例中所述圆弧形凹槽的横截面积为钢管1管壁纵剖面面积的59.1％，其最深处的深度为钢管1壁厚的70％。

参见图4和图5，本实施例中，所述的钢铅阻尼器的下挤压头6通过焊接的方式固定于下连接钢板4上，上挤压头5与上连接钢板3连接的结构形式为：上连接钢板3在与钢管1轴线相交的位置设有一圆形凹槽，圆形凹槽的中心设有连通钢管1内腔的通孔，上挤压头5根部的四周径向向外延伸形成一环形凸缘，球体部分从所述的通孔中伸入钢管1的内腔；所述的环形凸缘支承在圆形凹槽的槽底上，由4颗螺钉9穿越所述环形凸缘和上连接钢板3将上挤压头5在固定在上连接钢板3上。本例中，上挤压头5与上连接钢板3采用上述连接结构的目的是便于灌注铅芯2，以避免设置灌注铅芯2的工艺孔。

参见图4，本例中，钢管1的外壁中部所设的削弱结构是横截面的底面曲线为抛物线的凹槽，所述抛物线的开口b为375mm，所述底面曲线为抛物线的凹槽的深度H为15mm；钢管1的长度L为0.5m，壁厚B为20mm，由公式和L×B分别计算出，底面曲线为抛物线的凹槽的横截面积为3750mm²，钢管1管壁的纵剖面的面积为10000mm²。由上述计算结果可进一步算出，本例中所述抛物线凹槽的横截面积为钢管管壁纵剖面面积的37.5％，其最深处的深度为钢管壁厚的75％。

见图6，本实施例中，钢管1的横截面为矩形，其拐角处设有圆角，以避免应力集中。

Claims

1.一种钢铅阻尼器，该阻尼器由钢管(1)、分别设在钢管(1)两端的上下连接钢板(3、4)和充满钢管(1)内的铅芯(2)组成，其中所述的上下连接钢板(3、4)上相向设有半球形的上下挤压头(5、6)，该上下挤压头(5、6)伸至铅芯(2)的体内，其特征在于，所述的钢管(1)的外壁中部设有削弱结构，该结构为环绕钢管外壁的凹槽；所述凹槽的横截面积为钢管(1)管壁纵剖面面积的20％～80％，所述凹槽最深处的深度为钢管(1)壁厚的70％～80％。

2.根据权利要求1所述的一种钢铅阻尼器，其特征在于，所述的凹槽的横截面的底面曲线为圆弧线。

3.根据权利要求1所述的一种钢铅阻尼器，其特征在于，所述的凹槽的横截面的底面曲线为抛物线。

4.根据权利要求1、2或3所述的钢铅阻尼器，其特征在于，所述上挤压头(5)和上连接钢板(3)的连接结构形式为：上连接钢板(3)在与钢管(1)轴线相交的位置设有一圆形凹槽，该圆形凹槽的中心设有连通钢管(1)内腔的通孔；上挤压头(5)根部的四周径向向外延伸形成一环形凸缘，球体部分从所述的通孔中伸入钢管(1)的内腔；所述的环形凸缘支承在圆形凹槽的槽底上，由螺钉(10)穿越所述环形凸缘和上连接钢板(3)将上挤压头(5)固定在上连接钢板(3)上。

5.根据权利要求4所述的一种钢铅阻尼器，其特征在于，所述的钢管(1)的横截面为圆形或者矩形。