CN102116055B - 一种消能减震机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消能减震机构，包含一金属阻尼器、用于安装阻尼器的支撑或刚性墙以及与结构相连的连接装置。所述金属阻尼器上设有两个外部连接机构，一个与建筑物上的其它连接结构连接，另一个通过支撑或刚性墙与建筑物连接，所述连接为铆接或销栓连接或螺栓连接或焊接。本发明的消能减震机构包括一种金属阻尼器，是利用金属的拉压性能来消耗能量，其滞回曲线饱满，即在很小的变形下(例如小震作用下)，也可全截面屈服进入塑性消耗能量；而且需要的材料少，便于安装和更换，与现有的粘滞性阻尼器相比具有耐久性长，免维护的特点。

Description

一种消能减震机构

技术领域

本发明涉及工程结构领域，具体涉及一种消能减震机构。

背景技术

建筑结构的消能减震是指在建筑结构中设置适当的消能部件，消能部件可由耗能减震装置及斜撑、墙体、梁或节点等支承构件组成。金属阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单、制作方便、造价低廉、易于更换的耗能减震装置。它既可以配合隔震支座或隔震系统，作为其中的耗能单元或限位装置使用，又可以单独用于建筑结构中作为耗能装置使用，以提供附加阻尼和刚度，在未来抗震消能领域具有广泛的应用前景。

根据金属进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量能量的原理，国内外学者、工程技术人员先后开发了多种类型的金属耗能器，目前常用的金属阻尼器技术为钢板(异形板)面内剪切或面外弯曲型，这两类阻尼器在制作工艺上都比较复杂，体积比较大，在应用上有所限制，制作加工成本很高。

防屈曲支撑，又称为屈曲约束支撑，是根据金属材料的拉压屈服耗能为原理。其主要由受力芯材、约束套管及两者之间的隔离材料构成。其工作原理为，在外力(轴力)作用下，荷载全部由芯材承受，外围的约束套管限制芯材受压时的屈曲变形，因此芯材在轴向拉力或压力作用下能全截面屈服耗能。芯材受压时截面会变粗，因此在芯材和约束套管之间设有合适的缝隙，并用来减少芯材受力时对约束套管造成的挤压和摩擦。现有的防屈曲支撑在小震作用下一般不会发生屈服，在中震和大震下才进入塑性状态，消耗地震能量，因此，其耗能能力没有得到充分利用。现有的防屈曲支撑还有如下一些不便应用的问题：要根据工程设计定制生产，生产效率低、加工质量不容易稳定、供货周期长、每一个产品都要和图纸对位后才能安装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术中存在的问题，提供一种安装、使用方便，特别是具有很好弹塑性变形的消能减震机构。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

一种消能减震机构，包含一金属阻尼器、用于安装阻尼器的支撑或刚性墙以及与结构相连的连接装置。其特征在于，金属阻尼器设有两个外部连接机构。

所述的金属阻尼器通过一端的外部连接机构与建筑物上的其它连接结构连接，通过其另一端的外部连接机构与刚性墙或支撑连接。

所述的金属阻尼器通过一端的外部连接机构与建筑物上的其它连接结构连接，通过设于其一侧的一外部连接机构与支撑或刚性墙连接。

所述的支撑为K字形支撑或斜撑。

所述的刚性墙为钢筋混凝土墙或钢骨混凝土墙。

本发明的一种金属阻尼器，包括约束机构、设于约束机构中的核心受力杆件、两者之间的隔离层，所述的阻尼器上设有两个外部连接机构，一个设于所述核心受力杆件的一端，另一个设于所述核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。

所述的金属阻尼器总长度优选在3m以下，0.5m以上；优选0.5～2.5m，优选1～2m。

阻尼器的两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端且另一个位于约束机构的一侧时，所述核心受力杆件的一端与约束机构焊接连接。

所述的核心受力杆件沿所述核心受力杆件的轴向由连接段、过渡段、耗能段三部分组成。

所述的约束机构包括最外层的套筒。

所述的核心受力杆件端部的外部连接机构设在核心受力杆件的连接段上，外部连接机构为螺栓连接、焊接、法兰连接或销栓连接机构。

所述约束机构上的外部连接机构，为焊接、螺栓或锚栓连接机构。

所述的耗能段的横截面积小于过渡段的横截面积，连接段的横截面积不小于过渡段的横截面积。耗能段和过渡段、过渡段和连接段的衔接可采用直线、双曲线、两折线、三折线。

所述的约束机构的横截面外轮廓为矩形、圆形或近似圆形。所述的约束机构的横截面为矩形，所述的约束机构上的外部连接机构可以设在矩形的一侧面上或/和设置在套筒的端部；所述的约束套筒的横截面为圆形，所述的连接装置与约束套筒相切设置或/和设置在套筒的端部。

所述的约束机构为钢筋混凝土结构：即由混凝土和钢筋骨架构成。

所述的约束机构为型钢组合结构：即包括若干根直角型钢及用于连接型钢的连接板，包围出“十”字形或“一”字形空腔。所述的连接板可以是槽钢。

所述的约束机构为钢管(如方形或圆形)与混凝土组合的结构：型钢位于外部，内部通过填充混凝土、砂浆或无收缩灌浆料，形成“十”字形空腔或“一”字形空腔。

所述的核心受力杆件的横截面为“一”字形、双“一”字形、“十”字形或双“T”字形；所述的双“一”字形为两块“一”字形板通过弹性材料平行粘结而成；所述的双“T”字形为“T”字形板背靠背通过弹性材料连接而成的类似“十”字形。

在核心受力杆件表面设置一隔离层；所述的隔离层为硅胶、橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂材料。

有益效果，本发明公开的是一种消能减震机构，包含一金属阻尼器、用于安装阻尼器的支撑或刚性墙以及与结构相连的连接装置，共同形成消能减震机构；本发明的消能减震机构利用金属的拉压性能来消耗能量，滞回曲线饱满，即在很小的变形下(例如小震作用下)，也可全截面屈服进入塑性消耗能量。具体而言，本发明具有如下优点：

1、消能减震机构应用连接的方式灵活多样可以避开洞口、管道的影响(详见安装构造样式)；

2、便于安装和更换，特别是地震作用后；

3、阻尼器芯材的长度可以根据材料的性能固定，阻尼器可以统一尺寸和承载力类型，加工制作方便，而不必根据工程量身定制；

4、耗能效率高、设计参数稳定、长期使用性能稳定；

5、外部连接方式灵活多样可以避开洞口、管道的影响(详见安装构造样式)；

6、材料用量少，大大降低阻尼器的制作成本；

7、与现有的粘滞性阻尼器相比具有耐久性长，免使用过程维护的特点，大大减少投资成本；

8、与现有的剪切型阻尼器相比体积小很多，加工制作难度及成本明显降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的金属阻尼器结构示意图(分为图1a，图1b，图1c，图1d)。

图2为本发明的金属阻尼器几种实施例示意图(分为图2a，图2b，图2c)。

图3为金属阻尼器横截面示意图(分成图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f、图3g、图3h、图3i、图3j、图3k、图3l)。

图4为本发明的金属阻尼器连接结构实施例示意图。

图5为本发明的金属阻尼器连接结构又一实施例示意图。

图6为本发明的消能减震机构连接结构实施例示意图。

图7为本发明的消能减震机构连接结构又一实施例示意图。

其中：

100约束机构                110钢管

120直角型钢(管)            130钢筋混凝土结构

140槽钢                    150连接板

160加劲肋板

200核心受力杆件            210核心受力杆件的外部连接机构

220核心受力杆件的过渡段    230核心受力杆件的耗能段

240核心受力杆件的连接段    250隔离层

211外部连接机构(方式一)    212外部连接机构(方式二)

213外部连接机构(方式三)

300约束机构上的外部连接机构  400填充材料

600金属阻尼器                700支撑

800梁                        810柱

811刚性墙                    812洞口

900结构上的连接装置

具体实施方式

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。

如图1A、图1B所示，金属阻尼器的长度为1-2m，其包括约束机构100和设于约束机构100内的核心受力杆件200，在所述的核心受力杆件200表面设置一隔离层。阻尼器上设有两个外部连接机构210：一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的一端，另一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的另一端。

所述的核心受力杆件200沿所述核心受力杆件的轴向由连接段240、过渡段220、耗能段230、过渡段220、连接段240次序组成。所述的外部连接机构210设置在所述的连接段。核心受力杆件200中部为横截面积较小的耗能段230，一端为扩口的连接段240与约束机构100连接，与之相对的另一端为尺寸较大的连接段240，耗能段230和连接段240之间是过渡段220。

如图1C、图1D所示，金属阻尼器的长度为1-2m，其包括约束机构100和设于约束机构100内的核心受力杆件200，在所述的核心受力杆件200表面设置一隔离层，隔离层为硅胶、橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂等材料。

核心受力杆件200中部为横截面积较小的耗能段230，一端为扩口的连接段240与约束机构100用焊接方式连接，与之相对的另一端为尺寸较大的连接段240，耗能段230和连接段240之间是过渡段220。阻尼器上设有两个外部连接机构210，一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的一端的连接段，另一个外部连接机构210设置在约束机构100的一侧300。

在约束机构100和核心受力杆件200之间可以设置有填充材料，填充材料为无收缩灌浆料、混凝土或砂浆。

如图2所示，金属阻尼器的核心受力杆件200的连接段240设有外部连接机构210，其可以是轴向连接机构或垂直于轴向的连接机构，为螺栓连接机构211(图2A)、法兰连接机构212(图2B)、销栓机构213(图2C)。核心受力杆件200的连接段240的外部连接机构210与建筑物上的其它连接装置之间的连接方式为铆接、销栓连接、螺栓连接、焊接或围箍。

图3为本发明阻尼器实施例的横截面图。如图3a所示，金属阻尼器包括钢管110和设于钢管110内的核心受力杆件200，约束钢管110的横截面为圆形；核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“一”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3b所示本发明的一实施例：约束钢管110的横截面为矩形；核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“十”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3c所示本发明的又一实施例：约束钢管110的横截面为圆形，核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“十”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3d所示本发明的又一实施例：约束钢管110的横截面为矩形，核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“一”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3e所示本发明的又一实施例：约束机构100为型钢结构组合，即包括四根直角型钢120及四块连接钢板150，四根直角型钢120围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根直角型钢之间由一块连接钢板150相连；所述的直角型钢内没有填充材料。

如图3f所示本发明的又一实施例：约束机构100为型钢结构组合，即包括四根直角的方型钢120及四块连接钢板110，四根直角方型钢120围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根直角方型钢之间由一块连接钢板150相连；所述的直角型钢内有填充材料400。

如图3g所示本发明的又一实施例：约束机构100为钢筋混凝土结构130。约束机构100的横截面为矩形，核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260连接。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3h所示本发明的又一实施例：约束机构100为钢筋混凝土结构130。约束机构100的横截面为圆形，核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260连接。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3i所示本发明的又一实施例：约束机构100横截面为钢混凝土组合结构，由钢管110和填充材料400构成；核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260平行连接而成。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3j所示本发明的又一实施例：约束机构100横截面为钢混凝土组合结构，由钢管110和填充材料400构成；核心受力杆件200的由两块横截面为“T”字形的钢板通过弹性材料260平行连接而成。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3k所示本发明的又一实施例：约束机构100横截面为矩形，包括四根角钢120及两块槽钢140围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根角钢之间由一块槽钢140相连；相邻的槽钢之间可通过焊接连接；且所述的角钢内不设置填充材料。

如图31所示本发明的又一实施例：约束机构100包括四根角钢120及四块连接板150围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根角钢之间由一块连接板相连；连接板和角钢之间可通过焊接连接；且所述的角钢内不设置填充材料。

如图4所示为耗能减震机构的实施例，金属阻尼器600通过核心受力杆件上的两个外部连接机构一端与锚接在梁800上的连接板连接，另一端通过刚性墙811与下一层结构相连，从而避开一旁的洞口812。

如图5所示为耗能减震机构的又一实施例，金属阻尼器通过核心受力杆件上外部连接机构210与固定在建筑物的梁800上的连接板900连接，通过设在约束机构上的外部连接机构300与一刚性墙811连接，从而避开一旁的洞口812。

图6所示为耗能减震机构的又一实施例，金属阻尼器通过核心受力杆件一端的外部连接机构210与固定在建筑物的梁800上的连接板900连接，通过设在约束机构上的外部连接机构300与K字形支撑相连形成耗能减震机构。

图7所示为耗能减震机构的又一实施例，金属阻尼器通过核心受力杆件一端的外部连接机构210与固定在建筑物的梁800上的连接板900连接，通过设在约束机构上的外部连接机构300与斜撑700相连形成耗能减震机构。

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同物界定。

Claims (20)

1.一种消能减震机构，包含一金属阻尼器、用于安装阻尼器的支撑或刚性墙、金属阻尼器与支撑或刚性墙之间的连接机构以及金属阻尼器与建筑结构相连的连接机构，其特征在于，金属阻尼器设有两个外部连接机构，所述的金属阻尼器，包括约束机构、设于约束机构中的核心受力杆件及设置于约束机构与核心受力杆件两者之间的隔离层，所述的阻尼器上设有两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端，另一个位于核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。

2.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的金属阻尼器通过核心受力杆件一端的外部连接机构与建筑物的结构构件连接，通过其另一端的外部连接机构与刚性墙或支撑连接。

3.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的支撑为K字形支撑或斜撑。

4.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的刚性墙为钢筋混凝土墙或钢骨混凝土墙。

5.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的连接机构为螺栓连接或直接焊接或销栓连接。

6.根据权利要求1述的消能减震机构，其特征在于，所述的金属阻尼器总长度为3m以下，0.5m以上。

7.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的核心受力杆件沿所述核心受力杆件的轴向由连接段、过渡段、耗能段组成，所述的核心受力杆件至少一端设有一外部连接机构。

8.根据权利要求1述的消能减震机构，其特征在于，所述的金属阻尼器的两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端且另一个位于约束机构的一侧时，所述核心受力杆件的另一端与约束机构焊接连接。

9.根据权利要求7所述的消能减震机构，其特征在于，所述的耗能段的横截面积小于过渡段的横截面积，过渡段的横截面积小于连接段的横截面积。

10.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的外部连接机构为螺栓连接、焊接、法兰连接或销栓连接机构；所述的外部连接机构 与建筑物之间、与支撑或刚性墙之间采用螺栓连接或焊接或法兰连接或销栓连接的方式进行连接。

11.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束机构的横截面为矩形、圆形或近似圆形。

12.根据权利要求11所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束套筒的横截面为矩形，所述的外部连接机构设置在矩形的一侧面上或核心受力杆件另一端部。

13.根据权利要求11所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束机构的横截面为圆形，所述的外部连接机构与约束机构相切设置或核心受力杆件另一端部。

14.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束机构为钢筋混凝土结构：即由混凝土和钢筋骨架构成。

15.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束机构为型钢结构组合：即包括若干根直角型钢管及用于连接型钢的连接板，直角型钢管通过连接板围成约束核心受力杆件的“十”字空腔或“一”字形空腔，且每相邻的两根直角型钢之间由连接板相连；所述的连接板是槽钢。

16.据权利要求15所述的消能减震机构，其特征在于，所述的直角型钢内设置填充材料。

17.据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的约束机构为钢管，如方形或圆形，与混凝土组合的结构：钢管位于外部，内部通过填充混凝土或砂浆形成“十”字空腔或“一”字形空腔。

18.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，所述的核心受力杆件的横截面为“一”字形、双“一”字形、“十”字形或双“T”字形；所述的双“一”字形为两块板通过弹性材料平行粘结而成；所述的双“T”字形为“T”形板背靠背通过弹性材料连接而成。

19.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，在核心受力杆件表面和约束机构之间设置一隔离层；所述的隔离层为硅胶、橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂材料。

20.根据权利要求1所述的消能减震机构，其特征在于，在所述的约束 套筒和核心受力杆件之间设置填充材料，填充材料为无收缩灌浆料、混凝土或砂浆。 

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