CN102912888A - 编织式金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是克服现有技术中金属阻尼器的缺陷，提供一种编织式金属阻尼器。为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种编织式金属阻尼器，包括若干横向钢板和纵向钢条。n块所述横向钢板和m条所述纵向钢条交叉编织成网，使得所述纵向钢条呈波浪状弯曲。所述纵向钢条的两个弯曲面分别面对构件Ⅰ和构件Ⅱ，每块所述横向钢板的两端与所述构件Ⅰ连接，每块所述纵向钢条的两端与所述构件Ⅱ连接。本发明安装方便、便于更换，其耗能能力强，且传力路径简单明确，方便设计，可用于建筑抗震设计和既有建筑的抗震加固。

Description

编织式金属阻尼器

技术领域

本发明涉及一种建筑构件，属于建筑结构物抗震与减震技术领域。

背景技术

传统的土木工程结构抗震设计是通过结构构件的弹塑性变形来消耗地震能量，达到减轻地震作用的目的。但变形过大将会导致结构构件的破坏甚至结构的倒塌，造成人员伤亡和生命财产损失等灾难性后果。耗能减震技术是通过在结构中设置被动耗能装置，消耗本来由结构构件（如梁柱节点）消耗的地震能量，大大减轻了结构的变形和损伤。金属屈服阻尼器就是采用屈服强度低金属作为耗能原件而制成的阻尼器，其工作原理是当结构受到地震作用而晃动时，建筑物产生层间相对位移，并驱动安装在层间的阻尼器耗能元件发生往复弹塑性变形，这样耗能元件做功，从而将结构晃动这种机械能转化为热能。

框架结构以其建筑功能布置、延性良好得到广泛应用。其缺点是抗侧刚度小，不适于高度较大的高层建筑和对侧移控制要求较严的建筑。为此，很多研究者提出设置金属屈服阻尼器的方法，以提高框架结构的抗震性能，但实际应用中还存在一定的局限性和尚待解决的问题。例如，在地震作用下，可能出现框架平面外的变形，过大的变形也可能造成阻尼器及其固定钢架出平面的损坏。大多情况下，设计时忽略梁传递给阻尼器上的竖向力，而事实上不少阻尼器对梁的竖向支撑作用是不可以忽视的，这种支撑作用可能导致框架梁出现跨中负弯矩。这些不利因素改变了框架结构的受力性能，增加了抗震设计的复杂性。普通屈服金属阻尼器的竖向刚度比较大，它们不太适合既有结构的抗震加固，可能会导致框架梁跨中出现负弯矩；普通的屈服金属阻尼器往往需要很大变形才能起作用，而对于刚度较大的钢筋混凝土结构，这些装置的耗能效果有限。从实践中，发现现有的金属阻尼器的变形不够理想，没有最大程度的发挥阻尼器的耗能作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中金属阻尼器的缺陷，提供一种编织式金属阻尼器。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的， 一种编织式金属阻尼器，包括若干横向钢板和纵向钢条。n块所述横向钢板和m条所述纵向钢条交叉编织成网，使得所述纵向钢条呈波浪状弯曲。所述纵向钢条的两个弯曲面分别面对构件Ⅰ和构件Ⅱ，每块所述横向钢板的两端与所述构件Ⅰ连接，每块所述纵向钢条的两端与所述构件Ⅱ连接。

值得说明的是本发明中，所述纵向钢条可以采用屈服强度低的软钢，其初始变形进入屈服状态且未到达极限破坏状态。考虑到便于编织式阻尼器的加工，单个纵向钢条可以采用多条较薄的软钢条沿着竖向叠加在一起的形式。所述横向钢板可以采用屈服强度较高的硬钢，其截面形式可以采用鱼腹状截面或带圆角矩形截面。所述构件Ⅰ和构件Ⅱ为组成建筑物框架的两个不同构件。

在实际应用中，可以根据需要沿框架结构的两个主轴方向把该阻尼器布置在层间变形较大的位置。具体使用方法是：阻尼器的横向钢板和纵向钢条分别直接或间接地与框架结构中的构件Ⅰ和构件Ⅱ连接。阻尼器中横向钢板和纵向钢条编织式的构造，使得纵向钢条（软钢条）在初始时已进入屈服状态。一旦地震发生，结构产生层间位移，使软钢条的形状发生改变，从而耗能。这样就减小了主体结构的地震反应，保护了主体结构，达到减振目的。本发明安装方便、便于更换，其耗能能力强，且传力路径简单明确，方便设计，可用于建筑抗震设计和既有建筑的抗震加固。

附图说明

本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的阻尼器和固定钢架的结构示意图；

图3为本发明的纵向钢条（软钢条）变形示意图；

图4为本发明的纵向钢条（软钢条）端部构造详图。

图中： 1-纵向钢条，2-横向钢板，3-钢板支座Ⅰ，4-钢板支座Ⅱ，5-螺栓Ⅰ，6-螺栓Ⅱ，7-垫板Ⅰ，8-垫板Ⅱ，9-螺栓孔Ⅰ，10-螺栓孔Ⅱ，11-八字形钢架，12-梁柱节点，13-框架梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。

参见附图：图中，一种编织式金属阻尼器，包括若干横向钢板2和纵向钢条1。n块所述横向钢板2和m条所述纵向钢条1交叉编织成网，使得所述纵向钢条1呈波浪状弯曲。所述纵向钢条1的两个弯曲面分别面对构件Ⅰ和构件Ⅱ，每块所述横向钢板2的两端与所述构件Ⅰ连接，每块所述纵向钢条1的两端与所述构件Ⅱ连接。

在实施例中，所述n≥2，m≥3，图1中n＝5，m＝5。

进一步地，所述横向钢板2和纵向钢条1并非直接与建筑构件连接，而是设置有垫板、支座钢板等。在一个实施例中，所述横向钢板2与构件Ⅰ之间具有垫板Ⅰ7，所述纵向钢条1与构件Ⅱ之间具有垫板Ⅱ8。

所述垫板Ⅰ7与构件Ⅰ之间还具有钢板支座Ⅰ3，所述垫板Ⅱ8与构件Ⅱ之间还具有钢板支座Ⅱ4。需要说明的是，由纵向钢条1和横向钢板2编织而成的部分是本发明的核心部分。为了使得所述核心部分成为一整体，方便工业化生产和现场安装，在构件中加入如前所述的钢板支座Ⅰ和钢板支座Ⅱ。

为了保证弯曲后的纵向钢条1与钢板支座Ⅰ3和Ⅱ4之间有一定的间隙（保证竖向不承载，保证不发生机械干涉），作为优选，所述垫板Ⅰ7和/或垫板Ⅱ8的厚度应大于所述纵向钢条1的厚度。

本实施例的阻尼器于构件连接的方式多种多样，可以采用螺栓连接，如所述横向钢板2、垫板Ⅰ7和钢板支座Ⅰ3具有供螺栓Ⅰ5穿过的螺栓孔，所述纵向钢条1、垫板Ⅱ8和钢板支座Ⅱ4具有供螺栓Ⅱ6穿过的螺栓孔。通过所述螺栓Ⅰ5使得横向钢板2、垫板Ⅰ7和下钢板支座3连接在一起，通过所述螺栓Ⅱ6使得纵向钢条1、垫板Ⅱ8和上钢板支座4连接在一起。为方便所属的金属阻尼器与构件Ⅰ和Ⅱ的连接，在钢板支座Ⅰ3和钢板支座Ⅱ4上还分别留有螺栓孔Ⅰ9和螺栓孔Ⅱ10。本实施例在使用时，采用螺栓穿过所述螺栓孔Ⅰ9，使得钢板支座Ⅰ3与构件Ⅰ连接，相当于间接地将横向钢板2与构件Ⅰ固定；采用螺栓穿过所述螺栓孔Ⅱ10，使得钢板支座Ⅱ4与构件Ⅱ连接，相当于间接地将纵向钢条1与构件Ⅱ固定。

参见图2，在由八字形钢架11、框架梁13和梁柱节点12构成的钢框架结构中安装本发明的阻尼器。即所述构件Ⅰ为八字形钢架11，所述构件Ⅱ为框架梁13。把钢板支座Ⅱ4固定在框架梁13的梁底（相当于间接地将纵向钢条1固定）；钢板支座Ⅰ3与八字形钢架11固定（相当于间接地将横向钢板2固定），所述八字形钢架13与下部梁柱节点连接。对于安装了本发明所公开阻尼器的整个钢框架结构，上钢板支座4和八字形钢架11的固定可以采用螺栓直接固定在框架上。而对于钢筋混凝土结构，它们的固定则可以通过螺栓固定在预埋件上。对于既有钢筋混凝土框架结构，首先需要在框架梁和梁柱节点的相应位置钻孔，然后用长螺杆把该阻尼器及其支撑钢架固定在钢筋混凝土框架上。因此，安装或固定阻尼器的方法多种多样，不进行限定。

本发明考虑软钢屈服强度低和耗能能力强的特点，具体的思路及其效果是毋庸置疑的:

（1）采用编织方式，可使纵向钢条，即软钢条的初始状态就处于屈服而不破坏的状态，这样可以使该软钢条在变形（上下支座间的相对位移）很小的情况下就发生塑性变形从而耗能；在变形较大的情况下，该软钢条也不会发生破坏，除软钢条的端部有一定的变形外，其它区段基本还处于波浪状的弯曲变形状态，如图3；当变形达到一定程度，软钢条的端部达到极限变形状态；端部变形达到一定程度后，端部特殊的构造（如图4）使得该阻尼器的纵向刚度会逐渐提高，这又起到安全阀的作用，对于防止建筑的过量相对位移有好处。这样就可以通过合理的设计，使得该阻尼器达到“小震耗能，中震不坏，大震可修”的设防目标，充分发挥了金属阻尼器的耗能性能。

（2）采用编织方式，可使该阻尼器纵向变形耗能，横向变形能力较好（若忽略摩擦力，横向变形为自由变形）；在与框架呈斜角的地震作用下，该阻尼器纵向耗能、横向较自由，避免该阻尼器由于局部应力集中而破坏；在与框架垂直的水平地震作用下，由于该阻尼器较好的横向变形能力，从而避免了阻尼器及其支撑钢架的破坏。

（3）采用屈服强度低的低碳钢，使得该阻尼器纵向钢条有稳定的滞回特性、足够的变形能力和良好的耐疲劳性能；软钢条具有足够的变形能力，使得该阻尼器能适应较大的竖向变形，实现较小的竖向出力。

（4）本发明的横向钢板截面采用鱼腹状或带圆角的矩形截面，与纵向钢板的连接处实现平滑过渡，避免了应力集中；这种平滑过渡降低了接触面上的摩擦力，从而提高了横向变形能力，实现较小的横向出力；这种平滑过渡使得该阻尼器的纵向变形更平稳，实现了稳定的滞回特性，提高了该阻尼器的稳定性和可靠性。

（5）该阻尼器具有良好的竖向和横向变形能力，仅通过纵向变形实现耗能。这使得该阻尼器的工作原理简单明确，易于设计计算。

（6）该阻尼器各部件之间的连接可以采用螺栓连接，使该阻尼器同其他金属阻尼器一样，还有加工方便和成本低廉等方面的特点。

综上所述，本发明克服了传统金属阻尼器耗能能力低、受力复杂、设计计算繁琐等方面的特点，易操作易生产，成本低廉，抗震性能好，利于在新建房屋和既有建筑抗震加固中推广应用。

Claims (7)

1.一种编织式金属阻尼器，其特征在于：包括若干横向钢板（2）和纵向钢条（1）；n块所述横向钢板（2）和m条所述纵向钢条（1）交叉编织成网，使得所述纵向钢条（1）呈波浪状弯曲；所述纵向钢条（1）的两个弯曲面分别面对构件Ⅰ和构件Ⅱ，每块所述横向钢板（2）的两端与所述构件Ⅰ连接，每块所述纵向钢条（1）的两端与所述构件Ⅱ连接。

2.根据权利要求1所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述n≥2，m≥3。

3.根据权利要求1所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述横向钢板（2）与构件Ⅰ之间具有垫板Ⅰ（7），所述纵向钢条（1）与构件Ⅱ之间具有垫板Ⅱ（8）。

4.根据权利要求3所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述垫板Ⅰ（7）与构件Ⅰ之间还具有钢板支座Ⅰ（3），所述垫板Ⅱ（8）与构件Ⅱ之间还具有钢板支座Ⅱ（4）。

5.根据权利要求3所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述垫板Ⅰ（7）和/或垫板Ⅱ（8）的厚度大于所述纵向钢条（1）的厚度。

6.根据权利要求4所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述横向钢板（2）、垫板Ⅰ（7）和钢板支座Ⅰ（3）具有供螺栓Ⅰ（5）穿过的螺栓孔，所述纵向钢条（1）、垫板Ⅱ（8）和钢板支座Ⅱ（4）具有供螺栓Ⅱ（6）穿过的螺栓孔；通过所述螺栓Ⅰ（5）使得横向钢板（2）、垫板Ⅰ（7）和钢板支座Ⅰ（3）连接在一起，通过所述螺栓Ⅱ（6）使得纵向钢条（1）、垫板Ⅱ（8）和钢板支座Ⅱ（4）连接在一起；此外，在钢板支座Ⅰ（3）和钢板支座Ⅱ（4）上还分别留有螺栓孔Ⅰ（9）和螺栓孔Ⅱ（10）。

7.根据1～6任一权利要求所述的编织式金属阻尼器，其特征在于：所述构件Ⅰ为八字形钢架（11），所述构件Ⅱ为框架梁（13）。

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