CN103132627A - 组合板式弯曲型阻尼器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合板式弯曲型阻尼器，包括平行设置的第一槽钢和第二槽钢，第一槽钢和第二槽钢的一端均固定设有第一工字钢，另一端均固定设有第二工字钢，还包括第一侧板和第二侧板，第一侧板设于第一槽钢腹板内侧且第一侧板和第一槽钢之间设有第一间隙，第二侧板设于第二槽钢腹板内侧且第二侧板和第二槽钢之间设有第二间隙，第一侧板和第二侧板之间还固定设有多个并列设置的耗能部件。该组合板式弯曲型阻尼器在拉压外力作用下，其内部的耗能部件可以弯曲耗能，其塑性变形能力强，特别适用于对塑性要求高的建筑结构。

Description

组合板式弯曲型阻尼器及其制作方法

技术领域

本发明属于建筑结构领域，具体说是涉及一种组合板式弯曲型阻尼器及其制作方法。

背景技术

地震发生时，强烈的地面运动使建筑物受到巨大的地震作用力。传统的抗震设计方法是通过增强结构自身的抗震性能来抵御地震作用，即用结构本身储存和消耗地震能量，以满足抗震设防标准，实质上是属于“硬抗”的方式抵抗地震作用。近年来，建筑结构的消能减震技术日趋成熟，一整套设计施工流程都已逐渐被工程师们掌握。同时，一些金属阻尼器和耗能支撑构件，如防屈曲耗能支撑、摩擦耗能支撑等均已在国内外工程实际中得到广泛应用。

在中国发明专利说明书CN101440639B中公开了一种防屈曲耗能支撑，该发明通过采用弹性填充材料解决了双钢板受力后屈服且耗能的问题；中国实用新型专利说明书CN201809994U中公开了一种超弹性防屈曲耗能支撑，该实用新型主要是通过核心受力构件中超弹性记忆合金部分的变形来耗散大量地震能量，同时还有其他公开的耗能支撑发明创造。

摩擦型耗能支撑的耗能能力依赖于摩擦元件材料的耐高温耐摩擦性能，且需要在大变形时才能发挥其耗能效果。防屈曲耗能支撑属于轴向拉压变形金属屈服型消能构件，通常大吨位的防屈曲耗能支撑的外观尺寸也较大，易影响主体结构的使用空间。且目前公开的耗能支撑发明创造其塑性变形能力较一般，不适合应用在对塑性变形要求较高的建筑结构中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种塑性变形能力强、减震耗能效果好的新型组合板式弯曲型阻尼器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种组合板式弯曲型阻尼器，包括外骨架，所述外骨架包括平行设置的第一槽钢和第二槽钢，所述第一槽钢和第二槽钢的一端均固定设有第一工字钢，另一端均固定设有第二工字钢，还包括第一侧板和第二侧板，第一侧板设于第一槽钢腹板内侧且第一侧板和第一槽钢之间设有第一间隙，第二侧板设于第二槽钢腹板内侧且第二侧板和第二槽钢之间设有第二间隙，第一侧板和第二侧板之间还固定设有多个并列设置的耗能部件，所述耗能部件垂直与第一侧板和第二侧板。

进一步地，第一工字钢和第二工字钢的两端均焊接设有第一封头板、第二封头板，第一封头板和第二封头板对称布置在工字钢腹板的两侧，第一封头板和第二封头板上均设有第一孔槽，第一侧板和第二侧板的两端均设有第二孔槽，所述第一孔槽和第二孔槽通过销钉固定连接。

优选地，还包括中部固定板，所述耗能部件为两排，中部固定板的两侧均与耗能部件固定连接，且中部固定板的一端与第一工字钢固定连接，另一端与第二工字钢固定连接，所述中部固定板垂直与第一工字钢、第二工字钢。

进一步地，还包括连接件，所述耗能部件通过连接件分别与第一侧板、第二侧板、中部固定板螺接，中部固定板的两端通过连接件分别与第一工字钢、第二工字钢螺接。

优选地，所述连接件包括第一端板和第二端板，所述第一端板与第二端板垂直，且第二端板固定设置在第一端板的端部。

进一步地，所述耗能部件为骨头形的耗能片，包括矩形中间部和设于中间部两端的突出部，所述突出部的顶面高于中间部的顶面，突出部的底面低于中间部的底面。

优选地，所述外骨架的外侧焊接设有外盖板，所述外盖板包括第一、第二、第三、第四、第五、第六外盖板，分别设于外骨架的上、下、前、后、左、右侧。

进一步地，所述第一侧板的一端与第二工字钢外侧齐平，另一端伸出第一工字钢，伸出部的长度h1为80～200mm；所述第二侧板的一端与第一工字钢外侧齐平，另一端伸出第二工字钢，伸出部的长度h2为80～200mm。

优选地，所述耗能部件的材质为低碳钢。

该组合板式弯曲型阻尼器在拉压外力作用下，其内部的耗能部件弯曲耗能，其塑性变形能力强，相比于其他耗能支撑具有明显的优势，特别适用于对塑性要求高的建筑结构。同时，该组合板式耗能支撑外观扁平，可以完全藏于结构的墙体中，不会对使用空间造成任何影响。

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作方法简单方便的组合板式弯曲型阻尼器的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种组合板式弯曲型阻尼器的制作方法，包括以下步骤：

1)将两排平行的耗能部件等距放置；

2)第一侧板、第二侧板的内侧均通过连接件与耗能部件螺接；

3)中部固定板的两侧通过连接件与耗能部件螺接；

4)中部固定板的两端通过连接件与第一工字钢、第二工字钢螺接；

5)将第一封头板、第二封头板焊接在第一工字钢和第二工字钢的两端，并以工字钢的腹板为对称面在第一封头板和第二封头板上开设第一孔槽。

6)在第一侧板、第二侧板的两端均开设与第一孔槽相对且大小相同的第二孔槽，并用销钉将第一孔槽和第二孔槽扣住；

7)将第一槽钢扣向第一侧板并留有第一间隙，将第二槽钢扣向第二侧板并留有第二间隙，并将第一槽钢、第二槽钢的翼缘外侧和第一工字钢、第二工字钢的翼板焊接；

该组合板式弯曲型阻尼器的制作方法简单方便，易于施工人员操作实施，节省了大量时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明中外骨架的结构示意图。

图2为本发明内部结构示意图。

图3为图2的A向视图。

图4为本发明实施例中连接件的结构示意图。

图5为本发明实施例中耗能部件的结构示意图。

图6为本发明的外部结构示意图。

图7为本发明制作步骤1)的结构示意图。

图8为本发明制作步骤2)的结构示意图。

图9为本发明制作步骤3)的结构示意图。

图10为本发明制作步骤4)的结构示意图。

图11为本发明制作步骤5)、6)的结构示意图。

具体实施方式

本发明涉及的组合板式弯曲型阻尼器包括外骨架1，如图1所示，所述外骨架1包括平行设置的第一槽钢11和第二槽钢12，所述第一槽钢11和第二槽钢12的一端均固定焊接设有第一工字钢13，另一端均固定焊接设有第二工字钢14。见图2，第一槽钢11的腹板内侧还设有第一侧板3，第二槽钢12的腹板内侧设有第二侧板4。进一步地，第一工字钢13和第二工字钢14的两端均焊接设有第一封头板5、第二封头板6，见图1，第一封头板5和第二封头板6对称布置在工字钢腹板的两侧，且第一封头板5在第二封头板6的上方，第一封头板5和第二封头板6上均设有第一孔槽56，第一侧板3和第二侧板4的两端均设有与第一孔槽56连接的第二孔槽34，所述第一孔槽56和第二孔槽34大小相同，且两者通过销钉固定连接，同时第一孔槽56、第二孔槽34的长度限制了第一侧板3和第二侧板4在外力的作用下，在沿其轴向(即图2中A方向)上移动的范围。进一步地，见图3，所述第一侧板3和第一槽钢11内侧没有接触，两者之间设有1～5mm宽度的第一间隙311；第二侧板4和第二槽钢12内侧没有接触，两者之间设有1～5mm宽度的第二间隙412。第一侧板3和第二侧板4之间还固定设有多个并列设置的耗能部件2，所述耗能部件2与第一侧板3、第二侧板4均垂直。进一步地，所述耗能部件2为两排平行布置，相邻耗能片的间距h3为100～400mm，见图2，两排平行的耗能部件2的中间为中部固定板7，中部固定板7的两侧均与耗能部件2固定连接，且中部固定板7的一端与第一工字钢13固定连接，另一端与第二工字钢14固定连接，所述中部固定板7分别垂直与第一工字钢13、第二工字钢14。这样当建筑物受水平地震影响而震动时，该组合板式弯曲型阻尼器也会受影响而震动，此时第一侧板3和第二侧板4受外力作用而沿其各自轴向(即图2中A方向)自由移动，即第一侧板3和第二侧板4相对于中部固定板7的方向产生位移，进而使耗能部件2弯曲耗能，移动的范围即为第二孔槽34的长度，孔槽内的销钉限制了第一侧板3和第一封头板5在B方向、第二侧板4和第二封头板6在B方向上的移动，内部的耗能部件2受其与侧板连接节点的力作用弯曲进而塑性变形，并产生大变形而耗散能量。优选地，所述耗能部件2采用低碳钢，如Q195钢材、Q235钢材和国产低屈服点钢材，进而保证其具有较强的塑性变形能力。

进一步地，所述耗能部件2通过连接件8分别与第一侧板3、第二侧板4、中部固定板7螺接，中部固定板7的两端通过连接件8分别与第一工字钢13、第二工字钢14螺接。优选地，见图4，所述连接件8包括第一端板81和第二端板82，所述第一端板81与第二端板82垂直，且第二端板82固定设置在第一端板81的端部。

优选地，见图5，所述耗能部件2为骨头形的耗能片，包括矩形中间部21和设于中间部21两端的突出部22，所述突出部22的顶面高于中间部21的顶面，突出部22的底面低于中间部21的底面。耗能片是关键的耗能构件，支撑的受力过程中主要利用耗能片钢材受弯进入屈服状态来耗能。为使屈服部位不发生在节点处，所以将耗能片设计为骨头形状。

进一步地，见图6，所述外骨架1的外侧焊接设有外盖板9，所述外盖板9包括第一、第二、第三、第四、第五、第六外盖板91、92、93、94、95、96，分别设于外骨架1的上、下、前、后、左、右侧，即第一盖板91焊接在第一槽钢11和第二槽钢12的上翼板上，第二盖板92焊接在第一槽钢11和第二槽钢12的下翼板上，第三盖板93焊接的第一槽钢11腹板外侧，第四盖板94焊接在第二槽钢12腹板外侧，第五槽钢95焊接在第一工字钢13翼板外侧，第六槽钢96焊接在第二工字钢14翼板外侧。

进一步地，见图2，所述第一侧板3的一端与第二工字钢14外侧齐平，另一端伸出第一工字钢13，伸出部的长度h1为80～200mm；所述第二侧板4的一端与第一工字钢13外侧齐平，另一端伸出第二工字钢14，伸出部的长度h2为80～200mm。两个伸出部分处于对角的位置，用于和其他构件的节点连接，可根据不同工程的实际要求，选择焊接、螺栓连接、或者销轴连接等方式。优选地，第一侧板3和第二侧板4选用强度较高的Q345钢材，以保证和其他构件节点连接的强度。

该组合板式弯曲型阻尼器中各部件的强度要求为：

1.耗能片的强度要求

耗能片中部固支，两端悬臂，两端受水平方向集中力作用，耗能片两侧受弯，支撑的屈服承载力F_d：

$M_d=\frac{2I}{h}\·f_y,$ $F_d=\frac{M_d}{l}$

式中：M_d-耗能片的屈服弯矩；

      I-耗能片屈服段截面惯性矩；

      h-耗能片屈服段截面高度；

      f_y-耗能片钢材屈服强度值；

      l-为屈服点至耗能片端部的距离。

2.第一侧板和第二侧板的设计要求

侧板受拉压作用力的过程中，不能出现强度或稳定性破坏，应始终处于弹性状态。那么侧板应满足：

$\frac{F}{A_n}\≤f_y,$

式中：F-侧板所受集中力；

      A_n-耗能片净截面面积；

-侧板受压稳定系数；

f_y-侧板钢材屈服强度值。

3.中部固定板上节点的设计要求

将耗能片和中部固定板螺栓连接的节点受拉剪力作用，耗能片左右两侧的每个螺栓受到由弯矩造成的拉力和剪力为：

$P=\frac{2M}{a\·n},$ $V=\frac{F}{n}$

式中：P-耗能片与中部固定板连接每个螺栓受到的拉力；

      M-耗能片中部受到的弯矩；

      n-耗能片与中部固定板连接螺栓个数；

      a-耗能片左右两侧螺栓的间距；

      V-耗能片与中部固定板连接每个螺栓受到的剪力；

      F-侧板所受集中力。

每个螺栓需满足：

$\sqrt{{\left(\frac{V}{N_v^b}\right)}^2+{\left(\frac{P}{N_t^b}\right)}^2}\≤1,$ $V\≤N_c^b$

式中：-一个剪力螺栓的抗剪承载力设计值；

-一个拉力螺栓的抗拉承载力设计值；

-一个剪力螺栓的承压承载力设计值。

4.第一侧板和第二侧板上节点的设计要求

侧板上每个螺栓受到的剪力为

$V=\frac{F}{n}$

需满足：

5.支撑外接节点的设计要求

节点设计时须按极限承载力验算其强度，还应考虑支撑的材料超强，应变强化等效应的影响。

本发明涉及的组合板式弯曲型阻尼器的制作方法，包括以下步骤：

1)将两排平行的耗能部件2等距放置，相邻耗能部件2的间距h3为100～400mm，见图7；

2)第一侧板3、第二侧板4的内侧均通过连接件8与耗能部件2螺接，见图8；

3)中部固定板7的两侧通过连接件8与耗能部件2螺接，见图9；

4)中部固定板7的两端通过连接件8与第一工字钢13、第二工字钢14螺接，见图10；

5)将第一封头板5、第二封头板6焊接在第一工字钢13和第二工字钢14的两端，并以工字钢的腹板为对称面在第一封头板5和第二封头板6上开设第一孔槽56，见图11。

6)在第一侧板3、第二侧板4的两端均开设与第一孔槽56相对且大小相同的第二孔槽34，并用销钉将第一孔槽56和第二孔槽34扣住，见图11；

7)将第一槽钢11扣向第一侧板3并留有1～5mm的第一间隙311，将第二槽钢12扣向第二侧板4并留有1～5mm的第二间隙412，并将第一槽钢11、第二槽钢12的翼缘外侧和第一工字钢13、第二工字钢14的翼板焊接，见图2；

最后，将第一、第二、第三、第四、第五、第六外盖板91、92、93、94、95、96焊接封装在外骨架1的上、下、前、后、左、右侧，见图6。

上述步骤中，在不影响制作整体结构的情况下，可以有多种实施方式，如可以先在第一封头板5和第二封头板6上开始第一孔槽56，然后将开有第一孔槽56的第一封头板5和第二封头板6对称焊接在工字钢腹板的两侧。

本发明提供了一种新型耗能机制的组合板式弯曲型阻尼器，为工程中实际应用提供了一种新的选择。该阻尼器通过拉压外力使侧板沿其轴向自由移动，进而使得内部的耗能片受弯进入塑性变形，并产生大变形而耗散能力，耗能片采用低碳钢，塑性变形能力强，使得整个耗能支撑的变形能力相比其他耗能支撑更具优势，特别适用于对塑性变形要求较高的建筑结构。此外，该组合板式耗能支撑外观扁平，可以完全藏于结构的墙体中，不会对使用空间造成任何影响。

Claims (10)

1.一种组合板式弯曲型阻尼器，包括外骨架(1)，所述外骨架(1)包括平行设置的第一槽钢(11)和第二槽钢(12)，所述第一槽钢(11)和第二槽钢(12)的一端均固定设有第一工字钢(13)，另一端均固定设有第二工字钢(14)，其特征在于：还包括第一侧板(3)和第二侧板(4)，第一侧板(3)设于第一槽钢(11)腹板内侧且第一侧板(3)和第一槽钢(11)之间设有第一间隙(311)，第二侧板(4)设于第二槽钢(12)腹板内侧且第二侧板(4)和第二槽钢(12)之间设有第二间隙(412)，第一侧板(3)和第二侧板(4)之间还固定设有多个并列设置的耗能部件(2)，所述耗能部件(2)垂直与第一侧板(3)和第二侧板(4)。

2.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：第一工字钢(13)和第二工字钢(14)的两端均焊接设有第一封头板(5)、第二封头板(6)，第一封头板(5)和第二封头板(6)对称布置在工字钢腹板的两侧，第一封头板(5)和第二封头板(6)上均设有第一孔槽(56)，第一侧板(3)和第二侧板(4)的两端均设有第二孔槽(34)，所述第一孔槽(56)和第二孔槽(34)通过销钉固定连接。

3.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：还包括中部固定板(7)，所述耗能部件(2)为两排，中部固定板(7)的两侧均与耗能部件(2)固定连接，且中部固定板(7)的一端与第一工字钢(13)固定连接，另一端与第二工字钢(14)固定连接，所述中部固定板(7)垂直与第一工字钢(13)、第二工字钢(14)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：还包括连接件(8)，所述耗能部件(2)通过连接件(8)分别与第一侧板(3)、第二侧板(4)、中部固定板(7)螺接，中部固定板(7)的两端通过连接件(8)分别与第一工字钢(13)、第二工字钢(14)螺接。

5.根据权利要求4所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：所述连接件(8)包括第一端板(81)和第二端板(82)，所述第一端板(81)与第二端板(82)垂直，且第二端板(82)固定设置在第一端板(81)的端部。

6.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：所述耗能部件(2)为骨头形的耗能片，包括矩形中间部(21)和设于中间部(21)两端的突出部(22)，所述突出部(22)的顶面高于中间部(21)的顶面，突出部(22)的底面低于中间部(21)的底面。

7.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：所述外骨架(1)的外侧焊接设有外盖板(9)，所述外盖板(9)包括第一、第二、第三、第四、第五、第六外盖板(91、92、93、94、95、96)，分别设于外骨架(1)的上、下、前、后、左、右侧。

8.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：所述第一侧板(3)的一端与第二工字钢(14)外侧齐平，另一端伸出第一工字钢(13)，伸出部的长度h1为80～200mm；所述第二侧板(4)的一端与第一工字钢(13)外侧齐平，另一端伸出第二工字钢(14)，伸出部的长度h2为80～200mm。

9.根据权利要求1所述的组合板式弯曲型阻尼器，其特征在于：所述耗能部件(2)的材质为低碳钢。

10.一种组合板式弯曲型阻尼器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将两排平行的耗能部件(2)等距放置；

2)第一侧板(3)、第二侧板(4)的内侧均通过连接件(8)与耗能部件(2)螺接；

3)中部固定板(7)的两侧通过连接件(8)与耗能部件(2)螺接；

4)中部固定板(7)的两端通过连接件(8)与第一工字钢(13)、第二工字钢(14)螺接；

5)将第一封头板(5)、第二封头板(6)焊接在第一工字钢(13)和第二工字钢(14)的两端，并以工字钢的腹板为对称面在第一封头板(5)和第二封头板(6)上开设第一孔槽(56)。

6)在第一侧板(3)、第二侧板(4)的两端均开设与第一孔槽(56)相对且大小相同的第二孔槽(34)，并用销钉将第一孔槽(56)和第二孔槽(34)扣住；

7)将第一槽钢(11)扣向第一侧板(3)并留有第一间隙(311)，将第二槽钢(12)扣向第二侧板(4)并留有第二间隙(412)，并将第一槽钢(11)、第二槽钢(12)的翼缘外侧和第一工字钢(13)、第二工字钢(14)的翼板焊接；

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