CN103216022B - 一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器 - Google Patents
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Abstract
一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，包括粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件，剪切耗能组合板件包括水平隔板、耗能腹板以及连接端板，水平隔板与连接端板分别固定于耗能腹板上下两端，粘弹性阻尼器设于水平隔板之上，包括由U型盖板以及位于U型盖板和水平隔板之间粘弹性阻尼夹层。粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件协同工作，通过剪切滞回变形耗散输入结构中的振动能量，从而减轻主体结构破坏，实现本发明同时控制风振和减震的目的。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，涉及一种组合耗能器，可应用于土木工程结构风振及减震控制。
背景技术
建筑结构的消能减振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振装置及斜撑、墙体、梁或节点等支撑构件组成。粘弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置，无需较大的相对变形就能发挥振动控制效果，能同时用于结构地震及风振控制。然而由于粘弹性材料的抗剪及变形能力有限，导致其耗能能力有限，导致粘弹性阻尼器应用于风振和减震控制有较大差别。与风振控制相比，减震控制需要提供更大的阻尼力。
金属剪切板作为一种位移型阻尼器，是利用板平面内的弹塑性剪切滞回变形耗散地震输入能量。低屈服点软钢的引入能确保剪切板在较小的变形需求下进入屈服状态，在腹板屈曲前充分发挥剪切变形能力和耗能潜力，实现全板面剪切耗能，尤其在强震作用下具有优越的减震效果。随着高层建筑风振和减震控制一体化趋势及不同耗能机制阻尼器组合方式的优化，组合消能减震装置显示出了更大的性能优势和应用前景。因此，有必要提供一种组合耗能器，以同时发挥不同耗能器的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时实现风振和减震控制的粘弹性-软钢剪切型组合耗能器。
本发明的方案如下：
一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，包括粘粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件，所述剪切耗能组合板件包括水平隔板、耗能腹板以及连接端板，所述水平隔板与所述连接端板分别固定于所述耗能腹板上下两端，所述粘弹性阻尼器设于所述水平隔板之上，包括由U型盖板以及位于所述U型盖板和所述水平隔板之间粘弹性阻尼夹层。
所述耗能腹板上设有翼缘板，所述翼缘板竖向设置，对称固定于所述耗能腹板两侧。
所述耗能腹板上还设有加劲肋，所述加劲肋分别水平及竖向设置，固定于所述耗能腹板板面上。
所述U型盖板的两侧板和所述水平隔板之间横向设有减振弹簧，所述减振弹簧连接所述U型盖板和所述水平隔板。
所述减振弹簧为钢制弹簧。
所述粘弹性阻尼层与U型盖板1以及水平隔板3硫化粘结。
所述U型盖板、所述水平隔板、所述连接端板以及所述翼缘板由屈服强度不小于235MPa的钢材制成。
所述耗能腹板由屈服强度不大于235MPa的软钢制成。
所述粘弹性阻尼层的材料为高分子聚合物。
所述粘弹性-剪切型组合耗能器可采用立柱式或支撑式两种布置形式。
本发明的有益效果如下：一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，在风振或小震等较小振动条件下，粘弹性阻尼器提供阻尼力，耗能腹板保持弹性状态；在强震作用下，当粘弹性阻尼层剪切变形达到预设限值，粘弹性阻尼器作为一个整体与连接端板之间产生相对运动，带动耗能腹板产生剪切变形，形成剪切屈服。粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件协同工作，通过剪切滞回变形耗散输入结构中的振动能量，从而减轻主体结构破坏，实现本发明同时控制风振和减震的目的。
附图说明
图1为其中一实施例的主视示意图；
图2为其中一实施例的左视示意图；
图3为其中一实施例的A-A剖面示意图；
图4为其中一实施例的B-B剖面示意图；
图5为本发明一实施例的立柱式安装示意图；
图6为本发明一实施例的第一支撑式安装示意图；
图7为本发明一实施例的第二支撑式安装示意图；
图中标号说明：1-U型盖板；2-粘弹性阻尼层；3-水平隔板；4-减振弹簧；5-耗能腹板；6-连接端板；7-翼缘板；8-加劲肋。
具体实施方式
如图1～4所示，一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器10，包括粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件。剪切耗能组合板件包括水平隔板3、耗能腹板5以及连接端板6，水平隔板3与连接端板6分别固定于耗能腹板5的上下两端，本实施例采用焊接方式固定。粘弹性阻尼器设于水平隔板3上，包括由U型盖板1以及位于U型盖板1和水平隔板3之间粘弹性阻尼夹层2。粘弹性阻尼层2与U型盖板1及水平隔板3之间硫化粘结。
U型盖板1的长度大于粘弹性阻尼夹层2的长度，包围粘弹性阻尼夹层2，使得粘弹性阻尼层2发生剪切变形时，粘弹性阻尼层2的位移范围限制在U型盖板1的长度范围内，以防止粘弹性阻尼层2超过最大变形程度，导致组合耗能器损坏。
如图4所示，耗能腹板5上还设有翼缘板7以及加劲肋8。翼缘板7竖向设置，对称固定于耗能腹板5两侧，加劲肋8分别水平及竖向设置，固定于耗能腹板5的板面上。本实施例中，翼缘板7以及加劲肋8采用焊接方式固定于耗能腹板5上。耗能腹板5产生平面内剪切变形时，为了延缓其出现平面外屈曲，避免耗能腹板5出现强度和刚度的退化，故在耗能腹板5上设置加劲肋8，以减小耗能腹板5的宽厚比，确保其在屈曲前充分发展弹塑性变形，形成稳定的剪切耗能机制。翼缘板7能约束耗能腹板5边界转动，且通过弯曲变形承担部分剪力。
U型盖板1、水平隔板3、连接端板6及竖向翼缘板7由屈服强度不小于235MPa的钢材制成，其尺寸应满足刚性要求。耗能腹板5由不大于235MPa的软钢制成，其尺寸根据结构耗能需求确定。粘弹性阻尼层2为高分子聚合物材料，与U型盖板1及水平隔板3硫化粘结，其尺寸根据减震需求确定。加劲肋8根据耗能腹板5防屈曲要求进行设计。
U型盖板1的两侧板和水平隔板3之间横向设有减振弹簧4。减振弹簧4连接U型盖板1和水平隔板3。本实施例中，减振弹簧4为钢制弹簧，两端分别与U型盖板1及水平隔板3连接。减振弹簧的初始长度，即U型盖板1与水平隔板3之间的水平间隙距离，取决于粘弹性材料的变形限值和剪切板屈服位移，减振弹簧的刚度应根据粘弹性阻尼层耗能需求进行设计。在U型盖板1和水平隔板3之间设置减振弹簧4，既可以增加组合耗能器的减震功效，同时防止工作中，U型盖板1和水平隔板3由于水平相对运动而发生的碰撞。
下面结合本发明在框架结构中的安装示意图说明本发明的工作原理。
如图5所示，第一实施例中，本发明选取立柱式布置形式，即粘弹性-软钢剪切型组合耗能器10通过上下两个支柱20连接于框架梁上，安装于楼层高度的中间位置。
如6和图7所示，第二实施例中，本发明选取支撑式布置形式。图6中，粘弹性-软钢剪切型组合耗能器10通过斜撑连接于框架上，可布置于框架梁底部与人字形支撑顶部之间；图7中本发明采用X型支撑形式布置于楼层高度的中间位置。
两者相比，支撑式布置形式弹性刚度相对较大，能确保组合耗能器发挥较大的耗能能力。立柱式布置形式占用建筑空间较小，可满足下部通行要求。
第一和第二实施例中，本发明可采用螺栓连接或者焊接的方式进行装配。具体而言，图5至图7中所示的支柱20或斜撑30首先与框架梁上预埋部件连接。然后粘弹性-软钢剪切型组合耗能器10的U型盖板1与连接端板6上分别开有螺孔，通过高强螺栓连接副与支柱20或斜撑30的连接端板相连，以实现本发明的安装，保证剪力传递。在实际装配中，也可通过焊接的方式实现本发明与支柱20或者斜撑30相连，或者在采用螺栓连接后，通过焊接进一步加强连接强度。由于两种布置形式均采用现场装配，质量易于控制，便于震损替换。
安装完毕后，当外部激励引起框架层间相对位移时，U型盖板1与水平隔板3产生往复相对运动，带动粘弹性阻尼层2产生剪切滞回变形，提供阻尼力，同时两侧减振弹簧4分别轴向拉伸和挤压，耗能腹板则保持弹性状态。当层间位移增大到一定程度，减振弹簧4达到轴向变形极限值时，即粘弹性阻尼层2剪切变形达到预设限值，此时，U型盖板1、粘弹性阻尼层2、水平隔板3及减振弹簧4将作为一个整体与连接端板6之间产生相对运动，带动耗能腹板5产生剪切变形，并形成剪切屈服，当U型盖板1与水平隔板3之间的相对位移增量改变方向后，粘弹性阻尼层2产生反向剪切变形，如此往复，粘弹性阻尼层2和耗能腹板5协同工作，通过剪切滞回变形耗散输入结构中的振动能量，从而减轻主体结构破坏，实现第一实施例的消能减震（振）目的。
本发明所提供的粘弹性-软钢剪切型组合耗能器10，粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件协同工作，通过剪切滞回变形耗散输入结构中的振动能量，从而减轻主体结构破坏，实现本发明同时控制风振和减震的目的。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，其特征在于：包括粘弹性阻尼器和剪切耗能组合板件，所述剪切耗能组合板件包括水平隔板、耗能腹板以及连接端板，所述水平隔板与所述连接端板分别固定于所述耗能腹板上下两端，所述粘弹性阻尼器设于所述水平隔板之上，包括由U型盖板以及位于所述U型盖板和所述水平隔板之间粘弹性阻尼夹层；
所述耗能腹板上设有翼缘板，所述翼缘板竖向设置，对称固定于所述耗能腹板两侧；
所述耗能腹板上还设有加劲肋，所述加劲肋分别水平及竖向设置，固定于所述耗能腹板板面上；
所述U型盖板的两侧板和所述水平隔板之间横向设有减振弹簧，所述减振弹簧连接所述U型盖板和所述水平隔板；
所述粘弹性阻尼层的材料为高分子聚合物；
所述粘弹性阻尼层与U型盖板以及水平隔板硫化粘结。
2.根据权利要求1所述的粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，其特征在于：所述减振弹簧为钢制弹簧。
3.根据权利要求1所述的粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，其特征在于：所述U型盖板、所述水平隔板、所述连接端板以及所述翼缘板由屈服强度不小于235MPa的钢材制成。
4.根据权利要求1所述的粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，其特征在于：所述耗能腹板由屈服强度不大于235MPa的软钢制成。
5.根据权利要求1至4所述的任一项粘弹性-软钢剪切型组合耗能器，其特征在于：所述粘弹性-剪切型组合耗能器采用立柱式或支撑式布置形式。
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