CN103696502A - 剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，包括两块L形连接钢板、矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片和套箍件；所述两块L形连接钢板相对设置，所述矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片横向安装在两块L形连接钢板之间；矩形钢片耗能组件由矩形软钢耗能钢片和矩形钢片连接板组成，圆形软钢耗能组件由圆形软钢耗能棒与圆形棒连接板组成，矩形钢片连接板和圆形棒连接板分别通过高强螺栓与L形连接钢板连接。本发明有效地解决了传统阻尼器减震耗能水准单一缺陷，而且易于安装更换、空间占有率小、对建筑功能和外观影响较小、受力分阶段清晰、并具有耗能的能力强、实用性与耐久性好。

Description

剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程抗震与减震领域，尤其涉及结构的被动减震控制系统中的金属耗能阻尼器，具体来说是一种可以为增加建筑结构阻尼、减少结构地震响应的新型剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器。

背景技术

金属耗能阻尼器是利用金属材料不同构成形式进入塑性后的滞回来耗能。由于软钢等金属材料进入塑性后具有良好的滞回能力，因而被广泛运用制造各种形式的阻尼器。从受力形式上可分为轴向屈服型、剪切屈服型、弯曲屈服型和扭转屈服型阻尼器。目前常见的阻尼器产品有：X型和三角形阻尼器、剪切型软钢阻尼器、扭转梁耗能器、弯曲梁耗能器、U行钢板耗能器、钢棒耗能器、圆环耗能器、加劲圆环耗能器等。相对于黏滞阻尼器、粘弹性阻尼器等阻尼器，金属阻尼器具有易加工、易维护、滞回耗能能力稳定等诸多优点，因此被广泛应用于工程结构的减隔震领域。

目前已有的阻尼器大多形式单一，无法同时满足小震、中震和大震时的要求。许多阻尼器只在大震下起作用，小震时阻尼器则在弹性状态，能量则由主体结构来耗散，从而造成了主体结构一定程度上的损伤；另外一些阻尼器屈服位移较小，小震屈服耗能良好，在大震时也有较好的耗能，但这类阻尼器附加给结构的刚度也较大，反而导致地震作用的增大。另一方面，当小震时阻尼器就已进入塑性变形，而未经大震需要全部更换，这样经济性较差。而地震也一般伴随着主震、余震或群震，而余震大多会紧随主震之后，且震级往往较大，延续时间较长，故研发多阶段耗能且耗能能力强的阻尼器成为当务之急。

发明内容

本发明的目的是针对现有金属耗能阻尼器存在的耗能单一的缺陷，提出了一种能够根据地震的大小实现不同耗能状态的新型剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器。

本发明采用的技术方案为：一种剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，包括两块L形连接钢板、矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片和套箍件；

所述两块L形连接钢板相对设置，所述矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片横向安装在两块L形连接钢板之间；

所述矩形钢片耗能组件由矩形软钢耗能钢片和矩形钢片连接板组成，两片并行设置的矩形软钢耗能钢片的两端焊接有矩形钢片连接板；所述圆形软钢耗能组件由圆形软钢耗能棒与圆形棒连接板组成，两个并行设置的圆形软钢耗能棒的两端焊接有圆形棒连接板；

所述矩形钢片连接板和圆形棒连接板分别通过高强螺栓与L形连接钢板连接，所述X形软钢耗能钢片的两端伸出L形连接钢板，并与套箍件连接；

所述矩形软钢耗能钢片的面设置成水平面，X形软钢耗能钢片的面设置成垂直面。

作为优选，所述矩形软钢耗能钢片、圆形软钢耗能棒、X形软钢耗能钢片采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的软钢制成。

作为优选，所述L形连接钢板、矩形钢片连接板、圆形棒连接板和套箍件采用屈服强度大于等于235MPa的钢材制成。

作为优选，所述矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片横向安装在两块L形连接钢板之间的排列方式为：由上、下并排的两列组成，每列均是矩形钢片耗能组件在中间、矩形钢片耗能组件的两侧是圆形软钢耗能组件、圆形软钢耗能组件两外侧是X形软钢耗能钢片。

作为优选，所述L形连接钢板的水平面部分通过高强螺栓与建筑结构相连。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明通过采用不同形状及耗能方式的软钢耗能组件组成，矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件和X形钢片耗能钢片安装在L形连接钢板的腔体内，其中矩形软钢耗能组件初始刚度大、耗能能力强、屈服位移较小，属于剪切型，小震时矩形软钢耗能钢片经历较小的位移可进入塑性耗能；圆形软钢耗能组件初始刚度较矩形软钢耗能钢片小，耗能能力强且韧性好，属于剪弯型，进入中震时圆形软钢耗能组件逐步进入塑性耗能，与矩形软钢耗能钢片共同耗能，同时起着很好的过渡作用；X形软钢耗能钢片初始刚度小、屈服位移较大，属于弯曲型，大震时X形软钢耗能钢片开始屈服，与矩形软钢耗能钢片与圆形软钢耗能组件共同耗能，从而实现阻尼器的分阶段屈服耗能的效果。

本发明有效地解决了传统阻尼器减震耗能水准单一缺陷，而且易于安装更换、空间占有率小、对建筑的功能和外观影响较小、受力分阶段清晰、制造成本低，并具有耗能的能力强、实用性与耐久性好。

本发明在实际工程设计中，可以根据实际要求调节组成部件的尺寸、数量、材料等参数制作不同初始刚度、塑性滞回耗能能力的阻尼器。

附图说明

图1为本发明的阻尼器立体结构示意图；

图2为本发明的阻尼器内部布置示意图；

图3为本发明的矩形钢片耗能组件结构示意图；

图4为本发明的圆形软钢耗能组件结构示意图；

图5为本发明的阻尼器安装结构侧面示意图；

图6为本发明的阻尼器在建筑结构中采用中间柱型安装的示意图；

图7为本发明的阻尼器在建筑结构中采用支撑型安装的示意图。

其中：1—L形连接钢板；2—矩形软钢耗能钢片；3—矩形钢片连接板；4—圆形软钢耗能棒；5—圆形棒连接板；6—X形软钢耗能钢片；7—套箍件；8—矩形钢片耗能组件；9—圆形软钢耗能组件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步说明：

如图1-5所示：一种剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，该阻尼器由两块L形连接钢板1、矩形软钢耗能钢片2、矩形钢片连接板3、圆形软钢耗能棒4、圆形棒连接板5、X形软钢耗能钢片6和套箍件7组成；其中，两块并行设置的矩形软钢耗能钢片2与上下两块矩形钢片连接板3垂直焊接构成矩形钢片耗能组件8；两个圆形软钢耗能棒4与上下两块圆形棒连接板5垂直焊接构成圆形软钢耗能组件9；矩形钢片耗能组件8、圆形软钢耗能组件9可分别通过高强螺栓与L形连接钢板1相连；X形软钢耗能钢片6和两端伸出L形连接钢板1的部分与套箍件7连接。其中X形软钢耗能钢片6、矩形钢片耗能组件8和圆形软钢耗能组件9的数量可根据实际工程需要选用；L形侧钢板1的水平面部分通过高强螺栓与建筑结构相连。

本发明的剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器是依靠软钢材料在外力作用下进入塑性状态滞回耗能吸收能量。为了让阻尼器可以尽早地进入工作状态，耗能材料软钢的屈服强度不宜过高且具有较大的延性，所以矩形软钢耗能钢片2、圆形软钢耗能棒4、X形软钢耗能钢片6采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的软钢制成，其尺寸可根据实际方案中耗能要求确定。另外为保证阻尼器性能的稳定，L形连接钢板1、矩形钢片连接板3、圆形棒连接板5和套箍件7都采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成，并具有一定的厚度。在实际工程设计中，可以根据实际要求调节组成部件的尺寸、数量、材料等参数制作不同初始刚度、塑性滞回耗能能力的阻尼器。

实施例1

本发明采用中间柱型安装在建筑结构中时，如图6所示，数个剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器组合在一起，安装于建筑的主体结构中。剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器上部的L形侧钢板的顶部水平面部分通过高强螺栓与楼层的上梁相连，下部的L形侧钢板1的底部水平面部分通过高强螺栓与楼层下部的墙型支撑相连。当发生地震时，每个阻尼器中的两个L形侧钢板产生相对位移，小震时由于矩形软钢耗能组件屈服位移较小，很小位移时首先开始进行塑性变形耗能，这是第一阶段的耗能，可以耗散小震时地震能量；中震时圆形软钢耗能组件初始刚度较矩形软钢耗能组件小，耗能能力强且韧性好，属于剪弯型，进入中震时圆形软钢耗能组件逐步进入塑性耗能，与矩形软钢耗能组件共同耗能，同时起着很好的过渡作用，此为第二阶段屈服耗能；大震时由于X形软钢耗能钢片初始刚度小、屈服位移较大，属于弯曲型，大震时X形软钢耗能钢片开始屈服，与矩形软钢耗能组件与圆形软钢耗能组件共同耗能，耗散地震能量，此为第三阶段屈服耗能。实际使用中X形软钢耗能钢片的数量相对较多，可作为耗能储备在大震时消耗更多的能量，最终保护主体结构安全的目的。

实施例2

本发明采用支撑型安装在建筑结构中时，如图7所示，数个剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器组合在一起，安装于建筑的主体结构中。剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器上部的L形侧钢板的顶部水平面部分通过高强螺栓与楼层的上梁相连，下部的L形侧钢板的底部水平面部分通过高强螺栓与楼层下部的主梁上设置的人字形钢支撑相连，支撑起到固定阻尼器的作用。当发生地震时，每个阻尼器中的两个L形侧钢板产生相对位移，小震时由于矩形软钢耗能组件屈服位移较小，很小位移时首先开始进行塑性变形耗能，这是第一阶段的耗能，可以耗散小震时地震能量；中震时圆形软钢耗能组件初始刚度较矩形软钢耗能组件小，耗能能力强且韧性好，属于剪弯型，进入中震时圆形软钢耗能组件逐步进入塑性耗能，与矩形软钢耗能组件共同耗能，同时起着很好的过渡作用，此为第二阶段屈服耗能；大震时由于X形软钢耗能钢片初始刚度小、屈服位移较大，属于弯曲型，大震时X形软钢耗能钢片开始屈服，与矩形软钢耗能组件与圆形软钢耗能组件共同耗能，耗散地震能量，此为第三阶段屈服耗能。实际使用中X形软钢耗能钢片的数量相对较多，可作为耗能储备在大震时消耗更多的能量，最终保护主体结构安全的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，其特征在于：包括两块L形连接钢板、矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片和套箍件；

所述两块L形连接钢板相对设置，所述矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片横向安装在两块L形连接钢板之间；

所述矩形钢片耗能组件由矩形软钢耗能钢片和矩形钢片连接板组成，两片并行设置的矩形软钢耗能钢片的两端焊接有矩形钢片连接板；所述圆形软钢耗能组件由圆形软钢耗能棒与圆形棒连接板组成，两个并行设置的圆形软钢耗能棒的两端焊接有圆形棒连接板；

所述矩形钢片连接板和圆形棒连接板分别通过高强螺栓与L形连接钢板连接，所述X形软钢耗能钢片的两端伸出L形连接钢板，并与套箍件连接；

所述矩形软钢耗能钢片的面设置成水平面，X形软钢耗能钢片的面设置成垂直面。

2.根据权利要求1所述的剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，其特征在于：所述矩形软钢耗能钢片、圆形软钢耗能棒、X形软钢耗能钢片采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的软钢制成。

3.根据权利要求1所述的剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，其特征在于：所述L形连接钢板、矩形钢片连接板、圆形棒连接板和套箍件采用屈服强度大于等于235MPa的钢材制成。

4.根据权利要求1所述的剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，其特征在于：所述矩形钢片耗能组件、圆形软钢耗能组件、X形软钢耗能钢片横向安装在两块L形连接钢板之间的排列方式为：由上、下并排的两列组成，每列均是矩形钢片耗能组件在中间、矩形钢片耗能组件的两侧是圆形软钢耗能组件、圆形软钢耗能组件两外侧是X形软钢耗能钢片。

5.根据权利要求1所述的剪切与弯曲组合型分阶段屈服软钢阻尼器，其特征在于：所述L形连接钢板的水平面部分通过高强螺栓与建筑结构相连。

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