CN104631640B - 两阶段工作金属消能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两阶段工作金属消能器，核心耗能组件包括剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件；剪切型耗能组件包括与上项板和下底板固定连接的两块矩形低屈服钢片，两块矩形低屈服钢片相互平行设置；弯曲型耗能组件包括与所述上项板和下底板固定连接的若干块矩形弯曲耗能型钢片，若干块矩形弯曲耗能型钢片相互平行并间隔设置在所述两块矩形低屈服钢片之间，同时垂直所述两块矩形低屈服钢片。本发明的两阶段工作金属消能器，根据弯曲屈服位移大于剪切屈服位移的思想，在材料上通过普通钢材和低屈服点钢材的组合使用，合理设置弯曲板与剪切板的数目，保证装置在小震和大震下两阶段屈服工作，避免结构破坏，起到保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程结构减震装置，尤其涉及一种两阶段工作金属消能器，属于工程结构的消能减震与振动控制技术。
背景技术
工程结构消能减震技术是在工程结构的某些部位设置消能装置，通过消能装置产生滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减少主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。金属消能器由于具有耗能原理明确，构造简单，耗能性能稳定的优点，且长期使用性能及维护费用都优于其他类型的耗能装置(如粘滞阻尼器，摩擦型阻尼器等)。因此，在新建工程和抗震加固工程中均得到广泛的应用。
目前已有的金属耗能装置虽然结构形状多样，但大多耗能形式单一，只能在大震下起作用，小震下耗能装置则处于弹性状态，并不能参与结构地震能量的耗散。因此，频发的小震同样会造成结构一定的损伤，产生经济损失，且耗能装置较大的附加刚度也会导致地震作用的放大。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提供一种两阶段工作金属消能器，实现大震和小震下两阶段耗能的组合式耗能装置。
技术方案：两阶段工作金属消能器，包括上顶板、下底板以及核心耗能组件；所述核心耗能组件包括剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件；所述剪切型耗能组件包括与所述上顶板和下底板固定连接的两块矩形低屈服点钢片，所述两块矩形低屈服点钢片相互平行设置；所述弯曲型耗能组件包括与所述上顶板和下底板固定连接的若干块矩形弯曲耗能型钢片，所述若干块矩形弯曲耗能型钢片相互平行并间隔设置在所述两块矩形低屈服点钢片之间，同时垂直所述两块矩形低屈服点钢片。
进一步的，所述若干块矩形弯曲耗能型钢片中部均开呈鼓形状的洞口。
进一步的，所述矩形低屈服点钢片、矩形弯曲耗能型钢片与上顶板、下底板之间通过全透对接焊连接。
进一步的，所述矩形低屈服点钢片的厚度为8～12mm，高：宽＝1.5～2.0：1。
进一步的，所述矩形弯曲耗能型钢片的厚度为16～25mm。
有益效果：本发明的一种两阶段工作金属消能器为两阶段耗能装置，在上顶板和下底板之间设置了两组耗能组件，一组是由矩形低屈服点钢片组成的剪切型耗能组件，另一组是由弯曲耗能型钢片组成的弯曲型耗能组件。工作时，消能器的上顶板通过高强螺栓和建筑结构相连，下底板通过摩擦型高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接，从而与结构之间有可靠的位移传递。当发生地震时，结构产生层间位移，上顶板与下底板会产生一个相对位移，两阶段工作金属消能器即进入工作，根据结构的设防目标，在小震作用下，拥有较小屈服位移的低屈服点钢片率先达到屈服强度，进行屈服耗能；而具有较大屈服位移的弯曲耗能型钢片则处于弹性状态，此为第一阶段耗能，即小震时的地震能量全部由先屈服的低屈服点钢片耗散，而弯曲耗能型钢片还处于弹性状态；在大震作用下，耗能装置中具有较大屈服位移的弯曲耗能型钢片也达到其屈服强度，开始进入塑性状态，此时两种类型的耗能钢片共同耗散地震能量，此为第二阶段耗能，即大震的地震能量由剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件整体耗散，此时所有耗能钢片均发生屈服，进入工作状态。最终达到衰减结构的地震反应，保护主体结构安全的目的。基于面外弯曲耗能与面内剪切耗能相结合的思路，在一个装置上同时实现小震下矩形剪切板屈服耗能，大震下鼓形开洞弯曲板屈服耗能的两阶段耗能目标，保证结构无论是在大震还是小震下不受损伤。本发明既可以用于新建筑物的抗震设计，也可以用于既有建筑物的抗震加固；还具有构造简单、性能稳定、价格低廉、安装使用方便、易于更换等优点。其中，矩形弯曲耗能型钢片数目根据工程需要灵活设置，不少于两片；剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件的具体尺寸参数需根据工程需要和减震要求具体确定。
进一步的，矩形弯曲耗能型钢片中部均开有鼓形开洞。若不开洞，矩形弯曲耗能型钢片发生平面外弯曲变形时，耗能部集中于钢片上下两端，钢片中部一直处于弹性工作状态，没有充分利用整块钢板的材料强度；而根据无开洞钢片的完全应力云图，如图5、6所示，开设相应的洞口后，钢板上的应力分布更加均匀，应力分布得到明显优化。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的整体立体示意图；
图4为本发明的内部立体示意图；
图5为矩形弯曲耗能型钢片不开孔的应力云图；
图6为矩形弯曲耗能型钢片中间开孔的应力云图；
其中：1—上顶板；2—下底板；3—矩形低屈服点钢片；4—矩形弯曲耗能型钢片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1-4所示：一种两阶段工作消能器，包括上顶板1、下底板2以及核心耗能组件。核心耗能组件包括剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件。剪切型耗能组件包括与上顶板1和下底板2固定连接的两块矩形低屈服点钢片3，两块矩形低屈服点钢片3相互平行设置。弯曲型耗能组件包括与上顶板1和下底板2固定连接的6块矩形弯曲耗能型钢片4，6块矩形弯曲耗能型钢片4相互平行并间隔设置在两块矩形低屈服点钢片3之间，同时垂直两块矩形低屈服点钢片3。钢片3采用225MPa以下的低屈服钢材加工而成。
其中，上顶板1和下底板2采用普通钢材；两块矩形低屈服点钢片3优选钢材型号为LY160，为了使剪切型耗能组件具有良好的防屈曲能力，两块矩形低屈服点钢片3厚度控制在8～12mm，高宽比控制在1.5～2.0：1；矩形弯曲耗能型钢片4采用普通碳素结构钢，这里采用Q235，板厚控制在16～25mm，在每块矩形弯曲耗能型钢片4中部均开有鼓形洞口，开洞大小根据工程实际需要而定。矩形低屈服点钢片3、矩形弯曲耗能型钢片4与上顶板1、下底板2之间通过全透对接焊连接。
在上顶板1和下底板2上分别开有两排高强螺栓孔，使用时，上顶板1通过高强螺栓与梁连接，下底板2通过摩擦型高强螺栓与人字型支撑或中间支柱连接，优选螺栓连接方便消能器的检修和更换。
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)
1.两阶段工作金属消能器，其特征在于：包括上顶板(1)、下底板(2)以及核心耗能组件；所述核心耗能组件包括剪切型耗能组件和弯曲型耗能组件；所述剪切型耗能组件包括与所述上顶板(1)和下底板(2)固定连接的两块矩形低屈服点钢片(3)，所述两块矩形低屈服点钢片(3)相互平行设置；所述弯曲型耗能组件包括与所述上顶板(1)和下底板(2)固定连接的若干块矩形弯曲耗能型钢片(4)，所述若干块矩形弯曲耗能型钢片(4)相互平行并间隔设置在所述两块矩形低屈服点钢片(3)之间，同时垂直所述两块矩形低屈服点钢片(3)，所述矩形低屈服点钢片(3)采用225MPa以下的低屈服钢材加工而成。
2.根据权利要求1所述的两阶段工作金属消能器，其特征在于：所述若干块矩形弯曲耗能型钢片(4)中部均开有呈鼓形状的洞口。
3.根据权利要求1所述的两阶段工作金属消能器，其特征在于：所述矩形低屈服点钢片(3)、矩形弯曲耗能型钢片(4)与上顶板(1)、下底板(2)之间通过全透对接焊连接。
4.根据权利要求1所述的两阶段工作金属消能器，其特征在于：所述矩形低屈服钢片(3)的厚度为8～12mm，高：宽＝1.5～2.0：1。
5.根据权利要求1所述的两阶段工作金属消能器，其特征在于：所述矩形弯曲耗能型钢片(4)的厚度为16～25mm。
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