CN105484383A - 一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器 - Google Patents

一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器 Download PDF

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    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids

Abstract

本发明提供一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器，解决现有的金属阻尼器不能同时满足风振、小震和大震耗能要求，以及安装维修不便的技术问题，其结构包括：平行放置的两块钢制翼缘板和固设在两块所述钢制翼缘板之间的第一矩形耗能钢板和第二矩形耗能钢板；所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板具有不同的屈服强度；两块所述钢制翼缘板之间设置有固设所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的钢制侧翼板。本发明通过采用两块具有不同屈服强度的矩形耗能钢板作为屈服金属阻尼器的核心耗能部件，在风振、小震和大震时均能满足相应的耗能要求，结构简单易于实现；进一步的本发明相比现有技术安装更为便捷。

Description

一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器
技术领域
本发明涉及建筑消能减震技术领域，特别涉及一种结构被动减震控制系统中的剪切型分阶段屈服金属阻尼器。
背景技术
现有技术中，伴随大量复杂体型高层及超高层建筑结构不断涌现，对抗震设计带来了新的挑战——建筑结构不仅要满足承载力设计要求，还要达到性能化设计的目标。现有技术中的结构布置形式，梁、柱等构件的设计截面均很大，导致结构自重也即地震反应增大；此外，传统结构的建筑在经历地震冲击后，即使没有发生倒塌，依然会带来较高的针对梁、柱等构件的修复成本，并会对建筑结构的正常使用带来影响。
金属阻尼器是建筑结构中较为常见的一种消能设备。该类阻尼器运用金属材料优异的弹塑性性能，经合理设计其结构形式和力学参数，能在工程结构遭受外界作用时(如地震作用)率先屈服而消耗能量，从而保证主体结构的安全。
现有技术中的金属阻尼器在设计和性能等方面仍然存在如下问题：
现有技术中的剪切型金属阻尼器大多耗能形式单一，无法同时满足风振、小震和大震时的技术要求。
现有技术中的大部分阻尼器的屈服位移过大，只在大震下起作用，小震时则在弹性状态，耗能太少。
现有技术中的少部分阻尼器的屈服位移较小，能够满足峰震、小震时就屈服耗能，大震时也有较好的延性，能够达到大震耗能的要求，但是这类阻尼器往往附加给建筑结构的刚度较大，进而导致地震作用的增大，不利于结构抗震。
现有技术中的分阶段屈服阻尼器，其构造复杂、加工安装不便捷，进而安装作业时会消耗较多的人力和财力，增加了使用成本。
因此，研发一种加工便捷、经济，使用维修方便且能同时满足风振、小震和大震耗能要求的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，以克服上述技术缺陷成为一种必需。
发明内容
为此，本发明提供一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器，解决现有的金属阻尼器不能同时满足风振、小震和大震耗能要求，以及安装维修不便的技术问题。
为此，本发明提供一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器，包括:平行放置的两块钢制翼缘板和固设在两块所述钢制翼缘板之间的第一矩形耗能钢板和第二矩形耗能钢板；所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板具有不同的屈服强度；两块所述钢制翼缘板之间设置有固设所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的钢制侧翼板。
根据本发明的一个实施方式，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板并列安置。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述侧翼板间紧固设置有加固所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的加劲肋。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板之间紧固设置有分隔板。
根据本发明的一个实施方式，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板上下安置；所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板之间通过固设在所述钢制侧翼板间的加劲肋紧固连接。
根据本发明的一个实施方式，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板前后安置。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板为外形相同材质不同，或材质相同厚度不同的钢板。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述第一矩形耗能钢板的厚度小于等于16mm；所述第二矩形耗能钢板的厚度大于18mm。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述第一矩形耗能钢板的屈服强度大于等于100MPa，小于等于180MPa；所述第二矩形耗能钢板的屈服强度大于等于235MPa。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述钢制翼缘板上设置有若干个螺栓孔；用于将所述钢制翼缘板与建筑结构连接所需的高强度螺栓；所述高强度螺栓的杆径与所述螺栓孔相适配。
本发明通过采用两块具有不同屈服强度的矩形耗能钢板作为屈服金属阻尼器的核心耗能部件，在风振、小震和大震时均能满足相应的耗能要求；同时，本发明由于结构简单易于实现，通过将相邻钢板焊接既能达到紧固连接的技术效果，故制作成本低廉，易于维修更换部件；进一步的，由于本发明只需将钢制翼缘板与结构建筑需要吸震的部位紧固连接即可达到在地震来临时率先屈服消耗能量的技术效果，因此相比现有技术安装更为便捷。
进一步的，本发明通过将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板并列安置，达到了横向分段屈服的技术效果。
进一步的，本发明通过设置加劲肋，为将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板稳固连接提供了更稳固的结构支持。
进一步的，本发明通过在第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板间设置分隔板，在增加剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构强度的同时，为达到阻尼器分阶段屈服的技术效果提供了更进一步的结构支持。
进一步的，本发明通过将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板上下安置，达到了纵向分段屈服的技术效果。为加强第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板在接缝处的紧固连接，本发明还在该接缝处设置有加劲肋，为将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板稳固连接提供了更稳固的结构支持。
进一步的，本发明通过将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板前后安置达到了分阶段耗能效果。更进一步拓宽本发明所述剪切型分阶段屈服金属阻尼器的应用领域。
进一步的，为达到第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板具有不同屈服强度的技术效果，本发明采用将所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板设置为外形相同材质不同，或材质相同厚度不同的钢板。并为满足适应小震及大震的耗能需求，优选将第一矩形耗能钢板的厚度小于等于16mm；所述第二矩形耗能钢板的厚度大于18mm，或将所述第一矩形耗能钢板的屈服强度设置为大于等于100MPa，小于等于180MPa；所述第二矩形耗能钢板的屈服强度设置为大于等于235MPa。
本发明通过采用不同材质或不同厚度的钢片使得剪切型阻尼器能够实现分阶段屈服，从而达到无论风振、小震还是大震都能有效消耗地震能量；进一步的，本阻尼器可以根据实际工程不同的需要，简单设计出不同吨位的阻尼器，也可以通过改变两种钢片的材质或厚度来改变阻尼器在不同屈服位移下的耗能性能，具有简单易改造的性能来满足不同实际工程的需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为本发明实施例1中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的改进结构示意图；
图4为本发明实施例1中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的改进结构示意图；
图5为图4的主视图；
图6为本发明实施例2中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图7为本发明实施例2中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的改进结构示意图；
图8为本发明实施例3中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图9为本发明实施例4中剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
实施例1：
不失一般性，如图1～2所示，本发明提供一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器，包括:平行放置的两块钢制翼缘板100和固设在两块所述钢制翼缘板之间的第一矩形耗能钢板200和第二矩形耗能钢板300；所述第一矩形耗能钢板200与第二矩形耗能钢板300具有不同的屈服强度；两块所述钢制翼缘板100之间设置有固设所述第一矩形耗能钢板200与第二矩形耗能钢板300所需的钢制侧翼板400。
优选的，本发明可通过焊接实现上述结构相邻部件间的紧固连接。
本发明通过采用两块具有不同屈服强度的矩形耗能钢板作为屈服金属阻尼器的核心耗能部件，在风振、小震和大震时均能满足相应的吸能要求；同时，本发明由于结构简单易于实现，通过将相邻钢板焊接既能达到紧固连接的技术效果，故制作成本低廉，易于维修更换部件；进一步的，由于本发明只需将钢制翼缘板与结构建筑需要吸震的部位紧固连接即可达到在地震来临时率先屈服消耗能量的技术效果，因此相比现有技术安装更为便捷。
进一步的，如图1～2所示，在本实施例的一个优选技术方案中，当所述钢制翼缘板100水平放置时，所述第一矩形耗能钢板200与第二矩形耗能钢板300并列安置，达到了横向分段屈服的技术效果。
进一步的，如图3所示，在本实施例的一个优选技术方案中，所述侧翼板间紧固设置有加固所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的加劲肋500。优选的，加劲肋500在第一矩形耗能钢板200与第二矩形耗能钢板300的板平面两侧对称设置。加劲肋的设置，为将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板稳固连接提供了更稳固的结构支持。
需要说明的是，由于通过设置肋板加强框架的结构强度为现有技术，故为满足结构强度需要而为剪切型分阶段屈服金属阻尼器设置的任意数量的加劲肋，将加劲肋设置成任意型号的钢材，以及将加劲肋设计为任意厚度均应落入本发明的保护范围。
进一步的，如图4～5所示，在本实施例的一个优选技术方案中，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板之间紧固设置有分隔板600。分隔板的设置，在增加剪切型分阶段屈服金属阻尼器的结构强度的同时，为达到阻尼器分阶段屈服的技术效果提供了更进一步的结构支持。
使用时，只需将两块钢制翼缘板100分别与建筑结构的两端紧固连接，在地震来临时，利用第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板分阶段屈服，既能达到所需分阶段耗能的技术效果，有效降低地震对结构建筑的冲击与损害。
实施例2：
如图6所示，本实施例在实施例1的基础上为达到了纵向分段屈服的技术效果，将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板上下安置。更进一步拓广上述剪切型分阶段屈服金属阻尼器的应用场合。
进一步的，如图7所示，为加强第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板在接缝处的紧固连接，本发明还在该接缝处设置有加劲肋500，为将第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板稳固连接提供了更稳固的结构支持。
实施例3：
如图8所示，为满足分阶段耗能的使用需要，当所述钢制翼缘板100水平放置时，将第一矩形耗能钢板200与第二矩形耗能钢板300前后安置。更进一步拓宽上述剪切型分阶段屈服金属阻尼器的应用领域。
需要说明的是，由于通过加设加劲肋加强第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板固定的牢固性在前述实施例中已经涉及，其技术手段也非本实施例的核心发明点，故在本实施例中其相关结构不再图示与赘述。
实施例4：
为达到第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板具有不同屈服强度的技术效果，本发明采用将所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板设置为外形相同材质不同，或材质相同厚度不同的钢板。并为满足适应小震及大震的耗能需求，优选将第一矩形耗能钢板的厚度小于等于16mm；所述第二矩形耗能钢板的厚度大于18mm，或将所述第一矩形耗能钢板的屈服强度设置为大于等于100MPa，小于等于180MPa；所述第二矩形耗能钢板的屈服强度设置为大于等于235MPa。
进一步的，如图9所示，为方便钢制翼缘板与结构建筑间紧固连接，所述钢制翼缘板上设置有若干个螺栓孔700。需要说明的是，钢制翼缘板与结构建筑间紧固连接的形式不限于螺栓连接，现有技术中常见的连接形式如焊接或铆接等适合应用在本发明中的连接形式也应落入本发明的保护范围。
进一步的，为更进一步方便钢制翼缘板与结构建筑间紧固连接，所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器还包括，用于将所述钢制翼缘板与建筑建构连接所需的高强度螺栓；所述高强度螺栓的杆径与所述螺栓孔相适配。
需要说明的是，由于位于不同地震带上的建筑物对剪切型分阶段屈服金属阻尼器的耗能参数要求也不相同，故根据实际使用需要而选择的任意屈服强度的耗能钢板作为第一矩形耗能钢板或第二矩形耗能钢板均应落入本发明的保护范围。
此外，本发明上述实施例中钢制翼缘板的外形不限于图示中所示的矩形，为满足与结构建筑物实际连接需要而将其切割成任意平面外形的钢板均应落入本发明的保护范围。
以上发明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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。

Claims (10)

1.一种剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，包括:平行放置的两块钢制翼缘板和固设在两块所述钢制翼缘板之间的第一矩形耗能钢板和第二矩形耗能钢板；所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板具有不同的屈服强度；两块所述钢制翼缘板之间设置有固设所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的钢制侧翼板。
2.根据权利要求1所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板并列安置。
3.根据权利要求2所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述侧翼板间紧固设置有加固所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板所需的加劲肋。
4.根据权利要求2所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板之间紧固设置有分隔板。
5.根据权利要求1所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板上下安置；所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板之间通过固设在所述钢制侧翼板间的加劲肋紧固连接。
6.根据权利要求1所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，当所述钢制翼缘板水平放置时，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板前后安置。
7.根据权利要求1～6项中任一项所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述第一矩形耗能钢板与第二矩形耗能钢板为外形相同材质不同，或材质相同厚度不同的钢板。
8.根据权利要求7所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述第一矩形耗能钢板的厚度小于等于16mm；所述第二矩形耗能钢板的厚度大于18mm。
9.根据权利要求7所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述第一矩形耗能钢板的屈服强度大于等于100MPa，小于等于180MPa；所述第二矩形耗能钢板的屈服强度大于等于235MPa。
10.根据权利要求1～6项中任一项所述的剪切型分阶段屈服金属阻尼器，其中，所述钢制翼缘板上设置有若干个螺栓孔；所述剪切型分阶段屈服金属阻尼器还包括，用于将所述钢制翼缘板与建筑结构连接所需的高强度螺栓；所述高强度螺栓的杆径与所述螺栓孔相适配。
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