CN105696722A - 一种位移放大的金属剪切型消能器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种位移放大的金属剪切型消能器，包括：约束箱体，顶部设有开口，底部设有第一连接板；阻尼芯板，设于约束箱体内，第一端与第一连接板连接；调节板组，第一端穿过开口并通过第一枢轴与阻尼芯板的第二端枢接，调节板组的第二端通过第二枢轴与位于约束箱体外的第二连接板枢接，调节板组上开设有临近第二枢轴的支点轴孔，支点轴孔中插设有支点轴，支点轴的两端设于约束箱体的侧壁上。本发明在第二连接板发生水平变形时，带动调节板组绕支点轴转动，对阻尼芯板施加反向的变形，阻尼芯板上端的变形大于第二连接板发生的水平变形，加速阻尼芯板进入塑性状态，充分发挥阻尼芯板耗能能力，从而提高结构的抗震能力。

Description

一种位移放大的金属剪切型消能器
技术领域
本发明涉及金属消能器设计领域，尤其涉及一种位移放大的金属剪切型消能器。
背景技术
在建筑结构中设置适当的消能部件可增强建筑结构的抗震性能，金属消能器是一种耗能性能优越及构造简单的耗能减震装置，其制作方便、造价低廉且易于更换。金属消能器既可以配合隔震支座或者隔振系统，作为其中的耗能单元或者限位装置，又可以单独用于建筑结构中作为耗能装置，提供附加的阻尼和刚度，因此具有广泛的应用前景。
金属阻尼器作为一种被动控制装置，目前已广泛应用于建筑和桥梁结构的振动控制中。在地震或风振的往复作用下，通过钢材发生塑性屈服，产生滞回变形来耗散输入结构中的能量，从而达到减轻结构损伤的目的。
剪切型阻尼器一般连接于楼层上下框架梁之间，阻尼器的变形通常小于结构的楼层变形，当结构楼层变形较小的情况下，阻尼器本身的变形更小，阻尼器屈服耗能则很难达到。此种情况下，阻尼器的耗能能力则得不到充分的发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、便于安装，消能效果显著的位移放大的金属剪切型消能器，能够放大阻尼芯板的变形，加快阻尼芯板进入塑性状态，充分发挥阻尼芯板的耗能能力，从而提高抗震能力。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种位移放大的金属剪切型消能器，包括：
约束箱体，所述约束箱体的顶部设有开口，所述约束箱体的底部设有第一连接板；
阻尼芯板，设于所述约束箱体内，所述阻尼芯板的第一端与所述第一连接板连接，所述阻尼芯板的两侧夹紧于所述约束箱体的侧壁之间；以及
调节板组，所述调节板组的第一端穿过所述开口并通过第一枢轴与所述阻尼芯板的第二端枢接，所述调节板组的第二端通过第二枢轴与位于所述约束箱体外的第二连接板枢接，所述调节板组上开设有临近所述第二枢轴的支点轴孔，所述支点轴孔中插设有支点轴，所述支点轴的两端设于所述约束箱体的侧壁上。
本发明进一步的改进在于，所述调节板组包括夹持于所述阻尼芯板的第二端两侧的第一板体和第二板体，所述支点轴孔为沿所述第一板体和所述第二板体开设的长槽型孔，所述长槽型孔与所述支点轴之间设有弹性体。
本发明进一步的改进在于，所述弹性体为填充于所述长槽型孔与所述支点轴之间柔性物。
本发明进一步的改进在于，所述阻尼芯板的第二端开设有沿所述阻尼芯板的高度方向设置的调节孔，所述调节孔为长槽型孔，所述第一枢轴插设于所述调节孔中并可沿所述调节孔上下移动，所述第一板体和所述第二板体的第一端开设有供所述第一枢轴插设的定位孔。
本发明进一步的改进在于，所述约束箱体包括约束部分和安装部分，所述约束部分包括与所述第一连接板连接的第一约束侧板和第二约束侧板，所述第一约束侧板和所述第二约束侧板夹紧于所述阻尼芯板的两侧；所述安装部分包括与所述第一约束侧板连接的第一安装侧板和与所述第二约束侧板连接的第二安装侧板，所述第一安装侧板和所述第二安装侧板上开设有供所述支点轴插设的安装孔。
本发明进一步的改进在于，所述第一安装侧板与所述第二安装侧板之间的间距大于所述第一约束侧板与所述第二约束侧板之间的间距。
本发明进一步的改进在于，所述第一约束侧板的内侧和所述第二约束侧板的内侧与所述阻尼芯板的两侧之间设有隔离垫层。
本发明进一步的改进在于，所述第一约束侧板的外侧与所述第二约束侧板的外侧分别设有加劲肋。
本发明进一步的改进在于，所述第二连接板为T型板，包括顶板及连接于所述顶板中部的腹板，所述腹板上开设有供所述第二枢轴插设的枢接孔。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
通过在阻尼芯板的外侧设置约束箱体，可以约束阻尼芯板在剪切过程中发生的面外屈曲；在第二连接板受到载荷时，带动调节板组绕支点轴转动，对阻尼芯板施加反向的力，使阻尼芯板发生剪切变形进而屈服耗能，由于支点轴与第二枢轴之间的距离小于支点轴与第一枢轴之间的距离，起到放大阻尼芯板第二端变形的作用，即增大了阻尼芯板的剪切变形，加块阻尼芯板进入塑性状态，充分发挥阻尼芯板的耗能能力，从而提高抗震能力；同时，在支点轴孔与支点轴之间设置弹性体，可以用来释放调节板组转动时产生的竖向位移；阻尼芯板的第二端开设有沿阻尼芯板高度方向设置的调节孔，用来释放阻尼芯板发生剪切变形过程中产生的竖向变形差。
附图说明
图1为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器的结构示意图。
图2为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器的内部结构示意图。
图3为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器的剖面结构示意图。
图4为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器受载时的内部结构示意图。
图5为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器中阻尼芯板的结构示意图。
图6为本发明一种位移放大的金属剪切型消能器中调节板组的第一板体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先参阅图1～3所示，本发明一种位移放大的金属剪切型消能器主要由约束箱体11、阻尼芯板12、调节板组13、第一连接板14和第二连接板15组成。
约束箱体11的顶部设有开口110，第一连接板14密封设置于约束箱体11的底部，第一连接板14在使用时与下层建筑结构刚性连接。阻尼芯板12设于约束箱体11内，阻尼芯板12的第一端121与第一连接板14固定连接，阻尼芯板12的两侧夹紧于约束箱体11的侧壁之间。约束芯板12采用可软钢或其他延性较好的钢材制作，其形式可根据需要选择，通过阻尼芯板12发生剪切变形进而屈服耗能，约束箱体11用于约束阻尼芯板12在剪切过程中发生的面外屈曲变形。
第二连接板15设于约束箱体11的外部，并且第二连接板15在使用时与上层建筑结构刚性连接。在第二连接板15与阻尼芯板12之间连接有多组调节板组13。调节板组13的第一端131穿过约束箱体11顶部的开口110并通过第一枢轴161与阻尼芯板12的第二端122枢接，调节板组13的第二端132通过第二枢轴162与第二连接板15枢接。第二连接板15可采用T型板，包括供与上层建筑结构固定的顶板及连接于顶板中部的腹板，在腹板上开设有供第二枢轴162插设的第一枢接孔，在阻尼芯板12的第二端122开设有供第二枢轴162插设的第二枢接孔，从而使阻尼芯板12的第二端122通过第二枢轴162与第二连接板15枢接。利用阻尼芯板12在剪切变形下发生塑性屈服，产生滞回变形来耗散输入建筑结构中的能量，从而达到减轻建筑结构损伤的目的。
调节板组13上开设有临近第二枢轴162的支点轴孔17，该支点轴孔17中插设有支点轴18，支点轴18可于支点轴孔17中转动，支点轴18的两端设于约束箱体11的侧壁上，从而使得调节板组13可绕支点轴18转动，使调节板组13可相对于约束箱体11转动。
本发明通过在第二连接板15与阻尼芯板12之间设置调节板组13，调节板组13通过支点轴18与约束箱体11转动联接，调节板组13的第一端131通过第一枢轴161与阻尼芯板12枢接，调节板组13的第二端132通过第二枢轴162与第二连接板15枢接，支点轴18设置在临近第二枢轴162的位置，因此，支点轴18与第二枢轴162之间的距离S1小于支点轴18与第一枢轴161之间的距离S2，当调节板组13绕支点轴18发生转动时，阻尼芯板12上端的位移放大倍数则是S2/S1。
在第二连接板15受载时，比如第二连接板15受到水平向右的荷载时，配合图4所示，第二连接板15向右移动，带动调节板组13的第二端132随第二连接板15向右移动，使调节板组13绕支点轴18转动，对阻尼芯板12施加反向向左的变形，使阻尼芯板12发生向左的剪切变形，阻尼芯板12采用软钢或其他延性较好的钢材制作，通过阻尼芯板12发生剪切变形进而屈服耗能，由于支点轴18与第二枢轴162之间的距离S1小于支点轴18与第一枢轴161之间的距离S2，在第二连接板15受载不变的情况下，增大了阻尼芯板12的剪切变形，从而加速阻尼芯板12进入塑性状态，充分发挥阻尼芯板12的耗能能力。
进一步，调节板组13包括夹持于阻尼芯板12的第二端122两侧的第一板体191和第二板体192，如图3所示，支点轴孔17为沿第一板体192和第二板体192开设的长槽型孔，并且在该长槽型孔与支点轴18之间设有弹性体181，该弹性体181可为填充于长槽型孔与支点轴18之间柔性物，比如橡胶、硅胶等，用来释放调节板组13转动时产生的竖向位移。再配合图5所示，阻尼芯板12的第二端122开设有沿阻尼芯板12高度方向设置的调节孔123，该调节孔123为长槽型孔，在本实施例中，调节孔123竖向设置，结合图2和图3所示，第一枢轴161插设于调节孔123中并可沿调节孔123移动，调节板组13的第一板体191和第二板体的第一端开设有供第一枢轴161的端部插设的定位孔133，如图6所示，该定位孔133为圆孔，用于安装第一枢轴161。因此，阻尼芯板12与调节板组13在竖向不做约束，确保遭遇地震作用时竖向位移得以释放。
更进一步，约束箱体11包括约束部分和安装部分，约束部分包括与第一连接板14采用焊接或螺栓连接的第一约束侧板111和第二约束侧板112，第一约束侧板111和第二约束侧板112夹紧于阻尼芯板12的两侧，在第一约束侧板111的外侧与第二约束侧板112的外侧分别设有多道加劲肋21，多道加劲肋21水平通长设置，用以约束第一侧板111和第二侧板112的面外屈曲，使约束侧板能更好的约束阻尼芯板12发生剪切过程中的面外屈曲，配合第一连接板14，在水平方向上贴紧并固定阻尼芯板12，可以将水平剪切力完全传递至阻尼芯板12。第一约束侧板111的内侧和第二约束侧板112的内侧与阻尼芯板12的两侧之间还设有隔离垫层20，该隔离层既可以保护阻尼芯板12，也给阻尼芯板12的面外变形预留一定的空间。
约束箱体11的安装部分包括与第一约束侧板111焊接的第一安装侧板113和与第二约束侧板112焊接的第二安装侧板114，第一安装侧板113与第二安装侧板114之间的间距大于第一约束侧板111与第二约束侧板112之间的间距，调节板组13位于第一安装侧板113与第二安装侧板114之间，第一安装侧板113和第二安装侧板114上开设有供支点轴18插设的安装孔。
本发明位移放大的金属剪切型消能器通过在阻尼芯板的外侧设置约束箱体，可以约束阻尼芯板在剪切过程中发生的面外屈曲；通过在第二连接板与阻尼芯板之间设置调节板组，调节板组通过支点轴与约束箱体转动联接，调节板组的第一端通过第一枢轴与阻尼芯板枢接，调节板组的第二端通过第二枢轴与第二连接板枢接，支点轴设置在临近第二枢轴的位置，使支点轴与第二枢轴之间的距离小于支点轴与第一枢轴之间的距离，当第二连接板发生水平变形时，带动调节板组绕支点轴转动，对阻尼芯板施加反向的变形，由于支点轴与第二枢轴之间的距离小于支点轴与第一枢轴之间的距离，使得阻尼芯板上端的变形大于第二连接板发生的水平变形，加速阻尼芯板进入塑性状态，充分发挥阻尼芯板的耗能能力，从而提高结构的抗震能力；同时，在支点轴孔与支点轴之间设置弹性体，可以用来释放调节板组转动时产生的竖向位移。阻尼芯板的第二端开设有沿阻尼芯板高度方向的长槽孔，用来释放阻尼芯板发生剪切变形过程中产生的竖向变形差。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于，包括：
约束箱体，所述约束箱体的顶部设有开口，所述约束箱体的底部设有第一连接板；
阻尼芯板，设于所述约束箱体内，所述阻尼芯板的第一端与所述第一连接板连接，所述阻尼芯板的两侧夹紧于所述约束箱体的侧壁之间；以及
调节板组，所述调节板组的第一端穿过所述开口并通过第一枢轴与所述阻尼芯板的第二端枢接，所述调节板组的第二端通过第二枢轴与位于所述约束箱体外的第二连接板枢接，所述调节板组上开设有临近所述第二枢轴的支点轴孔，所述支点轴孔中插设有支点轴，所述支点轴的两端设于所述约束箱体的侧壁上。
2.如权利要求1所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述调节板组包括夹持于所述阻尼芯板的第二端两侧的第一板体和第二板体，所述支点轴孔为沿所述第一板体和所述第二板体开设的长槽型孔，所述长槽型孔与所述支点轴之间设有弹性体。
3.如权利要求2所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述弹性体为填充于所述长槽型孔与所述支点轴之间柔性物。
4.如权利要求2所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述阻尼芯板的第二端开设有沿所述阻尼芯板的高度方向设置的调节孔，所述调节孔为长槽型孔，所述第一枢轴插设于所述调节孔中并可沿所述调节孔上下移动，所述第一板体和所述第二板体的第一端开设有供所述第一枢轴插设的定位孔。
5.如权利要求1所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述约束箱体包括约束部分和安装部分，所述约束部分包括与所述第一连接板连接的第一约束侧板和第二约束侧板，所述第一约束侧板和所述第二约束侧板夹紧于所述阻尼芯板的两侧；所述安装部分包括与所述第一约束侧板连接的第一安装侧板和与所述第二约束侧板连接的第二安装侧板，所述第一安装侧板和所述第二安装侧板上开设有供所述支点轴插设的安装孔。
6.如权利要求5所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述第一安装侧板与所述第二安装侧板之间的间距大于所述第一约束侧板与所述第二约束侧板之间的间距。
7.如权利要求5所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述第一约束侧板的内侧和所述第二约束侧板的内侧与所述阻尼芯板的两侧之间设有隔离垫层。
8.如权利要求5所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述第一约束侧板的外侧与所述第二约束侧板的外侧分别设有加劲肋。
9.如权利要求1所述的位移放大的金属剪切型消能器，其特征在于：所述第二连接板为T型板，包括顶板及连接于所述顶板中部的腹板，所述腹板上开设有供所述第二枢轴插设的枢接孔。
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