CN105821982A - 一种两阶段出力复合式金属阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种两阶段出力复合式金属阻尼器,属于建筑物抗震减震技术领域。该阻尼器包括筒端板、钢护筒、能够沿所述阻尼器纵向移动的活动轴、中轴突、防止复合式金属泄露的隔离板、记忆合金锥形套筒、盖板、轴端板、端轴突、复合式金属及滚动万向铰。本发明可以改善原建筑结构的动力性能,两阶段出力的特性可以实现在地震荷载作用下转移和耗散结构本应该承受地震能量的功能,从而实现小、中震作用下减震耗能、大震下锁死的功能,改善原建筑结构的破坏程度,进而防止建筑结构倒塌或落梁。本发明该装置安装便捷,抗震减震效果明显。

Description

一种两阶段出力复合式金属阻尼器
技术领域
:
[0001]本发明属于建筑物抗震减震技术领域,涉及工民建及桥梁用减震阻尼器,具体涉及一种两阶段出力复合式金属阻尼器。该阻尼器可以在小、中震作用下耗能、大震下锁死,从而进行减震耗能及防止结构倒塌。
背景技术
:
[0002]随着工民建及桥梁设计理论及施工技术水平的快速发展,世界范围内的重大工程结构向复杂化、高耸化、大跨化发展,这些重大建筑结构投资非常大,一旦在地震中损坏或者倒塌都会带来不可估量的经济损失,严重者更会影响灾后救援和震后重建,带来巨大的二次经济损失。目前世界处于一个地震活跃期,几乎每天都在发生不同程度的地震,所以对结构进行减震控制具有重大的适用价值。
[0003]结构减震控制理论的核心目标是利用二次系统或附加系统吸引主体结构的振动能量从而使主体结构振动反应得到降低,以此保护结构不致破坏。阻尼器减震技术为解决传统的抗震结构体系中存在的问题提供了一条有效途径。然而,目前的速度型阻尼器如油阻尼器不可避免的会出现漏油失效,而铅阻尼器存在着泄露污染环境的可能。此外一些阻尼器为线性出力,不能在大震下发挥耗能减震的作用。因此开发无污染、非线性出力、安装灵活、分阶段进行减震控制的阻尼器具有重要的工程意义。
发明内容
:
[0004]本发明针对现有建筑用阻尼器中存在的技术问题,提供一种两阶段出力复合式金属阻尼器。本阻尼器具有小、中震作用下耗能减震、大震下锁死、安装简单、布置灵活、绿色无污染、无泄露等特点。在小、中地震作用下,阻尼器内部的复合式金属在活动轴的挤压作用下变形耗能,在大震作用下活动轴与端部形状记忆合金锥形套筒摩擦契合,迅速增大阻尼器耗能能力,从而达到在大震下耗能、锁死的功能,防止结构构件失效,进而防止结构倒Mo
[0005]本发明所提供的一种两阶段出力复合式金属阻尼器包括筒端板1、钢护筒2、能够沿所述阻尼器纵向移动的活动轴3、中轴突4、防止复合式金属泄露的隔离板5、记忆合金锥形套筒6、盖板7、轴端板8、端轴突9、复合式金属10及滚动万向铰11;所述筒端板1、钢护筒2及盖板7通过焊接形成一个封闭空间,四个对称设置的所述记忆合金锥形套筒6位于所述钢护筒2的左右端部,所述活动轴3位于所述封闭空间的中部能够沿所述阻尼器纵向移动,所述活动轴3穿过所述盖板7,所述活动轴3与所述轴端板8通过焊接形成整体;所述中轴突4及端轴突9焊接在所述活动轴3上;所述隔离板5位于所述中轴突4的左右两侧将所述封闭空间隔开,所述隔离板5用于防止复合式金属泄露,所述复合式金属10位于所述隔离板5、中轴突4及活动轴3构成的空间中;左右对称设置的所述滚动万向铰11通过焊接分别与所述筒端板I及所述轴端板8固连。
[0006]所述中轴突4与所述钢护筒2之间的间隙为0.01米,所述中轴突4上设有四个小孔,所述小孔对称布置,所述小孔孔径为0.02米。所述端轴突9的截面尺寸及斜率大于所述记忆合金锥形护筒6的内壁最小截面尺寸及斜率,能够使所述阻尼器在大震情况下通过所述端轴突9与所述记忆合金锥形护筒6之间的摩擦和挤压变形进行耗能及锁死。
[0007]本发明所提供的一种两阶段出力复合式金属阻尼器的制备及安装具体步骤如下:
[0008] (I)首先根据实际结构的几何尺寸、振动基本周期、质量、转动惯量和动力刚度等确定两阶段出力的复合式金属阻尼器的总体质量,进而计算结构分别在小震、中震和大震作用下的动力响应,通过计算结果确定阻尼器的第一阶段出力和第二阶段出力,根据第一阶段出力结果再确定中轴突4的小孔直径及其与钢护筒2内壁之间的间隙大小,根据第二阶段出力结果再确定端轴突9及记忆合金锥形护筒6的几何尺寸。
[0009] (2)根据设计方案,建立两阶段出力复合式金属阻尼器的三维空间精细化有限元模型,通过高精度数值模拟不断优化阻尼器的设计尺寸,使得阻尼器的出力达到最佳的预期效果;根据设计方案及数值分析结果,加工制作阻尼器各个部件,进而对各部件进行拼装,然后在钢护筒2上开孔,灌注液态复合式金属,待灌注饱和后封孔,存放至复合式金属凝固成型。
[0010] (3)最后,在主体施工过程中,待钢筋骨架形成之后,需预埋钢板,且钢板与钢筋骨架之间所有的接触面都要焊接,待结构浇筑成型之后,在预埋钢板上焊接阻尼器连接装置13,然后将阻尼器两端的滚动万向铰11与连接装置13通过插销连接在一起,即完成阻尼器的安装。
[0011]本发明阻尼器中的活动轴3在移动过程中使得复合式金属10在中轴突4上的小孔以及中轴突4与钢护筒2之间的间隙能够进行挤压流动耗能,端轴突9与记忆合金锥形套筒6之间通过摩擦和挤压产生较大出力及耗能。中轴突4设置四个0.02-0.10米的圆孔,且中轴突4边缘与钢护筒2内壁之间的间隙距离为0.01-0.05米;筒端板I和轴端板8上分别设置滚动万向铰11,通过滚动万向铰11与结构中的预埋件进行铰接连接,适应地震作用下的结构转动。
[0012]本发明减振原理如下:将阻尼器设置在结构上的不同构件之间,当结构承受小、中震动力作用时,阻尼器两端的构件之间发生相对变形,从而带动活动轴进行活动,而中轴突在活动过程中与钢护筒之间产生挤压力从而造成复合式金属的流动,同时中轴突预设的小孔也会对复合式金属进行挤压从而流动,以此通过复合式金属流动进行耗能;而在大震作用下阻尼器的相对位移较大且达到一定设计位移时,此时端轴突开始介入工作,通过端轴突与记忆合金锥形套筒之间的挤压与摩擦进行耗能,以此来达到迅速提高耗能能力及锁死的功能,防止结构在大震下发生严重损坏甚至倒塌现象。
[0013]与现有技术相比,本发明具有以下技术特点:
[0014] (I)本发明中的复合式金属属于绿色合成材料,无污染,非流体,不存在泄露现象。
[0015] (2)本发明具备两阶段出力的功能,在小、中震下只耗能,在大震下耗能的同时,阻尼器出力迅速增大,对结构起到‘锁死’的作用,增大结构的局部刚度,防止结构发生垮塌。
[0016] (3)本发明对于工民建及桥梁结构均适用,可以根据结构形式在不同位置灵活布置,所需空间较小,构造简单,减震耗能性价比突出。
附图说明
:
[0017]图1为本发明阻尼器的纵向剖面结构示意图;
[0018]图2为本发明阻尼器的横向剖面结构示意图;
[0019]图3为本发明阻尼器用于建筑结构减震形式示意图之一;
[0020]图4为本发明阻尼器用于建筑结构减震形式示意图之二。
[0021 ]图中:1:筒端板;2:钢护筒;3:活动轴;4:中轴突;5:隔离板;6:记忆合金锥形套筒;7:盖板;8:轴端板;9:端轴突;10:复合式金属;11:滚动万向铰;12:框架柱;13:连接装置;14:框架梁;15:桥墩;16:主梁;17:活动支座。
具体实施方式
:
[0022]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
[0023]实施例1:如图1-图3所示,本实施例的应用对象为一钢筋混凝土框架结构,框架柱12和框架梁14均为矩形截面。本实例包括固定在框架柱12和框架梁14上的阻尼器连接装置13及阻尼器自身,其中阻尼器滚动万向铰11与连接装置13通过插销进行锚固,即阻尼器两端可以自由转动。
[0024] 本实施例中,框架梁截面高度500mm,宽度300mm,框架柱截面高度400mm,宽度300mm。连接装置13应与框架柱12和框架梁14的钢筋骨架进行焊接,以确保在地震过程中阻尼器不会因连接装置断裂而失效。在框架结构的框架柱12和框架梁14施工过程中,待钢筋骨架形成之后需预埋钢板,且钢板与钢筋骨架之间所有的接触面都要焊接,待结构浇筑成型之后,在预埋钢板上焊接阻尼器连接装置13,然后将阻尼器两端的滚动万向铰11与连接装置13通过插销连接在一起,即完成阻尼器的安装。
[0025]实施例2:本实施例的结构为桥梁结构,主梁16与桥墩15之间设置活动支座17,分别在主梁16和桥墩15上面设置连接装置13,阻尼器两端的滚动万向铰11与连接装置13进行插销连接即完成阻尼器的安装。按照本实施例布置阻尼器,可以使得桥梁在小震和中震下进行耗能减震,大震下锁死主梁和桥墩的相对位移,使得桥墩和主梁共同承担地震作用,避免桥墩损毁导致的桥梁垮塌,同时,锁死的功能也可以防止主梁发生落梁现象。由于桥梁主梁宽度一般达到7米以上,所以在设计时复合式金属阻尼器的数量要大于两个,且沿着桥梁纵轴线对称布置。

Claims (3)

1.一种两阶段出力复合式金属阻尼器,其特征在于该阻尼器包括筒端板(I)、钢护筒(2)、能够沿所述阻尼器纵向移动的活动轴(3)、中轴突(4)、防止复合式金属泄露的隔离板(5)、记忆合金锥形套筒(6)、盖板(7)、轴端板(8)、端轴突(9)、复合式金属(10)及滚动万向铰(11);所述筒端板(I)、钢护筒(2)及盖板(7)通过焊接形成一个封闭空间,四个对称设置的所述记忆合金锥形套筒(6)位于所述钢护筒(2)的左右端部,所述活动轴(3)位于所述封闭空间的中部能够沿所述阻尼器纵向移动,所述活动轴(3)穿过所述盖板(7),所述活动轴(3)与所述轴端板(8)通过焊接形成整体;所述中轴突(4)及端轴突(9)焊接在所述活动轴(3)上;所述隔离板(5)位于所述中轴突(4)的左右两侧将所述封闭空间隔开,所述隔离板(5)用于防止复合式金属泄露,所述复合式金属(10)位于所述隔离板(5)、中轴突(4)及活动轴(3)构成的空间中;左右对称设置的所述滚动万向铰(11)通过焊接分别与所述筒端板(I)及所述轴端板(8)固连。
2.根据权利要求1所述的一种两阶段出力复合式金属阻尼器,其特征在于所述中轴突(4)与所述钢护筒(2)之间的间隙为0.01米,所述中轴突(4)上设有四个小孔,所述小孔对称布置,所述小孔孔径为0.02米。
3.根据权利要求1所述的一种两阶段出力复合式金属阻尼器,其特征在于所述端轴突(9)的截面尺寸及斜率大于所述记忆合金锥形护筒(6)的内壁最小截面尺寸及斜率,能够使所述阻尼器在大震情况下通过所述端轴突(9)与所述记忆合金锥形护筒(6)之间的摩擦和挤压变形进行耗能及锁死。
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