CN106401003A - 多工况工作软钢消能器 - Google Patents

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    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
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Abstract

本发明涉及多工况工作软钢消能器，包括顶板、面内弯曲屈服型耗能件、多片面外弯曲屈服型耗能件、底板。面内弯曲屈服型耗能件纵向设置于顶板、底板之间，面外弯曲屈服型耗能件横向设置于顶板、底板之间，垂直于面内弯曲屈服型耗能件。本发明将面内弯曲屈服型耗能件和面外弯曲屈服型耗能件组合使用，结合两种受力形式的力学特点，实现消能器在小震工况、中震工况和大震工况下均可有效工作的性能目标。小震工况下，面内弯曲屈服型耗能件先进入塑性状态，开始屈服工作。中震工况和大震工况下，面内弯曲屈服型耗能件与面外弯曲屈服型耗能件均进入塑性状态，屈服工作。本发明能够实现多种性能目标，具有多道耗能防线的优点。

Description

多工况工作软钢消能器
技术领域
本发明涉及多工况工作软钢消能器，属于建筑结构消能减震与振动控制技术领域。
背景技术
金属的塑性变形是消耗地震能量最有效的机制之一，制作金属消能器常用的金属材料有普通钢、低屈服点钢、铅和形状记忆合金等。软钢消能器以其屈服强度低、构造措施简单、制作成本经济、安装维护方便、滞回性能稳定、低周疲劳性能好的优点，正得到越来越广泛的应用。目前，常用的金属耗能装置按照耗能机理可分为轴向屈服耗能型、弯曲屈服耗能型、剪切屈服耗能型以及扭转屈服耗能型。
面内弯曲屈服型消能器具有初始刚度大、屈服位移较小、耗能能力优越的特点，主要代表有蜂窝状钢板消能器、槽型钢板消能器、单圆孔形软钢阻尼器。面外弯曲屈服型消能器具有初始刚度较小、屈服位移大的特点，常采用若干片平行设置，以增强其耗能能力，主要代表有X型加劲阻尼器、三角形加劲装置、菱形开洞耗能器。
目前大多数研发的软钢消能器抗震水准单一，无法同时满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震性能目标，不能有效地防止频发的小震以及大震后的余震对主体结构造成损伤。由于地震发生一般伴随主震、余震或群震的地震序列，余震往往紧随主震后不久发生，且余震震级大，延续时间长，因此要求消能器应具有多道耗能防线。
发明内容
本发明目的在于提供一种多工况工作软钢消能器，解决现有消能器耗能形式单一，无法同时满足小震工况、中震工况、大震工况的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供的多工况工作软钢消能器，包括顶板、底板、面内弯曲屈服型耗能件以及多片面外弯曲屈服型耗能件，所述面内弯曲屈服型耗能件纵向设置于所述顶板和所述底板之间，多片所述面外弯曲屈服型耗能件平行间隔设置于所述顶板和所述底板之间，且垂直于面内弯曲屈服型耗能件。
优选的，所述面内弯曲屈服型耗能件的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板和所述底板连接。
优选的，所述面内弯曲屈服型耗能件采用蜂窝状钢板消能器、槽型钢板消能器或多点屈服耗能软钢阻尼器。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板和所述底板连接。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件采用X型加劲阻尼器、菱形开洞耗能器、椭圆开洞面外弯曲屈服消能器。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件(4)数量为12～16片。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的多工况工作软钢消能器，将面内弯曲屈服型耗能件和面外弯曲屈服型耗能件组合使用，结合两种受力形式的力学特点，实现消能器在小震工况、中震工况和大震工况下均可有效工作的性能目标。小震工况下，面内弯曲屈服型耗能件先进入塑性状态，开始屈服工作，面外弯曲屈服型耗能件保持弹性状态。中震工况和大震工况下，面内弯曲屈服型耗能件与面外弯曲屈服型耗能件均进入塑性状态，屈服工作。因此，本发明提供的多工况工作软钢消能器能够实现多种性能目标，具备多道耗能防线，有效解决了频发的小震以及大震后的余震对结构造成损伤的问题。
本发明提供的多工况工作软钢消能器为非承重构件，不能够承担建筑结构的重量，在消能器安装后不改变建筑主体结构的竖向受力体系。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器的正视结构示意图；
图2为本发明图1的A-A剖面图；
图3为本发明图1的B-B剖面图；
图4为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器的侧视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器的立体示意图；
图6为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器的分解示意图；
图7为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器的恢复力模型曲线；
图8为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面内弯曲屈服型耗能件采用蜂窝状钢板消能器的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面内弯曲屈服型耗能件采用槽型钢板消能器的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面内弯曲屈服型耗能件采用多点屈服耗能软钢阻尼器的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面外弯曲屈服型耗能件采用X型加劲阻尼器的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面外弯曲屈服型耗能件采用菱形开洞耗能器的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的多工况工作软钢消能器中面外弯曲屈服型耗能件采用椭圆开洞面外弯曲屈服消能器的结构示意图。
图中：
1：顶板；2：底板；3：面内弯曲屈服型耗能件；4：面外弯曲屈服型耗能件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明提出的多工况工作软钢消能器作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施的目的。
如图1-6所示，为本发明提供的多工况工作软钢消能器，包括顶板1、底板2、面内弯曲屈服型耗能件3以及多片面外弯曲屈服型耗能件4，
所述面内弯曲屈服型耗能件3纵向设置于所述顶板1和所述底板2之间，其延伸方向与所述顶板1和所述底板2的延伸方向相同；
多片所述面外弯曲屈服型耗能件4层叠平行间隔横向设置于所述顶板1和所述底板2之间，其延伸方向与所述顶板1和所述底板2的延伸方向垂直，所述面外弯曲屈服型耗能件4与所述面内弯曲屈服型耗能件3垂直。
优选的，所述面内弯曲屈服型耗能件3的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板1和所述底板2连接。
优选的，所述面内弯曲屈服型耗能件3可使用蜂窝状钢板消能器(如图8所示)、槽型钢板消能器(如图9所示)、多点屈服耗能软钢阻尼器(如图10所示)等采用面内弯曲屈服型受力形式的消能器。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件4的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板1和所述底板2连接。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件4可使用X型加劲阻尼器(如图11所示)、菱形开洞耗能器(如图12所示)、椭圆开洞面外弯曲屈服消能器(如图13所示)等采用面外弯曲屈服型受力形式的消能器。
优选的，所述面外弯曲屈服型耗能件(4)数量为12～16片，保证消能器在中震工况和大震工况下具有足够的耗能能力，起到多道防线的作用。
如图7所示，本发明提供的多工况工作软钢消能器的恢复力模型曲线为三折线，第一个拐点对应消能器的第一屈服位移u1和第一屈服荷载P1，第二个拐点对应消能器的第二屈服位移u2和第二屈服荷载P2。在小震工况下，结构层间变形导致消能器的位移大于第一屈服位移u1，面内弯曲屈服型耗能件3进入塑性状态，开始屈服工作，此时面外弯曲屈服型耗能件4保持弹性状态。在中震工况和大震工况下，消能器的位移大于第二屈服位移u2，面外弯曲屈服型耗能件4也开始屈服工作。小震输入的能量完全由面内弯曲屈服型耗能件3消耗，中震和大震输入的能量由面内弯曲屈服型耗能件3、面外弯曲屈服型耗能件4共同消耗。由于设置了合适数量的面外弯曲屈服型耗能件4，消能器具有足够的耗能能力，起到多道防线的作用。因此，本发明提供的多工况工作软钢消能器能够有效地解决频发的小震以及大震后的余震对结构造成损伤的问题。
在整个焊接过程中，不应在面内弯曲屈服型耗能件3和面外弯曲屈服型耗能件4位置进行焊接起弧或落弧等不规范的加工工艺，以免局部热应力对屈服段性能产生不利影响。同时应注意防火、防腐处理。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.多工况工作软钢消能器，其特征在于，包括顶板(1)、底板(2)、面内弯曲屈服型耗能件(3)以及多片面外弯曲屈服型耗能件(4)，所述面内弯曲屈服型耗能件(3)纵向设置于所述顶板(1)和所述底板(2)之间，多片所述面外弯曲屈服型耗能件(4)层叠平行间隔横向设置于所述顶板(1)和所述底板(2)之间，且垂直于所述面内弯曲屈服型耗能件(3)。
2.根据权利要求1所述的多工况工作软钢消能器，其特征在于，所述面内弯曲屈服型耗能件(3)的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板(1)和所述底板(2)连接。
3.根据权利要求1所述的多工况工作软钢消能器，其特征在于，所述面内弯曲屈服型耗能件(3)采用蜂窝状钢板消能器、槽型钢板消能器或多点屈服耗能软钢阻尼器。
4.根据权利要求1所述的多工况工作软钢消能器，其特征在于，所述面外弯曲屈服型耗能件(4)的材料为低屈服点钢，采用对接熔透焊分别与所述顶板(1)和所述底板(2)连接。
5.根据权利要求1所述的多工况工作软钢消能器，其特征在于，所述面外弯曲屈服型耗能件(4)采用X型加劲阻尼器、菱形开洞耗能器或椭圆开洞面外弯曲屈服消能器。
6.根据权利要求1所述的多工况工作软钢消能器，其特征在于，所述面外弯曲屈服型耗能件(4)数量为12～16片。
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