CN106567592A - 低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，包括：耗能结构，包括耗能筒体和与所述耗能筒体连接的安装板，所述耗能筒体内部形成有空腔；填充于所述空腔内的铅芯颗粒；以及盖设于所述耗能结构顶部和底部、且封盖所述空腔的弹性盖板。采用两种耗能方式，耗能筒体的屈服耗能和铅芯颗粒的颗粒耗能，避免了金属阻尼器在中震下尚未屈服的缺陷。在小震屈服耗能时，颗粒耗能对屈服耗能能够进行补偿，解决了屈服耗能能力过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。另外，通过铅芯颗粒的摩擦和碰撞，还增强了耗能筒体的屈服耗能性能。

Description

低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特指一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器。

背景技术

金属阻尼器是一类耗能性能优越、构造简单的建筑消能减震(振)装置，其耗能机理是金属材料屈服后，产生滞回变形来耗散输入结构中的能量，从而达到消能减震的目的。金属阻尼器的优点包括：滞回耗能性能稳定，低周疲劳特性好，构造简单，造价低廉，不受环境影响，耗能性能明显。

低屈服点钢是指屈服强度在100Mpa-235Mpa之间的钢材。低屈服点钢的屈服强度低，变形能力强，塑性耗能性能好。采用低屈服点钢制造的金属阻尼器具有良好的滞回耗能性能。

当前金属阻尼器在设计和使用阶段的主要缺陷在于金属屈服与主体结构进入弹塑性阶段难以匹配。金属阻尼器的理想工作性能是：当主体结构处于弹性阶段时，阻尼器不产生屈服；当主体结构进入弹塑性阶段时，阻尼器屈服，产生塑性耗能。但是在实际使用中，很难达到其理想工作性能。金属阻尼器通常的工作状态是：设计屈服位移偏大，在中震作用下，阻尼器尚未屈服，没有起到消能减震作用，反而增大了水平地震力；设计屈服位移偏小，在小震和风振作用下阻尼器即屈服耗能，耗能能力过早发挥降低了中震和大震下的耗能性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，解决现有技术中金属阻尼器设计屈服位移偏大而导致的在中震作用下阻尼器尚未屈服并没有起到消耗减震作用的问题，及金属阻尼器屈服位移较小而导致在小震和风振作用下阻尼器即屈服耗能，使得耗能能力过早发挥而降低了中震和大震下的耗能性能的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，包括：

耗能结构，包括耗能筒体和与所述耗能筒体连接的安装板，所述耗能筒体内部形成有空腔；

填充于所述空腔内的铅芯颗粒；以及

盖设于所述耗能结构顶部和底部、且封盖所述空腔的弹性盖板。

采用两种耗能方式，耗能筒体的屈服耗能和铅芯颗粒的颗粒耗能，避免了金属阻尼器在中震下尚未屈服的缺陷。在小震屈服耗能时，颗粒耗能对屈服耗能能够进行补偿，解决了屈服耗能能力过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。另外，通过铅芯颗粒的摩擦和碰撞，还增强了耗能筒体的屈服耗能性能。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述耗能结构还包括套设于所述耗能筒体外侧的刚性筒体，所述刚性筒体和所述耗能筒体之间形成有间隙，所述间隙内填充有金属颗粒，所述刚性筒体上对应所述安装板开设有贯穿口。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述金属颗粒为球形状或椭圆体状。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述弹性盖板与所述耗能结构呈一体结构。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述耗能筒体的空腔内装设有可伸缩的连接板，所述连接板与所述耗能筒体的内壁铰接连接。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述连接板上与所述耗能筒体相接的端部通过连接片与所述耗能筒体铰接连接。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述连接板包括横纵交错连接的多个板条，所述板条间的交接处通过连接轴铰接。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述连接板沿所述耗能筒体的内壁间隔设置。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述弹性盖板包括橡胶结构层和嵌设于所述橡胶结构层内的多个环板，多个所述环板同心设置，且所述耗能筒体的顶端和底端位于两个环板之间。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的进一步改进在于，所述耗能筒体为低屈服点钢耗能筒体。

附图说明

图1为本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的剖视图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图3为本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器中弹性盖板的剖视图中透视耗能筒体和刚性筒体的结构示意图。

图4为本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器应用于框架结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，用于建筑结构的减震耗能，当结构处于弹性阶段时，阻尼器耗能模式主要为低屈服点钢屈服耗能。当结构进入弹塑性阶段后，通过颗粒耗能对金属阻尼器在小震下的屈服耗能进行补偿。颗粒耗能是一种被动耗能减震控制技术，优点在于加宽了阻尼器的减震频带，且其减震性能不随时间降低。颗粒阻尼器的原理是：当颗粒阻尼器处于较强烈振动时，其中的阻尼颗粒产生相对运动个摩擦，从而产生较大的阻尼效应。阻尼颗粒分为金属颗粒和非金属颗粒，常用的阻尼颗粒材料有钢颗粒、碳化钨颗粒、砂颗粒及卵砾颗粒。本发明的阻尼器的耗能原理为：在小震作用下，内层低屈服点钢耗能筒体在屈服前，阻尼器对结构提供刚度。内层低屈服点钢耗能筒体屈服后，内层低屈服点钢筒体产生塑性耗能，同时金属颗粒通过摩擦和碰撞对阻尼器提供钢耗能能力，伸缩式连接板随内层低屈服点钢耗能筒体变形而变形，对铅芯颗粒产生挤压效应，增大了铅芯颗粒的摩擦和碰撞耗能，对低屈服点钢耗能筒体在小震下屈服耗能进行补偿。下面结合附图对本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器进行说明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器20，包括耗能结构21、铅芯颗粒22、弹性盖板23，耗能结构21包括耗能筒体211和与耗能筒体211连接的安装板212，耗能筒体211内部形成有空腔2111，铅芯颗粒22填充于空腔2111内，弹性盖板23盖设于耗能结构21的顶部和底部，该弹性盖板23将空腔2111封盖，使得空腔2111内为密闭结构。耗能结构21在地震作用下，能够屈服耗能，且耗能结构21在屈服前对建筑结构提供刚度，在屈服后产生塑性耗能，起到减震效果。耗能结构21中的耗能筒体211具有屈服耗能作用，安装板212与耗能筒体211连接，阻尼器20通过安装板212与结构构件连接，安装板212将结构受到的地震作用直接传递给耗能筒体211，通过耗能筒体211进行屈服耗能。装设在空腔2111内的铅芯颗粒22提供颗粒耗能，在耗能筒体211的空腔2111内满填铅芯颗粒22，耗能筒体211屈服耗能而形变时，会对空腔2111内的铅芯颗粒22产生挤压，从而铅芯颗粒间、及铅芯颗粒与耗能筒体211间碰撞和摩擦耗能，对耗能筒体211的屈服耗能进行补偿，解决了屈服耗能能力过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。

如图1和图2所示，作为本发明的一较佳实施方式，耗能结构21还包括套设在耗能筒体211外侧的刚性筒体213，刚性筒体213和耗能筒体211之间形成有间隙214，间隙214内填充有金属颗粒215，刚性筒体213上对应安装板212开设有贯穿口。安装板212穿过刚性筒体213上的贯穿口与耗能筒体211的外壁固定连接。在刚性筒体213和耗能筒体211之间的间隙214内满填金属颗粒215，利用金属颗粒215提供颗粒耗能。当耗能筒体211屈服耗能后，金属颗粒215产生摩擦和碰撞耗能，对耗能筒体211的屈服耗能进行补偿，进一步解决屈服耗能能力过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。

本发明的阻尼器采用金属颗粒和铅芯颗粒两种方式实现颗粒耗能，利用颗粒耗能对屈服耗能进行补偿，从而使阻尼器在小震作用下屈服，避免了金属阻尼器在中震下尚未屈服的缺陷。由于采用了颗粒耗能进行补偿，能够很好的解决屈服耗能能力过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。

如图2和图3所示，弹性盖板23与耗能结构21呈一体结构。弹性盖板23包括橡胶结构层231和嵌设于橡胶结构层231内的多个环板232，多个环板232同心设置，且耗能筒体211的顶端和底端位于两个环板232之间。较佳地，橡胶结构层231采用天然橡胶制成，在该橡胶结构层231内部嵌设有环板232，环板232间留设有间距，且多个环板232与橡胶结构层231同心设置。环板232采用环状钢板，通过设置多个环板232为弹性盖板23提供刚度，能够确保弹性盖板23的平面外刚度。橡胶结构层231与耗能筒体211和刚性筒体213的端面相接触，利用硫化工艺将橡胶结构层231与耗能筒体211和刚性筒体213制成一体，从而使得位于上下的两个弹性盖板23与耗能结构21中的耗能筒体211和刚性筒体213呈一体结构。弹性盖板23中的橡胶结构层231与耗能筒体211的端面相接触，使得弹性盖板23不会影响耗能筒体211的屈服耗能的变形。

如图1和图2所示，作为本发明的一较佳实施方式，在耗能筒体211的空腔2111内装设有可伸缩的连接板24，该连接板24为可伸缩结构，在耗能筒体211屈服耗能产生变形时，连接板24会随着耗能筒体211的变形而一起变形。连接板24与耗能筒体211的内壁铰接连接。连接板24装设于空腔2111内，连接板24与空腔2111内的铅芯颗粒22相接触，在耗能筒体211屈服耗能产生变形时，连接板24随着耗能筒体211的变形而伸缩变形时，连接板24会对铅芯颗粒22产生挤压效应，增大了铅芯颗粒22的摩擦和碰撞耗能，提高了对屈服耗能的补偿能力。较佳地，连接板24上与耗能筒体211相接的端部通过连接片25与耗能筒体211铰接连接。连接板24的端部与连接片25铰接，连接片25与耗能筒体211的内壁焊接固定。

如图1和图2所示，作为本发明的一较佳实施方式，连接板24包括横纵交错连接的多个板条241，板条241间的交接处通过连接轴242铰接，使得各个板条241可绕着连接轴242进行任意转动，以实现连接板24的可伸缩变形。多个板条241连接形成网格板，连接轴242较佳采用铆钉，板条241采用钢板条，钢板条采用普通钢材制作，钢材的屈服强度在235Mpa以上。连接形成伸缩式的网格板，该网格板的的网格密度可根据设计要求进行选择。较佳地，连接板24沿着耗能筒体211的内壁间隔设置，连接板24的设置数量可根据设计要求进行选择。

作为本发明的一较佳实施方式，耗能筒体211为低屈服点钢耗能筒体，采用低屈服点钢制作而成，低屈服点钢的屈服强度为100Mpa至235Mpa之间。耗能筒体211的形状为柱状体，可以采用圆柱体、方柱体、多边形柱体、或者其他形状的柱体。图1中所示的结构为圆柱体状的耗能筒体211，连接板24为方形状，该连接板24的四个角部分别通过连接片25与耗能筒体211的内壁铰接连接。刚性筒体213采用普通钢材制作，钢材的屈服强度在235Mpa以上。

作为本发明的一较佳实施方式，金属颗粒215采用钢、铜、铝等金属材料，金属颗粒215的形状为球形状或椭圆体状。

如图1和图2所示，安装板212上开设有安装孔2121，通过安装孔2121与建筑结构连接，从而将阻尼器20安装于建筑结构上。下面结合图3，对本发明的阻尼器20的安装过程进行说明。

如图4所示，下面以阻尼器20装设于框架结构上为例，对阻尼器20的安装过程进行说明。

框架结构包括框架梁11和立设于框架梁11两端的框架柱12，框架柱12和框架梁11连接呈门形状。本发明的阻尼器20置于框架结构的内部，框架梁11和框架柱12的连接处设置有连接板材，框架柱12的底部设置有连接板材，连接板材与阻尼器20上的安装板固定连接，从而将阻尼器20与框架结构连接固定。在框架结构受到地震作用、风荷载和其他动力荷载作用时，通过阻尼器20起到减震耗能的效果，对框架结构所受到的荷载作用作出动力响应。在小震时，阻尼器20中的低屈服点钢耗能筒体在屈服前，对框架结构提供刚度，耗能筒体屈服后，产生塑性耗能，同时金属颗粒通过摩擦和碰撞对阻尼器提供耗能能力，伸缩式连接板随着耗能筒体变形而变形，对铅芯颗粒产生挤压效应，增大铅芯颗粒的摩擦和碰撞耗能，对耗能筒体在小震下的屈服耗能进行补偿。在中震和大震时，耗能筒体、金属颗粒、伸缩式连接板、铅芯颗粒相互作用减震耗能，以保护框架结构的结构安全。

本发明低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器的有益效果为：

由于金属阻尼器屈服耗能的阈值难以控制，为避免金属阻尼器在中震和大震下尚未屈服，阻尼器在设计中使低屈服点钢在小震作用下屈服，随后采用颗粒耗能对低屈服点钢小震屈服耗能进行补偿，以解决屈服耗能过早发挥而降低中震和大震下的耗能性能的问题。

在耗能筒体内设置伸缩式连接板和铅芯颗粒，当耗能筒体屈服耗能后，伸缩式连接板随耗能筒体的变形而变形，对铅芯颗粒形成挤压耗能，同时铅芯颗粒之间、铅芯颗粒与耗能筒体之间、铅芯颗粒与连接板之间形成碰撞和摩擦耗能，对低屈服点钢在小震下屈服耗能进行补偿。

在耗能筒体和刚性筒体之间设置金属颗粒，在耗能筒体屈服耗能后，金属颗粒产生摩擦和碰撞耗能，增加耗能能力，为耗能筒体提供补偿。

在阻尼器的顶部和底部设置弹性盖板，利用橡胶结构层与耗能筒体、刚性筒体制成一体结构，橡胶结构层不会影响耗能筒体沿荷载作用方向的变形，且橡胶结构层内嵌设有环板，通过嵌设环板增强了橡胶结构层的平面外刚度。

以上结合附图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 (10)

1.一种低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，包括：

耗能结构，包括耗能筒体和与所述耗能筒体连接的安装板，所述耗能筒体内部形成有空腔；

填充于所述空腔内的铅芯颗粒；以及

盖设于所述耗能结构顶部和底部、且封盖所述空腔的弹性盖板。

2.如权利要求1所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述耗能结构还包括套设于所述耗能筒体外侧的刚性筒体，所述刚性筒体和所述耗能筒体之间形成有间隙，所述间隙内填充有金属颗粒，所述刚性筒体上对应所述安装板开设有贯穿口。

3.如权利要求2所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述金属颗粒为球形状或椭圆体状。

4.如权利要求1所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述弹性盖板与所述耗能结构呈一体结构。

5.如权利要求1所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述耗能筒体的空腔内装设有可伸缩的连接板，所述连接板与所述耗能筒体的内壁铰接连接。

6.如权利要求5所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述连接板上与所述耗能筒体相接的端部通过连接片与所述耗能筒体铰接连接。

7.如权利要求5所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述连接板包括横纵交错连接的多个板条，所述板条间的交接处通过连接轴铰接。

8.如权利要求5所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述连接板沿所述耗能筒体的内壁间隔设置。

9.如权利要求1所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述弹性盖板包括橡胶结构层和嵌设于所述橡胶结构层内的多个环板，多个所述环板同心设置，且所述耗能筒体的顶端和底端位于两个环板之间。

10.如权利要求1所述的低屈服点钢耗能与颗粒耗能阻尼器，其特征在于，所述耗能筒体为低屈服点钢耗能筒体。