CN106592806A - 一种高阻尼金属剪切滞变消能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阻尼金属剪切滞变消能器，包括连接板，连接板两侧设有滑槽；滑槽内设有螺栓孔；外包橡胶层覆盖在内钢片四周；内钢片两侧设置有内钢片开孔和螺栓孔；螺栓与滑槽螺母连接，且螺栓将内钢片、橡胶片、铅块、外钢板和连接板挤压在一起；聚四氟乙烯垫片固定在螺栓头底部；不锈钢垫板一面固定设置在聚四氟乙烯垫片底部，另一面固定在螺栓孔的顶部；橡胶片两侧设有橡胶片开孔和螺栓孔，内钢片与橡胶片交叠布置，两侧各有一个外钢板，内部中空放置铅块，外钢板设有外钢片开孔和螺栓孔，且外钢板焊接在连接板上，铅块两侧各有一个连接板，该装置具有耗能能力强、性能稳定、阻尼器设计参数易确定且容易加工和安装等优点。

Description

一种高阻尼金属剪切滞变消能器

技术领域

本发明涉及一种消能器，具体涉及一种高阻尼金属剪切滞变消能器，属于消能领域。

背景技术

随着对土木工程结构在地震作用下破坏机制的深入研究，基于性态的抗震设计思想已经应用于新建的工程项目中。同时，震后可快速恢复功能结构体系，即震后土木工程结构不需修复或仅需稍加修复即可恢复其使用功能的结构体系，也是在基于性态的地震工程这一思想指引下发展起来的；剪力墙结构是建筑结构中一种重要的结构体系，在高层住宅中应用最为广泛，而连梁是剪力墙结构体系中的重要构件，直接影响剪力墙与连梁之间的内力分配，进而影响剪力墙结构体系在地震作用下的损伤分布和破坏模式；为了实现基于性态的抗震设计这一思想，并实现剪力墙结构体系震后可快速恢复功能，可更换的消能连梁在剪力墙结构体系中的应用越来越广泛。

消能连梁与传统连梁相比，可以使结构体系受力更合理，并且明显提高结构的耗能能力，进而减小结构在地震作用下的反应和损伤程度。通过剪力墙结构体系的受力分析可以明确剪力墙和连梁之间的内力分配，通过调整不同部位连梁的屈服力和刚度使剪力墙与连梁之间受力更均匀，从而避免薄弱层的出现，进而控制其损伤分布和破坏模式。同时，消能连梁中的消能器可以为结构在地震时提高较大的阻尼，因而可以减小结构地震反应和损伤程度。

消能连梁中的消能器主要包括位移相关型和速度相关型两类，而位移相关型消能器应用较多，现有的连梁中的消能器通常采用软钢这一材料，位移消能器主要利用软钢在大变形下屈服耗能以及金属界面之间摩擦耗能等原理，但是现有的连梁中的消能器还存在抗拉承载和变形能力不足的问题，结构的阻尼和耗能能力有待大幅提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提高现有消能器在地震作用下提高结构的阻尼和耗能能力，同时通过调整消能器的尺寸参数来满足其承载能力和变形能力的问题，提供一种高阻尼金属剪切滞变消能器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种高阻尼金属剪切滞变消能器，包括内钢片和外钢片，由若干个内钢片和若干个橡胶片交叠布置，所述内钢片的两侧各有一个外钢板，所述内钢片的外表面设有外包橡胶，内部中空放置铅块；所述铅块两侧各有一个连接板，所述连接板的两侧设有滑槽；所述滑槽、所述内钢片、所述橡胶片、所述外钢板和所述连接板的表面均设有螺栓孔；螺栓与聚四氟乙烯垫片、不锈钢垫板配合使用；所述外钢板与所述连接板通过外钢板与连接板焊缝焊接而成；所述内钢片、所述橡胶片和所述外钢板通过贯穿其中的多根镀锌铁丝相连，所述内钢片的内表面设有内钢片开孔，所述外钢板的内表面设有外钢板开孔，所述橡胶片的表面设有橡胶片开孔。

作为本发明的一种优选技术方案，采用所述螺栓将所述内钢片、所述橡胶片、所述铅块、所述外钢板和所述连接板依次牢固连接在一起。

作为本发明的一种优选技术方案，所述聚四氟乙烯垫片与所述不锈钢垫板之间涂有硅脂；所述聚四氟乙烯垫片与所述不锈钢垫板相互接触，且所述不锈钢垫板的表面设有多处凹坑。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外钢板、所述橡胶片穿过所述镀锌铁丝的开孔，在剪切方向的尺寸与所述镀锌铁丝直径相同，而所述内钢片穿过所述镀锌铁丝的开孔，在剪切方向的尺寸比所述镀锌铁丝直径大；但所述外钢板开孔外沿、所述橡胶片开孔外沿和所述内钢片开孔外沿均与所述镀锌铁丝贴紧。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内钢片开孔尺寸在剪切方向比所述镀锌铁丝的直径宽2mm。

本发明所达到的有益效果是：该种高阻尼金属剪切滞变消能器以铅剪切为主要耗能方式，由于铅的耗能能力强，屈服点稳定，所以阻尼器的屈服力参数更容易确定。而目前常用的以低屈服点钢材为主的阻尼器，钢材的实际屈服应力高于设计屈服应力，并且离散性较大，因此阻尼器的设计屈服力与实际屈服力也相差较大，这对阻尼器的实际耗能效果影响较大。而以铅受剪耗能的消能器，其设计屈服力与实际屈服力相差较小，因而实际耗能效果会更理想。

该种高阻尼金属剪切滞变消能器采用可滑移螺栓限值阻尼器的轴向变形，为其提供足够的轴向抗拉承载能力，弥补了常用的铅阻尼器抗拉承载力较小的不足。同时，螺栓采用聚四氟乙烯等低摩擦系数材料作为垫片，并与不锈钢板配合使用。聚四氟乙烯垫片与不锈钢垫板之间涂有硅脂，同时聚四氟乙烯垫片与不锈钢垫板接触一侧设有多个小坑用于存放硅脂，使垫片与垫板间长期保持润滑状态，从而保证螺栓在阻尼器剪切变形时可以自由滑动。

该种高阻尼金属剪切滞变消能器采用插入各层钢片和橡胶片的镀锌铁丝来驱动和约束各层钢片的变形，使阻尼器在剪切变形时内部铅块的变形更均匀，耗能性能更好。镀锌铁丝在插孔内以弯曲变形为主，为阻尼器提供的附加刚度减小，从而可以减小阻尼器的屈服后刚度，更有利于铅块耗能能力的发挥。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明高阻尼金属剪切滞变消能器示意图；

图2为本发明高阻尼金属剪切滞变消能器内部轴测图；

图3为本发明高阻尼金属剪切滞变消能器竖向剖面图；

图4为本发明阻尼器中镀锌铁丝插孔竖向剖面局部放大图；

图5为本发明阻尼器中镀锌铁丝插孔处水平剖面图；

图6为本发明阻尼器中螺栓处水平剖面图；

图7为本发明阻尼器中内钢片剖面图；

图8为本发明阻尼器中外钢板剖面图；

图9为本发明阻尼器中铅块示意图；

图10为本发明阻尼器中内钢片示意图；

图11为本发明阻尼器中橡胶片示意图；

图12为本发明阻尼器中外钢板示意图；

图13为本发明阻尼器中连接板示意图；

图14为本发明阻尼器应用于连梁中的安装示意图；

图中：1、外包橡胶；2、连接板；3、螺栓；4、聚四氟乙烯垫片；5、不锈钢垫板；6、滑槽；7、内钢片；8、橡胶片；9、外钢板；10、镀锌铁丝；11、内钢片开孔；12、外钢板开孔；13、铅块；14、外钢板与连接板焊缝；15、橡胶片开孔；16、螺栓孔；17、内钢片开孔外沿；18、内钢片开孔内沿；19、连梁锚固钢板；20、套筒；21、锚固钢筋；22、橡胶片开孔外沿；23、橡胶片开孔内沿；24、外钢板开孔外沿；25、外钢板开孔内沿。

具体实施方式

以下，参照附图说明本申请发明的实施方式。在这些附图中标注的相同的附图标记表示相同的部件或与其相对应的部件。

如图1-14所示，本发明提供一种高阻尼金属剪切滞变消能器，包括内钢片和外钢片，由若干个内钢片7和若干个橡胶片8交叠布置，内钢片7两侧各有一个外钢板9，内钢片7外表面设有外包橡胶1，内部中空放置铅块13；铅块13两侧各有一个连接板2，连接板两侧设有滑槽6；滑槽6、内钢片7、橡胶片8、外钢板9和连接板2的表面均设有螺栓孔16；螺栓3与聚四氟乙烯垫片4、不锈钢垫板5配合使用；外钢板9与连接板2通过外钢板与连接板焊缝14焊接而成；外钢板9、内钢片7和橡胶片8中有多排镀锌铁丝10贯穿其中，内钢片7的内表面设有内钢片开孔11，所述外钢板9的内表面设有外钢板开孔12，所述橡胶片8的表面设有橡胶片开孔15，采用内钢板7与橡胶片8交叠在一起的形式一方面可以使铅块13的剪切变形集中在橡胶层，另一方面也可以避免内钢片7锈蚀以及相邻内钢片7因长期接触而粘在一起。同时，阻尼器外包橡胶1，有利于防止内钢片锈蚀，保证阻尼器的耐久性。

采用螺栓3将内钢片7、橡胶片8、铅块13、外钢板9和连接板2牢固连接在一起，螺栓3既可以约束阻尼器的轴向变形并提供足够的抗拉强度，又不妨碍阻尼器的剪切变形。螺栓3与聚四氟乙烯垫片4、不锈钢垫板5配合使用，聚四氟乙烯垫片4与不锈钢垫板5之间涂有硅脂，硅脂使其接触面摩擦系数较小，使垫片与垫板之间长期保持润滑，聚四氟乙烯垫片4与不锈钢垫板5接触一侧，表面有多处凹坑，用于存储硅脂，从而在阻尼器剪切变形时螺栓3既能约束其轴向变形，又能在滑槽6内自由滑动，而不妨碍阻尼器的剪切变形。外钢板9、橡胶片8穿过镀锌铁丝10的开孔在剪切方向的尺寸与镀锌铁丝10直径相同，而内钢片7穿过镀锌铁丝10的开孔在剪切方向的尺寸比镀锌铁丝10直径大；但外钢板开孔外沿24、橡胶片开孔外沿22和内钢片开孔外沿17均与镀锌铁丝10贴紧，这样可以使镀锌铁丝10在阻尼器剪切变形时有效地驱动各层内钢片7的变形，进而使铅块13剪切变形更均匀。内钢片7开孔尺寸在剪切方向比镀锌铁丝10的直径宽2mm，如果内钢片7开孔尺寸和镀锌铁丝10尺寸相同，阻尼器在剪切变形时镀锌铁丝10以剪切变形为主，会为阻尼器提供过大的刚度，甚至导致镀锌铁丝10被卡住而限制阻尼器的变形，从而不利于阻尼器的屈服耗能。而内钢片7在剪切方向开孔尺寸比镀锌铁丝10直径宽2mm，可以使阻尼器剪切变形时镀锌铁丝10的变形以弯曲变形为主，因而使阻尼器的屈服后刚度较小，更有利于耗能。

该装置是一种高阻尼金属剪切滞变消能器，当需要使用该装置时，根据阻尼器的设计屈服力确定阻尼器铅块13的受剪面积，根据阻尼器的设计屈服后刚度确定插入内钢片7和橡胶片8的镀锌铁丝10的几何尺寸和数量。同时，根据铅块13的受剪面积设计内钢片7、橡胶片8、外钢板9和连接板2的尺寸。根据内钢片7的尺寸以及阻尼器所需的抗拉承载力确定螺栓3的数量，同时根据阻尼器的设计位移确定螺栓3的螺栓孔16大小，插入内钢片7、橡胶片8和外钢板9的镀锌铁丝10主要起驱动和约束各层钢板变形的作用，为了使镀锌铁丝10能够充分发挥该作用而又不会为阻尼器提供过大的屈服后刚度，采用多根镀锌铁丝10垂直于阻尼器剪切方向并排放置的方式。同时，这种形式也便于钢板开孔加工，该种阻尼器可以广泛地应用于不同结构构件中发挥剪切耗能作用，其中应用于连梁中的安装方式如图14所示。阻尼器通过螺栓与连梁锚固钢板19连接，连梁锚固钢板19与套筒20焊接在一起。套筒20有内螺纹，锚固钢筋21端部有外螺纹，套筒20与锚固钢筋21通过螺纹连接拧紧。阻尼器安装施工时，首先将阻尼器与锚固钢板19、套筒20和锚固钢筋21连接好并放入连梁相应位置，然后绑扎阻尼器两端连梁的钢筋笼，最后浇筑阻尼器两端连梁的混凝土。为了便于阻尼器部分的抹灰，在阻尼器四周连接板边缘用1mm左右厚的钢板将其包围，外挂铁丝网。这样既不妨碍阻尼器发挥作用，又有利于连梁抹灰附着在阻尼器四周。地震作用后若消能器因变形过大失效，可以卸下消能器与连梁连接的螺栓来更换新的消能器。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高阻尼金属剪切滞变消能器，包括内钢片（7）和橡胶片（8），其特征在于，由若干个所述内钢片（7）和若干个所述橡胶片（8）交叠布置，所述内钢片（7）两侧各有一个外钢板（9），所述内钢片（7）的外表面设有外包橡胶（1），内部中空放置铅块（13）；所述铅块（13）两侧各有一个连接板（2），所述连接板（2）的两侧设有滑槽（6）；所述滑槽（6）、所述内钢片（7）、所述橡胶片（8）、所述外钢板（9）和所述连接板（2）的表面均设有螺栓孔（16）；螺栓（3）与聚四氟乙烯垫片（4）、不锈钢垫板（5）配合使用；所述外钢板（9）与所述连接板（2）通过外钢板与连接板焊缝（14）焊接而成；所述内钢片（7）、所述橡胶片（8）和所述外钢板（9）通过贯穿其中的多根镀锌铁丝（10）相连，所述内钢片（7）的内表面设有内钢片开孔（11），所述外钢板（9）的内表面设有外钢板开孔（12），所述橡胶片（8）的表面设有橡胶片开孔（15）。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼金属剪切滞变消能器，其特征在于，采用所述螺栓（3）将所述内钢片（7）、所述橡胶片（8）、所述铅块（13）、所述外钢板（9）和所述连接板（2）依次牢固连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种高阻尼金属剪切滞变消能器，其特征在于，所述聚四氟乙烯垫片（4）与所述不锈钢垫板（5）相互接触，且所述不锈钢垫板（5）的表面设有多处凹坑，所述聚四氟乙烯垫片（4）与所述不锈钢垫板（5）之间涂有硅脂。

4.根据权利要求1所述的一种高阻尼金属剪切滞变消能器，其特征在于，所述外钢板（9）、所述橡胶片（8）穿过所述镀锌铁丝（10）的开孔在剪切方向的尺寸与所述镀锌铁丝（10）直径相同，而所述内钢片（7）穿过所述镀锌铁丝（10）的开孔在剪切方向的尺寸比所述镀锌铁丝（10）直径大；但外钢板开孔外沿（24）、橡胶片开孔外沿（22）和内钢片开孔外沿（17）均与所述镀锌铁丝（10）贴紧。

5.根据权利要求1所述的一种高阻尼金属剪切滞变消能器，其特征在于，所述内钢片开孔（11）尺寸在剪切方向比所述镀锌铁丝（10）的直径宽2mm。