CN106639469B - 分阶段屈服型软钢阻尼器 - Google Patents

分阶段屈服型软钢阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程抗震与减震领域，涉及分阶段屈服型软钢阻尼器，其内层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在内部钢片上连接板和内部钢片下连接板上，外层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在外部钢片上连接板和外部钢片下连接板上；内层弧形软钢耗能钢片、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板连接为整体并设置在由外层弧形软钢耗能钢片、外部钢片上连接板和外部钢片下连接板所围成的腔体内；外部钢片上连接板的下部与内部钢片上连接板的上部之间以及外部钢片下连接板的上部与内部钢片下连接板的下部之间均设有用于传力的弹簧；采用内外两层阻尼的设计并通过弹簧传力，实现了阻尼器分阶段消能减震目标，克服了传统阻尼器减震水准单一的缺点。

Description

分阶段屈服型软钢阻尼器
【技术领域】
本发明属于土木工程抗震与减震领域，尤其涉及结构减震控制系统中的金属耗能阻尼器，具体是一种可以用于剪力墙墙角、柱脚的分阶段屈服型软钢阻尼器。
【背景技术】
金属耗能阻尼器是利用金属不同形式的塑性滞回变形来消耗能量。由于金属在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中吸收大量能量，因而被用来制造不同类型和构造的耗能减震器。从受力形式上可分为轴向屈服型、剪切屈服型、弯曲屈服型和扭转屈服型阻尼器。已形成产品的代表性：X型和三角形耗能器、扭转梁耗能器、弯曲梁耗能器、U型钢板耗能器、钢棒耗能器、圆环耗能器、双圆环耗能器、加劲圆环耗能器等。相比于其粘弹型、摩擦型、致滞液体型等其他类型阻尼器，金属阻尼器易加工、滞回性能稳定、易于更换、造价及维护费用低廉，因此广泛应用于工程结构的抗震加固和修复领域。
目前已知的金属耗能阻尼器大多结构形状单一，地震力较小、未达到阻尼器屈服应力时，阻尼器虽有位移，却仍在弹性状态下，地震能量由主体结构耗散，造成结构损伤，阻尼器未起到应有作用。大震下，所受应力略大于屈服应力时便整体进入塑性耗能状态，震害后须全部更换，经济性较差。而地震一般伴随着主震、余震或群震的地震序列，而余震大多紧随主震之后不久发生，且余震震级往往较大，延续时间长，故研发新型分阶段耗能阻尼器成为当务之急。
【发明内容】
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供分阶段屈服型软钢阻尼器，该阻尼器能够分阶段消能减震，克服了传统阻尼器减震水准单一的缺点。
分阶段屈服型软钢阻尼器，包括若干个内层弧形软钢耗能钢片和若干个外层弧形软钢耗能钢片，内层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在内部钢片上连接板和内部钢片下连接板上，外层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在外部钢片上连接板和外部钢片下连接板上；
内层弧形软钢耗能钢片、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板连接为整体并设置在由外层弧形软钢耗能钢片、外部钢片上连接板和外部钢片下连接板所围成的腔体内；
外部钢片上连接板的下部与内部钢片上连接板的上部之间，以及外部钢片下连接板的上部与内部钢片下连接板的下部之间均设有用于传力的弹簧；
外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内部钢片上连接板、内部钢片下连接板和弹簧同轴设置；内层弧形软钢耗能钢片和外层弧形软钢耗能钢片的顶部向外设置；
内层弧形软钢耗能钢片和外层弧形软钢耗能钢片分别沿内部钢片上连接板和外部钢片上连接板的周向设置。
所述外部钢片上连接板的上部和外部钢片下连接板的下部分别连接有上底座和下底座，并且通过键槽和卡件结构可拆卸连接。
所述键槽和卡件结构为包括卡件和与卡件相适配的卡槽，外部钢片上连接板的上部和外部钢片下连接板的下部均设置有卡件，上底座的下部和下底座的上部均设置有卡槽，卡槽横穿上底座或下底座。
所述上底座与外部钢片上连接板以及下底座与外部钢片下连接板之间的键槽和卡件结构处设有横穿键槽和卡件结构的插销，插销用于分别对上底座与外部钢片上连接板以及下底座与外部钢片下连接板之间的限位固定。
所述外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板均为一端直径大，另一端直径较小的阶梯圆柱形结构，外层弧形软钢耗能钢片的两端分别与外部钢片上连接板和外部钢片下连接板上的小径段连接并与大径段的端面相抵，内层弧形软钢耗能钢片的两端分别与内部钢片上连接板和内部钢片下连接板上的小径段连接并与大径段的端面相抵。
所述外部钢片上连接板的下部的中心位置和外部钢片下连接板上部的中心位置均开设有用于容纳弹簧端部的沉槽。
所述的外层弧形软钢耗能钢片、外部钢片上连接板和外部钢片下连接板为焊接的一体结构，内层弧形软钢耗能钢片、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板焊接的一体结构，外部钢片上连接板的下部和内部钢片上连接板的上部分别与弹簧两端焊接，外部钢片下连接板的上部和内部钢片下连接板的下部分别与弹簧两端焊接。
本发明具有如下有益效果：
本发明的内层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在内部钢片上连接板和内部钢片下连接板上，外层弧形软钢耗能钢片的上下两端分别连接在外部钢片上连接板和外部钢片下连接板上，内层弧形软钢耗能钢片、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板连接为整体并设置在由外层弧形软钢耗能钢片、外部钢片上连接板和外部钢片下连接板所围成的腔体内，形成本发明的分阶段屈服型软钢阻尼器的内外两层弧形软钢耗能钢片的设计；
通过在外部钢片上连接板的下部与内部钢片上连接板的上部之间，以及外部钢片下连接板的上部与内部钢片下连接板的下部之间均设置用于传力的弹簧，使得内外两层弧形软钢耗能钢片能够通过上下两个弹簧进行传力，进而实现了阻尼器的分阶段消能减震的目标，克服了传统阻尼器减震水准单一的缺点；
通过调整内层弧形软钢耗能钢片以及外层弧形软钢耗能钢片的数量、宽度以及厚度能够制造出不同初始刚度和耗能能力的阻尼器。
进一步的，本发明在外部钢片上连接板的上部和外部钢片下连接板的下部分别通过键槽和卡件结构可拆卸连接上底座和下底座，便于在震后重新更换阻尼器，在震后，将外层弧形软钢耗能钢片、外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内层弧形软钢耗能钢片、内部钢片上连接板、内部钢片下连接板和弹簧作为整体结构一起从上底座与下底座之间拆除，将上底座与下底座保留在原来的安装处，只需要将新的上述整体结构安装在上底座与下底座之间即可，因此，本发明的阻尼器易安装更换、对建筑功能和外观影响较小。
进一步的，本发明在上底座与外部钢片上连接板以及下底座与外部钢片下连接板之间的键槽和卡件结构处设置横穿键槽和卡件结构的插销，插销能够用来分别对上底座与外部钢片上连接板以及下底座与外部钢片下连接板之间的限位固定，实现对阻尼器的固定安装。
进一步的，本发明的阻尼器的外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内部钢片上连接板和内部钢片下连接板均为一端直径大，另一端直径较小的阶梯圆柱形结构，外层弧形软钢耗能钢片的两端分别与外部钢片上连接板和外部钢片下连接板上的小径段连接并与大径段的端面相抵，内层弧形软钢耗能钢片的两端分别与内部钢片上连接板和内部钢片下连接板上的小径段连接并与大径段的端面相抵，由于本发明的阻尼器是用来承受压力的，因此将上、下连接板设置为阶梯圆柱形结构，使得钢片的端部与上、下连接板连接可靠，而且在受力过程中不易造成连接失效，使得本发明的阻尼器结构稳定，耐久性好。
进一步的，本发明的阻尼器在外部钢片上连接板的下部的中心位置和外部钢片下连接板上部的中心位置均开设有用于容纳弹簧端部的沉槽，通过开设沉槽既能够保证弹簧稳定的安装，还能够保证外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内部钢片上连接板、内部钢片下连接板和弹簧之间的同轴度，进而保证了弹簧的传力效果。
在剪力墙墙角、柱脚等易破坏的区域设置本发明，引导地震能量集中于本发明的阻尼器上，可以有效保护主体结构免遭破坏，震后对阻尼器进行更换，从而可以快速恢复结构的功能，可以作为耗能减震构件解决建筑结构在地震作用下的安全性问题，具有构造简单，耐久性好、易安装更换、对建筑功能和外观影响较小的特点。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第一剖面图；
图3为本发明的第二剖面图；
图4为本发明的主视图；
图5为本发明的侧视图；
图6为本发明的俯视图；
图7本发明在第一种情况中的使用时的结构示意图；
图8为本发明在另一种情况中的使用时的结构示意图。
其中，1-上底座，1-1-下底座，1-2-键槽，2-插销，3-外部钢片上连接板，3-1-卡件，3-2-外部钢片下连接板，3-3-沉槽，4-弹簧，5-内部钢片上连接板，5-1-内部钢片下连接板，6为外层弧形软钢耗能钢片，7为内层弧形软钢耗能钢片，8-剪力墙，9-阻尼器。
【具体实施方式】
下面结合附图来对本发明做进一步的说明。
如图1至图6所示，本发明的分阶段屈服型软钢阻尼器，包括若干个内层弧形软钢耗能钢片7和若干个外层弧形软钢耗能钢片6，内层弧形软钢耗能钢片7的上下两端分别连接在内部钢片上连接板5和内部钢片下连接板5-1上，外层弧形软钢耗能钢片6的上下两端分别连接在外部钢片上连接板3和外部钢片下连接板3-2上；
内层弧形软钢耗能钢片7、内部钢片上连接板5和内部钢片下连接板5-1连接为整体并设置在由外层弧形软钢耗能钢片6、外部钢片上连接板3和外部钢片下连接板3-2所围成的腔体内；
外部钢片上连接板3的下部与内部钢片上连接板5的上部之间，以及外部钢片下连接板3-2的上部与内部钢片下连接板5-1的下部之间均设有用于传力的弹簧4；
外部钢片上连接板3、外部钢片下连接板3-2、内部钢片上连接板5、内部钢片下连接板5-1和弹簧4同轴设置；内层弧形软钢耗能钢片7和外层弧形软钢耗能钢片6的顶部向外设置；
内层弧形软钢耗能钢片7和外层弧形软钢耗能钢片6分别沿内部钢片上连接板5和外部钢片上连接板3的周向设置，在设置内层弧形软钢耗能钢片7和外层弧形软钢耗能钢片6时，各内层弧形软钢耗能钢片7沿周向的间距以及各外层弧形软钢耗能钢片6沿周向的间距需要根据阻尼器安装位置的受力情况而定。
如图2和3所示，外部钢片上连接板3的下部的中心位置和外部钢片下连接板3-2上部的中心位置均开设有用于容纳弹簧端部的沉槽3-3，通过开设沉槽既能够保证弹簧稳定的安装，还能够保证外部钢片上连接板、外部钢片下连接板、内部钢片上连接板、内部钢片下连接板和弹簧之间的同轴度，进而保证了弹簧的传力效果。
外层弧形软钢耗能钢片6、外部钢片上连接板3和外部钢片下连接板3-2为焊接的一体结构，内层弧形软钢耗能钢片7、内部钢片上连接板5和内部钢片下连接板5-1焊接的一体结构，外部钢片上连接板3的下部和内部钢片上连接板5的上部分别与弹簧两端焊接，外部钢片下连接板3-2的上部和内部钢片下连接板5-1的下部分别与弹簧两端焊接。
如图1-5所示，在外部钢片上连接板3的上部和外部钢片下连接板3-2的下部分别连接有上底座1和下底座1-1，并且通过键槽和卡件结构可拆卸连接；
该键槽和卡件结构为包括卡件3-1和与卡件3-1相适配的卡槽1-2，外部钢片上连接板3的上部和外部钢片下连接板3-2的下部均设置有卡件3-1，上底座1的下部和下底座1-1的上部均设置有卡槽1-2，卡槽2横穿上底座1或下底座1-1，上下设置的卡件之间以及卡槽之间均相互平行；
在上底座1与外部钢片上连接板3以及下底座1-1与外部钢片下连接板3-2之间的键槽和卡件结构处设有横穿键槽和卡件结构的插销2，插销2横穿卡槽以及卡件，能够分别对上底座1与外部钢片上连接板3以及下底座1-1与外部钢片下连接板3-2之间进行限位固定。
如图1-5所示，外部钢片上连接板3、外部钢片下连接板3-2、内部钢片上连接板5和内部钢片下连接板5-1均为一端直径大，另一端直径较小的阶梯圆柱形结构，外层弧形软钢耗能钢片6的两端分别与外部钢片上连接板3和外部钢片下连接板3-2上的小径段连接并与大径段的端面相抵，内层弧形软钢耗能钢片7的两端分别与内部钢片上连接板5和内部钢片下连接板5-1上的小径段连接并与大径段的端面相抵。
如图7和图8所示，通过在剪力墙墙角、柱脚等易破坏的区域设置本发明的阻尼器9，引导地震能量集中于本发明的阻尼器，可以有效保护主体结构免遭破坏，震后对更换部件进行更换，从而可以快速恢复结构的功能，可以作为耗能减震构件解决建筑结构在地震作用下的安全性问题。
本发明采用内外两层弧形软钢耗能钢片的设计，实现了阻尼器分阶段消能减震的目标，并具有构造简单，耐久性好、易安装更换、对建筑功能和外观影响较小的特点。

Claims (5)

1.分阶段屈服型软钢阻尼器，其特征在于，包括若干个内层弧形软钢耗能钢片（7）和若干个外层弧形软钢耗能钢片（6），内层弧形软钢耗能钢片（7）的上下两端分别连接在内部钢片上连接板（5）和内部钢片下连接板（5-1）上，外层弧形软钢耗能钢片（6）的上下两端分别连接在外部钢片上连接板（3）和外部钢片下连接板（3-2）上；
内层弧形软钢耗能钢片（7）、内部钢片上连接板（5）和内部钢片下连接板（5-1）连接为整体并设置在由外层弧形软钢耗能钢片（6）、外部钢片上连接板（3）和外部钢片下连接板（3-2）所围成的腔体内；
外部钢片上连接板（3）的下部与内部钢片上连接板（5）的上部之间，以及外部钢片下连接板（3-2）的上部与内部钢片下连接板（5-1）的下部之间均设有用于传力的弹簧（4）；
外部钢片上连接板（3）、外部钢片下连接板（3-2）、内部钢片上连接板（5）、内部钢片下连接板（5-1）和弹簧（4）同轴设置；内层弧形软钢耗能钢片（7）和外层弧形软钢耗能钢片（6）的顶部向外设置；
内层弧形软钢耗能钢片（7）和外层弧形软钢耗能钢片（6）分别沿内部钢片上连接板（5）和外部钢片上连接板（3）的周向设置；
所述外部钢片上连接板（3）的上部和外部钢片下连接板（3-2）的下部分别连接有上底座（1）和下底座（1-1），并且通过键槽和卡件结构可拆卸连接；
所述外部钢片上连接板（3）的下部的中心位置和外部钢片下连接板（3-2）上部的中心位置均开设有用于容纳弹簧端部的沉槽（3-3）。
2.根据权利要求1所述的分阶段屈服型软钢阻尼器，其特征在于，所述键槽和卡件结构包括卡件（3-1）和与卡件（3-1）相适配的卡槽（1-2），外部钢片上连接板（3）的上部和外部钢片下连接板（3-2）的下部均设置有卡件（3-1），上底座（1）的下部和下底座（1-1）的上部均设置有卡槽（1-2），卡槽（2）横穿上底座（1）或下底座（1-1）。
3.根据权利要求1所述的分阶段屈服型软钢阻尼器，其特征在于，所述上底座（1）与外部钢片上连接板（3）以及下底座（1-1）与外部钢片下连接板（3-2）之间的键槽和卡件结构处设有横穿键槽和卡件结构的插销（2），插销（2）用于分别对上底座（1）与外部钢片上连接板（3）以及下底座（1-1）与外部钢片下连接板（3-2）之间的限位固定。
4.根据权利要求1所述的分阶段屈服型软钢阻尼器，其特征在于，所述外部钢片上连接板（3）、外部钢片下连接板（3-2）、内部钢片上连接板（5）和内部钢片下连接板（5-1）均为一端直径大，另一端直径较小的阶梯圆柱形结构，外层弧形软钢耗能钢片（6）的两端分别与外部钢片上连接板（3）和外部钢片下连接板（3-2）上的小径段连接并与大径段的端面相抵，内层弧形软钢耗能钢片（7）的两端分别与内部钢片上连接板（5）和内部钢片下连接板（5-1）上的小径段连接并与大径段的端面相抵。
5.根据权利要求1所述的分阶段屈服型软钢阻尼器，其特征在于，所述的外层弧形软钢耗能钢片（6）、外部钢片上连接板（3）和外部钢片下连接板（3-2）为焊接的一体结构，内层弧形软钢耗能钢片（7）、内部钢片上连接板（5）和内部钢片下连接板（5-1）焊接的一体结构，外部钢片上连接板（3）的下部和内部钢片上连接板（5）的上部分别与弹簧两端焊接，外部钢片下连接板（3-2）的上部和内部钢片下连接板（5-1）的下部分别与弹簧两端焊接。
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