CN107386483A - 弯剪分离控制型装配式金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种利用软钢面内屈服变形机制耗散振动能量的阻尼器，用于房屋建筑的消能减震。本发明专利包括金属耗能片1，L型连接支座2，一体型防屈曲连接双功能支座3，可更换型螺母紧固板4，螺纹孔5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，垫板8，承压型螺栓9，连接预埋件10，横向加劲肋11，纵向加劲肋12，弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13，厚度削弱的光滑截面14，小坡度边缘15，柔性填充材料16，预埋锚固钢筋17，防屈曲隔板18与隔板构成19。本发明在结构构件中使用，不承担竖向力；受振动荷载时，金属耗能片1利用面内塑性变形耗能，保护主体结构；采用弯剪分离控制截面，大幅降低耗能片的累积塑性变形，增强低周疲劳性能。

Description

弯剪分离控制型装配式金属阻尼器

技术领域

本发明属于结构工程抗震技术领域，涉及一种利用金属的面内剪切滞回变形机制耗散地震能量的阻尼器。

背景技术

近年来，我国乃至世界正处于地震的高发期，一系列严重的震害表明，我国城乡的房屋正面临着严峻的地震考验。为此，消能减震技术飞速发展。其牺牲自己，保全主体的显著作用，即增强了房屋的减震性能，又实现了震后的功能可快速恢复的作用。

金属阻尼器充分利用金属材料易屈服的特性，其塑性变形可较好地耗散地震或风振产生的能量。金属阻尼器性能稳定，力学机理明确，构造简单，刚度大，承载力稳定，减震效果明显。而金属耗能片在剪切变形时，易产生面外屈曲，导致承载力急剧下降，耗能不充分；目前的金属阻尼器多为焊接组合而成，其焊接质量不稳定直接导致阻尼器的力学性能不易控制，同时在遭受破坏后，难于拆装。尤其是，目前的阻尼器由于形状比较传统，恰恰导致焊缝处的应力过于集中，等效塑性应变累积效应明显，使得阻尼器在没有充分发挥耗能作用时，提前退出工作。

发明内容

本发明旨在克服传统金属阻尼器的上述缺点，提出了一种弯剪分离控制型装配式金属阻尼器。该装置利用滞回能力良好的金属产生面内的弹塑性变形机制耗散地震能量，将地震能量引导到金属耗能片上，与传统的金属耗能片形状不同，在靠近连接部分的边缘最大应力由弯矩产生的弯曲正应力控制，而靠近中部截面的最大应力由阻尼器受到的剪切力引起的剪应力来控制，取这两部分因素所决定的最大应力包络线形状作为耗能片的优化形状，当结构遭遇地震或者风振时，金属耗能片边缘各点同时进入屈服耗能状态，充分利用耗能片的全截面进行耗能，有效降低了与两侧粘结锚固构件的累积塑性应变值，大幅提高阻尼器的耗能能力与低周疲劳性能。为了防止金属耗能片的面外变形，采用防屈曲夹板构造，提高承载力，使阻尼器保持高效稳定的耗能状态。该阻尼器采用全螺栓装配式连接，拆装方便，除了金属耗能片外的部分始终保持弹性，震后可反复使用，降低了成本，减少维修时间，最短时间恢复结构在震后的使用功能。该阻尼器可在高层结构的剪力墙连梁中使用，也可作为框架结构的层间阻尼墙使用。

本发明弯剪分离控制型装配式金属阻尼器包括有：金属耗能片1，L型连接支座2，一体型防屈曲连接双功能支座3，可更换型螺母紧固板4，螺纹孔5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，垫板8，承压型螺栓9，连接预埋件10，横向加劲肋11，纵向加劲肋12，弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13，厚度削弱的光滑截面14，小坡度边缘15，柔性填充材料16，预埋锚固钢筋17，防屈曲隔板18，隔板19。

其中连接预埋件10带预埋锚固钢筋17预制在连接结构的混凝土中浇筑成一体，锚固钢板10开有螺纹孔5用以连接L型连接支座2，金属耗能片1分别通过L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3与连接预埋件10相连，金属耗能片1与L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3的连接处开螺栓孔，并通过摩擦型高强连接螺栓7连接，一体型防屈曲连接双功能支座3带有横向加劲肋11与纵向加劲肋12，安装时通过可更换型螺母紧固板4固定螺母并可反复使用，多组金属耗能片1并联时，应设置防屈曲隔板18与隔板19，L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3与连接预埋件10连接处开螺栓孔，通过承压型螺栓9连接，一体型防屈曲连接双功能支座3在金属耗能片1边缘曲线的空缺处设置螺栓孔，一体型防屈曲连接双功能支座3在靠近金属耗能片1的耗能区域截面设置厚度削弱的光滑截面14，减少金属耗能片1工作时与外界的摩擦力，通过预压紧固螺栓6将金属耗能片1夹紧防止面外屈曲，并通过厚度大于金属耗能片1的垫板8将两个一体型防屈曲连接双功能支座3隔开，以提供阻尼器足够的工作空间，金属耗能片1中部形状为弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13，阻尼器外部包裹一层柔性填充材料16以防金属表面氧化。

阻尼器的极限承载力不应超过连接构件的屈服承载力，带有阻尼器的梁刚度可看作连接构件与阻尼器刚度的串联形式，在设计结构时，引入阻尼器的构件应保持与原始构件的强度、刚度近似。小震时，阻尼器处于弹性变形，为结构提供必要的刚度和强度。中震时，阻尼器先于其他构件屈服，金属耗能片1利用金属良好的弹塑性面内塑性变形耗能，保护主体结构。大震时，阻尼器进入大变形阶段，充分利用金属耗能片全截面进行耗能，牺牲自己保护整体结构。

本发明适用于房屋结构在地震中处于剪切大变形的位置，如高层结构剪力墙的连梁或框架结构的上下梁之间。框架结构的层间空间较大，应设置适当高度的混凝土连接支墩，可设置多个阻尼器进行并联，混凝土连接支墩应具有足够的刚度与承载力，避免先于阻尼器破坏。

该发明将建筑结构的地震能量传递到阻尼器上，避免整体结构损伤，减小其他混凝土构件的破坏，提升结构整体的减震能力，控制损伤部位，使建筑结构达到震后功能可快速恢复，减少经济损失。

本发明的有益效果：

本发明采用全螺栓装配的连接方式，更换形式简单，因此房屋建筑震后可快速恢复使用功能；本发明涉及的所有材料均为金属，经抗氧化处理后具有良好的耐久性；本发明除金属耗能片外的部分在地震后仍保持弹性，可重复使用，减少成本；本发明形式简明，力学机理明确，力学性能稳定；本发明在房屋遭受地震时，牺牲自己吸收能量，保护主体结构安全；本发明的承载力与刚度设计灵活，可根据需求，串联或并联多个阻尼器；本发明适用于高层建筑、桥梁隧道，效果明显。

（一）附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例1的结构示意图。

图2：本发明实施例1的结构剖面图。

图3：本发明实施例1的金属耗能片示意图。

图4：本发明实施例1的L型连接支座示意图。

图5：本发明实施例1的一体型防屈曲连接双功能支座示意图。

图6：本发明实施例1的可更换型螺母紧固板正视图。

图7：本发明实施例1的可更换型螺母紧固板侧视图。

图8：本发明实施例1的垫板正视图。

图9：本发明实施例1的垫板侧视图。

图10：本发明实施例1的连接预埋件示意图。

图11：本发明实施例2的结构剖面图。

图12：本发明实施例2的防屈曲隔板示意图。

图13：本发明实施例2的隔板示意图。

图14：本发明实施例3的结构示意图。

图中：1-金属耗能片，2-L型连接支座，3-一体型防屈曲连接双功能支座，4-可更换型螺母紧固板，5-螺纹孔，6-预压紧固螺栓，7-摩擦型高强连接螺栓，8-垫板，9-承压型螺栓，10-连接预埋件，11-横向加劲肋，12-纵向加劲肋，13-弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型，14-厚度削弱的光滑截面，15-小坡度边缘，16-柔性填充材料，17-预埋锚固钢筋，18-防屈曲隔板，19-隔板。

（二）具体实施方式

实施例1

图1是本实施例的结构示意图。本实施例是由金属耗能片1，L型连接支座2，一体型防屈曲连接双功能支座3，可更换型螺母紧固板4，螺纹孔5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，垫板8，承压型螺栓9，连接预埋件10，横向加劲肋11，纵向加劲肋12，弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13，厚度削弱的光滑截面14，小坡度边缘15，柔性填充材料16，预埋锚固钢筋17构成。组装时，金属耗能片1、垫板8、一体型防屈曲连接双功能支座3根据螺栓孔位置进行定位组装，利用预压紧固螺栓6进行固定。将金属耗能片1两端与L型连接支座2和一体型防屈曲连接双功能支座3用摩擦型高强连接螺栓7相连，安装时利用可更换型螺母紧固板4将螺母固定，便于快速安装螺栓，可更换型螺母紧固板4可反复多次使用。将L型连接支座2和一体型防屈曲连接双功能支座3分别与两个连接预埋件10通过承压型螺栓9连接。连接预埋件10具有足够多的预埋锚固钢筋17，使其与连梁Ⅱ的混凝土牢固连接。组装完毕后，在阻尼器与楼板Ⅰ和连梁Ⅱ缝隙之间注入柔性填充材料16，比如发泡剂，用于保护阻尼器免遭锈蚀。

图2是本实施例的结构剖面图，金属耗能片1的边缘弧线两侧开螺栓孔，利用预压紧固螺栓6对一体型防屈曲连接双功能支座3提供预紧力，防止金属耗能片1在剪切方向工作时的面外变形，同时利用大于金属耗能片1厚度的垫板8将一体型防屈曲连接双功能支座3隔开，提供金属耗能片1的工作空间。

图3是本实施例的金属耗能片1示意图，两端开螺栓孔，螺栓锚固位置表面进行防滑处理，耗能段采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13。

图4是L型连接支座2示意图，在与金属耗能片1接触表面进行防滑处理。

图5是本实施例的一体型防屈曲连接双功能支座3示意图，两侧边缘根据弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13设置相应位置的紧固螺栓孔，开孔位置应充分考虑金属耗能片1受往复荷载后的形状变化，使其不影响金属耗能片1的工作，一体型防屈曲连接双功能支座3与金属耗能片1的耗能段接触的表面应设置厚度削弱的光滑截面14，防止其与耗能片之间的摩擦，在该支座靠近L型连接支座2附近缩短相应距离，并在上下两侧边缘开设小坡度边缘15，防止实际地震中一体型防屈曲连接双功能支座3与L型连接支座2的接触，该支座即提供了耗能片的连接功能又起到了对耗能片在剪切工作时的防屈曲功能，实现一种装置两种用途。

图6是本实施例的可更换型螺母紧固板4示意图，开孔形状略大于响应螺母尺寸，在安装时起到固定螺母作用，安装完毕后可拆除并继续对其他阻尼器使用。

图8是本实施例的垫板8示意图，厚度应大于金属耗能片1。

图10是本实施例的连接预埋件10示意图，表面开设两列螺纹孔5，开孔处位置应避开混凝土内钢筋以及型钢，设置预埋锚固钢筋17使其与混凝土牢固连接，其表面进行防滑处理。

实施例2

图11是本实施例的结构剖面图。将两块金属耗能片1并联，防屈曲隔板18与隔板19将两块金属耗能片1隔开，防屈曲隔板18与一体型防屈曲连接双功能支座3之间在预压紧固螺栓6处设置垫板8，使阻尼器工作时每块耗能片之间互不影响，其余构造同实施例一。

图12是本实施例的防屈曲隔板18示意图，开设相应螺栓孔，通过摩擦型高强连接螺栓7与两个L型连接支座2连接，其与金属耗能片1的耗能段接触表面设置厚度削弱的光滑截面14，防止其与耗能片之间的摩擦，设置小坡度边缘15，防止地震中其与隔板19的接触。

图13是本实施例的隔板19，开设相应螺栓孔，通过摩擦型高强连接螺栓7与两个一体型防屈曲连接双功能支座3连接。

实施例3

图14是本实施例的结构示意图。将阻尼器Ⅵ放置在框架结构的层间，利用地震时层间的位移驱动阻尼器Ⅵ工作并进行耗能，阻尼器Ⅵ上端与上层的框架梁Ⅲ相连，下端与混凝土连接支墩Ⅴ相连，混凝土连接支墩Ⅴ与下层框架梁Ⅳ浇筑为一体，混凝土连接支墩具有足够的承载力和初始刚度，避免在阻尼器屈服之前退出工作。阻尼器Ⅵ可在混凝土连接支墩Ⅴ上并行放置。其他构造与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器包括有：金属耗能片1，L型连接支座2，一体型防屈曲连接双功能支座3，可更换型螺母紧固板4，螺纹孔5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，垫板8，承压型螺栓9，连接预埋件10，横向加劲肋11，纵向加劲肋12，弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13，厚度削弱的光滑截面14，小坡度边缘15，柔性填充材料16，预埋锚固钢筋17，其中连接预埋件10带预埋锚固钢筋17预制在连接结构的混凝土中浇筑成一体，锚固钢板10开有螺纹孔5用以连接L型连接支座2，低屈服点金属耗能片1分别通过L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3与连接预埋件10相连，金属耗能片1与L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3的连接处开螺栓孔，并通过摩擦型高强连接螺栓7连接，一体型防屈曲连接双功能支座3带有横向加劲肋11与纵向加劲肋12，安装时通过可更换型螺母紧固板4固定螺母并可反复使用，多组金属耗能片1并联时，应设置防屈曲隔板18与隔板19，L型连接支座2、一体型防屈曲连接双功能支座3与连接预埋件10连接处开螺栓孔，通过承压型螺栓9连接，一体型防屈曲连接双功能支座3在金属耗能片1边缘曲线的空缺处设置螺栓孔，一体型防屈曲连接双功能支座3在靠近低屈服点金属耗能片1的耗能区域截面设置厚度削弱的光滑截面14，减少低屈服点金属耗能片1工作时与外界的摩擦力，通过预压紧固螺栓6将低屈服点金属耗能片1夹紧防止面外屈曲，并通过厚度大于金属耗能片1的垫板8将两个一体型防屈曲连接双功能支座3隔开，以提供阻尼器足够的工作空间，阻尼器外部包裹一层柔性填充材料16以防金属表面氧化，其特征在于金属耗能片1中部形状为弯剪分离控制型装配式金属阻尼器线型13。

2.根据权利要求1所述的采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器，其特征在于，金属耗能片1由一体型防屈曲连接双功能支座3夹紧形成防屈曲机制。

3.根据权利要求1所述的采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器，其特征在于，一体型防屈曲连接双功能支座3即提供对金属耗能片1的防屈曲机制，又承担金属耗能片1与混凝土结构的连接作用，实现一种构件两种功能。

4.根据权利要求1所述的采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器，其特征在于，金属耗能片1，L型连接支座2，一体型防屈曲连接双功能支座3，连接预埋件10通过摩擦型高强连接螺栓7以及承压型螺栓9连接，便于快速更换。

5.根据权利要求1所述的采用弯剪分离控制型装配式金属阻尼器，其特征在于，可更换型螺母紧固板4在进行阻尼器安装时可对螺母提供紧固作用，安装完毕后即可拆除并可在其他阻尼器安装中反复利用。