CN107574944B - 一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，金属阻尼器包括扇形钢板、扇形套筒及梁柱连接板，扇形钢板包括扇形钢板弹性段、扇形钢板过渡段以及扇形耗能钢板，扇形钢板过渡段的两端分别设置有扇形耗能钢板，每个扇形耗能钢板的另一端均设置有扇形钢板弹性段；每个扇形钢板弹性段的另一端固定连接有梁柱连接板；扇形套筒套在扇形钢板的外部；扇形套筒的弧度与扇形钢板一致，且扇形套筒的内径大于所述扇形钢板的外径，长度短于所述扇形钢板；扇形套筒与所述扇形钢板之间填充有高强填充物；从而解决现有设备对小幅度震动保护不到位，运输不便，制作工序繁琐的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属阻尼器，尤其涉及一种装配式建筑结构梁柱节点中的防屈曲扇形金属阻尼器。
背景技术
金属阻尼器是结构工程中最为常见的一种被动消能构件。金属阻尼器运用金属材料良好的塑性变形能力，经合理设计其结构形式和力学参数，能在工程结构遭受外界作用时率先屈服而消耗能量，从而保证主体结构的安全，现已成功运用到广大结构工程中。
但目前的金属阻尼器及装配式节点存在以下问题：
1.已有的金属阻尼器大多数为结构提供足够的抗侧刚度，部分阻尼器设计屈服位移大，只能在大震下起到消能减震作用，而小震时则处于弹性状态，耗能少或者地震能量由主体结构耗散；
2.将梁柱节点在工厂预制，能保证梁柱节点区域的完整性。然而十字形节点甚至空间立体节点对运输汽车的要求较高，需要大型的汽车运输，运输效率不离，对交通繁忙的区域更是无法实施；
3.为增强装配式钢筋混凝土节点抗震性能，人们发明了灌浆套筒，后张预应力钢筋等方法，但是在装配式钢筋混凝土中已有的增加抗震方法较为繁琐，后续施工复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，以解决现有技术中小幅度震动作用小，事先预装不便于运输，后期制作施工繁琐的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，包括扇形钢板、扇形套筒及梁柱连接板，所述扇形钢板包括扇形钢板弹性段、扇形钢板过渡段以及扇形耗能钢板，所述扇形钢板过渡段的两端分别设置有所述扇形耗能钢板，每个扇形耗能钢板的另一端均设置有扇形钢板弹性段；每个扇形钢板弹性段的另一端固定连接有所述梁柱连接板；所述扇形套筒套在所述扇形钢板的外部；所述扇形套筒的弧度与所述扇形钢板一致，且所述扇形套筒的内径大于所述扇形钢板的外径，长度短于所述扇形钢板；所述扇形套筒与所述扇形钢板之间填充有高强填充物。
为防止扇形钢板与高强填充物滑动脱离，所述扇形钢板过渡段上设置有防滑脱凸起，用以加固扇形钢板过渡段与高强填充物之间的连接。
优选的，所述扇形套筒两端设置有封头环板，所述扇形弹性段穿过所述封头环板，使扇形套筒形成一个相对封闭的环境，有利于进行填充高强填充物操作。
优选的，所述扇形钢板为变截面，所述钢板过渡段的尺寸大于所述扇形弹性段的尺寸，在容易弯曲的地方进行加强处理，加强整体的强度。
优选的，所述扇形钢板表面设置有无粘结隔离材料，可有效减小扇形钢板和高强填充物之间的摩擦。
优选的，高强填充物的抗压强度不低于40MPa，所述扇形耗能钢板的屈服强度不低于100MPa且不高于160MPa；所述弹性段屈服强度大于等于345MPa，能够在梁柱节点区域形成塑性耗能机制。
本发明采用以上技术手段后，使其与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用高强度填充物进行加固，可有效解决单纯钢材质在使用时受力弯曲的问题，从而保障钢板发生塑性耗能能力；采用强钢和软钢结合的方式，使本发明在小幅度震动时处于弹性状态保护梁柱，在强震时通过扇形金属阻尼器塑性变形，消耗外荷载的能量，从而保护整个结构；本发明结构简单，易于安装和拆卸，在损坏后可随时替换，结构小，易于运输。
附图说明
图1为本发明扇形防屈曲金属阻尼器的结构示意图；
图2为本发明中扇形阻尼器扇形套筒结构示意图；
图3为本发明中梁柱连接板的结构示意图；
图4为本发明中扇形钢板的结构示意图；
图5为本发明扇形防屈曲金属阻尼器的截面示意图；
图6为本发明中封头环板的结构示意图；
标号说明
1-扇形钢板；2-扇形套筒；3-梁柱连接板；4-扇形钢板过渡段；5-扇形耗能钢板；6-扇形钢板弹性段；7-防滑脱凸起；8-无粘结隔离材料；9-封头环板；10-高强填充物。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚，需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且非精准的比率，仅用以方便明晰的辅助说明本实施例的目的。
本发明利用低屈服钢的优秀耗能能力，放置于装配式钢筋混凝土梁柱节点区域，能够在外荷载激励结构时，通过扇形金属阻尼器塑性变形，消耗外荷载的能量。加固后的梁、柱节点，其抗剪承载力、抗弯承载力明显提高，耗能能力也显著增强，而且对混凝土梁，柱构件没有人为的损伤；通过对节点加固，使得整个结构的抗震性更加优化。
如图1至图6，本发明提供了一种应用于装配式梁柱节点的防屈曲扇形金属阻尼器，包括锻造成型扇形钢板1、扇形套筒2以及梁柱连接板3，扇形钢板由扇形钢板过渡段4、扇形耗能钢板5、扇形钢板弹性段6组成；其中，扇形钢板过渡段4两端为扇形耗能钢板5，扇形耗能钢板5的另外一端连接扇形钢板弹性段6，扇形钢板弹性段6与梁柱连接板3固定连接，扇形钢板表面黏贴无粘结隔离材料8，耗能钢板置于扇形钢板套筒2内，扇形钢板套筒2的两端焊接有封头环板9，扇形钢板套筒2与扇形钢板1之间的空隙内灌满高强填充物10；扇形耗能钢板5与扇形钢板过渡段4及两侧的扇形钢板弹性段6通过焊接连接，扇形钢板弹性段6通过焊接的方式与梁柱连接板3连接，以承担大震下耗能的作用。
作为一优选实施方案，扇形套筒2为普通低碳钢制作的扇形钢管，扇形耗能钢板采用低屈服钢，其余可采用Q345，高强填充物10可采用混凝土，其能够有效限制扇形钢板1的屈曲。
本实施方式中，扇形钢管内径比扇形钢板直径至少大10mm，长度短于扇形钢板1整体长度。
进一步的，扇形耗能钢板5与高强填充物10之间预留3-5mm的空隙以填充无粘结隔离材料8，其作用主要是减少摩擦。
为防止扇形钢板套筒2滑移，扇形钢板过渡段4的中间部位焊接防滑脱凸起7，防滑脱凸起7的长度为20mm。
为使该结构在强弱振幅情况下均能起作用，本发明设计不同的强度梯度，扇形钢板1的厚度小于等于20mm，扇形耗能钢板5的屈服强度不低于100MPa且不高于160MPa；扇形耗能钢板5的厚度比扇形钢板过渡段4的厚度小0-5mm，且高强填充物10的抗压强度不低于40MPa，钢板弹性段6屈服强度大于等于345MPa，能够在梁柱节点区域形成塑性耗能机制。
进一步的，为更方便扇形钢板与结构建筑间紧固连接，防屈曲扇形金属阻尼器还包括用于将所述扇形钢板与建筑建构连接所需的高强度螺栓；所述高强度螺栓的杆径与所述螺栓孔相适配。
该防屈曲扇形阻尼器做为耗能构件直接安装于结构的梁柱之间，不需使用额外连接支撑，且体积小不影响空间使用。地震作用下结构的侧移变形使得装配式梁柱节点区产生相对转动位移，当装配式梁柱节点产生较小转角位移时，防屈曲扇形金属阻尼器处于弹性工作状态，为结构提供一定的刚度；当装配式梁柱节点产生较大转角位移时，防屈曲扇形金属阻尼器优先于主体结构部分进入弹塑性状态耗散输入结构的能量，限制装配式梁柱节点继续产生更大的转角变形，减小了装配式梁柱节点区域的混凝土损伤开裂，同时减轻结构的地震反应。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述金属阻尼器包括扇形钢板、扇形套筒及梁柱连接板，所述扇形钢板包括扇形钢板弹性段、扇形钢板过渡段以及扇形耗能钢板，所述扇形钢板过渡段的两端分别设置有所述扇形耗能钢板，每个扇形耗能钢板的另一端均设置有扇形钢板弹性段；每个扇形钢板弹性段的另一端固定连接有所述梁柱连接板；所述扇形套筒套在所述扇形钢板的外部；所述扇形套筒的弧度与所述扇形钢板一致，且所述扇形套筒的内径大于所述扇形钢板的外径，长度短于所述扇形钢板；所述扇形套筒与所述扇形钢板之间填充有高强填充物。
2.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述扇形钢板过渡段上设置有防滑脱凸起。
3.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述扇形套筒两端设置有封头环板，所述扇形钢板弹性段穿过所述封头环板。
4.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述扇形钢板过渡段的尺寸大于所述扇形钢板弹性段的尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述扇形钢板表面设置有无粘结隔离材料。
6.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述高强填充物的抗压强度不低于40MPa，所述扇形耗能钢板的屈服强度不低于100MPa且不高于160MPa；所述扇形钢板弹性段屈服强度大于等于345MPa。
7.根据权利要求1所述的一种应用于装配式梁柱节点区域的防屈曲扇形金属阻尼器，其特征在于，所述梁柱连接板上设置有若干个用于安装的螺栓孔。
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