CN108590301A - 一种电涡流式连梁阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电涡流式连梁阻尼器，设置在相邻的剪力墙结构连梁之间，其特征在于，该阻尼器包括屈服耗能组件和电涡流耗能组件，所述的屈服耗能组件为分别设置在相邻剪力墙结构连梁之间的上U型软钢和下U型软钢，所述的电涡流耗能组件设置在上U型软钢和下U型软钢形成的空间内与现有技术相比，本发明具有自适应耗能能力、耗能强、灵敏度高、易于设计等技术优点，克服了传统减震技术的瓶颈，适用于高烈度地区装配式剪力墙结构减震设计。

Description

一种电涡流式连梁阻尼器

技术领域

本发明涉及工程技术领域，尤其是涉及一种电涡流式连梁阻尼器。

背景技术

与传统现浇混凝土剪力墙结构相比，装配式混凝土剪力墙结构具有生产效率高、构件产品质量好、节省能源与材料等优点，预制剪力墙结构将成为我国建筑体系中不可或缺的一环。然而，由于其整体抗震性能比现浇式结构差等原因，装配式剪力墙结构的抗震性能提升是目前亟待解决的关键科学与技术问题。

常规预制装配式钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能较差：在地震作用下，主要靠结构构件连接处的损伤和结构构件损坏来消耗能量；无粘结后张拉预应力预制混凝土剪力墙结构，在地震作用下具有自恢复中心能力和良好的抗震能力，但该结构体系的耗能能力不足。在预制钢筋混凝土剪力墙结构中设置耗能减震元件，或将预制钢筋混凝土剪力墙结构设计成隔震结构，将有效提高预制钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电涡流式连梁阻尼器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电涡流式连梁阻尼器，设置在相邻的剪力墙结构连梁之间，该阻尼器包括屈服耗能组件和电涡流耗能组件，所述的屈服耗能组件为分别设置在相邻剪力墙结构连梁之间的上U型软钢和下U型软钢，所述的电涡流耗能组件设置在上U型软钢和下U型软钢形成的空间内。

所述的电涡流耗能组件包括左刚性钢板、左永久磁铁、右刚性钢板、右永久磁铁和铝板，所述的左永久磁铁通过左刚性钢板固定在左剪力墙结构连梁上，所述的右永久磁铁通过右刚性钢板固定在右剪力墙结构连梁上，所述的铝板设置在右永久磁铁表面并且与左永久磁铁相对设置。

所述的电涡流耗能组件还包括设置在右永久磁铁上下表面的支撑钢板以及设置在左永久磁铁上方和下方的连接钢板，所述的连接钢板分别通过铰链与支撑钢板和左刚性钢板连接。

所述的左永久磁铁与连接钢板和铝板之间均设有间隙。

所述的支撑钢板和铝板设在右永久磁铁表面。

所述的上U型软钢和下U型软钢为Q100型低屈服点钢，其屈服点为100MPa，所述的左刚性钢板、右刚性钢板、支撑钢板和连接钢板的材质为Q550D高强钢，其屈服点为550MPa，所述的左永久磁铁和右永久磁铁材质为汝铁硼，所述的铝板的材质为T6061。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、自适应耗能：内置永久磁铁和导电铝板，外部地震或风荷载激励下剪力墙结构层间位移频率的改变使得铝板内的电涡流发生变化，产生的阻尼力大小随之改变，达到自适应耗能的目的。

二、耗能强：该阻尼器由U型软钢和铝板的电涡流共同耗能，层间位移使得阻尼器两端发生相对错动，带动外部U型钢屈服耗能，铝板切割磁感应线在其内部形成涡旋电流，产生阻尼耗能。

三、灵敏度高：U型钢采用低屈服点钢，可在小震下屈服并耗能。

四、便于更换：阻尼器通过螺栓与连梁连接，在震后便于拆卸更换。

五、易于设计：永久磁铁的宽度、铝板的厚度等设计参数均易于调整，且对耗能影响显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为本发明的剖面图，其中，图(2a)为图1中A-A截面剖视图，图(2b)为图1中B-B截面剖视图。

图3为本发明的尺寸图。

图4为电涡流阻尼力部分滞回曲线。

图5为实例中阻尼器在三种频率激励下的恢复力曲线。

图中标记说明：

1、上U型软钢，2、下U型软钢，3、左刚性钢板，4、左永久磁铁，5、右刚性钢板，6、右永久磁铁，7、铝板，8、左剪力墙结构连梁，9、右剪力墙结构连梁，10、支撑钢板，11、连接钢板，12、铰链。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

在当前的耗能减震元件中，连梁阻尼器是一类适合装配式剪力墙结构的减震控制装置：在小震作用下处于弹性状态，阻尼器向主体结构提供一定的刚度，保证结构的正常使用要求；在大震作用下，阻尼器先进入耗能状态，产生较大的阻尼，耗散地震输入的能量，并减弱结构的动力反应，而主体结构不出现明显弹塑性，从而确保结构在强震作用下的安全性。本发明旨在提出一种电涡流式连梁阻尼器，克服装配式剪力墙减震技术的瓶颈，为高烈度地区装配式剪力墙结构体系减震设计提供参考。

如图1和2所示，本发明提供一种电涡流式连梁阻尼器，本发明的阻尼器放置在剪力墙结构的连梁中，上下边缘为U型软钢，左右两边为刚性钢板，阻尼器内部布设刚性铰链、永久磁铁、导电铝板和刚性钢板，刚性铰链和刚性钢板提供结构所需要的侧向刚度，刚性铰链使得结构发生层间位移时容易让阻尼器两端发生相对错动，不仅外部U型钢屈服耗能，而且内部铝板切割磁感线产生电涡流耗能。

如图3所示，实例连梁阻尼器的参数设定如下：

(1)阻尼器端部U型钢跨度600mm，厚度10mm，矢高150mm，外部刚性钢板厚度10mm，高度300mm，截面宽度均为200mm；

(2)内置铝板的高度为240mm，截面尺寸均为200mm*40mm，贴置于永久磁铁一侧；

(3)内置左侧永久磁铁的高度为180mm，截面尺寸为200mm*245mm，贴置于刚性钢板左侧，右侧永久磁铁的高度为240mm，截面尺寸为200mm*265mm，贴置于刚性钢板右侧；

(4)内置刚性钢板的高度为30mm，截面尺寸均为200mm*305mm，刚性铰链端部圆轴半径为15mm，中间跨度为215mm，厚度30mm。

电涡流式连梁阻尼器的恢复力由两部分组成：U型软钢阻尼力和电涡流阻尼力。当结构发生层间位移时，该阻尼器两端发生相对错动，带动U型软钢屈服耗能，同时铝板切割磁感线产生电涡流阻尼力耗能，且电涡流强度依赖于加载频率。

对于阻尼器中U型钢阻尼力部分，采用ABAQUS建立三维模型进行耗能特性分析；对于阻尼器中电涡流阻尼力部分，采用有限元软件QuickField模拟空间磁场的分布并按(1)式计算阻尼力。

其中，I为微元处的电流强度，B为该微元处的磁感应强度，b为微元的长度，t为微元的厚度，S为投影面积，V为运动速度，ρ为导电板的电阻率。

对阻尼器两侧竖向施加正弦激励，频率分别为10Hz、5Hz、2Hz。电涡流式连梁阻尼器中电涡流阻尼力部分滞回曲线见图4。从图中可以看到，该曲线饱满，呈标准椭圆型，10Hz频率下阻尼力幅值为44kN。

三种频率激励下电涡流式连梁阻尼器恢复力曲线如图5所示。从图中可以看出，U型钢阻尼力部分不依赖于加载频率，剪切刚度较小。在加载频率为10Hz时，该阻尼器主要为电涡流阻尼耗能，总阻尼力幅值为48kN，电涡流阻尼力占总阻尼力的91％。在加载频率为5Hz、2Hz时，电涡流阻尼力占比分别为83％、66％，对应的总阻尼力幅值分别为26kN、12kN。因此，电涡流式连梁阻尼器，由于出力小、灵敏度高，对于减小结构层加速度响应有显著优势，可明显削弱小震下的结构响应。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电涡流式连梁阻尼器，设置在相邻的剪力墙结构连梁之间，其特征在于，该阻尼器包括屈服耗能组件和电涡流耗能组件，所述的屈服耗能组件为分别设置在相邻剪力墙结构连梁之间的上U型软钢(1)和下U型软钢(2)，所述的电涡流耗能组件设置在上U型软钢(1)和下U型软钢(2)形成的空间内。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流式连梁阻尼器，其特征在于，所述的电涡流耗能组件包括左刚性钢板(3)、左永久磁铁(4)、右刚性钢板(5)、右永久磁铁(6)和铝板(7)，所述的左永久磁铁(4)通过左刚性钢板(3)固定在左剪力墙结构连梁(8)上，所述的右永久磁铁(6)通过右刚性钢板(5)固定在右剪力墙结构连梁(9)上，所述的铝板(7)设置在右永久磁铁(6)表面并且与左永久磁铁(4)相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种电涡流式连梁阻尼器，其特征在于，所述的电涡流耗能组件还包括设置在右永久磁铁(6)上下表面的支撑钢板(10)以及设置在左永久磁铁(4)上方和下方的连接钢板(11)，所述的连接钢板(11)分别通过铰链(12)与支撑钢板(10)和左刚性钢板(3)连接。

4.根据权利要求3所述的一种电涡流式连梁阻尼器，其特征在于，所述的左永久磁铁(4)与连接钢板(11)和铝板(7)之间均设有间隙。

5.根据权利要求3所述的一种电涡流式连梁阻尼器，其特征在于，所述的支撑钢板(10)和铝板(7)设在右永久磁铁(6)表面。

6.根据权利要求1所述的一种电涡流式连梁阻尼器，其特征在于，所述的上U型软钢(1)和下U型软钢(2)为Q100型低屈服点钢，其屈服点为100MPa，所述的左刚性钢板(3)、右刚性钢板(5)、支撑钢板(10)和连接钢板(11)的材质为Q550D高强钢，其屈服点为550MPa，所述的左永久磁铁(4)和右永久磁铁(6)材质为汝铁硼，所述的铝板(7)的材质为T6061。