CN108678479B - 一种利用转角位移的金属耗能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用金属弯曲屈服耗能带的减振器，包括耗能器连接杆、铰接元件、螺栓、金属耗能片、连接钢片、铰接滑槽等。耗能器连接杆为上细下粗的杆件，上端与梁铰接，下端与耗能元件通过螺栓固结和与底座固结的三角形支撑铰接。连接钢片连接耗能元件和三角形支撑。耗能元件截面设置为等强度截面，以节省材料的使用。当框架结构间产生层间位移时，连接杆上端同时产生位移，而下端由于与固定的三角形支撑相连，所以由于相对位移产生转角，从而使金属耗能片屈服耗能。当地震较小时，利用金属片的弹性变形吸能减震；当地震较大时，利用金属片的弯曲屈服来吸能减震。装置具有较好的吸能减震的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用转角位移的金属耗能器，在框架房屋结构中，通过设置与底座固结的三角形支撑来将本装置与梁和三角形支撑相连接，当框架结构间产生层间位移时，连接杆上端同时产生位移，而下端由于与固定的三角形支撑相连，所以由于相对位移产生转角，从而使金属耗能片屈服耗能。当地震较小时，利用金属片的弹性变形吸能减震；当地震较大时，利用金属片的弯曲屈服来吸能减震。
背景技术
强震和飓风一直在威胁着人类的生存，带给人们灾难。随着经济发展和城市化进程加速，土木工程结构朝着高度更高，跨度更大，结构更复杂的方向发展，随之而来的是一旦强震和飓风到来，将有可能带来更加重大的社会经济损失。因此，最大限度地减轻震灾与风灾造成的损失，是人类必须解决的一个重要问题。为了确保工程结构的安全性及与建筑，环境和使用要求的协调性，结构振动控制技术作为一种安全、经济、有效的措施便成了当前最佳选择之一。
传统的钢槽阻尼器通过在钢片中开条形孔然后通过左右的错动来实现屈服耗能，当阻尼器失效时，还有很大部分的钢材为屈服，材料利用率较低，同时产生的耗能能力也比较差。。
为了弥补传统金属屈服阻尼器材料利用率低和耗能能力不足的缺陷，本发明通过将传统钢槽阻尼器的相对错动的耗能方式改为了转角位移的耗能方式，耗能效率更高，同时，采用了等强度的截面形式，材料利用率更高。此外，通过采用不同长度的耗能器连接杆，可以将同一层间位移转换为不同的转角位移，从而产生不同的耗能效果。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提出的一种利用转角位移的金属耗能器，由耗能器连接杆1、铰接元件2、第一螺栓3、第二螺栓6、金属耗能片4、连接钢片5和上铰接点滑槽7组成，所述金属耗能器固定于底座上，底座上设有三角形支撑，其中：耗能器连接杆1上端设有上铰接点滑槽7，为上铰接点，下端设有铰接元件2，为下铰接点；耗能器连接杆1上端通过上铰接点滑槽7和螺栓与梁相铰接，下端两侧对称布置有金属耗能片4，耗能器连接杆1通过第一螺栓3与金属耗能片4一端固结，耗能器连接杆1与底座相应位置的三角形支撑通过铰接元件2铰接连接；金属耗能片4另一端通过第二螺栓6与连接钢片5相连，同时所述第二螺栓6通过三角形支撑固结于连接钢片5；当产生地震时，耗能连接杆1产生转角位移，带动两个金属耗能片4产生转角，从而产生弯曲变形，消耗能量。
本发明中，耗能器连接杆1长度视为上铰接点滑槽7和铰接元件2两铰接点之间的距离，所述长度为金属耗能片4长度的3/2~1；下铰接点中心与金属耗能片4的对称轴在同一条直线上，耗能器连接杆1在0.5杆长处开始两侧各0.15杆长范围内将杆的宽度相对于两端由宽变窄，在该范围内宽度保持不变，耗能器连接杆1下端将长度延长至与金属耗能片4齐平。
本发明中，铰接元件2为表面进行光滑处理的螺栓，尽量使其与耗能器连接杆1之间没有摩擦。
本发明中，上铰接点滑槽7内使用的螺栓采用与铰接元件2中要求规格一致的螺栓，螺栓的初始位置置于上铰接点滑槽7中心。
本发明中，第一螺栓3和第二螺栓6均采用一定直径的高强度螺栓，保证金属耗能器在地震作用下连接处第一螺栓3和第二螺栓6不失效。
本发明中，金属耗能片4一侧的高度为另一侧的高度的两倍，中间最低处的高度需满足抗剪要求，最低处位于金属片的三等分点处。
本发明中，金属耗能片4采用Q235钢材，耗能器连接杆1、铰接元件2和连接钢片5则均采用Q460的高强度低合金钢。
本发明中，金属耗能片4对称布置于耗能器连接杆1四周，为一组或多组。同时可以通过增加或降低金属耗能片4的厚度来产生不同的阻尼力，可以在一定程度上调节耗能能力。
本发明中，耗能器连接杆1的上中下三个截面的宽度分别为23mm、15mm、35mm，耗能器连接杆1上端在6mm范围内将杆宽由23mm变为15mm，在杆长60mm处开始将杆的宽度在15mm范围内将杆的宽度由15mm变为35mm，耗能器连接杆1下端将长度延长至与金属耗能片4齐平，上端将杆长于上铰接点滑槽7中心处延长14mm。
本发明中，上铰接点滑槽7内的螺栓采用与铰接元件2中要求规格一致的螺栓，上铰接点滑槽7长度为16mm，宽度为8mm，螺栓的初始位置置于滑槽7中心。
本发明中，铰接元件2、上铰接点滑槽7处使用的螺栓直径为8mm，同时其表面应进行光滑处理，第一螺栓3和第二螺栓6处采用的螺栓直径为4mm，螺栓的螺杆均采用高强度钢材制作。
本发明中，金属耗能片4较高一侧的高度为28mm，较低一侧的高度为14mm，中间最低处的高度为8mm，最低处位于金属片的三等分点处，金属片的耗能部分长度为90mm，两侧各延长10mm作为连接件。
本发明中，连接钢片5的尺寸为20mmx30mm。
本发明中，金属耗能片4采用Q235钢材，厚度为15mm，耗能器连接杆1、连接钢片5则均采用Q460的高强度低合金钢，连接钢片5厚度为15mm。
本发明中，当地震较小时，利用金属片的弹性变形吸能减震；当地震较大时，利用金属片的弯曲屈服来吸能减震。装置具有较好的吸能减震的能力。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.将传统钢槽阻尼器的相对错动的耗能方式通过连接件转换为转角位移的耗能方式，采用了等强度的截面形式，可以实现同时屈服，材料利用率和耗能效率更高。
2.通过采用不同长度的耗能器连接杆，可以将同一层间位移转换为不同的转角位移，从而产生不同的耗能效果。
附图说明
图1为本发明利用转角位移的金属耗能器的正立面图；
图2为本发明利用转角位移的金属耗能器的侧立面图；
图3为本发明利用转角位移的金属耗能器的俯视图。
图中标号：1为耗能器连接杆、2为铰接元件、3,6为第一、第二螺栓、4为金属耗能片、5为连接钢片、7为上铰接点滑槽。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，为本发明的一种利用转角位移的金属耗能器实施例，其主要包括耗能器连接杆1、铰接元件2、第一螺栓3、第二螺栓6、金属耗能片4、连接钢片5、上铰接点滑槽7。
在梁中部的下边缘设置一个连接件与耗能器连接杆1的上端相铰接，耗能器连接杆1的下端与金属耗能片4通过第一螺栓3固结，和与底座固结的三角形支撑通过铰接元件2铰接。连接钢片5同样通过第二螺栓6与金属耗能片4相连，同时与三角形支撑通过第二螺栓6固结。当产生地震时，框架结构产生层间位移，连接杆上端同时产生位移，而下端由于与固定的三角形支撑相连，所以由于相对位移产生转角，从而使金属耗能片也产生转角位移。
可根据结构的要求，设置二个、四个或多个金属耗能片4，本实施例中采用设置两个金属耗能片，同时可以通过增加或降低金属耗能片4的厚度来产生不同的阻尼力，可以在一定程度上调节耗能能力。耗能器连接杆1的上中下三个截面的宽度分别为23mm、15mm、35mm，耗能器连接杆4上端在6mm范围内将杆宽由23mm变为15mm，在杆长60mm处开始将杆的宽度在15mm范围内将杆的宽度由15mm变为35mm，耗能器连接杆1下端将长度延长至与金属耗能片4齐平，上端将杆长于上铰接点滑槽7中心处延长14mm。上铰接点滑槽7内的螺栓采用与铰接元件2中要求规格一致的螺栓，上铰接点滑槽7长度为16mm，宽度为8mm，螺栓的初始位置置于上铰接点滑槽7中心。铰接元件2、上铰接点滑槽7处使用的螺栓直径为8mm，同时其表面应进行光滑处理，第一螺栓3和第二螺栓6处采用的螺栓直径为4mm，螺栓的螺杆均采用高强度钢材制作。金属耗能片4较高一侧的高度为28mm，较低一侧的高度为14mm，中间最低处的高度为8mm，最低处位于金属片的三等分点处，金属片的耗能部分长度为90mm，两侧各延长10mm作为连接件。连接钢片5的尺寸为20mmx30mm。金属耗能片4采用Q235钢材，厚度为15mm，耗能器连接杆1、连接钢片5则均采用Q460的高强度低合金钢，连接钢片5厚度为15mm。
Claims (8)
1.一种利用转角位移的金属耗能器，由耗能器连接杆（1）、铰接元件（2）、第一螺栓（3）、第二螺栓（6）、金属耗能片（4）、连接钢片（5）和上铰接点滑槽（7）组成，所述金属耗能器固定于底座上，底座上设有三角形支撑，其特征在于：耗能器连接杆（1）上端设有上铰接点滑槽（7），为上铰接点，下端设有铰接元件（2），为下铰接点；耗能器连接杆（1）上端通过上铰接点滑槽（7）和螺栓与梁相铰接，下端两侧对称布置有金属耗能片（4），耗能器连接杆（1）通过第一螺栓（3）与金属耗能片（4）一端固结，耗能器连接杆（1）与底座相应位置的三角形支撑通过铰接元件（2）铰接连接；金属耗能片（4）另一端通过第二螺栓（6）与连接钢片（5）相连，同时所述第二螺栓（6）通过三角形支撑固结于连接钢片（5）；当产生地震时，耗能连接杆（1）产生转角位移，带动两个金属耗能片（4）产生转角，从而产生弯曲变形，消耗能量。
2.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：耗能器连接杆（1）长度视为上铰接点滑槽（7）和铰接元件（2）两铰接点之间的距离，所述长度为金属耗能片（4）长度的3/2~1；下铰接点中心与金属耗能片（4）的对称轴在同一条直线上，耗能器连接杆（1）在0.5杆长处开始两侧各0.15杆长范围内将杆的宽度相对于两端由宽变窄，在该范围内宽度保持不变，耗能器连接杆（1）下端将长度延长至与金属耗能片（4）齐平。
3.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：铰接元件（2）为表面进行光滑处理的螺栓，尽量使其与耗能器连接杆（1）之间没有摩擦。
4.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：上铰接点滑槽（7）内使用的螺栓采用与铰接元件（2）中要求规格一致的螺栓，螺栓的初始位置置于上铰接点滑槽（7）中心。
5.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：第一螺栓（3）和第二螺栓（6）均采用一定直径的高强度螺栓，保证金属耗能器在地震作用下连接处第一螺栓（3）和第二螺栓（6）不失效。
6.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：金属耗能片（4）一侧的高度为另一侧的高度的两倍，中间最低处的高度需满足抗剪要求，最低处位于金属片的三等分点处。
7.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：金属耗能片（4）采用Q235钢材，耗能器连接杆（1）、铰接元件（2）和连接钢片（5）则均采用Q460的高强度低合金钢。
8.根据权利要求1所述的一种利用转角位移的金属耗能器，其特征在于：金属耗能片（4）对称布置于耗能器连接杆（1）四周，为一组或多组。
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