CN108952281A - 一种u型两阶段屈服金属阻尼器 - Google Patents

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张垠
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种U型两阶段屈服金属阻尼器。该金属阻尼器包括两个沿水平方向平行设置的耗能部件，所述两个耗能部件均为U型软钢，分别由一段圆弧段和两段平直段组成，且该两个U型软钢的圆弧段半径不同；每个耗能部件的圆弧段和部分平直段沿宽度方向等间距的开设多个连续槽，耗能部件的平直段部分未开槽处均匀的设置多个螺栓孔，每个耗能部件分别通过螺栓与上盖板和下盖板的一端连接；上盖板和下盖板的另一端开设的通孔与建筑或支撑杆进行连接固定。本发明金属阻尼器通过利用不同规格的U型金属片，实现了分阶段屈服以满足不同的抗震需求，且制作工艺简单高效，具有成本低廉、性能可靠、应用广泛的优点。

Description

一种U型两阶段屈服金属阻尼器
技术领域
本发明属于阻尼器减震技术领域，特别是一种U型两阶段屈服金属阻尼器。
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。
目前，应用比较广泛的金属屈服阻尼，均采用带状金属板为核心金属耗能构件。将该类阻尼器布置于桥梁或建筑结构中，金属板长度方向与结构承受剪力方向一致，提供了沿长度方向较大的剪切变形能力，但是该类型阻尼器只能控制面内的恢复力，对面外恢复力没法进行有效控制。在实际使用过程中，建筑物会受到各个方向的水平左右，阻尼器也必然会受到沿宽度方向的水平力，因此上述阻尼器的侧向变形能力和抗疲劳性能较差，在实际使用过程中容易发生预期之外的破坏形态。
此外，现有的金属耗能阻尼器结构形状单一，仍然存在以下问题：小震下，未达到阻尼器屈服应力，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而造成结构损伤，阻尼器未起到应有作用；大震下，阻尼器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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单的U型两阶段屈服金属阻尼器，同时实现面内面外恢复力精确设计，提供两个方向上良好的变形能力和抗疲劳性能，且可以根据地震力的大小分阶段屈服。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种U型两阶段屈服金属阻尼器，包括两个沿水平方向平行设置的耗能部件，所述两个耗能部件均为U型软钢，分别由一段圆弧段和两段平直段组成，且该两个U型软钢的圆弧段半径不同；每个耗能部件的圆弧段和部分平直段沿宽度方向等间距的开设多个连续槽，耗能部件的平直段部分未开槽处均匀的设置多个螺栓孔，每个耗能部件分别通过螺栓与上盖板和下盖板的一端连接；上盖板和下盖板的另一端开设的通孔与建筑或支撑杆进行连接固定。
进一步地，所述耗能部件的高度即两段平直段之间的距离H根据安装空间确定，将所需面内恢复力Fu和面外恢复力F带入恢复力公式，得到所述耗能部件的U型软钢厚度t、平直段长度l、宽度b的关系式如下：
其中，fy、fu、λ分别是钢材的屈服强度、极限强度和材料硬化参数，D为最大面外变形量。
进一步地，所述耗能部件均采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的钢材制成，且圆弧段半径较大的耗能部件的厚度大于另外一个耗能部件的厚度，从而实现分阶段屈服。
进一步地，所述上盖板和下盖板均采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
进一步地，所述下盖板通过一个支撑架与建筑结构连接，实现该阻尼器与不同高度的建筑结构匹配。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用两种半径U型软钢的耗能部件，实现了阻尼器的分阶段消能减震的目标，并可在实际工程设计中根据具体要求，通过调整阻尼器的数量、型号选择具有不同初始刚度和耗能能力的阻尼器；(2)利用通过弯曲实现耗能能力的开槽金属板作为耗能元件，当上下两端受剪力作用时，利用开槽金属板产生的弯曲变形在有限的高度内获得较大的变形量；(3)具有构造结构新颖简单、制造方便、受力清晰、使用灵活、耐久性好、易于安装和更换、空间占有率小、对建筑功能和外观影响较小的特点，可以有效提高建筑和桥梁结构的抗震性能，具有广阔的市场推广和应用前景。
附图说明
图1为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器的主视图。
图2为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器的后视图。
图3为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器的侧视图。
图4为本发明中两个耗能部件的结构示意图，其中(a)为一个耗能部件的结构示意图，(b)为另一个耗能部件的结构示意图。
图5为本发明中耗能部件上所设置螺栓孔的示意图。
图6为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器中上、下盖板的结构示意图。
图7为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器的第一种应用示意图。
图8为本发明U型两阶段屈服金属阻尼器的第二种应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明U型两阶段屈服金属阻尼器，用于土木工程结构减震。由上盖板4、下盖板5、耗能部件1以及支撑架组成。其耗能部件1为两个不同半径规格的U型软钢开槽金属板，能够进行分阶段耗能减震，每个U型软钢在圆弧段8和部分平直段7沿宽度方向等间距的开设若干槽，并在对称的平直段7部分靠近端部的未开槽处设有若干螺栓孔3；其上、下盖板在两端分别部设有螺栓孔3，一端通过固定螺栓与耗能部件1连接，形成该U型两阶段屈服金属阻尼器。
结合图1～3，本发明U型两阶段屈服金属阻尼器，包括两个沿水平方向平行设置的耗能部件1，所述两个耗能部件1均为U型软钢，分别由一段圆弧段8和两段平直段7组成，且该两个U型软钢的圆弧段半径不同，如图4(a)、(b)所示；每个耗能部件1的圆弧段和部分平直段沿宽度方向等间距的开设多个连续槽2，如图5所示，耗能部件1的平直段部分未开槽处均匀的设置多个螺栓孔，每个耗能部件1分别通过螺栓与上盖板4和下盖板5的一端连接，上、下盖板的结构如图6所示；上盖板4和下盖板5的另一端开设的通孔6与建筑或支撑杆进行连接固定。
进一步地，所述耗能部件1的高度即两段平直段之间的距离H根据安装空间确定，将所需面内恢复力Fu和面外恢复力F带入恢复力公式，得到所述耗能部件1的U型软钢厚度t、平直段7长度l、宽度b的关系式如下：
其中，fy、fu、λ分别是钢材的屈服强度、极限强度和材料硬化参数，D为最大面外变形量。
进一步地，所述耗能部件1均采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的钢材制成，且圆弧段半径较大的耗能部件1的厚度大于另外一个耗能部件1的厚度，从而实现分阶段屈服。
进一步地，所述上盖板4和下盖板5均采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
进一步地，所述下盖板5通过一个支撑架与建筑结构连接，实现该阻尼器与不同高度的建筑结构匹配。
本发明利用不同规格的U型软钢，通过简易组装可以实现用于不同的建筑结构，还可以实现分阶段屈服以满足不同抗震需求，支撑架的设置增加了该阻尼器的适用面，且制作工艺简单高效、成本低廉、性能可靠，具有广阔的前景。
实施例1
本发明提出的U型两阶段屈服金属阻尼器如图1～3所示：
一种U型两阶段屈服金属阻尼器由耗能部件1和固定于建筑结构上的上盖板4、下盖板5组成。该金属阻尼器的耗能部件1包括两个不同厚度的U型软钢，该两个U型软钢的圆弧段8和部分平直段7上沿宽度方向等间距开设连续槽2；平直段7的未开槽部分设置螺栓孔3；上盖板4和下盖板5的一端开设通孔6，同时与耗能构件1和建筑结构固定连接，另一端开设的通孔6仅与建筑结构固定连接。连接方式均为使用高强螺栓的螺栓连接。
阻尼器数量以及耗能构件1尺寸规格应根据实际减震方案中的结构尺寸和耗能要求
如图3所示，安装时，数个U型两阶段屈服金属阻尼器组合在一起并直接通过其上盖板4和下盖板5与建筑结构连接固定，其耗能部件1的开槽方向可与建筑结构承受剪切力的方向相垂直或平行。发生地震时，两种不同半径的U型软钢均发生位移。但当位移较小时，小半径U型软钢首先达到屈服强度，开始全截面塑性屈服，吸收地震输入的能量，即第一阶段屈服；当地震作用较大，相对位移继续扩大时，小半径U型软钢耗能贡献后，大半径U型软钢随即开始进入塑性屈服，履行其耗能职责，即第二阶段屈服，最终达到衰减结构的地震反应，保护结构主体安全的目的。
实施例2
如图7、8所示，安装时，数个U型两阶段屈服金属阻尼器组合在一起并通过其上盖板4与建筑结构连接固定，下盖板5先与支撑架相连接，再通过支撑架与建筑结构相连接。其耗能部件1的开槽方向可与建筑结构承受剪切力的方向相垂直或平行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种U型两阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，包括两个沿水平方向平行设置的耗能部件(1)，所述两个耗能部件(1)均为U型软钢，分别由一段圆弧段(8)和两段平直段(7)组成，且该两个U型软钢的圆弧段半径不同；每个耗能部件(1)的圆弧段和部分平直段沿宽度方向等间距的开设多个连续槽(2)，耗能部件(1)的平直段部分未开槽处均匀的设置多个螺栓孔(3)，每个耗能部件(1)分别通过螺栓与上盖板(4)和下盖板(5)的一端连接；上盖板(4)和下盖板(5)的另一端开设的通孔(6)与建筑或支撑杆进行连接固定。
2.根据权利要求1所述的U型两阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，所述耗能部件(1)的高度即两段平直段之间的距离H根据安装空间确定，将所需面内恢复力Fu和面外恢复力F带入恢复力公式，得到所述耗能部件(1)的U型软钢厚度t、平直段(7)长度l、宽度b的关系式如下：
其中，fy、fu、λ分别是钢材的屈服强度、极限强度和材料硬化参数，D为最大面外变形量。
3.根据权利要求1所述的U型两阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，所述耗能部件(1)均采用屈服强度在100MPa-225MPa之间的钢材制成，且圆弧段半径较大的耗能部件(1)的厚度大于另外一个耗能部件(1)的厚度，从而实现分阶段屈服。
4.根据权利要求1所述的U型两阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，所述上盖板(4)和下盖板(5)均采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
5.根据权利要求1所述的U型两阶段屈服金属阻尼器，其特征在于，所述下盖板(5)通过一个支撑架与建筑结构连接，实现该阻尼器与不同高度的建筑结构匹配。
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