CN108952282A - 一种分阶段屈服减震软钢阻尼器 - Google Patents

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丁建国
王昭轩
范进
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    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges

Abstract

本发明公开了一种分阶段屈服减震的软钢阻尼器。所述阻尼器包括一对折面连接钢板，以及软钢耗能钢片、套箍件、高强螺栓；所述两个折面连接钢板沿竖直方向平行对称设置，相对的两个折面连接钢板之间通过多个软钢耗能钢片连接，软钢耗能钢片分别与折面连接钢板所在平面及水平面垂直；所述软钢耗能钢片上设有椭圆形的内设孔，内设孔沿软钢耗能钢片的长轴水平布置，由内设孔的开孔形成耗能肋；软钢耗能钢片的水平两端分别垂直地嵌入折面连接钢板的镂空处，软钢耗能钢片两端伸出折面连接钢板的部分与套箍件相连，折面连接钢片与建筑结构通过高强螺栓连接。本发明实现了分阶段消能减震的目标，具有构造简单、制作安装方便、耗能效果好的优点。

Description

一种分阶段屈服减震软钢阻尼器
技术领域
本发明属于土木工程中的金属耗能阻尼器技术领域，特别是一种分阶段屈服减震的软钢阻尼器。
背景技术
金属材质的耗能阻尼器是利用金属的塑性滞回变形来消耗地震中产生的能量，由于软钢在进入塑性状态后具有的滞回特性，在弹塑性滞回变形过程能中吸收大量的能量，因而这种材料被用来制造不同的耗能减震器。常见的金属耗能阻尼器有：X型和三角形耗能阻尼器、扭转梁耗能阻尼器、弯曲梁耗能阻尼器等。相比于其他类型阻尼器，金属阻尼器制作简易、滞回性能稳定、更换方便、成本低廉，因此金属阻尼器在工程结构的抗震加固和修复中相当常见。
目前常见的金属耗能阻尼器结构比较单一，多为X型或者三角形耗能阻尼器，但是存在以下问题：当遇到较小的地震时，尚未达到金属阻尼器的屈服应力，阻尼器本身在弹性状态下未起到应有作用，结构本身因吸收能量而造成损伤；当遇到大的地震时，金属阻尼器整体进入塑性耗能状态来吸收更多的能量，但地震后须全部更换软钢耗能钢片，经济性与操作性较差；此外，一些软钢阻尼器在发生屈服变形之后，产生较为严重的应力集中，使得阻尼器塑性分布不均，影响了变形材料的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可根据不同等级的地震作用力实现分阶段屈服耗能减震的软钢阻尼器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种分阶段屈服减震的软钢阻尼器，所述阻尼器包括一对折面连接钢板，以及软钢耗能钢片、套箍件、高强螺栓；
所述两个折面连接钢板沿竖直方向平行对称设置，该两个折面连接钢板折面上部的距离小于折面下部的距离，相对的两个折面连接钢板之间通过多个软钢耗能钢片连接，软钢耗能钢片分别与折面连接钢板所在平面及水平面垂直；
所述软钢耗能钢片上设有椭圆形的内设孔，内设孔沿软钢耗能钢片的长轴水平布置，由内设孔的开孔形成耗能肋；软钢耗能钢片的水平两端分别垂直地嵌入折面连接钢板的镂空处，软钢耗能钢片两端伸出折面连接钢板的部分与套箍件相连，折面连接钢片与建筑结构通过高强螺栓连接。
进一步地，所述折面连接钢板中，单个折面连接钢板的折面宽度与两个折面连接钢板下部距离的比值为0.1～0.45。
进一步地，所述软钢耗能钢片为具有单个椭圆形内设孔的软钢耗能钢片，软钢耗能钢片的高宽比值为0.25～0.8；软钢耗能钢片分层布设在两个折面连接钢板之间，且同一水平面的软钢耗能钢片等间距地分布在折面连接钢板之间。
进一步地，所述软钢耗能钢片采用屈服强度范围为100MPa-225MPa的钢材制成。
进一步地，所述套箍件焊接于折面连接钢板的外侧，套箍件和软钢耗能钢片之间采用高强螺栓连接。
进一步地，所述折面连接钢板和套箍件采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
进一步地，一侧折面连接钢板的上部采用高强螺栓与结构的梁连接，另一侧的折面连接钢板下部采用高强螺栓与结构的承重中间柱连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)使用尺寸不同的软钢耗能钢片，使得阻尼器能够在小震情况下能提供可观的减震能力，同时在相对较大震害的震后，方便更换发生屈服部分的软钢耗能钢片，提高了耗材部件的利用率；(2)折面连接钢片的平行对称布置，使得软钢耗能钢片的安装更加简易便捷，实现了软钢阻尼器的分阶段耗能，具有对不同震级的抗震能力；(3)可以通过具体的工程要求，安装不同尺寸规格的，不同数量的具有单个椭圆形内设孔的软钢耗能钢片，以提供不同的初始刚度和耗能能力，减少了应力分布不均和应力集中等不良情况的发生；(4)具有安装简易、部件易更换、耗能效果好、钢材利用率高、对结构整体外观影响小的特点。
附图说明
图1为本发明分阶段屈服减震的软钢阻尼器的平面示意图。
图2为本发明分阶段屈服减震的软钢阻尼器的立体示意图。。
图3为本发明分阶段屈服减震的软钢阻尼器在建筑结构中的中间柱型安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
结合图1～2，本发明分阶段屈服减震的软钢阻尼器，所述阻尼器包括一对折面连接钢板1，以及软钢耗能钢片2、套箍件3、高强螺栓4；
所述两个折面连接钢板1沿竖直方向平行对称设置，该两个折面连接钢板1折面上部的距离小于折面下部的距离，相对的两个折面连接钢板1之间通过多个软钢耗能钢片2连接，软钢耗能钢片2分别与折面连接钢板1所在平面及水平面垂直；
所述软钢耗能钢片2上设有椭圆形的内设孔5，内设孔5沿软钢耗能钢片2的长轴水平布置，由内设孔5的开孔形成耗能肋6；软钢耗能钢片2的水平两端分别垂直地嵌入折面连接钢板1的镂空处，软钢耗能钢片2两端伸出折面连接钢板1的部分与套箍件3相连，折面连接钢片1与建筑结构通过高强螺栓4连接。
进一步地，所述折面连接钢板1中，单个折面连接钢板1的折面宽度与两个折面连接钢板1下部距离的比值为0.1～0.45。
进一步地，所述软钢耗能钢片2为具有单个椭圆形内设孔5的软钢耗能钢片，软钢耗能钢片2的高宽比值为0.25～0.8；软钢耗能钢片2分层布设在两个折面连接钢板1之间，且同一水平面的软钢耗能钢片2等间距地分布在折面连接钢板1之间。
进一步地，所述软钢耗能钢片2采用屈服强度范围为100MPa-225MPa的钢材制成。
进一步地，所述套箍件3焊接于折面连接钢板1的外侧，套箍件3和软钢耗能钢片2之间采用高强螺栓连接。
进一步地，所述折面连接钢板1和套箍件3采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
进一步地，一侧折面连接钢板1的上部采用高强螺栓4与结构的梁连接，另一侧的折面连接钢板1下部采用高强螺栓4与结构的承重中间柱连接。
实施例1
如图1～2所示：一种分阶段屈服减震的软钢阻尼器，该阻尼器由一对对称平行设置的折面连接钢板1、软钢耗能钢片2和套箍件3以及高强螺栓4组成。左侧的折面连接钢板1的上部使用高强螺栓4与结构的梁连接，右侧的折面连接钢板1的下部使用高强螺栓4与结构的中间柱连接；所述折面连接钢板1中，单个折面连接钢板1的折面宽度与两个折面连接钢板1下部距离的比值为0.1～0.45。
软钢耗能钢片2包括长软钢耗能钢片和短软钢耗能钢片，软钢耗能钢片2等间距地竖直分布在折面连接钢板1之间。软钢耗能钢片2具有椭圆形的内设孔5，内设孔5沿耗能钢片的长轴水平布置，由开孔形成耗能肋6，软钢耗能钢片2的两端分别垂直地嵌入折面连接钢板1的镂空处，软钢耗能钢片2的两端伸出折面连接钢板1的部分与套箍件3相连，套箍件3位于折面连接钢板1的外侧，焊接在折面连接钢板1的外侧面上，套箍件3和软钢耗能钢片2之间采用高强螺栓连接，将软钢耗能钢片2固定在折面连接钢板1上。
本实施例中的带椭圆形内设孔5的软钢耗能钢片2主要受到建筑结构传来的弯曲应力，所以采用屈服强度100MPa-225MPa之间的软钢材料来制作所需要的软钢耗能钢片2，其高宽比值为0.25-0.8，具体的尺寸和厚度应根据工程的实际要求和减震中的耗能要求确定，同时折面连接钢板1和套箍件3采用的钢材屈服强度不得低于235MPa，保证整个耗能阻尼器的耗能部位主要在软钢耗能钢片上。
本实施例分阶段屈服减震的软钢阻尼器安装在实际建筑结构中的中间柱上时，如图3所示，若干个分阶段屈服减震的软钢阻尼器安装在建筑结构当中。分阶段屈服减震的软钢阻尼器的左侧折面连接钢板1的上部采用高强螺栓4与结构的梁连接，右侧的折面连接钢板1的下部采用高强螺栓4与结构的承重中间柱连接。当地震振动传来时，两块折面连接钢板1之间产生了相对位移。当小震的情况下，两者的相对位移较小，因此只有上部的软钢耗能钢片2率先达到屈服强度，发生塑性屈服变形，吸收地震传递的能量，记为小震情况下的第一阶段的屈服；当遇到较大地震时，两块折面连接钢板1间的相对位移较大，尺寸更大的下部软钢耗能钢片2达到其屈服强度，开始通过塑性变形来吸收地震的能量，从而保护了主题结构的安全，记为大震情况下的第二阶段的屈服。
本发明采用对称的矩形折面连接钢板和尺寸不同的软钢耗能钢片的设计，实现了软钢阻尼器分阶段消能减震的目标，并具有构造简洁、制作及安装简易、部件易更换、耗能效果好、钢材利用率高、对结构整体外观影响小的特点，可作为耗能减震构件解决混凝土或钢结构的建筑在地震作用下的安全性问题。

Claims (7)

1.一种分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于：所述阻尼器包括一对折面连接钢板(1)，以及软钢耗能钢片(2)、套箍件(3)、高强螺栓(4)；
所述两个折面连接钢板(1)沿竖直方向平行对称设置，该两个折面连接钢板(1)折面上部的距离小于折面下部的距离，相对的两个折面连接钢板(1)之间通过多个软钢耗能钢片(2)连接，软钢耗能钢片(2)分别与折面连接钢板(1)所在平面及水平面垂直；
所述软钢耗能钢片(2)上设有椭圆形的内设孔(5)，内设孔(5)沿软钢耗能钢片(2)的长轴水平布置，由内设孔(5)的开孔形成耗能肋(6)；软钢耗能钢片(2)的水平两端分别垂直地嵌入折面连接钢板(1)的镂空处，软钢耗能钢片(2)两端伸出折面连接钢板(1)的部分与套箍件(3)相连，折面连接钢片(1)与建筑结构通过高强螺栓(4)连接。
2.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，所述折面连接钢板(1)中，单个折面连接钢板(1)的折面宽度与两个折面连接钢板(1)下部距离的比值为0.1～0.45。
3.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，所述软钢耗能钢片(2)为具有单个椭圆形内设孔(5)的软钢耗能钢片，软钢耗能钢片(2)的高宽比值为0.25～0.8；软钢耗能钢片(2)分层布设在两个折面连接钢板(1)之间，且同一水平面的软钢耗能钢片(2)等间距地分布在折面连接钢板(1)之间。
4.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，所述软钢耗能钢片(2)采用屈服强度范围为100MPa-225MPa的钢材制成。
5.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，所述套箍件(3)焊接于折面连接钢板(1)的外侧，套箍件(3)和软钢耗能钢片(2)之间采用高强螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，所述折面连接钢板(1)和套箍件(3)采用屈服强度不低于235MPa的钢材制成。
7.根据权利要求1所述的分阶段屈服减震的软钢阻尼器，其特征在于，一侧折面连接钢板(1)的上部采用高强螺栓(4)与结构的梁连接，另一侧的折面连接钢板(1)下部采用高强螺栓(4)与结构的承重中间柱连接。
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