CN109457996A - 一种用于加固梁和柱节点的阻尼器 - Google Patents

一种用于加固梁和柱节点的阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，包括弹性装置和两个耗能装置，耗能装置通过滞洄变形消耗梁和柱节点处的地震力，两个耗能装置的两端相互铰接，弹性装置安装在两个耗能装置之间，两个耗能装置滞洄变形时能够使弹性装置压缩或伸长。该阻尼器采用两个软钢制作的耗能装置，在地震力的作用下产生塑性变形，软钢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，因此能够消耗梁和柱承受的大部分震动力，提高了梁和柱节点的稳定性；同时采用软钢制作耗能装置更容易加工，且滞回性能稳定、易于更换、造价及维护费用低廉。

Description

一种用于加固梁和柱节点的阻尼器
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域以及阻尼器设备技术领域，具体为一种用于加固梁柱结点的阻尼器。
背景技术
随着国家基础建设的高速发展，对建筑抗震要求越来越高，因此为了增加梁和柱节点处的稳定性，一般在节点处安装阻尼器，用于消耗梁和柱承受的地震能力，用于提高梁和柱节点处的稳定性。
然而，现有的加固梁和柱节点的阻尼器在消耗地震能量中存在一定的缺陷，如：现有阻尼器结构复杂，不利用换阻尼构件的更换；而且耗能机制应用单一，导致在地震作用下，消耗地震能量的效果不显著；尤其在强地震时，阻尼构件被破坏后，造成结构瞬间倒塌，没有其他阻尼构件起到阻尼作用等问题，导致软钢阻尼器的应用受限。
因此有必要研究一种易更换、耗能效果显著、具有双重阻尼效果的阻尼器。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，解决了梁和柱节点处的塑性变形问题，且在地震作用下，具有双重阻尼效果，耗能显著。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，包括弹性装置和两个耗能装置，耗能装置通过滞洄变形消耗梁和柱节点处的地震力，两个耗能装置的两端相互铰接，弹性装置安装在两个耗能装置之间，两个耗能装置滞洄变形时能够使弹性装置压缩或伸长。
可选的，所述耗能装置为圆弧结构，圆弧的两端与圆弧的圆心形成的夹角小于或等于90°，弹性装置的端部与耗能装置内侧的圆弧面连接。
可选的，所述两个耗能装置分别为第一耗能装置和第二耗能装置；
第一耗能装置包括弧形的第一缓冲板，第一缓冲板的两端分别连接有第一连接板，第一连接板的端部设置有U型槽，两个第一连接板之间的夹角为90°；
第二耗能装置包括弧形的第二缓冲板，第二缓冲板的两端分别连接有第二连接板，第二连接板能够配装在第一连接板的U型槽中，两个第二连接板之间的夹角为90°。
可选的，所述弹性装置为弹簧，弹簧的两端分别与第一缓冲板和第二缓冲板连接。
可选的，所述弹簧的两端分别通过固定装置与第一缓冲板和第二缓冲板连接；
固定装置包括底座和设置在其上的连接柱，底座与缓冲板的弧面固定连接，连接柱安装在弹簧孔中。
可选的，所述第二连接板的端部设有用于连接梁或柱的固定板。
可选的，所述固定板通过拉杆固定在梁或柱上。
可选的，所述耗能装置采用软钢制备。
本申请还提供了一种梁和柱的减震结构，所述梁和柱的每一个连接节点处设置有权利要求1-8任一项所述的阻尼器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本申请提供的一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，该阻尼器安装在梁和柱的结点位置，两个耗能装置在受到梁和柱传递的地震作用力下发生塑性变形，并在滞洄变形特性的作用下发生反复的相对或相向运动，消耗梁和柱承受的地震力，在两个耗能装置反复的运动过程中，弹性装置反复受到拉力或压力，进一步消耗地震能量，通过耗能装置和弹性装置产生双重阻尼效果，耗能效果显著，解决梁柱节点处受到震动力导致塑性变形问题，提高梁和柱节点处的稳定性。
该耗能装置为弧形结构，结构简单，通过折弯即可成型，易于制造，两个耗能装置相互铰接，在地震过后，更换简单，维护成本低廉。
耗能装置采用软钢材料制备，软钢具有良好的滞洄变形特性，能够承受较大的地震力，且不易损坏。
附图说明
图1为本发明阻尼器的结构示意图；
图2为本发明阻尼器的正视图；
图3为本发明阻尼器的侧视图；
图4为本发明阻尼器的俯视图；
图5为本发明第二耗能板的正视图；
图6为本发明第二耗能板的侧视图；
图7为本发明第二耗能板的俯视图；
图8为本发明耗能弹簧的结构示意图；
图9为本发明耗能弹簧固定装置的正视图；
图10为本发明耗能弹簧固定装置的侧视图；
图11为本发明耗能弹簧固定装置的俯视图；
图12为本发阻尼器与梁柱的安装结构图1；
图13为本发阻尼器与梁柱的安装结构图2。
图中：1-第一耗能装置；2-第二耗能装置；3-弹性装置；4-固定装置；10-连接板；11-拉杆孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，包括弹性装置和两个用于消耗梁和柱地震能量的耗能装置，耗能装置通过滞洄变形消耗梁和柱节点处的地震力，两个耗能装置的两端相互铰接，弹性装置安装在两个耗能装置之间，两个耗能装置能够使弹性装置压缩或拉伸。
该阻尼器安装在梁和柱的节点位置，两个耗能装置在受到梁和柱传递的地震作用力下发生塑性变形，并在滞洄变形特性的作用下发生反复的相对或相向运动，消耗梁和柱承受的地震力，在两个耗能装置反复的运动过程中，弹性装置反复受到拉力或压力，进一步消耗地震能量，解决梁柱节点处受到震动力导致塑性变形问题，提高梁和柱节点处的稳定性。
上述的两个耗能装置分别为第一耗能装置1和第二耗能装置2。
如图2-4所示，第一耗能装置1包括弧形的第一缓冲板和两个第一连接板，两个第一连接板分别设置在缓冲板的两端，两个第一连接板之间的夹角为直角，缓冲板的两端与弧形圆心之间形成的夹角小于90°。第一连接板的端部设置有用于连接第二耗能装置的U型槽。
第二耗能装置2包括弧形的第二缓冲板，第二缓冲板的两端分别连接有第二连接板，两个第二连接板之间的夹角为直角，第一缓冲板和第二缓冲板结构相同，第二连接板能够配装入第一连接板的U型槽中。
第一耗能装置1和第二耗能装置2对称安装，即第一缓冲板和第二缓冲板的内侧弧面相对设置，第二耗能装置的两个第二连接板分别安装在第一耗能装置的第一连接板的U型槽中，通过螺栓铰接。
当第一耗能装置1和第二耗能装置2的两个缓冲板受到固定梁和固定柱传导的高频震动力时，由于缓冲板采用金属软钢材料制作，具有一定的滞回特性，两个缓冲板在高频震动力的作用下产生往复拉伸变形和弯曲变形，因此在变形的过程中能够抵消梁和柱传导的高频震动力，防止梁和柱的节点开裂。
如图5-7所示，第二缓冲板的两个连接板的端部分别还设置有用于和梁或柱连接的固定板10，固定板上均布有多个拉杆孔11，两个固定板分别贴在梁和柱上，拉杆穿过拉杆孔，通过螺栓将固定板固定。
如图8所示，弹性装置3为弹簧，弹簧的两端分别与第一缓冲板和第二缓冲板的内弧面固连，弹簧的两端分别位于两个弧面的中心，即弹簧的轴线与第一缓冲板和第二缓冲板圆心形成的直线重合，该位置为两个缓冲板的最大变形处，也可以理解为最大的受力点，当缓冲板的弧形中心位置产生变形，弹簧相应的会受到压缩或拉长，弹簧在变形的过程中进一步抵消震动力。
如图9-11所示，弹簧3的两端分别设置有固定装置4，包括底座设置在其上的连接柱，底座与缓冲板的弧面固连，连接柱安装在弹簧孔中，连接柱上沿径向设置有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将弹簧和连接柱固连。
底座与缓冲板采用焊接连接，还可以螺栓连接或铆接等现有连接方式连接。
如图12-13所示，本申请还提供了一种梁和柱的减震结构，包括固定梁、固定柱和上述的阻尼器，固定梁水平设置在固定柱的顶部，固定梁和固定柱的每个节点处均安装一个阻尼器。
阻尼器中第二耗能装置下端的固定板10通过拉杆安装在固定柱的侧壁上，上端的固定板10通过拉杆固定在梁的底面。该固定柱的侧壁和梁的底面构成一个直角节点。
阻尼器作为加固梁和柱节点以及抵消地震能量的主要装置，在发生地震时，震动力沿着固定柱传导至固定梁，使固定柱和固定梁发生高频震动，也可以理解为固定梁在固定柱的顶部发生高频次的上下往复摆动。
当固定梁向下摆动时，阻尼器受到固定梁的压力，第一耗能装置和第二耗能装置受力，两个缓冲板发生轻微的向心弯曲变形，在变形的过程中抵消固定梁向下的压力，同时，两个缓冲板变形时会产生相对移动，即两个缓冲板之间的间距变大，此时弹簧受到拉力伸长，弹簧在伸长的过程中能够进一步抵消固定梁向下的压力。
当固定梁达到最大的向下摆动位置时会向反向摆动，即固定梁向上摆动，此时第一耗能装置和第二耗能装置受到的压力逐步消失，此时第一耗能装置和第二耗能装置的缓冲板在滞回特性的作用下逐步回复，直至固定梁达到水平状态，第一耗能装置和第二耗能装置的缓冲板恢复至初始状态；此时，固定梁继续向上运动，第一耗能装置和第二耗能装置受到拉力，两个缓冲板在拉力的作用下发生轻微的拉伸变形，在变形的过程中抵消固定梁向上的拉力，同时，两个缓冲板变形时会产生相向移动，即两个缓冲板之间的间距变小，此时弹簧受到压力压缩，弹簧在压缩的过程中能够进一步抵消固定梁向上的拉力。
在固定梁和固定柱在反复的摆动过程中，阻尼器反复以上过程抵消固定梁和固定柱的震动力，直至震动力消失。根据上述耗能机制提供阻尼力，使得该阻尼器具备良好的耗能性能，且阻尼器在地震作用后，更换阻尼构件方便，操作简单，适用范围广，不占用过多使用空间，成本低廉。
该阻尼器采用两个软钢制作的耗能装置，在地震力的作用下产生塑性变形，软钢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，因此能够消耗梁和柱承受的大部分震动力，提高了梁和柱节点的稳定性；同时采用软钢制作耗能装置更容易加工，且滞回性能稳定、易于更换、造价及维护费用低廉。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，包括弹性装置(3)和两个耗能装置，耗能装置通过滞洄变形消耗梁和柱节点处的地震力，两个耗能装置的两端相互铰接，弹性装置安装在两个耗能装置之间，两个耗能装置滞洄变形时能够使弹性装置压缩或伸长。
2.根据权利要求1所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述耗能装置为圆弧结构，圆弧的两端与圆弧的圆心形成的夹角小于或等于90°，弹性装置的端部与耗能装置内侧的圆弧面连接。
3.根据权利要求1所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述两个耗能装置分别为第一耗能装置(1)和第二耗能装置(2)；
第一耗能装置(1)包括弧形的第一缓冲板，第一缓冲板的两端分别连接有第一连接板，第一连接板的端部设置有U型槽，两个第一连接板之间的夹角为90°；
第二耗能装置(2)包括弧形的第二缓冲板，第二缓冲板的两端分别连接有第二连接板，第二连接板能够配装在第一连接板的U型槽中，两个第二连接板之间的夹角为90°。
4.根据权利要求3所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述弹性装置(3)为弹簧，弹簧的两端分别与第一缓冲板和第二缓冲板连接。
5.根据权利要求4所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述弹簧的两端分别通过固定装置(4)与第一缓冲板和第二缓冲板连接；
固定装置(4)包括底座和设置在其上的连接柱，底座与缓冲板的弧面固定连接，连接柱安装在弹簧孔中。
6.根据权利要求3所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述第二连接板的端部设有用于连接梁或柱的固定板(10)。
7.根据权利要求6所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述固定板(10)通过拉杆固定在梁或柱上。
8.根据权利要求1所述用于加固梁和柱节点的阻尼器，其特征在于，所述耗能装置采用软钢制备。
9.一种梁和柱的减震结构，其特征在于，所述梁和柱的每一个连接节点处设置有权利要求1-8任一项所述的阻尼器。
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