CN109812113B - 分级耗能减震摩擦阻尼器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级耗能减震摩擦阻尼器及其应用方法，以达到在不同震级作用下的分级屈服的良好耗能效果，包括外部环形阻尼器和内部摩擦阻尼器。外部环形阻尼器，由一定厚度的金属制成，内部摩擦阻尼器，为上下两个摩擦圆盘。连杆呈X形，与内部金属圆盘焊接，使用高强度螺栓与外部环形阻尼器连接，可调节松紧度用于不同强度的地震。内部X形摩擦阻尼器和环形阻尼器分级耗能，该阻尼器大小可调，可用于剪力墙或梁柱间，结构简单，使用方便，在地震作用中，从内部X形摩擦阻尼器到外部环形阻尼器，由内到外逐步发生屈服。同时在小震、中震及大震中产生良好减震耗能效果。

Description

分级耗能减震摩擦阻尼器及其应用方法

技术领域

本发明涉及建筑结构的消能减震技术领域，具体是指一种分级耗能减震摩擦阻尼器及其应用方法。

背景技术

耗能减震技术在当前世界各国广泛的使用，在工程结构中耗能减震是常用的一种方式，也是一种被动控制的方法。目前已经开发了各种各样的阻尼器，譬如摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞流体阻尼器和磁流变阻尼器。其中摩擦阻尼器，具有构造简单、施工方便、结构受力均匀、维护及替换费用低等优点而被广泛的使用。摩擦阻尼器是一种附加在结构上的耗能装置，通过滑动摩擦力做功耗散能量，对结构起耗能减震作用。小震时，结构本身具有足够刚度，处于弹性状态，摩擦阻尼器不产生滑移；中震、大震时，结构变形增大，摩擦阻尼器产生滑移，为结构提供附加阻尼，消能减震，从而保护主体结构的安全。

因此，开发一种在不同震级下都可以屈服的摩擦阻尼器，并且可以层级屈服的意义重大。

发明内容

为克服现有摩擦阻尼器所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种分级耗能减震摩擦阻尼器及其应用方法，以达到在不同震级作用下的分级屈服的良好耗能效果。

为实现上述目的，本发明提供的分级耗能减震摩擦阻尼器，其特征在于：它包括外部环形阻尼器和内部摩擦阻尼器，所述外部环形阻尼器由闭合圆环组成，内部摩擦阻尼器由上摩擦圆盘和下摩擦圆盘组成，所述上摩擦圆盘、下摩擦圆盘中间设有螺孔；还设有多个高强度螺栓，所述上摩擦圆盘和下摩擦圆盘通过高强度螺栓与螺孔配套连接；还包括有上金属连杆和下金属连杆，所述上金属连杆与上摩擦圆盘焊接，下金属连杆与下摩擦圆盘焊接，所述上金属连杆和下金属连杆呈X形交错支撑相连；所述上金属连杆和下金属连杆的两端通过高强度螺栓分别与外部环形阻尼器的闭合圆环连接；

所述环形阻尼器中的弧形段中部厚度略大于两端厚度；所述上摩擦圆盘与上金属连杆，下摩擦圆盘与下金属连杆均光滑过渡以防止产生应力集中。

优选地，所述外部环形阻尼器与上摩擦圆盘、下摩擦圆盘均由低屈服点钢或Q235钢材料制成。

进一步地，所述环形阻尼器与摩擦阻尼器由整体铸造而成或多块金属部件拼接焊接而成。

本发明还提供一种分级耗能减震摩擦阻尼器的应用方法，其特征在于：所述分级耗能减震摩擦阻尼器分为上部分级耗能减震摩擦阻尼器和下部分级耗能减震摩擦阻尼器，将所述上部分级耗能减震摩擦阻尼器和下部分级耗能减震摩擦阻尼器分别设置在梁、柱或预制剪力墙之间并通过多个高强螺栓与梁、柱或预制剪力墙连接。

优选地，所述上部分级耗能减震摩擦阻尼器和下部分级耗能减震摩擦阻尼器设于装配式框剪结构的预制剪力墙之间或框剪结构的梁、柱之间以分级屈服耗能。

本发明与现有的技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1)本发明在小震、中震及大震中分级屈服，最大限度将地震造成的摩擦转动能力转化为热能耗散不同强度地震的能量，显著减轻结构的振动反应。

2)本发明的变形能力强，即小震时优选屈服的摩擦阻尼器和中震时屈服的外环，在大震时仍然不会破坏，能够继续有效发挥耗能作用。

3)本发明可通过采用不同屈服强度的金属材料，调节摩擦阻尼器和外部环形阻尼器之间的屈服强度梯度，使得耗能效果满足不同的抗震设防需求。

4)本发明造价低，易于加工，施工方便，耗能效果显著，抗震机理明确。

附图说明

图1为本发明分级耗能减震摩擦阻尼器正面结构示意图；

图2为对应图1的侧面结构示意图；

图3为对应图1整体三维图；

图4为对应图1应用实施状态下的整体结构示意图。

图中：1-外部环形阻尼器；2-内部摩擦阻尼器；3-上金属连杆；4-螺母；5-下金属连杆；6-螺孔；7-高强度螺栓；8-上摩擦圆盘；9-下摩擦圆盘；10-框架柱；11-框架梁；12-柱牛腿；13-上部分级耗能减震摩擦阻尼器；14-下部分级耗能减震摩擦阻尼器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对照附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图4所示，本发明的分级耗能减震摩擦阻尼器，主要由外部环形阻尼器1、内部摩擦阻尼器2(上摩擦圆盘8、下摩擦圆盘9、上金属连杆3、下金属连杆5)组成，内部摩擦阻尼器2的上金属连杆3和下金属连杆5采用X形连接。

外部环形阻尼器1由闭合圆环组成，内部摩擦阻尼器2为上摩擦圆盘8、下摩擦圆盘9两部分摩擦圆盘扣合而成，由上金属连杆3和下金属连杆5分别连接外部环形阻尼器1和内部摩擦阻尼器2。

上摩擦圆盘8、下摩擦圆盘9中间开洞留螺孔6，上摩擦圆盘8与下摩擦圆盘9之间通过高强度螺栓7连接，上摩擦圆盘8、下摩擦圆盘9分别连接上金属连杆3、下金属连杆5呈X形交错支撑相连，上金属连杆3、下金属连杆5与环形阻尼器1采用高强度螺栓7连接，上金属连杆3与上摩擦圆盘8焊接，下金属连杆5与下摩擦圆盘9焊接，是一种可滑动而改变连杆位移的装置。而摩擦力取决于上摩擦圆盘8、下摩擦圆盘9之间的挤压力。

环形阻尼器1中的弧形段中部厚度略大于两端厚度，上摩擦圆盘8与上金属连杆3、下摩擦圆盘9与下金属连杆5光滑过渡以防止产生应力集中。

环形阻尼器与摩擦阻尼器由整体铸造而成或多块金属部件拼接焊接而成，环形阻尼器与摩擦阻尼器由金属材料制成，包括低屈服点钢或Q235钢，环形阻尼器与摩擦阻尼器由同种材料或不同材料制成。

具体地，分级耗能减震摩擦阻尼器支设于装配式框剪结构的梁、柱之间或框剪结构的预制剪力墙之间进而分级屈服耗能。分级耗能减震摩擦阻尼器直接与框剪结构的梁、柱通过高强螺栓连接。

实施例一：

具体地，结合图4所示，安装时，四个分级耗能减震摩擦阻尼器分别并排两个放置在不同的槽口，两个槽口由柱牛脚12与框架梁11端面预留位置形成，并与建筑结构承受剪切力的方向相垂直或平行。上部摩擦阻尼器13两个并排通过框架柱10侧面跟框架梁11端面相互挤压固定，下部摩擦阻尼器14两个并排通过柱牛脚12端面跟框架梁11端面相互挤压固定。框架梁11端斜面与柱牛脚12斜面用高强螺栓7连接固定。发生地震时，梁端与柱牛脚发生相对位移，两个不同位置的分级耗能减震摩擦阻尼器分别发生挤压变形。当地震作用小的时候，结构本身具有足够刚度，处于弹性状态，摩擦阻尼器不产生滑移；当地震作用大的时候，结构变形增大，摩擦阻尼器产生滑移，为结构提供附加阻尼，消能减震，从而保护主体结构的安全。

实施例二(未图示)

在本实施例中还可以以剪力墙及其相邻的框架梁与框架柱作为建筑结构的应用举例，它包括一个分级耗能减震摩擦阻尼器，内部为X型摩擦阻尼器，外部金属环连接上下两根梁，所述摩擦阻尼器直接与剪力墙通过高强螺栓相连接，可根据工程实际情况改变所述摩擦阻尼器的大小。

在阻尼器的设计过程中，根据结构在不同设防水准地震下的不同目标位移需求，由结构的目标位移需求计算得到阻尼器在不同设防水准下的相对变形，然后通过有限元模拟和试验确定内环和外环阻尼器的尺寸。

完成上述实施过程后，应能体现出本发明以下特点：本发明可用于装配式框剪结构中，能够在不同抗震设防水准下实现分级屈服耗能的功能，保护主体结构的安全，而且本发明在损伤后易于修复更换。

Claims (2)

1.一种分级耗能减震摩擦阻尼器，其特征在于：它包括外部环形阻尼器(1)和内部摩擦阻尼器(2)，所述外部环形阻尼器(1)由闭合圆环组成，内部摩擦阻尼器(2)由上摩擦圆盘(8)和下摩擦圆盘(9)组成，所述上摩擦圆盘(8)、下摩擦圆盘(9)中间设有螺孔(6)；还设有多个高强度螺栓(7)，所述上摩擦圆盘(8)和下摩擦圆盘(9)通过高强度螺栓(7)与螺孔(6)配套连接；还包括有上金属连杆(3)和下金属连杆(5)，所述上金属连杆(3)与上摩擦圆盘(8)焊接，下金属连杆(5)与下摩擦圆盘(9)焊接，所述上金属连杆(3)和下金属连杆(5)呈X形交错支撑相连；所述上金属连杆(3)和下金属连杆(5)的两端通过高强度螺栓(7)分别与外部环形阻尼器(1)的闭合圆环连接；

所述环形阻尼器(1)中的弧形段中部厚度略大于两端厚度；所述上摩擦圆盘(8)与上金属连杆(3)，下摩擦圆盘(9)与下金属连杆(5)均光滑过渡以防止产生应力集中；

所述外部环形阻尼器(1)与上摩擦圆盘(8)、下摩擦圆盘(9)均由低屈服点钢或Q235钢材料制成；

所述环形阻尼器(1)与摩擦阻尼器(2)由整体铸造而成或多块金属部件拼接焊接而成。

2.一种应用如权利要求1所述分级耗能减震摩擦阻尼器的方法，其特征在于：所述分级耗能减震摩擦阻尼器分为上部分级耗能减震摩擦阻尼器(13)和下部分级耗能减震摩擦阻尼器(14)，将所述上部分级耗能减震摩擦阻尼器(13)和下部分级耗能减震摩擦阻尼器(14)分别设置在梁、柱或预制剪力墙之间并通过多个高强度螺栓(7)与梁、柱或预制剪力墙连接；

所述上部分级耗能减震摩擦阻尼器(13)和下部分级耗能减震摩擦阻尼器(14)设于装配式框剪结构的预制剪力墙之间或框剪结构的梁、柱之间以分级屈服耗能。

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