CN110145043B - 一种蜂窝状软钢阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程抗震与减震技术领域，具体涉及一种蜂窝状软钢阻尼器。包括阻尼器本体，所述阻尼器本体采用Q235材料制作，阻尼器本体为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm～300mm，正面中心处开圆形孔洞，圆形孔洞为通孔，贯穿至背面；圆形孔洞半径为R，正六边形边长为a，R/a＝0.6～0.75。具有结构形状简洁、易加工、初始刚度大、屈服位移大、屈服区域均匀分布、工作性能稳定、滞回曲线饱满、耗能性能较强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程抗震与减震技术领域，具体涉及一种蜂窝状软钢阻尼器。
背景技术
目前工程结构抗震的主要思想之一是消能减震原理，即在结构关键部位设置阻尼器，通过阻尼器的剪切、弯曲等不同程度的屈服作用，使结构产生耗散振动能量的往复应变，从而形成一个对大小地震不敏感的新的结构体系。
减震消能阻尼器从材料角度大致上可分为软钢阻尼器、铅阻尼器、油阻尼器、SMA(智能材料)阻尼器等等。其中，用普通Q235钢制成的软钢阻尼器由于其成本低廉、构造简单、受力性能稳定、易于施工和更换、耐久性良好等优点而为人们所接受。
目前软钢阻尼器在消能减震等方面仍存在一些亟需解决的问题：结构比较复杂、耗能性较差、塑性变形不稳定、塑性区分布不均匀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种蜂窝状软钢阻尼器。具有结构形状简洁、易加工、初始刚度大、屈服位移大、屈服区域均匀分布、工作性能稳定、滞回曲线饱满、耗能性能较强等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种蜂窝状软钢阻尼器，包括阻尼器本体，所述阻尼器本体采用Q235材料制作，阻尼器本体为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm～300mm，正面中心处开圆形孔洞，圆形孔洞为通孔，贯穿至背面；圆形孔洞半径为R，正六边形边长为a，R/a＝0.6～0.75。
所述阻尼器本体侧面两个对称的面加厚，一个面加厚部分为等腰梯形，等腰梯形底边为阻尼器本体正六边形的一个边，底角为60°；另一个面加厚部分为等腰梯形，底边为阻尼器本体正六边形的另一个边，底角为60°。
还包括加载梁，加载梁固接于阻尼器本体的顶部与底部。
多个所述阻尼器本体并排放置，中部设有间隙，一个加载梁固接在多个阻尼器本体的顶部，将多个阻尼器本体顶部相连，另一个加载梁固接在多个阻尼器本体的底部，将多个阻尼器本体底部相连。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)结构简洁合理、易加工、体积小巧：蜂窝形软钢阻尼器采用正六边形与圆形洞口的组合，外形简洁。其直接决定了塑性变形后的应力分布区域与均匀程度，合理地开洞将有利于人为控制屈服区域。
(2)滞回曲线饱满、耗能能力强：蜂窝形软钢阻尼器较以往X形阻尼器、剪切板阻尼器等软钢阻尼器具有更加稳定的工作性质，更加均匀的屈服区域，塑性变形稳定，显著提高了耗能能力。
(3)初始刚度大、初始屈服位移小：有利于阻尼器提供结构稳定性及快速进入屈服阶段耗散能量。
附图说明
图1为本发明阻尼器本体结构示意图；
图2为本发明实施例1结构示意图；
图3为本发明实施例2结构示意主视图；
图4为本发明实施例2结构示意侧视图；
图5为本发明实施例3结构示意图；
图6为本发明实施例3工作1状态示意图；
图7为本发明实施例3工作2状态示意图。
图中：1-阻尼器本体 2-圆形孔洞 3-加载梁 4-圆形孔洞半径 5-正六边形边长6-加厚部分 7-屈服区域
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
实施例1：
如图1、图2所示，一种蜂窝状软钢阻尼器，包括阻尼器本体1，阻尼器本体1采用Q235材料制作，阻尼器本体1为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm～300mm，正面中心处开圆形孔洞2，圆形孔洞2为通孔，贯穿至背面。
圆形孔洞半径4为R，正六边形边长5为a，R/a＝0.6～0.75。
所述阻尼器本体1侧面两个对称的面加厚，一个面加厚部分6为等腰梯形，等腰梯形底边为阻尼器本体正六边形的一个边，底角为60°；另一个面加厚部分6为等腰梯形，底边为阻尼器本体正六边形的另一个边，底角为60°。
实施例2：
如图1所示，一种蜂窝状软钢阻尼器，包括阻尼器本体1，阻尼器本体1采用Q235材料制作，阻尼器本体1为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm～300mm，正面中心处开圆形孔洞2，圆形孔洞2为通孔，贯穿至背面。
圆形孔洞半径4为R，正六边形边长5为a，R/a＝0.6～0.75。
如图3、图4所示，还包括加载梁3，加载梁3固接于阻尼器本体1的顶部与底部。
实施例3：
如图1所示，一种蜂窝状软钢阻尼器，包括阻尼器本体1，阻尼器本体1采用Q235材料制作，阻尼器本体1为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm～300mm，正面中心处开圆形孔洞2，圆形孔洞2为通孔，贯穿至背面。
圆形孔洞半径4为R，正六边形边长5为a，R/a＝0.6～0.75。
如图5所示，2个阻尼器本体1并排放置，中部设有间隙，一个加载梁3固接在2个阻尼器本体1的顶部，将2个阻尼器本体1顶部相连，另一个加载梁3固接在2个阻尼器本体1的底部，将2个阻尼器本体1底部相连。
图6为本发明实施例3工作1状态示意图，为剪切连接型
图7为本发明实施例3工作2状态示意图，为墙型。
软钢阻尼器的设计主要考虑：1)平面形状的简洁与合理性，其直接决定了塑性变形后的应力分布区域与均匀程度，合理地开洞将有利于人为控制屈服区域；2)方便制作、安装与更换，阻尼器作为保护结构的牺牲品，结构过于繁琐将会导致成本的累加，不利于工程中的普遍应用。
设计一种低屈服点、耐用、耗能性能优异、便于大规模使用的阻尼器成为当务之急。通过仿生原理分析框架结构在剪力下的应力应变情况。由平面内四个点位构成的框架结构受到剪力后，由于中间没有任何支撑，故将其能量转移到了框架梁的弯曲、剪切变形和节点处的屈曲变形，与之相对立的另一种极端情况便是剪力墙，由于剪力墙中部形成了足够的刚度使得抗剪能力大大提升。而对框架结构布置阻尼器的方式是在框架中加入支撑和阻尼器的组合，提高框架的初始刚度和抗震性能。
因此，不妨利用框架结构“不稳定”的特点，将阻尼器布置四个屈服区域7，由这四个区域构成一个框架的几何形状，使其承担弯曲、剪切变形且同时屈服，另一方面还可提高阻尼器的有效屈服区域，从而提高耗能性。
利用正六边形钢并在其中心开圆形洞口的方式制成具有四个屈服区域7的蜂窝形钢阻尼器。该阻尼器利用两种几何尺寸的组合形成了四个屈服7区域，在中部的隔离区相对截面积逐渐变大，且随着屈服区域的屈服过程产生一定转角，最后分配的应力变化趋势便是中部向两边传递，上下加载梁向中部传递，且圆弧形状本身便是一个均匀的过渡区域，有利于应力的均匀分布，即屈服区域均匀、面积大，提高了耗能性能和稳定性。另外，该阻尼器形状简洁明了，具有普遍应用的潜力。
本发明滞回曲线饱满、耗能能力强：蜂窝形软钢阻尼器较以往X形阻尼器、剪切板阻尼器等软钢阻尼器具有更加稳定的工作性质，更加均匀的屈服区域，塑性变形稳定，显著提高了耗能能力。
本发明初始刚度大、初始屈服位移小：有利于阻尼器提供结构稳定性及快速进入屈服阶段耗散能量。
本发明及适当组合较传统软钢阻尼器具有结构形状简洁、易加工、初始刚度大、屈服位移大、屈服区域均匀分布、工作性能稳定、滞回曲线饱满、耗能性能较强等优势。利用仿生原理进行结构设计且该阻尼器四个屈服区域构成的正方形轮廓与框架结构整体变形情况具有一致性，体现了将能量大化小、小化无，局部构件作用于整体结构的设计理念，为剪切型软钢阻尼器的设计和优化提供了新的思路。设计思路源于对阻尼器几何形状及过渡区域的理解，对软钢阻尼器在工程中的普遍应用具有促进作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种蜂窝状软钢阻尼器，其特征在于：包括阻尼器本体，所述阻尼器本体采用Q235材料制作，阻尼器本体为扁正六棱柱形，正面与背面均为正六边形，厚度C为50mm~300mm，正面中心处开圆形孔洞，圆形孔洞为通孔，贯穿至背面；圆形孔洞半径为R，正六边形边长为a，R/a=0.6~0.75；
所述阻尼器本体侧面的两个对称的面加厚，一个面加厚部分为等腰梯形，等腰梯形底边为阻尼器本体正六边形的一个边，底角为60°；另一个面加厚部分为等腰梯形，底边为阻尼器本体正六边形的另一个边，底角为60°。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝状软钢阻尼器，其特征在于：还包括加载梁，加载梁固接于阻尼器本体的顶部与底部。
3.根据权利要求1所述的一种蜂窝状软钢阻尼器，其特征在于：多个所述阻尼器本体并排放置，中部设有间隙，一个加载梁固接在多个阻尼器本体的顶部，将多个阻尼器本体顶部相连，另一个加载梁固接在多个阻尼器本体的底部，将多个阻尼器本体底部相连。
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| 新型蜂窝形软钢阻尼器的滞回分析及性能设计;祁烨;张宇;山西建筑;20231231;第49卷(第001期);全文 * |
| 新型软钢阻尼器的减震性能研究;李钢;李宏男;;振动与冲击;20060630(第03期);全文 * |
| 祁烨等.新型蜂窝形软钢阻尼器的滞回分析及性能设计.《山西建筑》.全文. * |
| 软钢阻尼器在建筑工程中的应用;张宇等;《钢结构》;20121203;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110145043A (zh) | 2019-08-20 |
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