CN110241937A - 一种自复位铅剪切阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位铅剪切阻尼器，包括：钢板组合构件、第一活塞构件、箱形构件、底板、紧固件、弹性件和第二活塞构件；钢板组合构件包括翼缘板和腹板；第一活塞构件、第二活塞构件的数量均为多个，第一活塞构件与第二活塞构件间隔交错且固定插接；第一活塞构件与第二活塞构件上开设多个灌装孔，灌装孔内装有铅芯。本发明中的自复位铅剪切阻尼器受力机制明确，构造简单，成本低，具有自复功能和耗能性能好，强震后无需更换的优点。

Description

一种自复位铅剪切阻尼器

技术领域

本发明涉及消能减震技术领域，更具体的说是涉及一种自复位铅剪切阻尼器。

背景技术

地震具有突发性较强且破坏性极大的特点，地震灾害往往是瞬时突发的自然灾害，作用时间短，却可以对人类生命财产造成极大的破坏。而地震防御难度大，地震预报是一个世界性难题，因此，需要我们从建筑结构本身来思考如何抵御地震。

目前，已经开发多种阻尼器，而现有的这些阻尼器在地震中的耗能效果差，且不具备自复位的功能。然而，铅具有较高的柔性和延展性，在变形过程中可以吸收大量热量，铅在室温下发生变形，将会同时发生动态恢复，即动态再结晶过程，通过恢复和再结晶过程，应变硬化将消失，铅的组织和性能将恢重到变形前的状态，铅是一种室温下做塑性循环不会发生积累疲劳的金属。

因此，研究出一种可以减小震后残余变性的自复位铅剪切阻尼器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种构造简单，能够及时拆卸更换，耗能效果好、自复位能力强的自复位铅剪切阻尼器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自复位铅剪切阻尼器，包括：钢板组合构件、第一活塞构件、箱形构件、底板、紧固件、弹性件和第二活塞构件；

所述钢板组合构件包括翼缘板和腹板；两块所述翼缘板上下平行布置；多块所述腹板固定在两块所述翼缘板之间；

所述第一活塞构件设有多个，且均匀固定于下方的所述翼缘板的底面中部；

所述箱形构件为两端开口或封闭的箱型结构，两个所述箱形构件置于所述第一活塞构件的两侧；

所述底板作为多个所述箱型构件共同的底部；

所述紧固件配合穿过两块所述翼缘板和所述箱形构件的顶板，且所述紧固件的两端分别紧固在上方的所述翼缘板的顶面和所述箱型构件的顶板内侧；

所述弹性件套设在所述紧固件上，且下方的所述翼缘板和所述箱形构件的顶板外壁之间、以及所述箱形构件的顶板内壁与所述紧固件的底端之间分别固定有弹性件，所述弹性件处于弹性压缩状态；

所述第二活塞构件的数量为多个，且均匀固定于所述底板的顶面，所述第一活塞构件与所述第二活塞构件间隔交错且固定插接；所述第一活塞构件与所述第二活塞构件上开设多个灌装孔，所述灌装孔内装有铅芯；

地震时所述第一活塞构件与箱型构件产生相对变形，所述第一活塞构件与所述第二活塞构件上下错动，所述灌装孔内的铅芯剪切变形耗能。

通过上述技术方案，本发明提出一种自复位铅剪切阻尼器，当地震荷载结束后，建筑物会发生相对运动，箱形构件内外两侧的弹性件会提供恢复力，实现自复位功能，减小残余变形，并且铅是一种室温下做塑性循环不会发生积累疲劳的金属，第一活塞构件与所述第二活塞构件内部含有铅芯具有良好的耗能性能，在地震荷载作用下可以极大地耗散地震能量，减轻结构的振动反应，进而降低地震载荷对结构的破坏程度。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，所述腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块所述翼缘板之间。一般情况下，翼缘板通过多块腹板支撑，腹板起到加劲肋的效果；腹板也可以与翼缘板组成箱型结构，使翼缘板在腹板的支撑下，能够起到一定的耗能变形效果。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，还包括封闭板，所述封闭板固定在所述箱形构件的开口端。当不安装封闭板时，阻尼器与紧固件的安装拆卸更加便捷；当安装封闭板时，能够加强箱形构件两侧钢板的刚度。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，所述紧固件包括高强螺栓和螺母；所述高强螺栓穿过两块所述翼缘板和所述箱形构件的顶面；所述螺母分别与所述高强螺栓的两端螺纹连接，且顶端的所述螺母旋紧顶在上方的所述翼缘板的顶面，底端的所述螺母旋紧顶在弹性件的底端。通过高强螺栓和螺母既方便组装拆卸，又能够方便调节弹性件的预压力。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，所述弹性件为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧。能够提供足够的刚度、变形能力以及承载能力。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，下方的所述翼缘板和所述箱形构件的顶板外壁之间的弹性件的数量、以及所述箱形构件的顶板内壁与所述紧固件的底端之间的弹性件的数量均至少为两个。箱形构件内外两侧的弹簧具有相同的刚度、承载力和变形能力，通过高强螺栓对弹簧施加预压力，当阻尼器受外荷载作用结束后，箱形构件内外两侧的弹簧能够使阻尼器实现自复位。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，所述灌装孔的两侧还设置有用于堵塞所述灌装孔的封装板。封装板将灌装孔封闭，可以避免铅污染。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，所述高强螺栓的屈服承载力大于所述弹性件的极限承载力，这样可以使铅剪切阻尼器在工作中始终保持弹性。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，自复位铅剪切阻尼器在进行设计时，需要提前确定容许残余变形值，根据容许残余变形值以及铅剪切阻尼器的最大承载力等参数进一步确定弹性件的刚度，宜保证箱形构件内侧与外侧的弹簧刚度之和与容许残余变形值的乘积大于铅剪切阻尼器最大承载力的一半。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，自复位铅剪切阻尼器在进行整体设计时，应同时考虑弹簧的弹性位移极限、耗能构件的极限位移以及结构的最大可能层间相对位移，保证在地震或风等外部作用下，弹簧与耗能构件均不会因为位移过大而破坏。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，钢板组合构件和箱形构件在进行尺寸设计时，应考虑耗能构件的最大设计位移，保证铅剪切阻尼器具有足够的变形空间。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，钢板组合构件、箱形构件、第一活塞构件以及第二活塞构件应具备足够的刚度和强度，使结构传递给自复位铅剪切阻尼器的变形主要集中在灌装孔的铅芯上。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，自复位铅剪切阻尼器所有构件的连接方式：包括钢板组合构件与弹性件以及箱形构件之间的连接为螺栓连接，可进行便捷的拆卸更换。

优选的，在上述一种自复位铅剪切阻尼器中，自复位铅剪切阻尼器可通过单斜撑或人字形支撑或墙式连接或连梁跨中型连接等方式设置在结构相对变形较大的位置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自复位铅剪切阻尼器，具有以下有益效果：

(1)在地震结束后，箱形构件内外两侧的弹簧可以提供恢复力，实现自复位功能，减小残余变形；

(2)铅剪切耗能元件的主要优势是通过铅剪切变形耗能，且铅是一种室温下做塑性循环不会发生积累疲劳的金属，使得铅剪切阻尼器具有了良好的耗能性能的同时不会发生疲劳破坏，具有良好复位功能，在地震作用下可以极大地耗散地震能量，减轻结构的振动反应；

(3)阻尼器的钢板组合构件和箱型构件的底板分别与结构的相对变形位置相连接，地震时第一活塞构件与箱型构件产生相对变形，带动第一活塞构件和第二活塞构件上下错动，引起铅芯的剪切变形实现耗能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的自复位铅剪切阻尼器的主视图。

其中：

1-钢板组合构件；

11-翼缘板；

12-腹板；

2-第一活塞构件；

3-箱形构件；

4-底板；

5-紧固件；

51-高强螺栓；

52-螺母；

6-弹性件；

7-第二活塞构件；

71-灌装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种自复位铅剪切阻尼器，包括：钢板组合构件1、第一活塞构件2、箱形构件3、底板4、紧固件5、弹性件6和第二活塞构件7；

钢板组合构件1包括翼缘板11和腹板12；两块翼缘板11上下平行布置；多块腹板12固定在两块翼缘板11之间；

第一活塞构件2设有多个，且均匀固定于下方的翼缘板11的底面中部；

箱形构件3为两端开口或封闭的箱型结构，两个箱形构件3置于第一活塞构件2的两侧；

底板4分别与多个箱形构件3的底部固定连接；底板4作为多个箱型构件3的共同的底部；

紧固件5配合穿过两块翼缘板11和箱形构件3的顶板，且紧固件5的两端分别紧固在上方的翼缘板11的顶面和箱型构件3的顶板内侧；

弹性件6套设在紧固件5上，且下方的翼缘板11和箱形构件3的顶板外壁之间、以及箱形构件3的顶板内壁与紧固件5的底端之间分别固定有弹性件6，弹性件6处于弹性压缩状态；

第二活塞构件7的数量为多个，且均匀固定于底板4的顶面，第一活塞构件2与第二活塞构件7间隔交错且固定插接；第一活塞构件2与第二活塞构件7上开设多个灌装孔71，灌装孔71内装有铅芯；

地震时第一活塞构件2与箱型构件3产生相对变形，第一活塞构件2与第二活塞构件7上下错动，灌装孔71内的铅芯剪切变形耗能。

为了进一步优化上述技术方案，腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块翼缘板之间。

为了进一步优化上述技术方案，还包括封闭板，封闭板固定在箱形构件3的开口端。

为了进一步优化上述技术方案，紧固件5包括高强螺栓51和螺母52；高强螺栓51穿过两块翼缘板11和箱形构件3的顶面；螺母52分别与高强螺栓51的两端螺纹连接，且顶端的螺母52旋紧顶在上方的翼缘板11的顶面，底端的螺母52旋紧顶在弹性件6的底端。

为了进一步优化上述技术方案，弹性件6为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧。

为了进一步优化上述技术方案，下方的翼缘板11和箱形构件3的顶板外壁之间的弹性件6的数量、以及箱形构件3的顶板内壁与紧固件5的底端之间的弹性件6的数量均至少为两个。

为了进一步优化上述技术方案，灌装孔71的两侧还设置有用于堵塞灌装孔71的封装板。

为了进一步优化上述技术方案，高强螺栓51的屈服承载力大于所述弹性件6的极限承载力。

本实施例的工作原理为：

本实施例提供的自复位铅剪切阻尼器安装在框架、框架-剪力墙以及连梁跨中等位置，以通过内部含有铅芯的灌装孔71进行耗能，小震或风荷载下，阻尼器可提供一定刚度，抵抗变形，在大震下，含有铅芯的灌装孔71屈服变形，为建筑物消耗大量地震引入的能量；在地震结束后，弹性件6提供较强的自复位能力使含有铅芯的灌装孔71基本自复位，从而实现阻尼器自复位功能，显著减小阻尼器的残余变形。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，包括：钢板组合构件(1)、第一活塞构件(2)、箱形构件(3)、底板(4)、紧固件(5)、弹性件(6)和第二活塞构件(7)；

所述钢板组合构件(1)包括翼缘板(11)和腹板(12)；两块所述翼缘板(11)上下平行布置；多块所述腹板(12)固定在两块所述翼缘板(11)之间；

所述第一活塞构件(2)设有多个，且均匀固定于下方的所述翼缘板(11)的底面中部；

所述箱形构件(3)为两端开口或封闭的箱型结构，两个所述箱形构件(3)置于所述第一活塞构件(2)的两侧；

所述底板(4)作为多个所述箱型构件(3)共同的底部；

所述紧固件(5)配合穿过两块所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板，且所述紧固件(5)的两端分别紧固在上方的所述翼缘板(11)的顶面和所述箱型构件(3)的顶板内侧；

所述弹性件(6)套设在所述紧固件(5)上，且下方的所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板外壁之间、以及所述箱形构件(3)的顶板内壁与所述紧固件(5)的底端之间分别固定有弹性件(6)，所述弹性件(6)处于弹性压缩状态；

所述第二活塞构件(7)的数量为多个，且均匀固定于所述底板(4)的顶面，所述第一活塞构件(2)与所述第二活塞构件(7)间隔交错且固定插接；所述第一活塞构件(2)与所述第二活塞构件(7)上开设多个灌装孔(71)，所述灌装孔(71)内装有铅芯；

地震时所述第一活塞构件(2)与箱型构件(3)产生相对变形，所述第一活塞构件(2)与所述第二活塞构件(7)上下错动，所述灌装孔(71)内的铅芯剪切变形耗能。

2.根据权利要求1所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，所述腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块所述翼缘板(11)之间。

3.根据权利要求1所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，还包括封闭板，所述封闭板固定在所述箱形构件(3)的开口端。

4.根据权利要求1所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，所述紧固件(5)包括高强螺栓(51)和螺母(52)；所述高强螺栓(51)穿过两块所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶面；所述螺母(52)分别与所述高强螺栓(51)的两端螺纹连接，且顶端的所述螺母(52)旋紧顶在上方的所述翼缘板(11)的顶面，底端的所述螺母(52)旋紧顶在弹性件(6)的底端。

5.根据权利要求1或5所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，所述弹性件(6)为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧。

6.根据权利要求6所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，下方的所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板外壁之间的弹性件(6)的数量、以及所述箱形构件(3)的顶板内壁与所述紧固件(5)的底端之间的弹性件(6)的数量均至少为两个。

7.根据权利要求1所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，所述灌装孔(7)的两侧还设置有用于堵塞所述灌装孔(7)的封装板。

8.根据权利要求4所述的一种自复位铅剪切阻尼器，其特征在于，所述高强螺栓(51)的屈服承载力大于所述弹性件(6)的极限承载力。