CN110284615A - 一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木结构振动控制领域，具体公开一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器，包括金属管、分别设置在所述金属管的上下两端的端板、沿竖直方向叠设在所述金属管内的若干圆形支撑片；所述支撑片之间设置有运动辅助器，所述支撑片通过所述运动辅助器能在所述金属管内水平运动。本发明通过在金属管内设置圆形支撑片，支撑片之间设置有运动辅助器使其能在所述金属管内水平运动，当建筑受到外力作用时，金属管上下两端的端板发生相对水平位移，进而带动金属管产生水平变形，金属管进入塑性吸收能量耗能，此时支撑片随金属管产生水平位移并抵接支撑金属管的内壁，进而防止金属管由于面外变形过大而屈曲，实现多向耗能防屈曲的作用的。
Description
技术领域
本发明属于土木结构振动控制领域，具体涉及一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器。
背景技术
我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带两大地震带之间，是一个地震多发的国家。对于抵抗地震灾害的首要任务是建造抗震性能更好的房屋建筑，以保证地震来临时，建筑物不倒塌，人民生命财产安全得到保护。消能减震技术是采用在建筑中安装阻尼器消耗地震能量，以保证建筑安全的先进抗震技术。消能减震的核心技术是阻尼器。阻尼器主要分为粘滞阻尼器和金属阻尼器两类，金属阻尼器以其稳定的力学性能和耐久性在工程界得到广泛应用。
目前，金属阻尼器应用比较多的有剪切型钢板阻尼器、弯曲型钢板阻尼器以及防屈曲支撑阻尼器。这些阻尼器缺点是都只能在工作平面内耗能，然而地震方向具有不确定性，这些阻尼器面外空间工作性能难以保证，常导致阻尼器工作时未能达到设计性能的要求。
针对以上阻尼器存在的问题，有研究人员提出一些多向耗能阻尼，但这些多向耗能阻尼普遍存在构造复杂、制造工艺复杂、不够绿色环保、经济适用性差等缺点，在工程界中不被认可，尚未得到推广应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器，该金属管阻尼器结构简单，具有多向耗能功能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器，包括：金属管、分别设置在所述金属管的上下两端的端板、沿竖直方向叠设在所述金属管内的若干圆形支撑片；所述支撑片之间设置有运动辅助器，所述支撑片通过所述运动辅助器能在所述金属管内水平运动。
与现有技术相比，本发明通过在金属管内设置支撑片，且支撑片之间设置有运动辅助器使其能在所述金属管内水平运动，当建筑受到外力作用时如地震，金属管上下两端的端板发生相对水平位移，进而带动金属管产生水平变形，金属管进入塑性吸收能量耗能，此时，在运动辅助器的作用下支撑片随金属管产生水平位移并抵接支撑金属管的内壁，进而防止金属管由于面外变形过大而屈曲。本发明的支撑片为圆形，在不同方向的作用力使金属管上下两端的端板发生相对水平位移时，支撑片都能相对运动并抵接在金属管对应的内壁上，实现全方位的防止金属管屈曲，实现多向耗能防屈曲的作用的。
作为优选，所述运动辅助器为摩擦减小器或润滑剂。
作为优选，所述摩擦减小器为钢珠。
作为优选，所述支撑片呈实心形。
作为优选，所述支撑片呈圆环形。
作为优选，所述支撑片为金属片或混泥土片。
作为优选，所述支撑片为钢片。
作为优选，所述金属管为钢管。
作为优选，所述金属管外侧面上还涂覆有防护层。
作为优选，所述金属管中部的厚度小于其两端的厚度。
附图说明
现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明的剖视图；
图2是未设置支撑钢片的金属管破坏状态；
图3是设置有支撑钢片的金属管破坏状态；
图4未设置支撑钢片和设置支撑钢片的金属管滞回曲线示意图。
图中：
1、金属管；2、端板；3、支撑片；4、运动辅助器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器，包括：金属管1、分别设置在所述金属管1的上下两端的端板2、沿竖直方向叠设在所述金属管1内的若干圆形支撑片3；所述支撑片3之间设置有运动辅助器4，所述支撑片3通过所述运动辅助器4能在所述金属管1内水平运动。
与现有技术相比，本发明通过在金属管1内设置支撑片3，且支撑片3之间设置有运动辅助器4使其能在所述金属管1内水平运动，当建筑受到外力作用时如地震，金属管1上下两端的端板2发生相对水平位移，进而带动金属管1产生水平变形，金属管1进入塑性吸收能量耗能，此时，在运动辅助器4的作用下支撑片3随金属管1产生水平位移并抵接支撑金属管1的内壁，进而防止金属管1由于面外变形过大而屈曲。本发明的支撑片3为圆形，在不同方向的作用力使金属管1上下两端的端板2发生相对水平位移时，支撑片3都能相对运动并抵接在金属管1对应的内壁上，实现全方位的防止金属管1屈曲，实现多向耗能防屈曲的作用的。
如图1所示，所述运动辅助器4优选为摩擦减小器或润滑剂，进一步的，所述摩擦减小器优选为钢珠。
所述支撑片3可设置呈实心形或圆环形，采用金属材料制造或混泥土材料制造，即所述支撑片为金属片或混泥土片，其中，所述支撑片3优选为钢片。
所述金属管1可采用钢材料制造，即所述金属管1优选为钢管；所述金属管中部的厚度小于其两端的厚度。
为增加使用寿命，所述金属管1外侧面上还涂覆有防护层，同时为进一步提高金属管1的防屈曲能力，在所述金属管1外壁上套设有若干钢环。
本发明的多向耗能防屈曲金属管1阻尼器的制作步骤主要包括：
1、将钢管以焊接或螺栓连接或螺纹等的连接方式与钢管下端的端板2连接。
2、将加工好的支撑钢片(或混凝土片、钢环片等)涂上润滑剂，并逐一放入钢管内。
3、将钢管上端的端板2与钢管连接，完成多向耗能防屈曲金属管1阻尼器的制作。
多向耗能防屈曲金属管1阻尼器的制作还包括上漆做防腐工作。
本发明的多向耗能防屈曲金属管1阻尼器，有多向耗能能力、工作机理明确、构造简单、经济适用的特点，具有广阔的工程应用前景。
如图2～4所示，本发明的通过采用有限元模拟方法对比分析设置圆形支撑片3和没有设置圆形支撑片3的金属管1的破坏状态和力学性能。
分析条件：钢管高300mm，钢管厚度3mm；端板2长宽250mm,厚度25mm；支撑钢环片厚度20mm；钢管材料强度200MPa；接触不考虑摩擦力；分析程序：ABAQUS/Explict。
计算得到破坏状态变形情况如图2、3所示，滞回曲线对比如图4所示。
通过图2～4可知，无设置支撑钢片的钢管发生严重的屈曲变形，承载力相对较小，且下降明显；而有设置支撑钢片的钢管未发生屈曲，滞回曲线饱满，承载力比无设置支撑钢片有所提高，未出现下降段。
由此可知，在钢管内设置了支撑钢片，能够约束了钢管面外变形，改善了钢管的变形模式，避免钢管工作过程中发生屈曲破坏，提高钢管耗能的稳定性和耗能效率，更适合于工程中应用。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。
Claims (10)
1.一种多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，包括：金属管、分别设置在所述金属管的上下两端的端板、沿竖直方向叠设在所述金属管内的若干圆形支撑片；
所述支撑片之间设置有运动辅助器，所述支撑片通过所述运动辅助器能在所述金属管内水平运动。
2.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述运动辅助器为摩擦减小器或润滑剂。
3.根据权利要求2所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述摩擦减小器为钢珠。
4.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述支撑片呈实心形。
5.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述支撑片呈圆环形。
6.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述支撑片为金属片或混泥土片。
7.根据权利要求6所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述支撑片为钢片。
8.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述金属管为钢管。
9.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述金属管外侧面上还涂覆有防护层。
10.根据权利要求1所述的多向耗能防屈曲金属管阻尼器，其特征在于，所述金属管中部的厚度小于其两端的厚度。
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