CN110541595A - 一种橡胶分层u型金属板阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶分层U型金属板阻尼器，由外U型金属板、U型橡胶垫、内U型金属板、钢套管、槽型钢板、滑块、连接螺栓、螺帽及螺杆组成。外U型金属板、U型橡胶垫及内U型金属板分层嵌套组成耗能核心元件，并采用连接螺栓与钢套管和槽型钢板相连，槽型钢板与滑块相连接，钢套管、槽型钢板及滑块组成可相互轴向运动的抽屉式活动装置，钢套管与滑块分别与螺杆连接。内U型金属板与外U型金属板低周疲劳周期不同，在一个U型金属板发生低周疲劳断裂时，另一个U型金属板由于疲劳周期的差异仍可继续工作，克服了传统金属阻尼器发生低周疲劳断裂时导致整体突然失效的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及工程结构防灾减震技术领域的耗能减震装置，尤其是涉及一种橡胶分层U型金属板阻尼器。
背景技术
我国地震活动频繁，需对地震区或重要结构物进行抗震设计和加固，相继发展了延性抗震设计和减隔震技术。延性抗震设计是以结构部分损伤为代价来耗散地震能量，而已被广泛接受的结构减振防灾技术是对传统延性抗震设计的发展，即在结构中增加特定耗能装置(阻尼器)，控制结构物在地震中的反应，达到减小结构损伤的目的。
常见的阻尼器有粘滞阻尼器、磁流变阻尼器、金属屈服型阻尼器等。相较于金属屈服型阻尼器，粘滞阻尼器与磁流变阻尼器具有价格昂贵、构造复杂、耐久性差的缺点，因而工程中金属屈服型阻尼器应用更为广泛。
目前常见的金属屈服型阻尼器，如常规U性钢板阻尼器、剪切钢板阻尼器及防屈曲支撑等都具有较为普遍的特点，即发生低周疲劳时断裂时，阻尼器整体断裂失效，此时结构物安全将无法保证，可能产生结构整体倒塌的隐患。
发明内容
为克服上述缺点，本发明提供了一种橡胶分层U型金属板阻尼器，利用不同规格的U型金属板组合耗散能量，并设计一种便于连接的抽屉式活动装置。该阻尼器具有常规U型钢板阻尼器的一切优点：受力均匀，耗能能力强，位移能力大。相较于传统U型阻尼器，本发明利用抽屉式活动装置，采用螺杆(9)连接阻尼器与结构物，连接简便，稳定性好。更重要的是利用不同的U型金属板组合耗能，由于设计的外U型金属板(1)与内U型金属板(3)低周疲劳断裂周期不同，在一个U型金属板断裂时，另一个U型金属板仍可保证阻尼器整体性并耗散地震能量。
为实现上述目的，本发明提供一种橡胶分层U型金属板阻尼器，该U型金属板阻尼器由外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)、内U型金属板(3)、钢套筒(4)、槽型钢板(5)、滑块(6)、连接螺栓(7)、螺帽(8)及螺杆(9)组成。外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)及内U型金属板(3)由外至内分层依次嵌套组成U型金属板阻尼器的耗能核心元件，耗能核心元件采用连接螺栓(7)与钢套筒(4)和槽型钢板(5)相连，槽型钢板(5)与滑块(6)相连接，钢套筒(4)、槽型钢板(5)及滑块(6)组成能够相互沿轴向运动的抽屉式活动装置，钢套筒(4)与滑块(6)分别与螺杆(9)连接，螺杆(9)安装于位于耗能核心元件的轴心位置，螺杆(9)采用螺帽(8)固定。
外U型金属板(1)和内U型金属板(3)的材料采用根据设计需要确定的低屈服点钢材或形状记忆合金或具有相似性能的金属材料。
所述的外U型金属板(1)和内U型金属板(3)的材料、厚度、宽度及圆弧段半径由设计需求确定；U型橡胶垫(2)的宽度不大于U型金属板(3)宽度，厚度等于内U型金属板(3)与外U型金属板(1)间隙长度。
所述的耗能核心元件数量由设计需求确定，多组耗能核心元件采用相对、相背或同向布置。
所述的钢套筒(4)为一端闭合另一端开口的矩形钢套管；槽型钢板(5)和滑块(6)内置于钢套筒内，槽型钢板(5)距离钢套筒(4)闭合一端留有间隙，该间隙的距离由结构设计变形确定。
所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其工作原理是利用耗能核心元件的变形耗散地震能量，由于内U型金属板(3)与外U型金属板(1)低周疲劳周期不同，在一个U型金属板发生低周疲劳断裂时，另一个U型金属板由于疲劳周期的差异仍继续工作，克服了传统金属阻尼器发生低周疲劳断裂时导致整体突然失效的缺点，提供了“保险丝”的作用，给震后修复提供了可能。
本发明的有益效果是：
本发明的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，在地震作用下减震效果显著，主要体现在以下几点：
1.由于外U型金属板与内U型金属板低周疲劳断裂的周期不同，前期外U型金属板与内U型金属板一同耗散地震能量，但在一个U型金属板低周疲劳断裂时，另一个U型金属板仍能继续工作，极大的保证了阻尼器和结构物整体性。
2.该阻尼器利用U型金属板拉压时弯曲变形耗散地震能量，因而相较其他金属阻尼器受力均匀，耗能能力强，位移能力大。
3.消耗低、构造简单，可更换。本发明具备金属阻尼器的优良特点，价格低廉，构造简便，适用范围广，震后破坏集中在U型金属板，易于更换、可减少震后修复成本。
附图说明
图1为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的正视示意图；
图2为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的侧视示意图；
图3为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的A-A截面示意图。
图4为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的B-B截面示意图。
图5为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的工作时内部构件变形图。
附图标记说明：
1—外U型金属板；2—U型橡胶垫；3—内U型金属板；4—钢套筒；5—槽型钢板；6—滑块；7—连接螺栓；8—螺帽；9—螺杆。
具体实施方式
本发明是在传统U型耗能钢板的基础上，结合不同规格的U型金属板低周疲劳断裂周期不同的特点，例如，同等厚度和宽度的同材质U型钢板，圆弧半径大的抗低周疲劳性能更强。组合不同规格的U型金属板并采用U型橡胶垫(2)隔离，组成耗能核心元件，采用连接螺栓(7)连接到钢套筒(4)和槽型钢板(5)上，槽型钢板(5)与滑块(6)相连接，钢套筒(4)、槽型钢板(5)及滑块(6)组成可相互轴向运动的抽屉式活动装置，钢套筒(4)与滑块(6)分别与螺杆(9)连接，然后通过螺杆连接到结构物。在结构物发生变形时，钢套筒(4)与槽型钢板(5)仅在轴向发生相对位移，使内置的耗能核心元件发生弯曲变形，实现了耗能的目的，同时由于不同规格的U型金属板疲劳周期不同，在其中一个U型金属板地震时发生低周疲劳断裂时，另一个U型金属板仍可继续起到连接和耗能作用，极大的保证了阻尼器和结构物整体性。该结构主要用于抗震性能要求较高的桥梁工程和建筑工程减隔震技术中。
图1、图2、图3和图4为一种橡胶分层U型金属板阻尼器的具体实施实例，构造主要由外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)、内U型金属板(3)、钢套筒(4)、槽型钢板(5)、滑块(6)、连接螺栓(7)、螺帽(8)及螺杆(9)组成。
本发明在应用于桥梁和建筑结构时，将外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)及内U型金属板(3)分层依次嵌套组成耗能核心元件，并采用连接螺栓(7)与钢套筒(4)和槽型钢板(5)相连，槽型钢板(5)与滑块(6)相连接，钢套筒(4)、槽型钢板(5)及滑块(6)组成可相互轴向运动的抽屉式活动装置，钢套筒(4)与滑块(6)分别与螺杆(9)连接，并通过螺杆(9)连接到结构物上。其中钢套筒(4)为一端闭合另一端开口的矩形钢套管；槽型钢板(5)和滑块(6)内置于钢套筒内，槽型钢板(5)距离钢套筒(4)闭合一端留有间隙，该距离由结构设计变形确定；螺杆(9)安装于位于阻尼器轴心位置，采用螺帽(8)固定。
当地震发生时，结构物发生变形并在轴向拉压螺杆(9)，而内置耗能核心元件发生弯曲变形并耗能，阻尼器内部构件变形如图5所示。前期外U型金属板(1)和内U型金属板(3)组合工作并耗能，若其中一个U型金属板发生低周疲劳断裂，由于设计U型金属板低周疲劳的差异性，另一个U型金属板将继续工作并耗能，极大的保证了阻尼器和结构物整体性，防止了阻尼器整体断裂，有助于震后结构修复和阻尼器耗能核心元件的更换。该阻尼器加工和成型简便，耐久性能强，减震效果显著，安全可靠，震后易更换。可以显著提高地震区桥梁和建筑等工程结构的抗震性能，值得广泛推广应用。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案,尽管本说明书参照上述的实例对本发明已进行了详细的说明,但本发明不局限于上述具体实施方式,因此任何对本发明进行修改或等同替换而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：该U型金属板阻尼器由外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)、内U型金属板(3)、钢套筒(4)、槽型钢板(5)、滑块(6)、连接螺栓(7)、螺帽(8)及螺杆(9)组成；外U型金属板(1)、U型橡胶垫(2)及内U型金属板(3)由外至内分层依次嵌套组成U型金属板阻尼器的耗能核心元件，耗能核心元件采用连接螺栓(7)与钢套筒(4)和槽型钢板(5)相连，槽型钢板(5)与滑块(6)相连接，钢套筒(4)、槽型钢板(5)及滑块(6)组成能够相互沿轴向运动的抽屉式活动装置，钢套筒(4)与滑块(6)分别与螺杆(9)连接，螺杆(9)安装于位于耗能核心元件的轴心位置，螺杆(9)采用螺帽(8)固定。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：外U型金属板(1)和内U型金属板(3)的材料采用低屈服点钢材或形状记忆合金或。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：所述的外U型金属板(1)和内U型金属板(3)的材料、厚度、宽度及圆弧段半径由设计需求确定；U型橡胶垫(2)的宽度不大于U型金属板(3)宽度，厚度等于内U型金属板(3)与外U型金属板(1)间隙长度。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：所述的耗能核心元件数量由设计需求确定，多组耗能核心元件采用相对、相背或同向布置。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：所述的钢套筒(4)为一端闭合另一端开口的矩形钢套管；槽型钢板(5)和滑块(6)内置于钢套筒内，槽型钢板(5)距离钢套筒(4)闭合一端留有间隙，该间隙的距离由结构设计变形确定。
6.根据权利要求1所述的一种橡胶分层U型金属板阻尼器，其特征在于：利用耗能核心元件的变形耗散地震能量，由于内U型金属板(3)与外U型金属板(1)低周疲劳周期不同，在一个U型金属板发生低周疲劳断裂时，另一个U型金属板由于疲劳周期的差异仍继续工作。
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