CN110748024A - 一种剪切型金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切型金属阻尼器，剪切型金属阻尼器包括芯板、下连接板、连接套和连接件，连接套包括上连接板和两个壁板，壁板上设有若干调位孔，连接件穿过调位孔和芯板，连接件与调位孔在竖直方向上具有间隙。本剪切型金属阻尼器，芯板与连接套通过连接件连接，一方面，连接套通过连接件将水平方向上的剪切力传递给芯板，使芯板产生剪切变形，另一方面，阻尼器在受到竖向挤压或拉伸时，芯板随同连接件，与连接套之间可产生竖直方向上的相对位移，从而有效释放轴力，并且不影响剪切力的传递，从而避免竖向轴力带来的不利影响，提高阻尼器的消能减震能力，此发明用于减震技术领域。

Description

一种剪切型金属阻尼器

技术领域

本发明涉及减震技术领域，特别是涉及一种剪切型金属阻尼器。

背景技术

在地震作用下，常规建筑结构不可避免地出现损伤，消能构件的引入可以有效地耗散地震能量，使结构的变形主要集中在消能构件中，从而减轻、甚至避免地震对建筑结构造成的破坏作用。剪切型金属阻尼器，作为结构消能抗震及防灾减灾领域中的一种被动控制装置，其构造简单以及成本低廉，因而在抗震领域得到广泛的应用。

现有的剪切型金属阻尼器还存在如下问题：剪切型金属阻尼器在建筑结构上安装之后，由于梁在线荷载作用下的挠度变形(混凝土梁跨度越大，跨中向下挠度往往越大)，同一位置相邻楼层梁间产生的竖向位移差值，以及混凝土材料的徐变作用，会对剪切型金属阻尼器产生竖向的挤压或拉伸作用，从而造成剪切型金属阻尼器受到竖向轴力，这一竖向轴力不仅会对芯板产生P-Δ效应，而且会降低芯板的刚度，影响阻尼器的消能减震能力。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种剪切型金属阻尼器，能够释放轴力，提高阻尼器的消能减震能力。

根据本发明的实施例，提供一种剪切型金属阻尼器，包括：

芯板；

下连接板，与所述芯板的下端连接；

连接套，与所述芯板的上端连接，所述连接套包括上连接板、和设于所述上连接板上的两个壁板，两所述壁板相对设置形成与所述芯板连接的连接缝隙，所述壁板上设有若干调位孔；以及

连接件，所述连接件穿过调位孔和芯板，所述连接件与所述调位孔在竖直方向上具有间隙，所述连接件在水平方向上与所述调位孔的孔壁接触。

有益效果：本剪切型金属阻尼器，通过连接套和下连接板分别与建筑结构的上梁和下梁连接，从而安装固定阻尼器，其中，芯板与连接套通过连接件连接，在地震作用下，一方面，连接套通过连接件将水平方向上的剪切力传递给芯板，使芯板产生剪切变形，另一方面，阻尼器在受到竖向挤压或拉伸时，由于连接件与连接套的调位孔在竖直方向上具有间隙，芯板随同连接件，与连接套之间可产生竖直方向上的相对位移，从而有效释放轴力，并且不影响剪切力的传递，从而避免竖向轴力带来的不利影响，提高阻尼器的消能减震能力。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述芯板的上端与上连接板(即连接缝隙顶面)之间的距离为d，[f]表示框架梁的挠度允许限值，表示徐变影响系数，

表示工况影响系数，d取

和50mm中的较大值，所述连接件与调位孔上端以及下端的间隙均为d。芯板上端与上连接板之间需预留有足够的间距，以及调位孔在竖直方向上需预留足够的间隙，以保证阻尼器在释放轴力时，芯板随同连接件一起可以产生有效的竖向位移。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述调位孔呈竖直条状，所述调位孔包括竖向的矩形平直段和以所述矩形平直段的宽度为直径的两段半圆弧。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，两个所述壁板的两侧设有约束翼缘。连接套与芯板之间的剪力传递，除了通过连接件外，还可以通过约束翼缘，约束翼缘与芯板的两侧接触产生相互作用，从而传递剪力。通过连接件和约束翼缘两种渠道传递剪力，能够充分保证芯板可发生剪切塑性变形，从而实现消能减震的目的。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述芯板上设有若干水平条状缝隙。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述芯板的前后端面连接有L形的约束板，所述约束板包括竖直板和水平板，所述竖直板与所述芯板固定连接，所述水平板与所述下连接板固定连接。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，还包括若干第一紧固件和第二紧固件，所述竖直板上设有若干第二通孔，各所述第一紧固件穿过两个约束板的竖直板上的第二通孔和芯板上的水平条状缝隙，各所述第二紧固件穿过约束板的水平板和下连接板。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述竖直板的外侧端面设置若干条形垫板，所述条形垫板上设有若干第三通孔，各所述第一紧固件穿过条形垫板上的第三通孔、竖直板上的第二通孔和芯板上的水平条状缝隙。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，所述芯板与连接套之间、以及所述芯板与约束板之间相互接触的面上设置聚四氟乙烯涂层。

根据本发明实施例所述的剪切型金属阻尼器，还包括两个翼缘板，两个所述翼缘板分别设于所述芯板的两侧。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的分解图；

图3是本发明实施例的正视图；

图4是本发明实施例连接套的结构示意图；

图5是本发明实施例约束板的结构示意图；

图6是本发明实施例条形垫板的结构示意图；

图7是本发明实施例芯板的第一结构示意图；

图8是本发明实施例芯板的第二结构示意图；

图9是本发明实施例芯板的第三结构示意图；

图10是本发明实施例的安装结构示意图；

图11是本发明实施例安装于消能减震框架结构的墙柱型布置示意图；

图12是本发明实施例安装于消能减震框架结构的门架型布置示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图4，本发明实施例剪切型金属阻尼器，包括芯板10、下连接板20和连接套30，下连接板20和连接套30分别与芯板10的下端和上端连接。其中，连接套30包括上连接板31、设于上连接板31上的两个壁板32、和设于壁板32两侧的两个约束翼缘33，两个壁板32相对设置形成与芯板10连接的连接缝隙34，壁板32上设有若干调位孔321，在本实施例中，调位孔321呈竖直条状，由竖向的矩形平直段和以矩形平直段宽度为直径的两段半圆弧构成。设置连接件40连接芯板10和连接套30，连接件40穿过芯板10和两个壁板32的调位孔321，芯板10上设有供连接件40穿过的第一通孔11，连接件40与调位孔321在竖直方向上具有间隙，连接件40采用螺栓，螺栓直径与调位孔321水平方向上的宽度相同(实际上，调位孔321水平方向上的宽度与螺栓直径之间允许具有小范围的安装间隙，如单侧安装间隙在0.5～1mm)，螺栓尾端用螺母锁紧，并且根据需要可增加垫片41和垫圈等，螺栓与螺母不完全锁死，即连接件40在竖直方向上可产生位移。约束翼缘33的外侧面设置加强耳板35。上连接板31、壁板32、约束翼缘33、以及加强耳板35相互之间可通过焊接连接，芯板10与下连接板20可通过焊接连接。芯板10的两侧设有两个翼缘板90，翼缘板90与芯板10可通过焊接连接。

本剪切型金属阻尼器，通过连接套30和下连接板20分别与建筑结构的上梁和下梁连接，从而安装固定阻尼器，上梁和下梁可以采用H型钢梁。芯板10与连接套30通过连接件40连接，在地震作用下，一方面，当上连接板31和下连接板20发生往复错动时，连接套30通过连接件40和两个约束翼缘33将水平方向上的剪切力有效地传递给芯板10，使芯板10产生剪切变形，从而实现消能减震的目的，另一方面，阻尼器在受到竖向挤压或拉伸时，由于连接件40与连接套30的调位孔321在竖直方向上具有间隙，芯板10随同连接件40，与连接套30之间可产生竖直方向上的相对位移，从而有效释放轴力，并且不影响剪切力的传递，从而避免竖向轴力带来的不利影响，提高阻尼器的消能减震能力。

可以理解的是，连接件40除了使用螺栓外，还可以采用螺杆、螺柱等，并且在两端设置螺母，或者采用长条状的杆件，并且在两端设置挡片，只要能够实现力的传递并满足强度要求即可。调位孔321除了可以为竖直条状外，还可以呈矩形或者正方形甚至不规则的形状，只要满足以下条件即可：(1)调位孔321与连接件40在竖直方向上具有间隙，连接件40可竖向移动；(2)连接件40在水平方向上与调位孔321的孔壁接触，以便传递剪力。

芯板10上端与上连接板31之间需预留有足够的间距，以及调位孔321在竖直方向上需预留足够的间隙，以保证阻尼器在释放轴力时，芯板10随同连接件40一起可以产生有效的竖向位移。具体地，如图3和图10所示，芯板10的上端与上连接板31(即连接缝隙34顶面)之间的距离为d(单位：mm)，

即d取

和50mm中的较大值，其中，[f]表示框架梁600的挠度允许限值(单位：mm)，其与混凝土梁的计算跨度有关，可根据GB50010-2010(2015)规范确定；

表示徐变影响系数

可根据试验或经验数据确定；

表示工况影响系数，一般情况下取1.0，考虑特殊工况时，如竖向地震与水平地震的耦合作用等其它因素，取1.5；50mm为基本构造要求。对应地，连接件40与调位孔321上端以及下端的间隙均为d。并且翼缘板90与约束翼缘33在竖直方向上的距离不小于d，以避免发生竖向位移时翼缘板90与约束翼缘33相抵而影响轴力的释放。

参照图7，在本实施例中，芯板10上设有若干水平条状缝隙12，水平条状缝隙12由水平的矩形平直段和以矩形平直段宽度为直径的两段半圆弧构成。一方面，水平条状缝隙12能够将芯板10的薄弱部位移到芯板10的内部，调节并改变芯板10复杂的受力状态，形成以缝间板带为主的复合受力模式，缝间板带屈服消能耗散地震输入能量，可以实现大面积同时屈服，提高阻尼器的消能减震能力；另一方面，通过水平条状缝隙12，利用螺栓，将两块L形的约束板50安装于芯板10的前后端面上，即水平条状缝隙12还作为安装孔用。传统的剪切型金属阻尼器芯板不具有水平条状缝隙12，在耗散地震能量时应力发展不均匀，只能局部进入塑性，大部分材料依然处于弹性阶段，导致阻尼器不能物尽其用。

通过改变水平条状缝隙12的长度和宽度、芯板10厚度和水平条状缝隙12的布置形式，可以设计出不同消能能力的阻尼器，进而实现不同的屈服荷载以及对应的屈服位移，实现参数可控的设计，克服了常规剪切型金属阻尼器仅依靠调整芯板尺寸来调节其消能能力的局限。芯板10剪切变形时的弹性刚度与水平条状缝隙12的长度和宽度、芯板10厚度和水平条状缝隙12的布置形式有关，屈服荷载与芯板10的等效截面面积和最大允许剪切应力有关，屈服位移为屈服荷载与弹性刚度的比值。在某些实施例中，如图7～图9所示，为水平条状缝隙12的几种布置形式，可以理解的是，根据实际需要，水平条状缝隙12还可以采用其他的布置形式。

参照图2和图5，芯板10的前后端面连接有L形的约束板50，约束板50包括竖直板51和水平板52，竖直板51与芯板10固定连接，水平板52与下连接板20固定连接。约束板50能够有效抑制芯板10的平面外屈曲，并且避免了传统结构中芯板10上焊接加劲肋产生的焊接残余应力和焊缝脆性撕裂等质量问题。

约束板50的两侧与芯板10两侧的翼缘板90之间留有间隙，以免在大变形时，约束板50与两侧的翼缘板90相抵，使约束板50参与水平受力，限制翼缘板90的弯曲变形，导致影响阻尼器的消能能力。并且约束板50的竖直板51与连接套30的壁板32在竖直方向上的距离不小于d，以避免发生竖向位移时竖直板51的上端与壁板32相抵而影响轴力的释放。同理，翼缘板90与连接套30的约束翼缘33在竖直方向上的距离应不小于d。翼缘板90与竖直板51的上端平齐。

参照图2和参照图6，具体地，通过若干第一紧固件60和第二紧固件70连接固定芯板10、约束板50和下连接板20，约束板50的竖直板51的外侧端面设置若干条形垫板80。竖直板51上设置供第一紧固件60穿过的第二通孔511，条形垫板80上设置供第一紧固件60穿过的第三通孔81，水平板52上设置供第二紧固件70穿过的第四通孔521。各第一紧固件60穿过两侧的条形垫板80上的第三通孔81、两个约束板50的竖直板51上的第二通孔511和芯板10上的水平条状缝隙12，第一紧固件60采用螺栓，螺栓尾端用螺母锁紧，从而将芯板10与约束板50连接；各第二紧固件70穿过约束板50的水平板52和下连接板20，第二紧固件70采用螺栓，螺栓尾端用螺母锁紧，从而将下连接板20与约束板50连接。条形垫板80能够增加第一紧固件60紧固力的作用面积，从而增强约束板50对芯板10整体的约束作用。

安装时，第一紧固件60位于水平条状缝隙12的中间位置，并且与水平条状缝隙12的上下缘留有安装间隙，避免与芯板10接触。

可以理解的是，第一紧固件60和第二紧固件70还可以采用螺杆或螺柱等常用紧固件。

作为优选，芯板10与连接套30之间、以及芯板10与约束板50之间相互接触的面上涂抹聚四氟乙烯。聚四氟乙烯能够减小构件之间的摩擦力，起到润滑作用，减小芯板10在竖直方向上产生位移和水平方向上发生剪切变形时的摩擦阻力。

上连接板31上设置若干第一安装孔311，下连接板20上设置若干第二安装孔21，根据实际需要，阻尼器可采用不同的安装结构安装于减震建筑上。

参照图10和11，阻尼器的上连接板31和下连接板20，分别与上连接梁100和下连接梁200进行螺栓连接，上连接梁100和下连接梁200采用H型钢，H型钢在其腹板两侧可焊接加劲肋，然后将上连接梁100和下连接梁200，分别与上悬臂墙柱300和下悬臂墙柱400相连(要求连接件40处于调位孔321的中间位置)；或者参照图12，采用人字形钢支撑500，将阻尼器安装于上部的框架梁600梁底与人字形钢支撑500的上部钢梁之间，从而实现阻尼器的安装。

可以理解的是，阻尼器还可以倒立安装(即连接套30位于芯板10的下端和下连接板20位于芯板10的上端)或者水平安装(即连接套30和下连接板20分别位于芯板10的左右两侧)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种剪切型金属阻尼器，其特征在于，包括：

芯板；

下连接板，与所述芯板的下端连接；

连接套，与所述芯板的上端连接，所述连接套包括上连接板、和设于所述上连接板上的两个壁板，两所述壁板相对设置形成与所述芯板连接的连接缝隙，所述壁板上设有若干调位孔；以及

连接件，所述连接件穿过调位孔和芯板，所述连接件与所述调位孔在竖直方向上具有间隙，所述连接件在水平方向上与所述调位孔的孔壁接触。

2.根据权利要求1所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述芯板的上端与上连接板之间的距离为d，[f]表示框架梁的挠度允许限值，

表示徐变影响系数，

表示工况影响系数，d取

和50mm中的较大值，所述连接件与调位孔上端以及下端的间隙均为d。

3.根据权利要求1所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述调位孔呈竖直条状，所述调位孔包括竖向的矩形平直段和以所述矩形平直段的宽度为直径的两段半圆弧。

4.根据权利要求1所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：两个所述壁板的两侧设有约束翼缘。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述芯板上设有若干水平条状缝隙。

6.根据权利要求5所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述芯板的前后端面连接有L形的约束板，所述约束板包括竖直板和水平板，所述竖直板与所述芯板固定连接，所述水平板与所述下连接板固定连接。

7.根据权利要求6所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：还包括若干第一紧固件和第二紧固件，所述竖直板上设有若干第二通孔，各所述第一紧固件穿过两个约束板的竖直板上的第二通孔和芯板上的水平条状缝隙，各所述第二紧固件穿过约束板的水平板和下连接板。

8.根据权利要求7所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述竖直板的外侧端面设置若干条形垫板，所述条形垫板上设有若干第三通孔，各所述第一紧固件穿过条形垫板上的第三通孔、竖直板上的第二通孔和芯板上的水平条状缝隙。

9.根据权利要求6所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：所述芯板与连接套之间、以及所述芯板与约束板之间相互接触的面上设置聚四氟乙烯涂层。

10.根据权利要求1所述的剪切型金属阻尼器，其特征在于：还包括两个翼缘板，两个所述翼缘板分别设于所述芯板的两侧。

Images