CN110939211A - 一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法 - Google Patents

一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法，包括外锯齿钢板、内锯齿钢板、固定钢板、支撑杆件、螺栓和螺杆；外锯齿钢板的内表面和内锯齿钢板的外表面分别设有咬合齿，一对外锯齿钢板和内锯齿钢板通过套有盘簧的螺栓连接咬合并叠合在一起，并通过固定钢板上下连接夹持在支撑杆件中间滑块上；在固定钢板上下表面喷涂有高摩擦材料，通过螺杆将支撑杆件连接在外锯齿钢板和内锯齿钢板上。本发明通过支撑杆件和固定钢板之间的摩擦以及内外锯齿钢板之间的相互错动极大的消耗外界传给结构的能量；其安装使用方便，易于修复更换，具有整体性强承载力高、易于调节、通用性强和耗能效果显著的特点。

Description

一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法
技术领域
本发明属于一种阻尼器，具体涉及一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法。
背景技术
地震的预测性不准确性、发生的突然性、破坏的剧烈性，需要采取各种措施对新建建筑进行减震处理及既有建筑的加固处理，以减少地震损害。阻尼器具有耗能、减震功能，同时又能提升结构的整体稳定性的双重优势，适合对新建建筑进行减震处理、对既有建筑进行加固处理。
而现有阻尼器选材方面要求严格，制造成本高，耗能减震效果很大程度上依赖其安装的数量和布置、屈服强度，可调节性差，阻尼器的参数一旦出厂便无法现场调节。结构在遭遇较大动荷载作用时，结构本身会产生大变形、大转动，从而造成阻尼器也会产生不可恢复的较大残余变形，自复位性能差，不便于后期拆卸替换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耗能复合阻尼器及其耗能方法，通过支撑杆件和固定钢板之间的摩擦以及内外锯齿钢板之间的相互错动极大的消耗外界传给结构的能量；其安装使用方便，易于修复更换，具有整体性强承载力高、易于调节、通用性强、耗能效果显著以及可自复位的特点。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明的一种高耗能复合阻尼器，包括外锯齿钢板、内锯齿钢板、固定钢板、支撑杆件、螺栓和螺杆；所述外锯齿钢板的内表面和内锯齿钢板的外表面分别设有咬合齿，一对外锯齿钢板和内锯齿钢板通过套有盘簧的螺栓连接咬合并叠合在一起，并通过固定钢板上下连接夹持在支撑杆件中间滑块上；在固定钢板上下表面喷涂有高摩擦材料，通过螺杆将支撑杆件连接在外锯齿钢板和内锯齿钢板上。
上述方案中，通过将所述螺杆施加不同大小的预紧力，可以达到调节阻尼器耗能效果的目的。
上述方案中，所述外锯齿钢板包括锯齿段和连接段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓贯穿孔，相互叠合后的锯齿段两端的连接段延伸出叠合端，且在端部设有螺杆连接孔。
上述方案中，所述内锯齿板呈凹槽型，凹槽外表面为锯齿段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓限位孔，凹槽通过两个台阶过度，限位孔宽度L5与螺栓直径d3之差的一半L3小于等于0.85倍内锯齿钢板咬合齿的齿间距L4，即满足：(L5-d3)/2＝L3≦0.85×L4。
上述方案中，所述螺栓贯穿锯齿段螺栓限位孔连接到固定钢板的盲孔中，盲孔深度为固定钢板厚度d4的3/4。
上述方案中，所述高摩擦材料为混杂纤维增强树脂基摩擦材料。
上述方案中，所述支撑杆件两端通过套圈固定，螺杆贯穿套圈将支撑杆件连接至外锯齿钢板和内锯齿钢板上，套圈直径d1与支撑杆件直径d2相差3-5mm，即满足：3mm<d1-d2<5mm。
上述方案中，所述支撑杆件中间滑块长度L7与固定钢板长度L6之差L8小于10倍固定钢板厚度d4，即满足：L7-L6＝L8≦10×d4，支撑杆件最大行程L＝L1+L2+0.85×L3+10×d4，其中，L1为固定钢板到内锯齿板距离，L2为内锯齿钢板台阶宽度。
上述方案中，所述咬合齿的截面为三角形或矩形。
上述方案中，所述外锯齿钢板和内锯齿钢板咬合齿的齿间距应对应相同且截面形状相同。
上述方案中，所述螺杆与外锯齿钢板可以是焊接或是螺栓连接。
相应地，本发明给出了一种高耗能复合阻尼器的耗能方法，包括如下步骤：
S1，将支撑杆件固定在梁上，外侧钢板连接段固定在与梁相邻的柱上；
S2，在动荷载作用下，当梁与柱之间产生相对位移或者转角，支撑杆件将产生位移，从而使内、外锯齿钢板之间、支撑杆件和固定钢板之间产生相对滑动；
S3，当动荷载较小时，固定钢板与内锯齿板之间、固定钢板与支撑杆件之间通过高摩擦材料之间的摩擦消耗动荷载作用产生的能量；
S4，当动荷载较大时，通过步骤S3所述耗能方式消耗部分能量，同时内外锯齿钢板锯齿状板在张拉作用下发生相对方向的位移，盘簧受拉并储能，当动荷载消失，盘簧释放能量复合阻尼器自复位；
S5，支撑杆件在套圈约束下仅可沿其中轴线方向产生位移。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的高耗能复合阻尼器耗能效果显著。支撑杆件立方体段与固定钢板接触的表面喷涂有高摩擦材料，并且支撑杆件两端通过套圈固定，从而增大支撑杆件和固定钢板之间的摩擦力，消耗动荷载作用的能量。
2)本发明的高耗能复合阻尼器安装使用方便易于修复更换。仅需将支撑杆件固定在梁上，外侧钢板固定在与梁相邻的柱上，受到多次地震作用后即使出现局部或者整体损坏修复工艺简单，快捷迅速。
3)本发明的高耗能复合阻尼器稳定性强不易出现侧向滑移。支撑杆件两端通过套圈固定，当支撑杆件受到荷载作用，在套圈约束下仅可沿支撑杆件中轴线方向产生位移。
4)本发明的高耗能复合阻尼器整体性强承载力高。支撑杆件位于上下固定钢板之间，外锯齿钢板位于内锯齿钢板上侧，固定钢板位于内锯齿板下侧，外锯齿钢板，内锯齿钢板，固定钢板依次通过螺栓连接，从而使外锯齿钢板内锯齿钢板固定钢板形成一个整体，提升内部承载力，上下外锯齿钢板通过螺杆连接，从而使内外锯齿钢板支撑杆件形成整体，提升整体承载力。
5)本发明的高耗能复合阻尼器易于调节通用性强。螺栓和外锯齿钢板外侧之间设置有盘簧，可以选用不同弹性模量盘簧，调节螺栓和外侧钢板之间距离适用于不同等级设防烈度地区。
6)本发明的高耗能复合阻尼器及其工作方法传力明确。在动荷载作用下，当梁与柱之间产生相对位移或者转角，支撑杆件受到力的作用将会产生位移，从而使内外锯齿钢板或者支撑杆件和固定钢板受到力的作用产生相对滑动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明外锯齿钢板的结构示意图；
图3为本发明内锯齿钢板的结构示意图；
图4为本发明固定钢板的结构示意图；
图5为本发明支撑杆件的结构示意图；
图6为本发明套圈的结构示意图；
图7为本发明内锯齿钢板、固定钢板尺寸标注示意图；
图8为本发明具体安装的示意图。
图中各标号含义：1—支撑杆件、2—梁、3—外锯齿钢板、4—内锯齿钢板、5—固定钢板、6—套圈、7—螺杆、8—螺栓、9—盘簧、10—柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例做进行详细说明。
如图1所示，本发明一种高耗能复合阻尼器，包括外锯齿钢板3、内锯齿钢板4、固定钢板5、支撑杆件1、螺栓8、套圈6和螺杆7；外锯齿钢板3的内表面和内锯齿钢板4的外表面分别设有咬合齿，一对外锯齿钢板3和内锯齿钢板4通过套有盘簧9的螺栓8连接咬合并叠合在一起，并通过固定钢板5上下连接夹持在支撑杆件1中段上；在固定钢板5上下表面喷涂有高摩擦材料，通过螺杆7将支撑杆件1连接在外锯齿钢板3和内锯齿钢板4上。
支撑杆件1位于上下固定钢板5之间，外锯齿钢板3位于内锯齿钢板4上侧，固定钢板5位于内锯齿板4下侧，外锯齿钢板3、内锯齿钢板4、固定钢板5依次通过螺栓8连接，螺栓8和外锯齿钢板3外侧之间设置有盘簧9，上下外锯齿钢板3通过螺杆7连接，盘簧9数目等于螺栓8数目。
如图2所示，外锯齿钢板3包括锯齿段和连接段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓贯穿孔，相互叠合后的锯齿段两端的连接段延伸出叠合端，且在端部设有螺杆7连接孔。
如图3所示，内锯齿板4呈凹槽型，凹槽上表面为锯齿段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓限位孔，凹槽下表面设两个台阶过度。
在一个实施例中，限位孔宽度L5与螺栓8直径d3之差的一半L3小于等于0.85倍内锯齿钢板4咬合齿的齿间距L4，即(L5-d3)/2＝L3≦0.85*L4。
设计锯齿段上咬合齿和螺栓限位孔宽度L5与螺栓8直径d3和咬合齿的齿间距L4所应满足的条件，能够在构件受力时提升内部承载力，同时有效防止咬合齿错位。
内锯齿钢板4凹槽内部与固定钢板5接触面喷涂有高摩擦材料，高摩擦材料为混杂纤维增强树脂基摩擦材料。内锯齿钢板4设置有限位孔，限位孔的数目等于螺栓8数目，限位孔宽度略大于螺栓8直径。
如图4所示，固定钢板5上设有与锯齿段对应的盲孔，螺栓8贯穿锯齿段螺栓限位孔连接到固定钢板5，并未穿透固定钢板5，在一个实施例中，盲孔深度为固定钢板5厚度d4的3/4。固定钢板5上下表面均喷涂有高摩擦材料。
如图5所示，支撑杆件1中下段为立方体，前端和末端为圆柱状，支撑杆件1立方体段与固定钢板5接触的表面喷涂有高摩擦材料，支撑杆件1两端通过套圈6固定，在一个实施例中，套圈6直径d1与支撑杆件1直径d2相差3-5mm，即，3mm<d1-d2<5mm。使得在构件受力时支撑杆件在套圈之间自由滑动，同时提供侧向约束。
如图6所示，套圈6为两个半圆弧带有连接端结构，通过螺栓固定在螺杆7中部。螺杆7与外锯齿钢板3可以是焊接也可以是螺栓连接；
如图7所示，在一个实施例中，支撑杆件1中间滑块长度L7与固定钢板5长度L6之差L8小于10倍固定钢板5厚度d4，即L7-L6＝L8≦10*d4，支撑杆件1最大行程L＝L1+L2+0.85*L3+10*d4。其中，L3为限位孔宽度L5与螺栓直径d3之差的一半，L1为固定钢板到内锯齿板距离，L2为内锯齿钢板台阶宽度。
使得在构件受力时支撑杆件中心滑块向一侧移动，不会引起另一侧内外锯齿钢板、固定钢板发生弯曲，有效保证该阻尼器在动荷载较大情况下的自复位。
如图8所示，本发明高耗能复合阻尼器连接在梁柱上的耗能过程为，将支撑杆件1固定在梁2上，外侧钢板3固定在与梁2相邻的柱10上；在动荷载作用下，当梁2与柱10之间产生相对位移或者转角，支撑杆件1将会产生位移，从而使内外锯齿钢板之间或者支撑杆件1和固定钢板5之间产生相对滑动；当动荷载较小时，固定钢板5与内锯齿板4之间、固定钢板5与支撑杆件1之间通过高摩擦材料之间的摩擦消耗动荷载作用产生的能量；当动荷载较大时，通过固定钢板5与内锯齿板4之间、固定钢板5与支撑杆件1之间通过高摩擦材料之间的摩擦消耗动荷载作用产生的部分能量，同时内外锯齿钢板4、3锯齿状板在张拉作用下发生相对方向的位移，盘簧9受拉并储能，当动荷载消失，盘簧9释放能量复合阻尼器自复位；支撑杆件1在套圈6约束下仅可沿其中轴线方向产生位移，消耗动荷载作用产生的能量。
本发明使用方便、耗能效果显著、安装使用方便易于修复更换、整体性强承载力高、易于调节通用性强。
本发明并不局限于上述实施例，在发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，包括外锯齿钢板(3)、内锯齿钢板(4)、固定钢板(5)、支撑杆件(1)、螺栓(8)和螺杆(7)；所述外锯齿钢板(3)的内表面和内锯齿钢板(4)的外表面分别设有咬合齿，一对外锯齿钢板(3)和内锯齿钢板(4)通过套有盘簧(9)的螺栓(8)连接咬合并叠合在一起，并通过固定钢板(5)上下连接夹持在支撑杆件(1)中间滑块上；在固定钢板(5)上下表面喷涂有高摩擦材料，通过螺杆(7)将支撑杆件(1)连接在外锯齿钢板(3)和内锯齿钢板(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述外锯齿钢板(3)包括锯齿段和连接段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓贯穿孔，相互叠合后的锯齿段两端的连接段延伸出叠合端，且在端部设有螺杆(7)连接孔。
3.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述内锯齿板(4)呈凹槽型，凹槽外表面为锯齿段，锯齿段上设有咬合齿和螺栓限位孔，凹槽通过两个台阶过度，限位孔宽度L5与螺栓(8)直径d3之差的一半L3与内锯齿钢板(4)咬合齿的齿间距L4满足：(L5-d3)/2＝L3≦0.85×L4。
4.根据权利要求3所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述螺栓(8)贯穿锯齿段螺栓限位孔连接到固定钢板(5)的盲孔中，盲孔深度为固定钢板(5)厚度d4的3/4。
5.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述高摩擦材料为混杂纤维增强树脂基摩擦材料。
6.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述支撑杆件(1)两端通过套圈(6)固定，螺杆(7)贯穿套圈(6)将支撑杆件(1)连接至外锯齿钢板(3)和内锯齿钢板(4)上；套圈(6)直径d1与支撑杆件(1)直径d2满足：3mm<d1-d2<5mm。
7.根据权利要求6所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述支撑杆件(1)中间滑块长度L7、固定钢板(5)长度L6之差L8和固定钢板(5)厚度d4满足L7-L6＝L8≦10×d4，支撑杆件(1)最大行程L＝L1+L2+0.85×L3+10×d4，其中，L3为限位孔宽度L5与螺栓直径d3之差的一半，L1为固定钢板到内锯齿板距离，L2为内锯齿钢板台阶宽度。
8.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述咬合齿的截面为三角形或矩形；
所述外锯齿钢板(3)和内锯齿钢板(4)咬合齿的齿间距应对应相同且截面形状相同。
9.根据权利要求1所述的一种高耗能复合阻尼器，其特征在于，所述螺杆(7)与外锯齿钢板(3)可以是焊接或是螺栓连接。
10.一种权利要求1-9任一项所述的一种高耗能复合阻尼器的耗能方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将支撑杆件(1)固定在梁(2)上，外侧钢板(3)连接段固定在与梁(2)相邻的柱(10)上；
S2，在动荷载作用下，当梁(2)与柱(10)之间产生相对位移或者转角，支撑杆件(1)将产生位移，从而使内、外锯齿钢板(4、3)之间、支撑杆件(1)和固定钢板(5)之间产生相对滑动；
S3，当动荷载较小时，固定钢板(5)与内锯齿板(4)之间、固定钢板(5)与支撑杆件(1)之间通过高摩擦材料之间的摩擦消耗动荷载作用产生的能量；
S4，当动荷载较大时，通过步骤S3所述耗能方式消耗部分能量，同时内外锯齿钢板(4、3)锯齿状板在张拉作用下发生相对方向的位移，盘簧(9)受拉并储能，当动荷载消失，盘簧(9)释放能量复合阻尼器自复位；
S5，支撑杆件(1)在套圈(6)约束下仅可沿其中轴线方向产生位移。
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