CN111101614A - 复合连梁阻尼器及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合连梁阻尼器及其装配方法，其中，阻尼器包括粘弹性阻尼器，还包括SMA阻尼器和复位摩擦阻尼器，所述SMA阻尼器并联在所述粘弹性阻尼器的一端，所述复位摩擦阻尼器串联在所述粘弹性阻尼器的另一端；装配时，先制作好前约束板、后约束板、摩擦阻尼剪切板、粘弹阻尼剪切板、上挡板、下挡板、外约束板等，然后装配复位摩擦阻尼器，再装配SMA阻尼器完成装配方法。本发明复合连梁阻尼器采用粘弹性阻尼器与SMA阻尼器先并联，再与复位摩擦阻尼器串联的工作模式，能同时发挥阻尼器各自的优点，并能弥补存在缺点。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构的抗震减震技术领域，具体的说，涉及了一种复合连梁阻尼器及其装配方法。
背景技术
在高层和超高层建筑中，由于其结构的复杂性，对其的抗震性能要求较高。剪力墙结构或框架剪力墙结构由于其优异的抗侧刚度和承载能力，被广泛地运用在现代高层和超高层建筑中。在实际工程中，由于建筑功能的需要，往往需要在墙上开洞，形成带连梁的联肢剪力墙。根据延性抗震要求，连梁需先于墙肢发生屈服，消耗大量地震能量，但是连梁的跨高比较小，易发生脆性的剪切破坏，延性较差，耗能能力有限，起不到保护墙肢的作用。
耗能减震技术是改善结构抗震性能的主要措施。耗能减震技术中，主动控制和半主动控制虽然技术先进，但受系统软硬件的滞后性约束，无法发挥有效作用，而被动控制技术由于安全可靠、制作方便等优点，广泛地运用在高层建筑中。根据被动控制阻尼器的特点，可分为位移相关型和速度相关型。目前工程上运用的SMA阻尼器和摩擦阻尼器属于前者，粘弹性阻尼器属于后者，但是位移相关型和速度相关型的阻尼器并不能很好的运用于连梁中。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种复合连梁阻尼器及其装配方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明一方面提供了一种复合连梁阻尼器，包括粘弹性阻尼器，还包括SMA阻尼器和复位摩擦阻尼器，所述SMA阻尼器并联在所述粘弹性阻尼器的一端，所述复位摩擦阻尼器串联在所述粘弹性阻尼器的另一端。
基于上述，所述粘弹性阻尼器包括前约束板、后约束板和粘弹阻尼剪切板，所述粘弹阻尼剪切板通过高阻尼粘弹性材料层粘设在所述前约束板和所述后约束板之间。
基于上述，所述复位摩擦阻尼器包括摩擦阻尼剪切板、摩擦片Ⅰ、复位弹簧导杆、预应力复位弹簧和固定高强螺栓；所述摩擦阻尼剪切板的两侧通过所述摩擦片Ⅰ设置在所述前约束板和所述后约束板之间，所述固定高强螺栓依次穿设所述前约束板、所述摩擦片Ⅰ、所述摩擦阻尼剪切板、所述摩擦片Ⅰ和所述后约束板后固定；所述复位弹簧导杆的中部通过导杆焊接块与所述摩擦阻尼剪切板固定连接，所述预应力复位弹簧穿设在所述复位弹簧导杆上，所述复位弹簧导杆的两端设置复位弹簧挡块，所述复位弹簧挡块与所述前/后约束板焊接。
基于上述，所述SMA阻尼器包括上挡板、下挡板、外约束板、SMA棒和固定高强连接螺栓；所述上挡板设置在所述前约束板和所述后约束板的上端，所述下挡板设置在所述前约束板和所述后约束板的下端；所述SMA棒穿设并固定在所述上挡板和所述下挡板之间；所述SMA棒设置为两组，一组设置在所述前约束板的外侧，另一组设置在所述后约束板的外侧；在所述上挡板和所述下挡板之间，所述SMA棒的两端均穿设有所述外约束板，所述外约束板的侧边固设在所述前约束板或所述后约束板上；所述固定高强连接螺栓依次穿设所述前约束板、所述高阻尼粘弹性材料层、所述粘弹阻尼剪切板、所述高阻尼粘弹性材料层和所述后约束板后固定。
基于上述，所述摩擦片Ⅰ和所述摩擦阻尼剪切板，以及所述高阻尼粘弹性材料层和所述粘弹阻尼剪切板均开设有用于穿设所述固定高强螺栓或所述固定高强连接螺栓的回形槽口。
基于上述，所述上挡板通过摩擦片Ⅱ设置在所述前约束板和所述后约束板的上端，所述下挡板通过摩擦片Ⅱ设置在所述前约束板和所述后约束板的下端；所述粘弹阻尼剪切板与所述上挡板之间，以及与所述下挡板之间，均设置有与所述粘弹阻尼剪切板粘结的摩擦片Ⅲ；所述摩擦片Ⅲ与所述上挡板之间，以及与所述下挡板之间，存在微小缝隙。
本发明另一方面还提供了一种所述复合连梁阻尼器的装配方法，该方法包括以下步骤：
1）制作好前约束板、后约束板、粘弹阻尼剪切板、摩擦阻尼剪切板、摩擦片Ⅰ、上挡板、下挡板、外约束板，并在相应位置预留孔洞；摩擦阻尼剪切板、粘弹阻尼剪切板与预埋件连接的相应位置预留好螺栓孔；
2）选用与高阻尼粘弹性材料层相应的橡胶粘结剂在高压室温环境下使高阻尼粘弹性材料层与前约束板、后约束板及粘弹阻尼剪切板牢固连接，并养护成型；
3）将摩擦片Ⅰ用工业胶水粘在前约束板、后约束板及摩擦阻尼剪切板相应位置，固定高强螺栓穿过预留孔洞后固定；
4）将复位弹簧施加设计预压力，穿过导杆后，两端分别固结在导杆焊接块和复位弹簧挡块上，然后将挡块焊接在前约束板内侧和后约束板内侧相应位置；
5）将固定高强连接螺栓穿过预留孔洞后固定；在外束板和粘弹阻尼剪切板相应位置粘上摩擦片Ⅲ；加工制作设计长度的SMA棒，穿过外约束板、摩擦片Ⅲ、上挡板和下挡板上的孔洞，施加设计预应力后固定；
6）制作完成后，复合连梁阻尼器的两端用螺栓与连梁预埋件对应位置连接。
基于上述，固定高强螺栓穿过预留孔洞后用扭力装置施加扭力，以对前约束板、后约束板和摩擦阻尼剪切板施加接触预压力。
基于上述，所述SMA棒为形状记忆合金丝构成的丝束，所述SMA棒的端部采用丝束夹具固定。
基于上述，所述高阻尼粘弹性材料层为粘弹性橡胶高温高压硫化处理后加工成设计尺寸的弹性板块。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说：
（1）本发明复合连梁阻尼器采用粘弹性阻尼器与SMA阻尼器先并联，再与复位摩擦阻尼器串联的工作模式，能同时发挥阻尼器各自的优点，并能弥补存在缺点；
（2）本发明复合连梁阻尼器根据地震作用输出力不同，智能地调整由不同的阻尼器或组合阻尼器分阶段耗能，满足功能性和经济性需求；
（3）本发明复合连梁阻尼器利用不同超弹性材料，在震后可实现功能自复位，同时还发挥形状记忆合金的耗能能力；
（4）本发明复合连梁阻尼器同时发挥位移相关型阻尼器和速率相关性阻尼器的性能优点；
（5）本发明复合连梁阻尼器安装在连梁跨中，利用多种高阻尼材料耗能，有效解决连梁阻尼器受连梁尺寸影响而耗能不足的缺点，是一种新型自复位耗能连梁剪切型阻尼器。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图3是图2的A-A剖面图。
图4是图2的B-B剖面图。
图5是图2的C-C剖面图。
图6是本发明去掉前约束板后的正面结构示意图。
图7是本发明与预埋件连接的结构示意图。
图中：11、前约束板；12、后约束板；13、粘弹阻尼剪切板；14、高阻尼粘弹性材料层；21、摩擦阻尼剪切板；22、摩擦片Ⅰ；23、复位弹簧导杆；24、预应力复位弹簧；25、固定高强螺栓；26、导杆焊接块；27、复位弹簧挡块； 31、上挡板；32、下挡板；33、外约束板；34、SMA棒；35、固定高强连接螺栓；36、摩擦片Ⅱ；37、摩擦片Ⅲ；4、回形槽口；5、预埋件；51、连接板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-5所示，一种复合连梁阻尼器，包括粘弹性阻尼器，还包括SMA阻尼器和复位摩擦阻尼器，所述SMA阻尼器并联在所述粘弹性阻尼器的一端，所述复位摩擦阻尼器串联在所述粘弹性阻尼器的另一端。
粘弹性阻尼器
所述粘弹性阻尼器包括前约束板11、后约束板12和粘弹阻尼剪切板13，所述粘弹阻尼剪切板13通过高阻尼粘弹性材料层14粘设在所述前约束板11和所述后约束板12之间。
粘弹性阻尼器属于速率相关性阻尼器，采用高阻尼粘弹性材料，在小震情况下就能耗能，且滞回环饱满，但是其提供的附加刚度小，需足够层数才能满足连梁耗能需求。
复位摩擦阻尼器
所述复位摩擦阻尼器包括摩擦阻尼剪切板21、摩擦片Ⅰ22、复位弹簧导杆23、预应力复位弹簧24和固定高强螺栓25；所述摩擦阻尼剪切板21的两侧通过所述摩擦片Ⅰ22设置在所述前约束板11和所述后约束板12之间，所述固定高强螺栓25依次穿设所述前约束板11、所述摩擦片Ⅰ22、所述摩擦阻尼剪切板21、所述摩擦片Ⅰ22和所述后约束板12后固定；所述复位弹簧导杆23的中部通过导杆焊接块26与所述摩擦阻尼剪切板21固定连接，所述预应力复位弹簧24穿设在所述复位弹簧导杆23上，所述复位弹簧导杆23的两端设置复位弹簧挡块27，所述复位弹簧挡块27与所述前/后约束板焊接。
如图6所示，所述摩擦片Ⅰ22和所述摩擦阻尼剪切板21开设有用于穿设所述固定高强螺栓25的回形槽口4。
复位摩擦阻尼器需预加预加力，耗能能力与预加力正相关，不能根据地震作用输出力大小，调整自己的耗能。
SMA阻尼器
所述SMA阻尼器包括上挡板31、下挡板32、外约束板33、SMA棒34和固定高强连接螺栓35；所述上挡板21设置在所述前约束板11和所述后约束板12的上端，所述下挡板32设置在所述前约束板11和所述后约束板12的下端；所述SMA棒34穿设并固定在所述上挡板31和所述下挡板32之间；所述SMA棒34设置为两组，一组设置在所述前约束板11的外侧，另一组设置在所述后约束板12的外侧；在所述上挡板31和所述下挡板32之间，所述SMA棒34的两端均穿设有所述外约束板33，所述外约束板33的侧边固设在所述前约束板11或所述后约束板12上；所述固定高强连接螺栓35依次穿设所述前约束板11、所述高阻尼粘弹性材料层14、所述粘弹阻尼剪切板13、所述高阻尼粘弹性材料层14和所述后约束板12后固定。
所述上挡板31通过摩擦片Ⅱ36设置在所述前约束板11和所述后约束板12的上端，所述下挡板32通过摩擦片Ⅱ36设置在所述前约束板11和所述后约束板12的下端；
所述粘弹阻尼剪切板13与所述上挡板31之间，以及与所述下挡板32之间，均设置有与所述粘弹阻尼剪切板13粘结的摩擦片Ⅲ37；所述摩擦片Ⅲ37与所述上挡板31之间，以及与所述下挡板32之间，存在微小缝隙。高摩擦系数的硬摩擦片可以保证上、下挡板在阻尼器实际工作中由于接触压力的存在而与接触面始终不发生相互错动，保证阻尼器满足复杂的工作状态。
如图6所示，所述高阻尼粘弹性材料层14和所述粘弹阻尼剪切板13均开设有用于穿设所述固定高强连接螺栓35的回形槽口4。
SMA阻尼器属于位移型相关性阻尼器，具有超弹性和形状记忆效应，可以提供附加刚度，但是等效阻尼比较小，造价昂贵，不能单独连梁抗震需求。
本发明复合连梁阻尼器的工作原理：
本发明中，在粘弹性阻尼器的基础上增加复位摩擦阻尼器构成了复位摩擦单元，在粘弹性阻尼器的基础上增加SMA阻尼器构成了SMA-粘弹性单元。
在风振或小震作用下，地震作用产生的作用力小于复位摩擦单元静摩擦力和SMA棒屈服力，此时摩擦阻尼剪切板与前/后约束板没有产生相互位移，视为一体；然后地震作用力与粘弹阻尼剪切板产生相对剪切位移响应，剪切变形小于SMA棒屈服位移，SMA棒不参与耗能，此时，阻尼器由高阻尼粘弹性材料层产生剪切变形耗能，震(振)后由SMA棒提供复位能力。
在中震作用下，地震产生作用力仍小于复位摩擦单元静摩擦力，但大于SMA棒屈服力，摩擦阻尼剪切板仍与前/后约束板视为一体；然后地震作用力与粘弹阻尼剪切板产生相对剪切变形，该变形大于SMA棒屈服位移，此时，阻尼器由高阻尼粘弹性材料层剪切变形和SMA棒拉伸耗能，震后SMA棒利用其超弹性提供复位能力。
在大震作用下，地震作用引起的阻尼器变形超过高阻尼粘弹性材料层设计剪切变形，SMA-粘弹性材料单元的固定高强连接螺栓的连接杆与有粘弹阻尼剪切板的回形槽口末端产生较大接触力，限制前/后约束板与粘弹阻尼剪切板继续产生相对变形，此时，前/后约束板与粘弹阻尼剪切板成为一体，同时上述接触力超过前/后约束板与摩擦阻尼剪切板设计静摩擦力，前/后约束板与摩擦阻尼剪切板产生相对位移。
本发明针对粘弹性阻尼器、SMA阻尼器和复位摩擦阻尼器各自的优缺点，采用粘弹性阻尼器与SMA阻尼器先并联，再与摩擦阻尼器串联的工作模式，同时发挥各自的优点，并能弥补存在缺点。
本发明阻尼器经历粘弹性材料剪切变形单独耗能--粘弹性材料剪切变形和SMA棒拉伸两者耗能--粘弹性材料剪切变形和SMA棒拉伸耗能后，前/后约束板与摩擦阻尼剪切板摩擦变形耗能，三个先后耗能阶段，从而实现根据地震作用输出力不同，智能地调整由不同的阻尼器或组合阻尼器分阶段耗能，满足功能性和经济性需求。
震后，SMA棒和预应力复位弹簧提供自复位功能(SMA棒提供SMA-粘弹性单元的自复位，预应力复位弹簧提供复位摩擦单元的自复位)。通过利用不同超弹性材料，在震后可实现功能自复位，同时还发挥形状记忆合金的耗能能力。
本发明复合连梁阻尼器的安装方法：
1）如图7所示，制作预埋件5，预埋件伸出一段连接板51，连接板51相应位置预留螺栓孔，然后施工剪力墙及连梁基体非耗能段，连梁内嵌入预埋件5；
2）制作好前约束板11、后约束板12、粘弹阻尼剪切板13、摩擦阻尼剪切板21、摩擦片Ⅰ22、上挡板31、下挡板32、外约束板33，并在相应位置预留孔洞；
摩擦阻尼剪切板21、粘弹阻尼剪切板13与预埋件连接的相应位置预留好螺栓孔；
3）将粘弹性橡胶高温高压硫化处理后，加工成设计尺寸的高阻尼粘弹性材料层14；选用与高阻尼粘弹性材料层14相应的橡胶粘结剂在高压室温环境下使高阻尼粘弹性材料层14与前约束板12、后约束板13及粘弹阻尼剪切板14牢固连接，并养护成型；
4）将摩擦片Ⅰ22用工业胶水粘在前约束板12、后约束板13及摩擦阻尼剪切板21相应位置，固定高强螺栓25穿过预留孔洞后，用扭力装置施加扭力，以对前约束板12、后约束板13和摩擦阻尼剪切板21施加接触预压力；
5）将复位弹簧24施加设计预压力，穿过复位弹簧导杆23后，两端分别固结在导杆焊接块26和复位弹簧挡块27上，然后将复位弹簧挡块27焊接在前约束板11内侧和后约束板12内侧相应位置；
6）将固定高强连接螺栓35穿过预留孔洞后固定；在外束板33和粘弹阻尼剪切板13相应位置粘上摩擦片Ⅲ36；加工制作设计长度的SMA棒34，穿过外约束板33、摩擦片Ⅲ36、上挡板31和下挡板32上的孔洞，施加设计预应力后固定；特别的，所述SMA棒34为形状记忆合金丝构成的丝束，所述SMA棒的端部采用丝束夹具固定；
7）制作完成后，复合连梁阻尼器的两端用螺栓与连梁预埋件5对应位置连接。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种复合连梁阻尼器，包括粘弹性阻尼器，其特征在于：还包括SMA阻尼器和复位摩擦阻尼器，所述SMA阻尼器并联在所述粘弹性阻尼器的一端，所述复位摩擦阻尼器串联在所述粘弹性阻尼器的另一端。
2.根据权利要求1所述的复合连梁阻尼器，其特征在于：所述粘弹性阻尼器包括前约束板、后约束板和粘弹阻尼剪切板，所述粘弹阻尼剪切板通过高阻尼粘弹性材料层粘设在所述前约束板和所述后约束板之间。
3.根据权利要求2所述的复合连梁阻尼器，其特征在于：所述复位摩擦阻尼器包括摩擦阻尼剪切板、摩擦片Ⅰ、复位弹簧导杆、预应力复位弹簧和固定高强螺栓；
所述摩擦阻尼剪切板的两侧通过所述摩擦片Ⅰ设置在所述前约束板和所述后约束板之间，所述固定高强螺栓依次穿设所述前约束板、所述摩擦片Ⅰ、所述摩擦阻尼剪切板、所述摩擦片Ⅰ和所述后约束板后固定；
所述复位弹簧导杆的中部通过导杆焊接块与所述摩擦阻尼剪切板固定连接，所述预应力复位弹簧穿设在所述复位弹簧导杆上，所述复位弹簧导杆的两端设置复位弹簧挡块，所述复位弹簧挡块与所述前/后约束板焊接。
4.根据权利要求3所述的复合连梁阻尼器，其特征在于：所述SMA阻尼器包括上挡板、下挡板、外约束板、SMA棒和固定高强连接螺栓；
所述上挡板设置在所述前约束板和所述后约束板的上端，所述下挡板设置在所述前约束板和所述后约束板的下端；
所述SMA棒穿设并固定在所述上挡板和所述下挡板之间；所述SMA棒设置为两组，一组设置在所述前约束板的外侧，另一组设置在所述后约束板的外侧；
在所述上挡板和所述下挡板之间，所述SMA棒的两端均穿设有所述外约束板，所述外约束板的侧边固设在所述前约束板或所述后约束板上；
所述固定高强连接螺栓依次穿设所述前约束板、所述高阻尼粘弹性材料层、所述粘弹阻尼剪切板、所述高阻尼粘弹性材料层和所述后约束板后固定。
5.根据权利要求4所述的复合连梁阻尼器，其特征在于：所述摩擦片Ⅰ和所述摩擦阻尼剪切板，以及所述高阻尼粘弹性材料层和所述粘弹阻尼剪切板均开设有用于穿设所述固定高强螺栓或所述固定高强连接螺栓的回形槽口。
6.根据权利要求5所述的复合连梁阻尼器，其特征在于：所述上挡板通过摩擦片Ⅱ设置在所述前约束板和所述后约束板的上端，所述下挡板通过摩擦片Ⅱ设置在所述前约束板和所述后约束板的下端；
所述粘弹阻尼剪切板与所述上挡板之间，以及与所述下挡板之间，均设置有与所述粘弹阻尼剪切板粘结的摩擦片Ⅲ；所述摩擦片Ⅲ与所述上挡板之间，以及与所述下挡板之间，存在微小缝隙。
7.一种权利要求6所述复合连梁阻尼器的装配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）制作好前约束板、后约束板、粘弹阻尼剪切板、摩擦阻尼剪切板、摩擦片Ⅰ、上挡板、下挡板、外约束板，并在相应位置预留孔洞；摩擦阻尼剪切板、粘弹阻尼剪切板与预埋件连接的相应位置预留好螺栓孔；
2）选用与高阻尼粘弹性材料层相应的橡胶粘结剂在高压室温环境下使高阻尼粘弹性材料层与前约束板、后约束板及粘弹阻尼剪切板牢固连接，并养护成型；
3）将摩擦片Ⅰ用工业胶水粘在前约束板、后约束板及摩擦阻尼剪切板相应位置，固定高强螺栓穿过预留孔洞后固定；
4）将复位弹簧施加设计预压力，穿过导杆后，两端分别固结在导杆焊接块和复位弹簧挡块上，然后将挡块焊接在前约束板内侧和后约束板内侧相应位置；
5）将固定高强连接螺栓穿过预留孔洞后固定；在外束板和粘弹阻尼剪切板相应位置粘上摩擦片Ⅲ；加工制作设计长度的SMA棒，穿过外约束板、摩擦片Ⅲ、上挡板和下挡板上的孔洞，施加设计预应力后固定；
6）制作完成后，复合连梁阻尼器的两端用螺栓与连梁预埋件对应位置连接。
8.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于：固定高强螺栓穿过预留孔洞后用扭力装置施加扭力，以对前约束板、后约束板和摩擦阻尼剪切板施加接触预压力。
9.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于：所述SMA棒为形状记忆合金丝构成的丝束，所述SMA棒的端部采用丝束夹具固定。
10.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于：所述高阻尼粘弹性材料层为粘弹性橡胶高温高压硫化处理后加工成设计尺寸的弹性板块。
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