CN111945920A - 一种分级屈服阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分级屈服阻尼器，包括间隔分布的第一基板和第二基板；所述第一基板和所述第二基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接所述第一基板和所述第二基板；所述第二屈服耗能件的第一端固定连接于所述第一基板、第二端紧邻且悬空于所述第二基板；所述第二基板设有用以约束所述第二端摆动范围的定位槽。该分级屈服阻尼器的第一基板和第二基板在不同等级的地震下产生相对位移时，基于第一屈服耗能件和第二屈服耗能件的不同连接关系，第一屈服耗能件和第二屈服耗能件的屈服变形阶段对应于不同的相对位移，因此能够根据地震强度分阶段屈服，满足多级消能减震的目的，可广泛应用于各类抗震建筑。

Description

一种分级屈服阻尼器
技术领域
本发明涉及防灾减震技术领域，尤其涉及一种分级屈服阻尼器。
背景技术
常见的金属分级屈服阻尼器包括圆环消能器、钢板消能器、U形或S形钢分级屈服阻尼器、加劲阻尼消能器等。这些分级屈服阻尼器的耗能机制单一，无法同时满足小震和大震的要求，例如一部分分级屈服阻尼器能够大震下能够消耗能量，但小震时却处于弹性状态，无法起到耗能作用；而另外一部分分级屈服阻尼器虽然能够在小震下发生屈服耗能，但大震时极易发生破坏，不足承担大震下的消能减震作用，无法完全耗散地震能量。
综上所述，如何提供一种能够在小震、中震和大震下分阶段屈服耗能的分级屈服阻尼器，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种分级屈服阻尼器，可以实现分阶段屈服耗能。
为实现上述目的，本发明提供一种分级屈服阻尼器，包括间隔分布的第一基板和第二基板；所述第一基板和所述第二基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；
所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接所述第一基板和所述第二基板；
所述第二屈服耗能件的第一端固定连接于所述第一基板、第二端紧邻且悬空于所述第二基板；所述第二基板设有用以约束所述第二端摆动范围的定位槽。
优选地，所述第二屈服耗能件的所述第一端的横截面尺寸大于所述第二端的横截面尺寸。
优选地，所述第二屈服耗能件包括多个第二耗能金属板。
优选地，全部所述第二耗能金属板的全部所述第二端固定连接。
优选地，任一所述第二耗能金属板包括呈梯形板状的底板和呈矩形板状的顶板；所述顶板连接于所述底板的顶部；所述顶板的横截面与所述底板的顶部横截面形状相同。
优选地，所述第一屈服耗能件包括多个第一耗能金属板；任一所述第一耗能金属板两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。
优选地，所述定位槽位于所述第二基板的外部。
优选地，所述定位槽为直线槽道。
优选地，所述第二基板的内表面固定安装有一对间隔相向分布的挡块；一对所述挡块的两相邻挡块内壁形成所述直线槽道。
优选地，任一所述挡块由一块面板和多块支撑板焊接而成；所述挡块以所述面板垂直于第二基板的角度焊接于所述第二基板。
相对于上述背景技术，本发明所提供的分级屈服阻尼器包括间隔分布的第一基板和第二基板；所述第一基板和所述第二基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；
所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接所述第一基板和所述第二基板；
所述第二屈服耗能件的第一端固定连接于所述第一基板、第二端紧邻且悬空于所述第二基板；所述第二基板设有用以约束所述第二端摆动范围的定位槽。
该分级屈服阻尼器作为一个预制好的整体，可方便、快捷地整体应用于消能减震建筑中，例如安装于减震建筑的框架支撑结构中，或安装于混凝土预埋件中。基于第一屈服耗能件和第二屈服耗能件的不同连接关系，第一屈服耗能件和第二屈服耗能件分别在该分级屈服阻尼器的第一基板和第二基板产生不同相对位置时发生屈服变形，即小震时仅第一屈服耗能件进入屈服变形阶段，中大震时第一屈服耗能件和第二屈服耗能件均进入屈服变形阶段，实现根据震源等级分阶段屈服，达到明显分阶段屈服的效果，满足多级消能减震的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的分级屈服阻尼器的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的第一耗能金属板的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的第二耗能金属板的结构示意图。
其中，11-第一基板、12-第二基板、2-第一屈服耗能件、21-第一耗能金属板、3-第二屈服耗能件、31-第二耗能金属板、311-底板、312-顶板、4-挡块、41-挡块内壁、5-连接块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明实施例所提供的分级屈服阻尼器的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的第一耗能金属板的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的第二耗能金属板的结构示意图。
本发明提供一种分级屈服阻尼器，包括间隔分布的第一基板11和第二基板12；第一基板11和第二基板12之间安装有第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3。
第一基板11和第二基板12用于连接待减震抗震的施工设施或场地内，例如通过螺栓等紧固件固定于待减震场地内的支撑柱或预埋件之间，相应地，第一基板11和第二基板12可开设多个用以供螺栓穿入的连接孔。
第一屈服耗能件2的两端分别固定连接第一基板11和第二基板12，相当于第一基板11和第二基板12之间的固定梁。根据第一屈服耗能件2的材质，第一屈服耗能件2的两端部可通过焊接、紧固件锁紧、过盈装配等方式实现固定连接。
第二屈服耗能件3的第一端固定连接于第一基板11，第二屈服耗能件3的第二端紧邻且悬空于第二基板12，因此，第二屈服耗能件3相当于第一基板11和第二基板12之间的悬臂梁。
第二基板12设有用以约束第二端摆动范围的定位槽。定位槽可设置于第二基板12内，相当于第二基板12内部的沉槽结构，也可设置于第二基板12外，即自第二基板12的内表面向第一基板11的内表面凸出。显然，定位槽的内壁间距大于第二屈服耗能件3的第二端的径向尺寸，以便向第二屈服耗能件3的第二端提供充裕的摆动空间。
当第二屈服耗能件3通过第一基板11和第二基板12受到外界的振动时，第二屈服耗能件3的第二端在定位槽之间摆动。随着外界振动的加强，第二屈服耗能件3的第二端的摆动幅度增大，直至与定位槽的侧壁接触后，定位槽结合第一基板11向第二屈服耗能件3施加应力，导致第二屈服耗能件3弯曲变形。
其中，第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3的材质包括且不限于金属材质，具体应根据该分级屈服阻尼器的使用场合和使用条件设置。
该分级屈服阻尼器安装于待减震场地时，若待减震场地内发生小震时，外界的振动通过第一基板11和第二基板12作用于第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3。
基于第一屈服耗能组件和第二屈服耗能组件的不同连接关系，外界发生小震且外界作用于第一屈服耗能件2的应力超过第一屈服耗能件2的弹性极限σe1时，第一屈服耗能件2屈服变形，从而消耗外界震源的能量。而此时，因外界向第二屈服耗能件3传递的应力尚不足以令第二屈服耗能件3处于屈服变形阶段，因此，小震时第二屈服耗能件3处于弹性阶段，第二屈服耗能件3的第二端在定位槽的间隙之间摆动。外界发生中震和大震时，外界向第二屈服耗能件3传递的应力大于第二屈服耗能件3的弹性极限σe2，此时，除了第一屈服耗能件2弯曲变形以外，第二屈服耗能件3也进入屈服变形阶段，通过弯曲变形消耗外界震源的能源。可见，该实施例中，第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3基于二者在第一基板11和第二基板12之间的不同连接关系，实现了分级屈服，具有明显的分阶段屈服耗能效果。
需要说明的是，上述关于小震、中震和大震的定义，均可参照本领域内的常规定义。
综上，该发明采用两种具有不同连接关系的屈服耗能件组合成上述分级屈服阻尼器，基于第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3的不同连接关系，第一基板11和第二基板12在不同等级的震源下产生不同的相对位移时二者分别发生屈服变形，使得该分级屈服阻尼器针对震源等级的不同而具有良好的分阶段屈服能力，能够满足多级消能减震的目的，可广泛应用于各类抗震建筑结构领域。
下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的分级屈服阻尼器做更进一步的说明。
在上述实施例的基础上，考虑到第二屈服耗能件3以悬臂梁结构安装于第一基板11和第二基板12之间，因此，第二屈服耗能件3的第一端的横截面尺寸大于第二端的横截面尺寸。基于这一设置，当第一基板11和第二基板12的定位槽向第二屈服耗能件3施加应力时，第二屈服耗能件3所受的弯矩自第二屈服耗能件3的第二端向第一端逐渐增大，这一弯矩变化趋势适应于第二屈服耗能件3的结构，有利于提高第二屈服耗能件3的屈服耗能效果。
针对本发明所采用的第二屈服耗能件3，可包括多个第二耗能金属板31。全部第二耗能金属板31可并排设置于第一基板11和第二基板12之间，相邻两个第二耗能金属板31平行间隔，主要在大震作用下承担耗能作用。第二耗能金属板31的具体数量可根据不同工程作业对该分级屈服阻尼器的承载力、耗能情况等具体需求分析和设置。
任意一个第二耗能金属板31的第一端的横截面尺寸大于第二端的横截面尺寸。结合第二耗能金属板31的板状结构而言，意味着第二耗能金属板31各处的厚度相同，而第一端的宽度大于第二端的宽度，因此，任意一个第二耗能金属板31呈第一端大、第二端小的方锥形。
为了实现更好的技术效果，全部第二耗能金属板31的全部第二端固定连接。全部第二耗能金属板31的第二端可通过连接块5固定连接为一体，其中，连接块5可设置为金属连接块，从而实现全部第二耗能金属板31与连接块5的焊接固定。显然，任意一个第二耗能金属板31的第一端也可通过焊接的方式固定连接于第一基板11的内表面。
此外，全部第二耗能金属板31的第二端也可开设螺栓孔并通过高强螺栓贯通连接以实现固定。可参考图3，图3为本发明实施例所提供的第二耗能金属板31的结构示意图。
该示例中，任意一个第二耗能金属板31包括呈梯形板状的底板311和呈矩形板状的顶板312。顶板312连接于底板311的顶部，顶板312的横截面与底板311的顶部横截面形状相同，二者一体设置。顶板312内可设置螺纹孔，用以供高强螺栓穿入，从而固定连接全部顶板312。
针对本发明所采用的第一屈服耗能件2，可包括多个第一耗能金属板21。第一耗能金属板21可垂直连接在于第一基板11和第二基板12之间，通过弯曲变形消耗第一基板11和第二基板12在小震作用传递的能量。
第一耗能金属板21的数量可设置为多个，且全部第一耗能金属板21平行间隔分布。第一耗能金属板21的具体数量可根据工程实例中第一屈服耗能件2所承担的承载力、耗能情况等具体情况计算。
第一耗能金属板21可设置为例如X形、菱形或U形的钢板。基于第一耗能金属板21与第一基板11、第二基板12的连接关系，任意一个第一耗能金属板21两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。可参考图2，图2为本发明实施例所提供的第一耗能金属板21的结构示意图。第一耗能金属板21沿纵向任意高度处的横截面呈矩形，第一耗能金属板21的厚度为前述矩形的宽度，因此，第一耗能金属板21两端的横截面长度大于第一耗能金属板21中部的横截面长度。这一结构适应于第一耗能金属板21的应力分布情况，有利于提高第一耗能金属板21的屈服耗能效果。
本发明所提供的各个实施例中，定位槽位于第二基板12的外部，也就是说，定位槽位于第二基板12的内表面和第一基板11的内表面之间。定位槽可通过至少一对固定连接于第二基板12的内表面的板状或块状零部件形成。第二屈服耗能件3的第二端相对于第一基板11的高度大于定位槽相对于第一基板11的最小高度且小于定位槽相对于第一基板11的最大高度，因此，第二屈服耗能件3的第二端伸入并悬置于定位槽内。第二屈服耗能件3的第二端静止或摆动幅度尚未超过定位槽的约束范围时，第二屈服耗能件3不会因第一基板11和第二基板12的相对位移发生弹性屈服，此时该分级屈服阻尼器仅第一屈服耗能件2参与消能减震。随着震源等级的增大，第二屈服耗能件3的第二端摆动幅度增大至超过定位槽的约束范围时，除了第一屈服耗能件2外，第二屈服耗能件3也发生变形屈服，参与消能减震。
其中，定位槽优先设置为直线槽道，直线槽道的两相对设置且平行分布的内壁用于约束第二屈服耗能件3的第二端的摆动范围。
可参考图1，图1中，第二基板12的内表面固定安装有一对间隔相向分布的挡块4；一对挡块4的两相邻挡块内壁41形成直线槽道。一对挡块4的间距可根据小震下第一基板11和第二基板12的相对位置计算，换言之，一对挡块4的间距需要保证小震下第一基板11和第二基板12的相对位移不足以令第二屈服耗能件3的第二端的摆动幅度超过预设值，而这一预设值对应于第二屈服耗能件3在第一基板11和挡块4的作用下产生屈服变形的最小振幅。
挡块4可由一块面板和多块支撑板焊接而成，面板垂直于第二基板12的表面，面板的外侧与多块支撑板固定连接，面板的内侧作为该挡块的挡块内壁41。针对一个挡块4而言，可包括两个及以上的支撑板，全部支撑板焊接于面板的外侧两端或沿面板的外侧间隔分布。
本发明所提供的分级屈服阻尼器主要应用于消能减震建筑中，可根据消能减震建筑对该分级屈服阻尼器的承载力及减震需求确定第一耗能金属板21和第二耗能金属板31的具体数量。该分级屈服阻尼器作为一个预制好的整体，可方便、快捷地整体应用于工程实例中，例如安装于减震建筑的框架支撑结构中，或安装于混凝土预埋件中。小震时，多个第二耗能金属板31在一对角钢挡块的空隙中整体摇摆，处于弹性状态，因此仅多个第一耗能金属板21消耗地震能量；大震时，多个第二耗能板的摆动幅度达到一对角钢挡块的空隙极限，被角钢挡板阻挡的同时发生弯曲变形，与第一耗能金属板21共同消耗地震能量，达到明显分阶段屈服的效果。
以上对本发明所提供的分级屈服阻尼器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分级屈服阻尼器，其特征在于，包括间隔分布的第一基板(11)和第二基板(12)；所述第一基板(11)和所述第二基板(12)之间安装有第一屈服耗能件(2)和第二屈服耗能件(3)；
所述第一屈服耗能件(2)的两端分别固定连接所述第一基板(11)和所述第二基板(12)；
所述第二屈服耗能件(3)的第一端固定连接于所述第一基板(11)、第二端紧邻且悬空于所述第二基板(12)；所述第二基板(12)设有用以约束所述第二端摆动范围的定位槽。
2.根据权利要求1所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述第二屈服耗能件(3)的所述第一端的横截面尺寸大于所述第二端的横截面尺寸。
3.根据权利要求2所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述第二屈服耗能件(3)包括多个第二耗能金属板(31)。
4.根据权利要求3所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，全部所述第二耗能金属板(31)的全部所述第二端彼此固定连接。
5.根据权利要求3所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，任一所述第二耗能金属板(31)包括呈梯形板状的底板(311)和呈矩形板状的顶板(312)；所述顶板(312)连接于所述底板(311)的顶部；所述顶板(312)的横截面与所述底板(311)的顶部横截面形状相同。
6.根据权利要求1所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述第一屈服耗能件(2)包括多个第一耗能金属板(21)；任一所述第一耗能金属板(21)两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。
7.根据权利要求1所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述定位槽位于所述第二基板(12)的外部。
8.根据权利要求1至7任一项所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述定位槽为直线槽道。
9.根据权利要求8所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，所述第二基板(12)的内表面固定安装有一对间隔相向分布的挡块(4)；一对所述挡块(4)的两相邻挡块内壁(41)形成所述直线槽道。
10.根据权利要求9所述的分级屈服阻尼器，其特征在于，任一所述挡块(4)由一块面板和多块支撑板焊接而成；所述挡块(4)以所述面板垂直于第二基板(12)表面的角度焊接于所述第二基板(12)。
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