CN112252508A - 兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，包括：工字型钢板、摩擦片、U型钢板和耗能元件，耗能元件包括第一曲形变截面工字型耗能元件和第二曲形变截面工字型耗能元件，工字型钢板的一侧通过螺栓与第一曲形变截面工字型耗能元件连接，摩擦片和U型钢板均设有两个，两个U型钢板分别设于工字型钢板的两侧，两个U型钢板通过螺栓与工字型钢板连接为一体，摩擦片夹设于U型钢板与工字型钢板之间，两个U型钢板还与第二曲形变截面工字型耗能元件通过螺栓固定连接。本发明的有益效果是利用摩擦、金属变形两种变形机制耗能为阻尼器提供合理的面内、面外刚度和耗能，通过应变传感器能够实时监测结构整体的性能水准。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程抗震技术领域，更具体的说是涉及兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器。
背景技术
近年来，我国地震频发，使得人口密集、功能复杂的高层建筑结构以及多层住宅楼损伤严重，为提高抗震性能，往往在结构中变形较大的部位需要安装阻尼器，吸收地震能量，震后将损伤的阻尼器快速更换以恢复建筑抗震韧性。
但是，现有阻尼器存在以下缺陷，例如，剪切型钢板阻尼器往往利用金属的塑性变形耗散地震能量，但是在小位移下不易进入屈服耗能，较大位移下延性有待于提高，其构造多用焊接技术，在高频地震位移作用下易发生开裂，过早退出工作；摩擦型阻尼器在较小位移下即可耗能，但对于较大地震的耗能能力不足。同时，这些阻尼器在地震时的状态往往难以监测，不能实时反馈地震响应。
因此，如何提供能够解决现有阻尼器在高频地震位移作用下易发生开裂，过早退出工作，以及在地震过程中应变数据无法监测的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，旨在克服上述缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，包括：工字型钢板、摩擦片、U型钢板和耗能元件，所述耗能元件包括第一曲形变截面工字型耗能元件和第二曲形变截面工字型耗能元件，所述工字型钢板的一侧通过螺栓与所述第一曲形变截面工字型耗能元件连接，所述摩擦片和所述U型钢板均设有两个，两个所述U型钢板分别设于所述工字型钢板的两侧，两个所述U型钢板通过螺栓与所述工字型钢板连接为一体，所述摩擦片夹设于所述U型钢板与所述工字型钢板之间，两个所述U型钢板还与所述第二曲形变截面工字型耗能元件通过螺栓固定连接。
进一步地，还包括预埋连接件，所述预埋连接件设有两个，两个所述预埋连接件分别与所述第一曲形变截面工字型耗能元件和所述第二曲形变截面工字型耗能元件远离所述工字型钢板的一端连接。
进一步地，所述预埋连接件包括U型连接板、加强板和锚固件，所述锚固件设于所述U型连接板开口方向的背侧，所述加强板与所述U型连接板固定连接，且与所述锚固件处于同一侧。
进一步地，所述加强板上设有抗剪栓钉和抗弯栓钉。
进一步地，还包括U型支座和抗剪板，所述U型支座用于连接所述U型连接板和所述耗能元件，所述抗剪板用于连接所述U型支座与所述耗能元件。
进一步地，还包括应变传感器和终端设备，所述应变传感器设于所述第一曲形变截面工字型耗能元件上用于监测应变数据，所述应变传感器与所述终端设备电性连接。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，通过摩擦片的设置，利用摩擦、金属变形两种变形机制耗能，改善传统阻尼器耗能形式单一的缺点，同时，通过第一曲形变截面工字型耗能元件和第二曲形变截面工字型耗能元件的设置，为阻尼器提供合理的面内、面外刚度和耗能，通过应变传感器的设置，可对地震响应数据进行一对一时刻的采集、处理并传输至终端设备，通过终端设备预设的结构性能水准判定标准来实时监测结构整体的性能水准，同时，各结构件之间通过螺栓连接，易于震后更换且成本低廉。
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附图为本发明提供的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器的结构示意图；
图2附图为本发明提供的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器另一种视角下的结构示意图；
图3附图为本发明提供的摩擦片的结构示意图；
图4附图为本发明提供的工字型钢板的正面剖视图；
图5附图为本发明提供的工字型钢板A-A方向的剖视图；
图6附图为本发明提供的工字型钢板B-B方向的剖视图；
图7附图为本发明提供的U型钢板的正面剖视图；
图8附图为本发明提供的U型钢板A-A方向的剖视图；
图9附图为本发明提供的U型钢板B-B方向的剖视图；
图10附图为本发明提供的第一/二曲形变截面工字型耗能元件的三维结构示意图；
图11附图为本发明提供的第一/二曲形变截面工字型耗能元件的正面剖视图；
图12附图为本发明提供的第一/二曲形变截面工字型耗能元件A-A方向的剖视图；
图13附图为本发明提供的第一/二曲形变截面工字型耗能元件B-B方向的剖视图；
图14附图为本发明提供的U型连接板和加强板连接的正面剖视图；
图15附图为本发明提供的U型连接板和加强板连接的A-A方向的剖视图；
图16附图为本发明提供的U型连接板和加强板连接的B-B方向的剖视图；
图17附图为本发明提供的U型连接板和加强板连接的C-C方向的剖视图；
图18附图为本发明提供的U型支座的正面剖视图；
图19附图为本发明提供的U型支座的A-A方向的剖视图；
图20附图为本发明提供的U型支座的B-B方向的剖视图；
图21附图为本发明提供的抗剪板的结构示意图；
图22附图为本发明提供的实施例2的结构示意图；
图23附图为本发明提供的实施例3结构示意图；
图24附图为本发明提供的实施例4结构示意图。
其中：1为工字型钢板；2为摩擦片；3为U型钢板；4为耗能元件；41为第一曲形变截面工字型耗能元件；42为第二曲形变截面工字型耗能元件；5为预埋连接件；51为U型连接板；52为加强板；53为锚固件；6为抗剪栓钉；7为抗弯栓钉；8为U型支座；9为抗剪板；10为应变传感器；11为剪力墙；12为连接梁；13为上层框架梁；14为混凝土连接支墩；15为下层框架梁。
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。
实施例1
参见图1-21，本发明实施例公开了兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，包括：工字型钢板1、摩擦片2、U型钢板3和耗能元件4，耗能元件4包括第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42，工字型钢板1的一侧通过螺栓与第一曲形变截面工字型耗能元件41连接，摩擦片2和U型钢板3均设有两个，两个U型钢板3分别设于工字型钢板1的两侧，两个U型钢板3通过螺栓与工字型钢板1连接为一体，摩擦片2夹设于U型钢板3与工字型钢板1之间，两个U型钢板3还与第二曲形变截面工字型耗能元件42通过螺栓固定连接，从而将第一曲形变截面工字型耗能元件41、第二曲形变截面工字型耗能元件42、工字型钢板1、摩擦片2和U型钢板3连接为一体。
在本实施例中，还包括预埋连接件5，预埋连接件5设有两个，两个预埋连接件5分别与第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42远离工字型钢板1的一端连接，其中，预埋连接件5包括U型连接板51、加强板52和锚固件53，锚固件53设于U型连接板51开口方向的背侧，U型连接板51的槽口内设有加强筋，加强筋与U型连接板51的两侧壁及底部连接，加强筋上设有用于穿设螺栓的通孔，加强板52与U型连接板51固定连接，且与锚固件53处于同一侧，具体的，锚固件53设有四个，四个锚固件53分别设于U型连接板51的四个角上，同时，在加强板52上设有抗剪栓钉6和抗弯栓钉7，抗剪栓钉6和抗弯栓钉7均采用焊接的方式固定在加强板52的表面，利用抗剪栓钉6提高其与混凝土之间的粘结力，通过锚固件53和抗弯栓钉7增强阻尼器的锚固长度，提高抗弯承载力。
在本实施例中，还包括U型支座8和抗剪板9，U型支座8用于连接U型连接板51和耗能元件4，抗剪板9用于连接U型支座8与耗能元件4，具体地，在耗能元件4和U型连接板51的两侧各设有两个U型支座8，其中单侧的两个U型支座8的开口相对设置，使两个U型支座8形成矩形框架，然后将U型支座8和耗能元件4上相对应的通孔通过螺栓连接，将U型支座8和U型连接板51相对应的通孔通过螺栓连接起来，最后在同侧的两个U型支座8形成矩形框架内分别置入抗剪板9，其中抗剪板9上设有两排通孔，其中一排通孔与U型连接板51上设有的通孔对正，另一排通孔与耗能元件4上的设有的通孔对正，此时，利用螺栓和抗剪板9将U型连接板51和所对应的耗能元件4连接为一体。
同时，在本实施例中，还包括应变传感器10和终端设备(图中未标出)，应变传感器10设于第一曲形变截面工字型耗能元件41上用于监测第一曲形变截面工字型耗能元件41应变数据，进而起到监测整个阻尼器的应变，应变传感器10与终端设备电性连接，工作时，应变传感器10可对地震响应数据进行一对一时刻的采集、处理并传输至终端设备，通过终端设备预设的结构性能水准判定标准来实时监测阻尼器整体结构的性能水准。
该阻尼器采用摩擦耗能与金属变形分阶段耗能，小震情况下，用摩擦片2与工字型钢板1和U型钢板3间的摩擦耗能，同时保证阻尼器其他元件均处于弹性状态，此时处于第一阶段耗能；中大震情况下，首先利用摩擦片2与工字型钢板1和U型钢板3间的摩擦耗能，此时处于第一阶段耗能，当达到一定位移时，摩擦片2两端的钢板之间发生碰撞，摩擦耗能停止，继续增大位移时，依靠第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42的变形耗能，进入第二阶段耗能。其中，摩擦片2上设有细长孔，通过调节摩擦片2上细长孔的大小，可以改变第一阶段摩擦耗能的最大位移；通过调节工字型钢板1与U型钢板3的翼缘距离，可以改变第一阶段摩擦耗能的最大位移；通过调整第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42的线形，可实现面内外的刚度与耗能能力的调整。该阻尼器的弯矩从中间的向两端逐渐增大，利用弯矩产生的应力与屈服应力相等而确定翼缘形状，保证翼缘工作时可全截面进入屈服状态，而且利用该形状可灵活设计阻尼器面内、外刚度，以及可实现面外塑性变形的全截面屈服目的，大幅度提高了阻尼器双向耗能的能力与延性。
同时，该阻尼器的各部件之间采用全螺栓装配式连接，拆装方便，除了第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42外的部件，震后均可反复使用，大大缩短维修时间，最快恢复结构在震后的使用功能。此外，针对阻尼器的连接设置，采用弯剪分离控制，可以提高阻尼器的稳定性，保证阻尼器正常工作。
实施例2
参见附图22，将上述实施例1中的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器安装在通过连接梁12连接的两个剪力墙13之间，其中，剪力墙13的混凝土部分需要提前预埋兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器中的预埋连接件5，然后再进行其余部件的装配，利用地震时层间的位移驱动阻尼器工作并进行耗能。
实施例3
参见附图23，将上述实施例1中的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器安装在上层框架梁13和下层框架梁15之间，其中，该兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器下端的预埋连接件5预埋在下层框架梁15上的混凝土连接支墩14上，混凝土连接支墩14和下层框架梁15为一体浇筑，上端的预埋连接件5预埋在上层框架梁13上，还可根据需求改变第一曲形变截面工字型耗能元件41和第二曲形变截面工字型耗能元件42的翼缘线形从而调节面外刚度以及面外耗能能力。
实施例4
参见附图24，将多个上述实施例1中的多个兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器采用并列的方式安装在上层框架梁13和下层框架梁15之间，具体的连接方式与上述实施例3中的连接方式相同，在此不做赘述。进而提供足够的面内刚度以及屈服承载力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，包括：工字型钢板(1)、摩擦片(2)、U型钢板(3)和耗能元件(4)，所述耗能元件(4)包括第一曲形变截面工字型耗能元件(41)和第二曲形变截面工字型耗能元件(42)，所述工字型钢板(1)的一侧通过螺栓与所述第一曲形变截面工字型耗能元件(41)连接，所述摩擦片(2)和所述U型钢板(3)均设有两个，两个所述U型钢板(3)分别设于所述工字型钢板(1)的两侧，两个所述U型钢板(3)通过螺栓与所述工字型钢板(1)连接为一体，所述摩擦片(2)夹设于所述U型钢板(3)与所述工字型钢板(1)之间，两个所述U型钢板(3)还与所述第二曲形变截面工字型耗能元件(42)通过螺栓固定连接。
2.根据权利要求1所述的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，还包括预埋连接件(5)，所述预埋连接件(5)设有两个，两个所述预埋连接件(5)分别与所述第一曲形变截面工字型耗能元件(41)和所述第二曲形变截面工字型耗能元件(42)远离所述工字型钢板(1)的一端连接。
3.根据权利要求2所述的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述预埋连接件(5)包括U型连接板(51)、加强板(52)和锚固件(53)，所述锚固件(53)设于所述U型连接板(51)开口方向的背侧，所述加强板(52)与所述U型连接板(51)固定连接，且与所述锚固件(53)处于同一侧。
4.根据权利要求3所述的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述加强板(52)上设有抗剪栓钉(6)和抗弯栓钉(7)。
5.根据权利要求3所述的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，还包括U型支座(8)和抗剪板(9)，所述U型支座(8)用于连接所述U型连接板(51)和所述耗能元件(4)，所述抗剪板(9)用于连接所述U型支座(8)与所述耗能元件(4)。
6.根据权利要求1所述的兼具地震监测与分阶耗能功能的装配式摩擦金属阻尼器，其特征在于，还包括应变传感器(10)和终端设备，所述应变传感器(10)设于所述第一曲形变截面工字型耗能元件(41)上用于监测应变数据，所述应变传感器(10)与所述终端设备电性连接。
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| CN109440959A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-03-08 | 中国地震局工程力学研究所 | 震后可修复的菱形钢桁架耗能保险丝 |
| CN109440959B (zh) * | 2018-12-22 | 2023-07-07 | 中国地震局工程力学研究所 | 震后可修复的菱形钢桁架耗能保险丝 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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