CN113622535A - 基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法 - Google Patents

基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法，属于工程结构减震控制技术领域。本发明包括矩形筒体和位于筒体内的可运动部分，矩形筒体左端板设有连接板，右端板设有矩形孔洞；使用防屈曲钢片夹持锌铝合金片后，将其固定于左端板与活动板之间，活动板与两侧端板之间设有预应力筋，当阻尼器两端未产生相对位移时，活动板两侧预应力大小相同并保持在平衡位置，当阻尼器受压或受拉时，预应力筋提供自复位能力并使锌铝合金片变形耗能。本发明结构简单、传力明确，在具有自复位能力的基础上，以经济环保的锌铝合金取代金属铅耗能，锌铝合金的高阻尼特性及室温超塑性特性，使得阻尼器具有良好的消能减震效果及免维护特性。

Description

基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法
技术领域
本发明涉及工程结构减震控制技术领域，具体是指一种基于锌铝合金的自复位阻尼器及其制作方法。
背景技术
在工程结构中应用阻尼器可减小因风荷载、地震作用等原因引起的结构振动，进而提升结构安全性及舒适度。
常见的金属阻尼器材料中，软钢耐久性不佳，而耗能能力优异且稳定的铅在人体内半衰期长，对人体多个器官系统和生理功能产生严重危害。如申请号为201822248834.0的申请文件公开了一种环状复合铅芯橡胶阻尼器，当结构受到地震作用时引导板挤压铅芯橡胶阻尼球耗散能量，当铅芯橡胶阻尼球变形过大时连接盖板挤压中间的梯形橡胶耗能块，增强阻尼器的耗能水平。
黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器及摩擦阻尼器等与金属阻尼器一样，无法消除结构震后出现的残余变形，对结构的可修复性造成很大影响。自复位阻尼器具有良好的复位能力，如申请号为201710559934.2的申请文件公开了一种SMA合金丝材自复位阻尼器，当阻尼器两端发生受压或受拉运动时，SMA丝束均受拉，从而产生恢复力、实现复位耗能效果。该阻尼器具有良好的自复位能力，但其耗能能力不足，并且该阻尼器采用的SMA合金丝束固定方式可靠性不高，在阻尼器两端快速相对往复运动时容易错位脱落。
发明内容
本发明提供一种结构简单、耗能能力强、稳定性好、环保无毒且能够实现在地震作用后免维护的锌铝合金自复位阻尼器及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，提供一种基于锌铝合金的自复位阻尼器，主要包括矩形筒体和位于所述矩形筒体内的可运动部分，其中：
所述矩形筒体包括长条形的左连接板和外筒，所述左连接板上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔，所述外筒由左端板、右端板及四根L型钢材组成，左端板右侧焊接有螺栓连接板；
所述位于矩形筒体内的可运动部分由右连接板、活动板及螺栓连接板组成，所述右连接板上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔；
所述左端板右侧焊接的螺栓连接板与活动板左侧焊接的螺栓连接板之间通过螺栓固定锌铝合金片；
所述左端板、活动板及位于矩形筒体右侧的右端板上均设置有预应力筋张拉孔洞；
所述矩形筒体右端板中部设置有供右连接板沿其轴向运动的矩形孔洞。
进一步的，所述矩形筒体右端板中部孔洞尺寸略大于右连接板截面尺寸。
进一步的，所述锌铝合金片呈S型，其中部平行部分与两端平行部分之间设有过渡凹面，所述锌铝合金片左端面与所述左端板右表面对齐。
进一步的，所述锌铝合金片上下表面均设置有防屈曲钢片，锌铝合金片长度大于防屈曲钢片，防屈曲钢片夹持所述锌铝合金片后，使用螺栓一同固定于所述左端板右侧的螺栓连接板上，防屈曲钢片右侧通过螺栓直接固定于锌铝合金片上。
进一步的，所述锌铝合金片右侧通过螺栓连接至活动板左侧螺栓连接板上。
进一步的，所述活动板通过预应力筋在所述矩形筒体内保持平衡，左侧两根预应力筋与右侧两根预应力筋预应力大小相同。
另一方面，提供一种上述基于锌铝合金的自复位阻尼器的制作方法，包括：
步骤1：将左连接板、螺栓连接板分别焊接至左端板两侧，其中左连接板位于左端板左侧，螺栓连接板位于左端板右侧；
步骤2：将4根L型钢材焊接于左端板右侧外围，形成外筒；
步骤3：将螺栓连接板及右连接板分别焊接于活动板左、右侧，并放入矩形筒体内部；
步骤4：将右端板焊接于外筒右侧，调整活动板位置并张拉预应力筋，固定锌铝合金片及防屈曲钢片。
进一步的，所述步骤4包括：
步骤41：右端板焊接于4根L型钢材右侧，形成完整外筒，使得活动板可通过右端板中部孔洞在矩形筒体内部沿轴线方向运动；
步骤42：用两片防屈曲钢片分别夹持锌铝合金片上下表面并与左侧螺栓连接板上的螺栓孔对齐，通过螺栓连接防屈曲钢片与锌铝合金片至左端板；
步骤43：通过锌铝合金片中部及防屈曲钢片右部设置的螺栓孔固定防屈曲钢片右端，对锌铝合金片形成局部屈曲约束；
步骤44：将2根预应力筋一侧端头固定于活动板右侧孔洞，一侧从左端板孔洞伸出，将另外2根预应力筋一侧端头固定于活动板左侧孔洞，一侧从右端板孔洞伸出，张拉4根预应力筋，保持活动板在矩形筒体内部平衡位置使锌铝合金片右部螺栓孔与活动板左侧螺栓连接板上螺栓孔对齐，使用螺栓固定锌铝合金片右部至活动板左侧螺栓连接板上。
本发明具有以下有益效果：
本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器，耗能材料以锌铝合金取代了金属铅，锌铝合金不仅环保无毒且原料价格也较为经济；在未起作用时，位于矩形筒体内部的活动板在两侧预应力筋的作用下保持在平衡位置，此时锌铝合金片不受拉力、压力；当阻尼器受压时，右连接板带动活动板向左运动，右侧预应力筋伸长、应力增大，左侧预应力筋缩短、应力减小，活动板受到向右的恢复力，锌铝合金片受压变形耗能，防屈曲钢片夹持在锌铝合金片上下表面防止锌铝合金片受压耗能时产生局部面外屈曲，由此阻尼器产生受压状态下稳定的耗能能力及自复位能力；当阻尼器受拉时，右连接板带动活动板向向右运动，右侧预应力筋缩短、应力减小，左侧预应力筋伸长、应力增大，活动板受到向左的恢复力，锌铝合金片受拉变形耗能，由此阻尼器产生受拉状态下稳定的耗能能力及自复位能力。
本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器，结构简单、传力明确，在具有自复位能力的基础上，由于锌铝合金的高阻尼特性和室温超塑性特性，使得阻尼器具有良好的消能减震效果及免维护特性。
附图说明
图1为本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器的整体结构示意图；
图2为本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器的内部结构示意图(隐去外筒)；
图3为本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器的内部结构示意图(隐去外筒、预应力筋、防屈曲钢片)；
图4为本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器的受压状态下工作示意图(隐去外筒)。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清晰，下面结合附图就具体实施方式进行详细描述。
一方面，本发明提供一种基于锌铝合金的自复位阻尼器，如图1至图4所示，主要包括矩形筒体1和位于所述矩形筒体1内的可运动部分2，其中：
矩形筒体1包括长条形的左连接板1-1和外筒1-2，所述左连接板1-1上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔3，所述外筒1-2由左端板1-3、右端板1-4及四根L型钢材组成，左端板1-3右侧焊接有螺栓连接板4；值得注意的是，相比使用钢板完全包裹，外筒1-2使用的四根L型钢材可以方便阻尼器的安装维护，降低阻尼器自重、节省材料；
位于矩形筒体1内的可运动部分2由右连接板5-1、活动板2-1及螺栓连接板2-2组成，所述右连接板5-1上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔5-2；
左端板1-3右侧焊接的螺栓连接板4与活动板2-1左侧焊接的螺栓连接板2-2之间通过螺栓6固定锌铝合金片7，在所述阻尼器两端发生相对位移时通过锌铝合金片7的变形进行耗能；
左端板1-3、活动板2-1及位于矩形筒体1右侧的右端板1-4上均设置有预应力筋张拉孔洞8；
矩形筒体1右端板1-4中部设置有供右连接板5-1沿其轴向运动的矩形孔洞9。
本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器，耗能材料以锌铝合金取代了金属铅，锌铝合金不仅环保无毒且原料价格也较为经济；在未起作用时，位于矩形筒体1内部的活动板2-1在两侧预应力筋的作用下保持在平衡位置，此时锌铝合金片7不受拉力、压力；当阻尼器受压时(图4)，右连接板5-1带动活动板2-1向左运动，右侧预应力筋伸长、应力增大，左侧预应力筋缩短、应力减小，活动板2-1受到向右的恢复力，锌铝合金片7受压变形耗能，防屈曲钢片10夹持在锌铝合金片7上下表面防止锌铝合金片7受压耗能时产生局部面外屈曲，由此阻尼器产生受压状态下稳定的耗能能力及自复位能力；当阻尼器受拉时，右连接板5-1带动活动板2-1向右运动，右侧预应力筋缩短、应力减小，左侧预应力筋伸长、应力增大，活动板2-1受到向左的恢复力，锌铝合金片7受拉变形耗能，由此阻尼器产生受拉状态下稳定的耗能能力及自复位能力。
本发明的基于锌铝合金的自复位阻尼器，结构简单、传力明确，在具有自复位能力的基础上，由于锌铝合金的高阻尼特性和室温超塑性特性，使得阻尼器具有良好的消能减震效果及免维护特性。
优选的，所述矩形筒体右端板1-4中部矩形孔洞9尺寸略大于右连接板5-1横截面尺寸，可在允许右连接板5-1沿其轴向运动的同时限制其发生扭转运动。
优选的，锌铝合金片7呈S型，其中部平行部分与两端平行部分之间设有过渡凹面。这样，在锌铝合金片7变形耗能时变形集中在其中部收窄部分，便于在破坏后进行更换。
进一步的，所述锌铝合金片7左端面与所述左端板1-3右表面对齐。
进一步的，锌铝合金片7上下表面均设置有防屈曲钢片10，锌铝合金片7长度大于防屈曲钢片10，防屈曲钢片10夹持所述锌铝合金片7后，使用螺栓一同固定于所述左端板1-3右侧螺栓连接板4上，防屈曲钢片10右侧通过螺栓6直接固定于锌铝合金片7上。
优选的，防屈曲钢片10从左端起仅覆盖锌铝合金片7至其右端平行部起始位置，在约束锌铝合金片7面外变形的同时，为活动板2-1在矩形筒体1内的轴向运动预留空间，避免产生碰撞、限制阻尼器变形范围。
进一步的，锌铝合金片7右侧通过螺栓连接至活动板2-1左侧螺栓连接板2-2上。
进一步的，活动板2-1通过预应力筋11在所述矩形筒体1内保持平衡，左侧两根预应力筋与右侧两根预应力筋预应力大小相同。通过两侧预应力筋使阻尼器内部的活动板2-1在阻尼器两端未发生相对位移时保持在平衡位置；并在两端发生位移时为活动板提供自复位能力。
优选的，固定于活动板2-1两侧的4根预应力筋分别位于活动板2-1表面的左右、上下部分。这样设计可以减小阻尼器筒体截面面积、优化内部组件布局、增加施工灵活性。
作为本发明的一种改进，分布在活动板2-1左右两侧的预应力筋11可使用SMA合金丝材进行替换，由于本发明阻尼器为矩形筒体，可使用本领域常规技术手段实现SMA合金丝材的末端固定。
另一方面，提供一种上述基于锌铝合金的自复位阻尼器的制作方法，包括：
步骤1：将左连接板3、螺栓连接板4分别焊接至左端板1-3两侧，其中左连接板3位于左端板1-3左侧，螺栓连接板4位于左端板1-3右侧；
步骤2：将4根L型钢材焊接于左端板1-3右侧外围，形成外筒1-2；
步骤3：将螺栓连接板2-2及右连接板5-1分别焊接于活动板2-1左、右侧，并放入矩形筒体1内部；
步骤4：将右端板1-4焊接于外筒1-2右侧，调整活动板2-1位置并张拉预应力筋11，固定锌铝合金片7及防屈曲钢片10。
进一步的，所述步骤4包括：
步骤41：右端板1-4焊接于4根L型钢材右侧，形成完整外筒1-2，使得活动板2-1可通过右端板1-4上孔洞9在矩形筒体1内部沿轴线方向运动；
步骤42：用两片防屈曲钢片10分别夹持锌铝合金片7上下表面并与左侧螺栓连接板4上的螺栓孔对齐，通过螺栓连接防屈曲钢片10与锌铝合金片7至左端板1-3；
步骤43：通过锌铝合金片7中部及防屈曲钢片10右部设置的螺栓孔固定防屈曲钢片10右端，对锌铝合金片7形成局部屈曲约束；
步骤44：将2根预应力筋11一侧端头固定于活动板2-1右侧孔洞，一侧从左端板1-3孔洞伸出，将另外2根预应力筋11一侧端头固定于活动板2-1左侧孔洞，一侧从右端板1-4孔洞伸出，张拉4根预应力筋，保持活动板2-1在矩形筒体1内部平衡位置使锌铝合金片7右部螺栓孔与活动板2-1左侧螺栓连接板2-2上螺栓孔对齐，使用螺栓固定锌铝合金片7右部至活动板2-1左侧螺栓连接板2-2上。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的从业人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，包括矩形筒体和位于所述矩形筒体内的可运动部分，其中：
所述矩形筒体包括长条形的左连接板和外筒，所述左连接板上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔，所述外筒由左端板、右端板及四根L型钢材组成，左端板右侧焊接有螺栓连接板；
所述位于矩形筒体内的可运动部分由右连接板、活动板及螺栓连接板组成，所述右连接板上设置有用于将阻尼器固定在建筑结构中的螺栓孔；
所述左端板右侧焊接的螺栓连接板与活动板左侧焊接的螺栓连接板之间通过螺栓固定锌铝合金片；
所述左端板、活动板及位于矩形筒体右侧的右端板上均设置有预应力筋张拉孔洞；
所述矩形筒体右端板中部设置有供右连接板沿其轴向运动的矩形孔洞。
2.根据权利要求1所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，所述矩形筒体右端板中部孔洞尺寸略大于右连接板截面尺寸。
3.根据权利要求2所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，所述锌铝合金片呈S型，其中部平行部分与两端平行部分之间设有过渡凹面，所述锌铝合金片左端面与所述左端板右表面对齐。
4.根据权利要求3所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，所述锌铝合金片上下表面均设置有防屈曲钢片，锌铝合金片长度大于防屈曲钢片，防屈曲钢片夹持所述锌铝合金片后，使用螺栓一同固定于所述左端板右侧的螺栓连接板上，防屈曲钢片右侧通过螺栓直接固定于锌铝合金片上。
5.根据权利要求4所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，所述锌铝合金片右侧通过螺栓连接至活动板左侧螺栓连接板上。
6.根据权利要求5所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器，其特征在于，所述活动板通过预应力筋在所述矩形筒体内保持平衡，左侧两根预应力筋与右侧两根预应力筋预应力大小相同。
7.根据权利要求2-6所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器的制作方法，其特征在于，包括：
步骤1：将左连接板、螺栓连接板分别焊接至左端板两侧，其中左连接板位于左端板左侧，螺栓连接板位于左端板右侧；
步骤2：将4根L型钢材焊接于左端板右侧外围，形成外筒；
步骤3：将螺栓连接板及右连接板分别焊接于活动板左、右侧，并放入矩形筒体内部；
步骤4：将右端板焊接于外筒右侧，调整活动板位置并张拉预应力筋，固定锌铝合金片及防屈曲钢片。
8.根据权利要求7所述的基于锌铝合金的自复位阻尼器的制作方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤41：右端板焊接于4根L型钢材右侧，形成完整外筒，使得活动板可通过右端板中部孔洞在矩形筒体内部沿轴线方向运动；
步骤42：用两片防屈曲钢片分别夹持锌铝合金片上下表面并与左侧螺栓连接板上的螺栓孔对齐，通过螺栓连接防屈曲钢片与锌铝合金片至左端板；
步骤43：通过锌铝合金片中部及防屈曲钢片右部设置的螺栓孔固定防屈曲钢片右端，对锌铝合金片形成局部屈曲约束；
步骤44：将2根预应力筋一侧端头固定于活动板右侧孔洞，一侧从左端板孔洞伸出，将另外2根预应力筋一侧端头固定于活动板左侧孔洞，一侧从右端板孔洞伸出，张拉4根预应力筋，保持活动板在矩形筒体内部平衡位置使锌铝合金片右部螺栓孔与活动板左侧螺栓连接板上螺栓孔对齐，使用螺栓固定锌铝合金片右部至活动板左侧螺栓连接板上。
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