CN114150781A - 一种转动式阻尼器及采用其的耗能铰节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铰节点技术领域，具体涉及一种转动式阻尼器及采用其的耗能铰节点。所述转动式阻尼器包括：外筒，适于与第一连接段固定连接；内筒，适于与第二连接段固定连接且与所述外筒同轴布置；耗能叶片，为环板状结构且其板面与所述内筒的轴向垂直，所述耗能叶片的径向外边缘与所述外筒固定连接，径向内边缘与所述内筒固定连接，所述耗能叶片上沿其周向均匀开设有耗能孔。本发明提供的转动式阻尼器，耗能叶片的叶片剪切刚度阻碍两个连接段的相对转动，从而为铰接节点提供转动刚度；设置于铰节点的中心位置，不占用额外的建筑空间。

Description

一种转动式阻尼器及采用其的耗能铰节点
技术领域
本发明涉及铰节点技术领域，具体涉及一种转动式阻尼器及采用其的耗能铰节点。
背景技术
铰节点，即铰接式节点，通常由销轴、第一连接段2和第二连接段3组成，如图1所示。销轴外表面光滑，在第一连接段2与第二连接段3发生相对转动时，无任何摩擦力产生，因此两连接段之间不会传递任何弯矩。图1所示的纯铰节点构造简单，但是在框架结构中使用时，仅仅能够参与竖向传力，无法为框架提供侧向刚度。为了提升采用了铰接节点的框架的抗侧刚度，现有采用普通支撑或者加腋支撑5，如图2所示，但支撑的使用在建筑上占用了过大的空间，而且还存在屈曲的问题，使用效率不高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中铰节点抗侧结构占用空间较大的缺陷，从而提供一种转动式阻尼器及采用其的耗能铰节点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种转动式阻尼器，包括：
外筒，适于与第一连接段固定连接；
内筒，适于与第二连接段固定连接且与所述外筒同轴布置；
耗能叶片，为环板状结构且其板面与所述内筒的轴向垂直，所述耗能叶片的径向外边缘与所述外筒固定连接，径向内边缘与所述内筒固定连接，所述耗能叶片上沿其周向均匀开设有耗能孔。
可选的，所述耗能叶片的径向外边缘与所述外筒内壁固定连接，所述耗能叶片的径向内边缘与所述内筒外壁固定连接。
可选的，所述内筒和外筒的轴向长度相等且轴向对应设置，所述耗能叶片位于所述内筒和外筒轴向上的中间位置。
可选的，所述内筒与所述耗能叶片的径向内边缘焊接固定，所述外筒与所述耗能叶片的径向外边缘焊接固定。
可选的，所述外筒沿其圆周面上均布有第一通孔，所述第一通孔适于实现所述外筒与第一连接段的固定连接，所述内筒沿其圆周面上均布有第二通孔，所述第二通孔适于实现所述内筒与第二连接段的固定连接。
本发明还提供一种耗能铰节点，包括：
转动式阻尼器，如前文所述；
第一连接段，适于与所述外筒固定连接；
第二连接段，适于与所述内筒固定连接。
可选的，所述第一连接段包括：
第一腹板，其板面与所述内筒的轴向垂直，所述第一腹板上开设有插孔，所述插孔与所述内筒同轴；
外连接筒，固定于所述第一腹板上且与所述插孔同轴，所述外连接筒套接于所述外筒的外侧且相对固定；
所述第二连接段包括：
第二腹板，其板面与所述第一腹板平行；
内连接筒，固定于所述第二腹板上且与所述插孔同轴，所述内连接筒套接于所述内筒的内侧且相对固定。
可选的，所述外筒沿其圆周面上均布有第一通孔，所述外连接筒的圆周面上对应第一通孔设有第一贯穿孔，所述外筒与所述外连接筒通过贯穿所述第一通孔和第一贯穿孔的螺栓固定；所述内筒沿其圆周面上均布有第二通孔，所述内连接筒的圆周面上对应第二通孔设有第二贯穿孔，所述内筒与所述内连接筒通过贯穿所述第二通孔和第二贯穿孔的螺栓固定。
可选的，所述内连接筒外伸于所述第二腹板的两侧形成两个外伸部，每个外伸部皆连接有一套所述转动式阻尼器及第一连接段。
可选的，所述第一腹板和第二腹板皆固定连接有端板，所述端板适于固定第一连接段或第二连接段。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的转动式阻尼器，设有内筒、外筒及连接两者的耗能叶片，发生相对转动的第一连接段和第二连接段分别与外筒和内筒相连。当铰节点转动时，第一连接段和第二连接段的相对转动会受到耗能叶片的约束，耗能叶片的叶片剪切刚度阻碍两个连接段的相对转动，从而为铰接节点提供转动刚度，控制结构的变形；当铰节点的转动变形很大，例如发生地震时，耗能叶片将进入屈服，增加铰节点的阻尼，耗散地震的能量，提升框架抗震性能。
2.本发明提供的转动式阻尼器，设置于铰节点的中心位置，不占用额外的建筑空间。
3.本发明提供的转动式阻尼器，内筒和外筒与两个连接段通过螺栓固连，安装与拆卸方便。
4.本发明提供的耗能铰节点，因为具有前述的转动式阻尼器，所以具有前述任一项优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中铰节点的结构示意图；
图2为现有技术中铰节点抗侧结构示意图；
图3为本发明实施例转动式阻尼器的结构示意图；
图4为图3中A-A处的剖视图；
图5为本发明实施例耗能铰节点的结构示意图；
图6为本发明实施例第一连接段的结构示意图；
图7为图6中B-B处的剖视图；
图8为本发明实施例第二连接段的结构示意图；
图9为图8中C-C处的剖视图；
图10为本发明框架结构中耗能铰节点的应用示意图；
图11为本发明墩柱结构中耗能铰接点的应用示意图。
附图标记说明：
11、外筒；111、第一通孔；12、内筒；121、第二通孔；13、耗能叶片；131、耗能孔；2、第一连接段；21、第一腹板；211、插孔；22、外连接筒；221、第一贯穿孔；3、第二连接段；31、第二腹板；32、内连接筒；321、第二贯穿孔；4、端板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例一
结合图3和图4所示，本实施例提供的转动式阻尼器，包括外筒11、内筒12及耗能叶片13。
外筒11，适于与第一连接段2固定连接。具体连接手段，这里不作限定，可以是螺栓或卡扣或粘贴等。“筒”即两端开口的圆柱状壳体结构。
内筒12，适于与第二连接段3固定连接且与外筒11同轴布置。具体连接手段，这里不作限定，可以是螺栓或卡扣或粘贴等。“筒”即两端开口的圆柱状壳体结构。
耗能叶片13，为环板状结构且其板面与内筒12的轴向垂直，耗能叶片13的径向外边缘与外筒11固定连接，径向内边缘与内筒12固定连接，耗能叶片13上沿其周向均匀开设有耗能孔131。耗能叶片13具体可以采用低屈服点钢材加工而成，具有一定的刚度，当受力大于一定值后会进行屈服。具体的，耗能叶片13的径向外边缘可以与外筒11的内壁连接，也可以与外筒11的端面连接。具体的，耗能叶片13的径向内边缘可以与内筒12的外壁连接，也可以与内筒12的端面连接。具体的，耗能孔131至少设置有一个，优选采用多个(至少三个)，耗能能力更强。耗能叶片13之所以具有耗能能力，就是因为耗能孔131的设置，当耗能叶片13承受较小剪切力时，耗能叶片13依靠自身刚度进行抵抗，当耗能叶片13承受较大剪切力时，耗能叶片13向耗能孔131处缩合进行屈服，从而提高更大的阻尼。
本实施例的转动式阻尼器，在铰节点发生转动时，耗能叶片13会提供一定的阻尼，两连接段的相对转动会受到耗能叶片13的约束，从而为铰节点提供一定的侧向刚度。并且，当铰变形达到一定程度时，耗能叶片13将进入屈服，增加铰接点的阻尼，提升该节点处的耗能能力，进而增强整体结构的耗能能力。
作为耗能叶片13的一种优选固定方式：耗能叶片13的径向外边缘与外筒11内壁固定连接，耗能叶片13的径向内边缘与内筒12外壁固定连接。一方面，进一步减小了安装的空间；另一方面，耗能叶片13相对内筒12和外筒11结构上较为对称，受力更加均匀，利于提高结构稳定性。优选的，内筒12和外筒11的轴向长度相等且轴向对应设置，耗能叶片13位于内筒12和外筒11轴向上的中间位置，耗能叶片13与外筒11、内筒12形成对称结构，受力均匀，结构稳定性更好。
作为耗能叶片13的一种固定手段：内筒12与耗能叶片13的径向内边缘焊接固定，外筒11与耗能叶片13的径向外边缘焊接固定。焊接固定较为牢固，且对于这种环板与筒壁之间的连接更为方便。当然，其他实施例中，耗能叶片13也可采用螺栓或卡扣或粘贴或其他常用规定手段。
作为外筒11/内筒12的一种优选固连方案：外筒11沿其圆周面上均布有第一通孔111，第一通孔111适于实现外筒11与第一连接段2的固定连接，内筒12沿其圆周面上均布有第二通孔121，第二通孔121适于实现内筒12与第二连接段3的固定连接。使用时，通过贯穿在第一通孔111或第二通孔121内的紧固件实现阻尼器与连接段的固定连接，安装拆卸更加便捷。当然，其他实施例中，外筒11与第一连接段2、内筒12与第二连接段3之间还可通过焊接、粘接、磁吸、卡扣等方式完成固定连接。
实施例二
结合图5所示，本发明还提供一种耗能铰节点，包括：
转动式阻尼器，如前文所述；
第一连接段2，适于与外筒11固定连接；
第二连接段3，适于与内筒12固定连接。
连接段皆相互铰接的两个对象，例如两个立柱之间，横梁与立柱之间等。优选在第一连接段2上设置筒状结构，将该筒状结构与外筒11/内筒12固定连接，连接更加牢固；但不局限于此结构，也可采用板状结构与外筒11/内筒12固定连接，或者采用半圆弧板与外筒11/内筒12固定连接，或者采用本领域常用的固连结构皆可。
参照图6-图9，作为连接段的一种优选结构：
第一连接段2包括第一腹板21，其板面与内筒12的轴向垂直，第一腹板21上开设有插孔211，插孔211与内筒12同轴；外连接筒22，固定于第一腹板21上且与插孔211同轴，外连接筒22套接于外筒11的外侧且相对固定；
第二连接段3包括第二腹板31，其板面与第一腹板21平行；内连接筒32，固定于第二腹板31上且与插孔211同轴，内连接筒32套接于内筒12的内侧且相对固定。
使用时，将外连接筒22与外筒11连接，将内连接筒32与内筒12连接，然后将第一腹板21和第二腹板31与待连接件固定连接，相对于直接将内筒12/外筒11与待连接件连接而言，一方面采用筒-筒配合的方式进行固连，连接更加牢固；另一方面，额外增设部位与待连接件进行连接，连接更加方便。
参照图7和图9，作为上述筒-筒连接方式的一种优选连接结构：外筒11沿其圆周面上均布有第一通孔111，外连接筒22的圆周面上对应第一通孔111设有第一贯穿孔221，外筒11与外连接筒22通过贯穿第一通孔111和第一贯穿孔221的螺栓固定；内筒12沿其圆周面上均布有第二通孔121，内连接筒32的圆周面上对应第二通孔121设有第二贯穿孔321，内筒12与内连接筒32通过贯穿第二通孔121和第二贯穿孔321的螺栓固定。通孔和贯穿孔设置有至少一个，优选均布多个(至少三个)，连接强度更高，压紧力更加均匀，结构强度更高。
参照图9，作为耗能铰节点的一种优选结构：内连接筒32外伸于第二腹板31的两侧形成两个外伸部，每个外伸部皆连接有一套转动式阻尼器及第一连接段2。在第二连接段3的轴向两侧对称设置有两组转动式阻尼器及第一连接段2，结构对称，受力更加均匀，结构稳定性更强。
参照图5，作为腹板的一种优选结构：第一腹板21和第二腹板31皆固定连接有端板4，端板4适于固定第一连接段2或第二连接段3。具体的，端板4与第一腹板21/第二腹板31相垂直。使用时，通过端板4与待连接件固定连接，进一步提高了安装的便捷性。
作为具体的实现形式，本申请的耗能铰接点的安装过程如下：
1)固定第二连接段3，将第二连接段3的内连接筒32的两端分别穿过两个第一连接段2的插孔211，在实际工作时，第一连接段2与第二连接段3之间的剪力与轴力将主要经过连接B的内连接筒32传递，内连接筒32的表面光滑，穿过第一连接段2时仅存在挤压作用，不存在摩擦作用。
2)将连接板B与第二连接段3连接完成后，将两个转动式阻尼器分别安装到内连接筒32的两端与两个外连接筒22之间，将第一通孔111与第一关穿孔对中，将第二通孔121与第二贯穿孔321对中，完成定位。
3)采用高强螺栓将第一通孔111与第一贯穿孔221连接，实现第一连接段2与转动式阻尼器的固定连接，将第二通孔121与第二贯穿孔321连接，实现第二连接段3与转动式阻尼器的固定连接，从而使第一连接段2与第二连接段3之间相互形成转动约束，一旦第一连接段2与第二连接段3组成的铰发生转动变形，将剪切阻尼器的耗能叶片13，从而防止转动变形的产生，为铰节点提供抗弯刚度，也为整体结构提供侧向刚度。当铰变形达到一定程度时，耗能叶片13将进入屈服，增加铰接点的阻尼，提升该节点处的耗能能力，进而增强整体结构的耗能能力。
下面介绍两种上述耗能铰接点的具体应用环境：
第一种，参照图10，应用于框架结构中，在梁柱连接节点之间采用该耗能铰节点。工作时，竖向荷载还是通过梁传递给铰接节点的第二连接段3，再通过销轴(即第二连接段3的内连接筒32)以剪力的形式传递给第一连接段2，最后传递给柱。在该传力机制下，铰节点两端的连接段B与第二连接段3不会发生相对转动，结构受力简单。在水平荷载作用下，柱间轴力还是通过销轴穿过铰节点从一端传递到另一端，而此时结构若发生侧向变形，则两端的耗能铰节点将发生相对转动，从而引起转动式阻尼器的耗能叶片13的剪切变形，抵抗该变形趋势，为结构提供一定的侧向刚度，当结构侧向变形过大时，耗能叶片13屈服，进入塑性耗能阶段，可以提升节点的耗能能力，增加结构的阻尼，降低结构的地震响应。
第二种，参照图11，应用于双肢墩柱或者连肢剪力墙结构中。两侧的抗侧力构件通过连梁相连，而连梁与两侧抗侧力构件的连接采用的是本研究的耗能铰节点，因此，在侧向变形下，耗能铰节点的转动式阻尼器不仅能提供额外的刚度，当侧向变形过大时，还能跟连梁一起进入屈服阶段，增加结构阻尼，耗散地震能量。通过合理的设计，可以使得耗能铰节点先于剪切连梁屈服，形成多阶段的耗能机制，抵抗不同水平的地震，且两者的耗能模式不同，一种利用节点间的剪切变形，另一种利用节点间的转动变形，通过耗能铰节点，充分发挥了节点间变形对于耗能构件变形的影响，提升了耗能构件的效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种转动式阻尼器，其特征在于，包括：
外筒(11)，适于与第一连接段(2)固定连接；
内筒(12)，适于与第二连接段(3)固定连接且与所述外筒(11)同轴布置；
耗能叶片(13)，为环板状结构且其板面与所述内筒(12)的轴向垂直，所述耗能叶片(13)的径向外边缘与所述外筒(11)固定连接，径向内边缘与所述内筒(12)固定连接，所述耗能叶片(13)上沿其周向均匀开设有耗能孔(131)。
2.根据权利要求1所述的转动式阻尼器，其特征在于，所述耗能叶片(13)的径向外边缘与所述外筒(11)内壁固定连接，所述耗能叶片(13)的径向内边缘与所述内筒(12)外壁固定连接。
3.根据权利要求2所述的转动式阻尼器，其特征在于，所述内筒(12)和外筒(11)的轴向长度相等且轴向对应设置，所述耗能叶片(13)位于所述内筒(12)和外筒(11)轴向上的中间位置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的转动式阻尼器，其特征在于，所述内筒(12)与所述耗能叶片(13)的径向内边缘焊接固定，所述外筒(11)与所述耗能叶片(13)的径向外边缘焊接固定。
5.根据权利要求4所述的转动式阻尼器，其特征在于，所述外筒(11)沿其圆周面上均布有第一通孔(111)，所述第一通孔(111)适于实现所述外筒(11)与第一连接段(2)的固定连接，所述内筒(12)沿其圆周面上均布有第二通孔(121)，所述第二通孔(121)适于实现所述内筒(12)与第二连接段(3)的固定连接。
6.一种耗能铰节点，其特征在于，包括：
转动式阻尼器，如权利要求1-5任一项所述；
第一连接段(2)，适于与所述外筒(11)固定连接；
第二连接段(3)，适于与所述内筒(12)固定连接。
7.根据权利要求6所述的耗能铰节点，其特征在于，所述第一连接段(2)包括：
第一腹板(21)，其板面与所述内筒(12)的轴向垂直，所述第一腹板(21)上开设有插孔(211)，所述插孔(211)与所述内筒(12)同轴；
外连接筒(22)，固定于所述第一腹板(21)上且与所述插孔(211)同轴，所述外连接筒(22)套接于所述外筒(11)的外侧且相对固定；
所述第二连接段(3)包括：
第二腹板(31)，其板面与所述第一腹板(21)平行；
内连接筒(32)，固定于所述第二腹板(31)上且与所述插孔(211)同轴，所述内连接筒(32)套接于所述内筒(12)的内侧且相对固定。
8.根据权利要求7所述的耗能铰节点，其特征在于，所述外筒(11)沿其圆周面上均布有第一通孔(111)，所述外连接筒(22)的圆周面上对应第一通孔(111)设有第一贯穿孔(221)，所述外筒(11)与所述外连接筒(22)通过贯穿所述第一通孔(111)和第一贯穿孔(221)的螺栓固定；所述内筒(12)沿其圆周面上均布有第二通孔(121)，所述内连接筒(32)的圆周面上对应第二通孔(121)设有第二贯穿孔(321)，所述内筒(12)与所述内连接筒(32)通过贯穿所述第二通孔(121)和第二贯穿孔(321)的螺栓固定。
9.根据权利要求8所述的耗能铰节点，其特征在于，所述内连接筒(32)外伸于所述第二腹板(31)的两侧形成两个外伸部，每个外伸部皆连接有一套所述转动式阻尼器及第一连接段(2)。
10.根据权利要求9所述耗能铰节点，其特征在于，所述第一腹板(21)和第二腹板(31)皆固定连接有端板(4)，所述端板(4)适于固定第一连接段(2)或第二连接段(3)。
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