CN114197936A - 弯剪耦合型金属阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了弯剪耦合型金属阻尼器，包括剪切钢板、弯曲钢板和上下端板。剪切钢板和弯曲钢板分别根据剪力和弯矩的分布进行截面优化设计，使钢板的所有截面同时屈服，上下端板开孔以便螺栓连接。剪切钢板和弯曲钢板均与上下端板焊接。弯曲钢板对称分布在剪切钢板的两侧，起到防止剪切钢板发生平面外屈曲失稳的作用。阻尼器的耗能机制包括弯曲钢板的弯曲变形和剪切钢板的剪切变形，因此具有较高的耗能能力；并且，通过合理设计弯曲钢板和剪切钢板的尺寸和材料等参数，可使阻尼器拥有较大的屈服后刚度比，从而有效地减小残余变形。本发明具有构造简单、易于加工、易于装卸、耗能能力强和恢复变形能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种弯剪耦合型金属阻尼器，属于土木工程结构减震技术领域，具体涉及一种应用于结构工程领域中的金属阻尼器，可以为结构减小地震反应，实现易复位能力。
背景技术
在地震易发地区，建筑物在地震作用下的安全性一直是人民关注的主要问题。传统的建筑物抗震方法是通过结构自身变形来抵抗地震，虽然使用范围广，但结构损伤很大。通过在建筑结构中加入阻尼器构件，利用阻尼器而不是结构本身作为消能元件，对于提升建筑物的整体抗震性能具有重要作用。
金属阻尼器因其构造简单、成本低、性能稳定、制造方便、更换方便等优点，在工程中得到了广泛的应用。人们发明了各种类型的金属阻尼器，一般可分为剪切型阻尼器和弯曲型阻尼器。剪切型阻尼器利用金属板的剪切塑性变形来耗能，如剪切板阻尼器等。弯曲型阻尼器利用金属板的弯曲塑性变形来耗能，如X型钢板阻尼器、三角形钢板阻尼器、U型钢板阻尼器等。K型弯曲钢板阻尼器具有塑性变形大、耐久性好、滞回曲线饱满、性能稳定等优点，但在卸载后具有较大残余变形，使结构在震后难以修复，不利于实现抗震韧性。本发明提出一种弯剪耦合型金属阻尼器，将弯曲钢板和剪切钢板合理地结合起来，可以提高阻尼器的耗能能力，并改善阻尼器的滞回性能。剪切钢板和弯曲钢板分别根据剪力和弯矩的分布进行截面优化设计，优化后的剪切钢板和弯曲钢板分别呈两侧削弱型和K型。阻尼器的耗能机制包括弯曲钢板的弯曲变形和剪切钢板的剪切变形，因此具有较高的耗能能力；通过设计弯曲钢板和剪切钢板的尺寸和材料等参数，可使阻尼器拥有较大的屈服后刚度比，从而减小残余变形。
发明内容
为了加强金属阻尼器的耗能能力，并提高其恢复变形的能力，本发明提出了一种弯剪耦合型金属阻尼器，与普通金属阻尼器相比，该阻尼器耗能能力和恢复变形能力更强，残余变形较小，可有效提高结构抗震韧性。
本发明剪切钢板和弯曲钢板均与上下端板焊接，弯曲钢板对称分布在剪切钢板的两侧。当阻尼器受到水平方向位移时，上下端板发生相对位移，剪切钢板发生面内剪切变形，弯曲钢板发生面外弯曲变形。弯剪耦合型金属阻尼器的耗能机制由剪切钢板的剪切变形和弯曲钢板的弯曲变形组成，因此，具有更高的耗能能力。通过设计弯曲钢板和剪切钢板的相关参数，可使阻尼器的屈服后刚度比较大，从而有效减小阻尼器的残余变形。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
弯剪耦合型金属阻尼器，包括弯曲钢板(1)、剪切钢板(2)和端板(3)。两块端板(3)上下平行布置，剪切钢板(2)的顶部和底部分别焊接在两块端板(3)之间，各个弯曲钢板(1)对称并列分布在剪切钢板(2)的两侧，防止剪切钢板(2)发生平面外屈曲失稳。
进一步地，上下两块端板(3)开有螺栓孔，以便弯剪耦合型金属阻尼器和阻尼结构通过螺栓连接。
进一步地，弯曲钢板(1)与普通钢板相比，其截面进行了优化，具有滞回曲线饱满，耗能能力强，塑性分布均匀的特点，可以充分发挥材料性能，提高材料利用率。
进一步地，剪切钢板(2)和弯曲钢板(1)剪切钢板(2)和弯曲钢板(1)的两侧宽度大于中间宽度，且两侧向中间渐变。
当阻尼器下端板(3)固定，上端板(3)受到水平荷载时，两块端板(3)之间发生水平方向相对位移，使得弯曲钢板(1)进入受弯状态，剪切钢板(2)进入受剪状态，通过设计弯曲钢板(1)和剪切钢板(2)的尺寸和材料等参数，使弯曲钢板(1)先达到屈服点，由于弯曲钢板(1)板宽从中间高度向两端线性变化，所以可以实现弯曲钢板(1)的各点同时发生屈服。随着位移的增大，剪切钢板(2)进入屈服状态。剪切钢板(2)后屈服，增大了阻尼器的屈服后刚度比。将剪切型金属阻尼器与弯曲型金属阻尼器合理地结合起来，屈服后刚度比的增大将有效减小阻尼器残余变形。由于剪切钢板(2)剪切变形耗能和弯曲钢板(1)弯曲变形耗能，所以，相较于普通金属阻尼器，该阻尼器具有更好的耗能能力。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明分别根据剪切钢板的剪力分布情况和弯曲钢板的弯矩分布情况，对它们的截面进行了优化设计。优化后的剪切钢板和弯曲钢板分别呈两侧削弱型和K型。
(2)本发明采用多个K型弯曲钢板，其滞回曲线饱满，耗能能力强，塑性分布均匀，在耗能过程中，弯曲钢板的各点同时进入塑性变形，充分发挥材料性能，提高材料利用率。
(3)本发明阻尼器的耗能机制包括弯曲钢板的弯曲变形和剪切钢板的剪切变形，相较于普通金属阻尼器具有更好的耗能能力。
(4)本发明阻尼器采用弯剪耦合形式，通过设计弯曲钢板和剪切钢板的相关参数，可实现减小阻尼器残余变形的目的。
(5)本发明可以通过改变弯曲钢板和剪切钢板的设计参数调整阻尼器的刚度和强度，使其满足实际需求。
(6)本发明阻尼器通过螺栓与结构相连，便于震后更换和修复，减少经济损失。
附图说明
图1是阻尼器装配示意图。
图2是阻尼器正面示意图。
图3是阻尼器侧面示意图。
图4是弯曲钢板示意图。
图5是剪切钢板示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所述，弯剪耦合型金属阻尼器，该阻尼器的施作方法如下：
首先将剪切钢板(2)焊接在上下端板中间，之后将弯曲钢板(1)对称放置在剪切钢板(2)的两侧，且与剪切钢板(2)接触，并与上下端板(3)焊接。上下端板(3)通过螺栓与结构相连。剪切钢板(2)和弯曲钢板(1)焊接在两块端板(3)之间。
所述剪切钢板和弯曲钢板分别根据剪力和弯矩的分布进行截面优化设计，优化后的剪切钢板和弯曲钢板两侧削弱型呈K型。弯曲钢板板宽从中间高度向两端线性变化，且在中间高度平滑过渡。
所述弯曲钢板与上下端板焊接，且对称分布在剪切钢板的两侧，与剪切钢板接触。弯曲钢板只焊接到端板上，而不焊接到剪切钢板上。
所述上下端板通过螺栓与结构相连。
剪切钢板和弯曲钢板分别根据剪力和弯矩的分布进行截面优化设计，使钢板的所有截面同时屈服，上下端板开孔以便螺栓连接。剪切钢板和弯曲钢板均与上下端板焊接。弯曲钢板对称分布在剪切钢板的两侧，起到防止剪切钢板发生平面外屈曲失稳的作用。阻尼器和结构通过螺栓连接，易于震后的修复和更换。阻尼器的耗能机制包括弯曲钢板的弯曲变形和剪切钢板的剪切变形，因此具有较高的耗能能力；并且，通过合理设计弯曲钢板和剪切钢板的尺寸和材料等参数，可使阻尼器拥有较大的屈服后刚度比，从而有效地减小残余变形。本发明具有构造简单、易于加工、易于装卸、耗能能力强和恢复变形能力强等优点。
Claims (5)
1.弯剪耦合型金属阻尼器，其特征在于：包括弯曲钢板(1)、剪切钢板(2)和端板(3)；两块端板(3)上下平行布置，剪切钢板(2)的顶部和底部分别焊接在两块端板(3)之间，各个弯曲钢板(1)对称并列分布在剪切钢板(2)的两侧。
2.根据权利要求1所述的弯剪耦合型金属阻尼器，其特征在于：上下两块端板(3)开有螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的弯剪耦合型金属阻尼器，其特征在于：弯曲钢板(1)截面具有滞回曲线。
4.根据权利要求1所述的弯剪耦合型金属阻尼器，其特征在于：剪切钢板(2)和弯曲钢板(1)剪切钢板(2)和弯曲钢板(1)的两侧宽度大于中间宽度，且两侧向中间渐变。
5.根据权利要求1所述的弯剪耦合型金属阻尼器，其特征在于：当阻尼器下端板(3)固定，上端板(3)受到水平荷载时，两块端板(3)之间发生水平方向相对位移，使得弯曲钢板(1)进入受弯状态，剪切钢板(2)进入受剪状态，通过设计弯曲钢板(1)和剪切钢板(2)的尺寸和材料参数，使弯曲钢板(1)先达到屈服点，由于弯曲钢板(1)板宽从中间高度向两端线性变化，所以实现弯曲钢板(1)的各点同时发生屈服；随着位移的增大，剪切钢板(2)进入屈服状态；剪切钢板(2)后屈服，增大屈服后的刚度比；将剪切型金属阻尼器与弯曲型金属阻尼器合理地结合起来，屈服后刚度比的增大将有效减小阻尼器残余变形；由于剪切钢板(2)剪切变形耗能和弯曲钢板(1)弯曲变形耗能。
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