CN117166643A - 一种多阶段耗能金属阻尼器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多阶段耗能金属阻尼器，涉及土木工程减震领域，包括上连接板、下连接板、设在上连接板、下连接板之间的核心耗能板和顶板块，核心耗能板包括剪切耗能板、K形耗能板和两个三角形耗能板，所述剪切耗能板的两端分别垂直固定连接在上连接板、下连接板上，所述K形耗能板垂直设置在所述剪切耗能板相对的两个表面，且两端分别固定连接在上连接板、下连接板上；所述两个三角形耗能板设置在所述剪切耗能板的相对两侧；所述顶板块对称垂直分布在三角形耗能板的两侧。通过在上、下连接板之间设核心耗能板和顶板块使得本金属阻尼器能分阶段屈服耗能，以实现更好的抗震设防目标。

Description

一种多阶段耗能金属阻尼器及其使用方法

技术领域

本发明涉及土木工程减震技术领域，具体而言，涉及一种多阶段耗能金属阻尼器及其使用方法。

背景技术

传统建筑的抗震设计方法主要是依靠承重结构自身的刚度、强度和延性来抵抗地震，以满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准性能目标。虽然传统建筑的抗震设计方法可以保证建筑物不倒塌，但是地震造成的破坏却是难以修复的，依然会对人类的财产造成严重破坏。区别于传统建筑的抗震设计方法，消能减震技术主要是在主体结构易发生损伤的薄弱部位安装阻尼器。在地震作用下，阻尼器先于主体结构产生塑性变形耗散能量，以减小地震响应，实现抗震设计目标。根据耗能机理的不同，阻尼器可分为摩擦阻尼器，粘滞阻尼器，金属阻尼器等，其中金属阻尼器因其易于更换、延性好、耗能能力强以及价格便宜，在实际工程中应用广泛。

目前，金属阻尼器在耗能形式上确实存在一定的局限性。一般来说，金属阻尼器的设计会考虑到特定的强度和耐久性要求，以满足特定震级范围的需求。然而，在某些情况下，现有的金属阻尼器无法兼顾低强度地震和强烈地震的要求。对于屈服位移大的金属阻尼器而言，在较低强度地震作用下，由于其屈服位移较大，往往只能保持弹性状态，无法发挥出耗能的功能。这种情况下，阻尼器的能量耗散非常有限，无法充分吸收和分散地震能量，从而无法满足设计要求。相反，对于屈服位移小的金属阻尼器而言，在强烈地震作用下，其承受的载荷和塑性变形会增加，可能导致阻尼器的塑性损伤累积过多，甚至发生破坏。这将导致阻尼器的耗能能力下降，无法达到长期可靠工作的要求。

发明内容

本发明公开了一种多阶段耗能金属阻尼器，旨在改善上述技术问题。

本发明采用了如下方案：

一种多阶段耗能金属阻尼器，包括上连接板、下连接板、设置在所述上连接板、下连接板之间的核心耗能板和顶板块，所述核心耗能板包括剪切耗能板、K形耗能板和两个三角形耗能板，所述剪切耗能板的两端分别垂直固定连接在上连接板、下连接板上，所述K形耗能板垂直设置在所述剪切耗能板相对的两个表面，且两端分别固定连接在上连接板、下连接板上；所述两个三角形耗能板设置在所述剪切耗能板的相对两侧；所述顶板块对称垂直分布在三角形耗能板的两侧。

作为进一步改进，所述剪切耗能板的两端分别通过焊接固定在上连接板、下连接板上；所述三角形耗能板的下端焊接在下连接板上，上端与上连接板悬空设置。

作为进一步改进，所述剪切耗能板的每个表面上间隔设置有两个K形耗能板；所述K形耗能板的两端分别通过焊接固定在上连接板、下连接板上。

作为进一步改进，所述顶板块的上端焊接在上连接板上，所述三角形耗能板与上连接板之间的间距大于K形耗能板的屈服位移。

作为进一步改进，所述K形耗能板的尖锐部分采用圆弧设置。

作为进一步改进，所述上连接板、下连接板和顶板块采用Q335B钢材制成，所述剪切耗能板、K形耗能板和三角形耗能板采用Q235B钢材制成。

一种基于上述所述的多阶段耗能金属阻尼器的使用方法，包括：

小震时，所述剪切耗能板为第一阶段耗能板，连接在上、下连接板之间，会吸收地震能量，实现屈服功能；此时，K形耗能板保持弹性状态，仅为建筑物提供刚度；三角形耗能板不与顶板块接触，既不提供刚度，也不消散地震能量；

中震时，所述K形耗能板为第二阶段屈服板，设置在剪切耗能板的相对的两个表面，在进入塑性状态时消散地震能量，并为剪切耗能板提供约束；三角形耗能板不与顶板块接触，仍不参与阻尼器作用；

大震时，三角形耗能板开始与顶板块接触，地震作用通过顶板块传导到三角形耗能板上，使其从弹性状态进入塑性状态，消散地震能量。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本申请的多阶段耗能金属阻尼器，通过在上、下连接板之间设置核心耗能板和顶板块使得本申请的金属阻尼器能分阶段屈服耗能，以实现更好的抗震设防目标，进而改善现有的金属阻尼器无法兼顾低强度地震和强烈地震要求的问题。且本发明的构造简单，易于制造，安装方式便捷且在震后更换也十分迅速，具有较高的便利性，不仅适用于新建筑的减震，还可用于对既有建筑进行加固改造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明多阶段耗能金属阻尼器的构造图；

图2是本发明多阶段耗能金属阻尼器的K形耗能板放大图；

图3是本发明多阶段耗能金属阻尼器的三角形耗能板放大图；

图4是本发明多阶段耗能金属阻尼器的分解图；

图5是本发明多阶段耗能金属阻尼器的滞回曲线图；

图6是本发明多阶段耗能金属阻尼器的框架结构安装示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明第一实施例提供一种多阶段耗能金属阻尼器，包括上连接板11、下连接板12、设置在上连接板11、下连接板12之间的核心耗能板和顶板块13，核心耗能板包括剪切耗能板14、K形耗能板15和两个三角形耗能板16，剪切耗能板14的两端分别垂直固定连接在上连接板11、下连接板12上，使得整体结构受力均衡。K形耗能板15垂直设置在剪切耗能板14相对的两个表面，且两端分别固定连接在上连接板11、下连接板12上，两个三角形耗能板16设置在剪切耗能板14的相对两侧；顶板块13对称垂直分布在三角形耗能板16的两侧。通过在上、下连接板12之间设核心耗能板和顶板块13使得本金属阻尼器1能分阶段屈服耗能，以实现更好的抗震设防目标。

进一步地，剪切耗能板14的两端分别通过焊接固定在上连接板11、下连接板12上；三角形耗能板16的下端焊接在下连接板12上，上端与上连接板11悬空设置。焊接连接具有构造简单,不削弱构件截面,加工简便的优点。

进一步地，K形耗能板15的两端分别通过焊接固定在上连接板11、下连接板12上，且与剪切耗能板14之间没有焊接。优选地，剪切耗能板14的每个表面上间隔设置有两个K形耗能板，使结构受力均衡。剪切耗能板14在焊接时，需要根据焊缝的大小，对K形耗能板15上、下直角处进行切割，以便于更好的与上连接板11、下连接板12装配。

进一步地，顶板块13的上端焊接在上连接板11上，三角形耗能板16与上连接板11之间的间距大于K形耗能板15的屈服位移，使得K形耗能板15作为第二阶段屈服板，在进入塑性状态消散地震能量时，三角形耗能板16不与顶板块13接触，不参与阻尼器1作用。优选地，K形耗能板15的尖锐部分采用圆弧设置，能够避免应力集中造成破坏。

进一步地，上连接板11、下连接板12和顶板块13采用Q335B钢材制成，剪切耗能板14、K形耗能板15和三角形耗能板16采用Q235B钢材制成。采用钢材使得结构整体强度高、塑性好，也可以采用其它材质本发明不做具体限制。

本发明第二实施例提供一种基于上述所述的多阶段耗能金属阻尼器1的使用方法，包括：

小震时，剪切耗能板14为第一阶段耗能板，连接在上、下连接板12之间，会吸收地震能量，实现屈服功能；此时，K形耗能板15保持弹性状态，仅为建筑物提供刚度；三角形耗能板16不与顶板块13接触，既不提供刚度，也不消散地震能量；

中震时，K形耗能板15为第二阶段屈服板，设置在剪切耗能板14的相对的两个表面，在进入塑性状态时消散地震能量，并为剪切耗能板14提供约束；三角形耗能板16不与顶板块13接触，仍不参与阻尼器1作用；

大震时，三角形耗能板16开始与顶板块13接触，地震作用通过顶板块13传导到三角形耗能板16上，使其从弹性状态进入塑性状态，消散地震能量，以上为整个阻尼器1完成屈服耗能过程。

本发明采用剪切耗能板14和K形耗能板15作为核心耗能板的主要部分。剪切耗能板14的引入极大提高了阻尼器1的初始刚度和屈服力；K形耗能板15的存在抑制了剪切耗能板14的屈曲并提高了阻尼器1的承载力。同时，K形耗能板15具有良好的塑性变形能力和稳定的滞回性能，进一步增强了阻尼器1的性能。该阻尼器1包含多个阶段，为建筑结构提供了多道减震防线，能够同时满足低强度地震和强烈地震的设防要求。这种设计能够避免采用多种阻尼器1进行减震设计，降低了整体设计的难度。且本发明还可根据不同的抗震设防目标进行调整，不仅可以改变核心耗能板的厚度，还可以在一定范围内调整三角形耗能板16和顶板块13之间的间隙距离，以实现更加便捷的减震设计。这样的设计灵活性使得本发明能够根据具体需求进行优化和调整，以满足不同抗震设防目标的要求。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，包括上连接板、下连接板、设置在所述上连接板、下连接板之间的核心耗能板和顶板块，所述核心耗能板包括剪切耗能板、K形耗能板和两个三角形耗能板，所述剪切耗能板的两端分别垂直固定连接在上连接板、下连接板上，所述K形耗能板垂直设置在所述剪切耗能板相对的两个表面，且两端分别固定连接在上连接板、下连接板上；所述两个三角形耗能板设置在所述剪切耗能板的相对两侧；所述顶板块对称垂直分布在三角形耗能板的两侧。

2.根据权利要求1所述的多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，所述剪切耗能板的两端分别通过焊接固定在上连接板、下连接板上；所述三角形耗能板的下端焊接在下连接板上，上端与上连接板悬空设置。

3.根据权利要求1所述的多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，所述剪切耗能板的每个表面上间隔设置有两个K形耗能板；所述K形耗能板的两端分别通过焊接固定在上连接板、下连接板上。

4.根据权利要求1所述的多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，所述顶板块的上端焊接在上连接板上，所述三角形耗能板与上连接板之间的间距大于K形耗能板的屈服位移。

5.根据权利要求1所述的多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，所述K形耗能板的尖锐部分采用圆弧设置。

6.根据权利要求1所述的多阶段耗能金属阻尼器，其特征在于，所述上连接板、下连接板和顶板块采用Q335B钢材制成，所述剪切耗能板、K形耗能板和三角形耗能板采用Q235B钢材制成。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的多阶段耗能金属阻尼器的使用方法，包括：

小震时，所述剪切耗能板为第一阶段耗能板，连接在上、下连接板之间，会吸收地震能量，实现屈服功能；此时，K形耗能板保持弹性状态，仅为建筑物提供刚度；三角形耗能板不与顶板块接触，既不提供刚度，也不消散地震能量；

中震时，所述K形耗能板为第二阶段屈服板，设置在剪切耗能板的相对的两个表面，在进入塑性状态时消散地震能量，并为剪切耗能板提供约束；三角形耗能板不与顶板块接触，仍不参与阻尼器作用；

大震时，三角形耗能板开始与顶板块接触，地震作用通过顶板块传导到三角形耗能板上，使其从弹性状态进入塑性状态，消散地震能量。