CN117248646A - 一种多阶变刚度金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多阶变刚度金属阻尼器，下连接板与上连接板之间设置有消能腹板A与翼缘A，消能腹板A两侧均设置有翼板A，下连接板上表面还设置有消能腹板B，消能腹板B两侧设置有翼缘B，消能腹板B及翼缘B上表面设置有端板B，端板B上表面的中间位置设置有限位块，上连接板下表面还设置有约束芯板，约束芯板的两侧对称设置有约束侧板，约束芯板和约束侧板底部设置有端板A，端板A下表面的中件位置开设有凹槽，限位块活动设置于凹槽内，本发明结构合理，构造简单明确，具有两种承载力，且易于控制两个屈服点的位移及承载力，可以有效应对不同地震阶段耗能需求，充分发挥了阻尼器的耗能性能。

Description

一种多阶变刚度金属阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑结构减震控制技术领域，具体为一种多阶变刚度金属阻尼器。

背景技术

地震由于其复杂性、随机性、突发性和灾害性，一直是工程建设面临的巨大挑战。近年来，地震灾害时有发生，建筑群落随着城镇化进程日趋密集，地震灾害给社会造成的生命财产损失越加严重，人们对建筑质量的要求也不断提高，通过抗震设计可极大提高建筑物的抗震效果，结构工程抗震设计越来越受到关注。

软钢阻尼器是结构被动控制中耗能减震装置的一种，其受力明确、构造简单、性能稳定并且易于维护，在循环加载和较大变形下表现出良好的塑性变形和滞回耗能能力，且同时具有弹性刚度大、屈服位移小、承载力高、延性好以及耗能能力强等特点，在工程中得到了广泛的应用。

但单一的软钢阻尼器只能在大、中、小震的某一阶段起作用，无法兼顾大、中、小震不同阶段对阻尼器性能的要求。一般情况下，考虑到大震对结构的破坏较严重且剧烈，往往使软钢阻尼器在大震时发生塑性变形，起到耗能减震的作用；对于发生频率更高的中小地震及风荷载，软钢阻尼器仅发生弹性变形，提供较大的刚度，无屈服消能，大部分能量由结构耗散，长期作用下，结构易发生疲劳损伤，影响建筑质量。

另外软钢阻尼器的组装一般通过焊接将各组件连接，形成阻尼器成品。在制造过程中，由于焊接热输入量较大且集中，产品各处温度梯度较大，冷却后成品内部存在较大残余应力；同时受限于操作者的技术水平，剪切型软钢阻尼器的疲劳性能大部分只能满足基本要求，富余量较少。因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多阶变刚度金属阻尼器，主要由两块消能腹板及其约束构件，消能腹板A在小震或中震下即可屈服消能，消能腹板B在中震或大震下屈服消能，以此实现软钢阻尼器在地震不同阶段屈服耗能，以提高建筑的质量，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多阶变刚度金属阻尼器，包括消能腹板A、翼缘A、上连接板、下连接板、消能腹板B、翼缘B、支撑板、端板B、端板A、限位块、约束芯板、约束侧板，所述下连接板上表面的一端设置有消能腹板A，所述消能腹板A两侧对称设置有翼缘A，所述消能腹板A与翼缘A顶端与上连接板下表面相连，所述下连接板上表面的另一端设置有消能腹板B，所述消能腹板B两侧对称设置有翼缘B，所述下连接板的上表面且位于两个翼缘B的外侧均设置有支撑板，所述消能腹板B及翼缘B上表面设置有端板B，所述端板B上表面的中间位置设置有限位块，所述上连接板下表面还设置有约束芯板，所述约束芯板的两侧对称设置有约束侧板，所述约束芯板和约束侧板底部设置有端板A，所述端板A下表面的中件位置开设有凹槽，所述限位块活动设置于凹槽内。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述约束芯板位于消能腹板B的正上方，所述消能腹板A、消能腹板B和约束芯板相互平行且均处于同一竖直平面内。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述翼缘A为中间窄两端宽的腰形结构，所述翼缘A中间的窄部分的宽度为端部宽度的一半。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述凹槽的长宽大于较限位块的长宽，所述凹槽的尺寸为所需变阶位移的2倍，所述凹槽深度为端板A厚度的一半。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述限位块与凹槽配合并与凹槽边缘留有3mm空隙作为变阶位移，所述限位块的长度方向与端板B的宽度方向一致，所述限位块的外形与凹槽的外形一致，所述限位块的厚度也与凹槽的深度一致。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述支撑板与翼缘B留有距离以满足消能腹板B的位移，所述支撑板的高度较翼缘B的高度低0-1mm。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述端板A和端板B、端板B和支撑板、限位块和端板A之间的间隙控制在0-1mm。

优选的，本发明提供的一种多阶变刚度金属阻尼器，其中，所述消能腹板A和消能腹板B采用LY100软钢，所述翼缘A、翼缘B、上连接板、下连接板、限位块、约束芯板、约束侧板、端板A、端板B及支撑板均采用Q355。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由两个不同规格的软钢阻尼器并联而成，其减震机理、构造明确，设计方法简单、清晰，不需要另外研究针对性的设计方法，可延用现有设计方法。

(2)具有两种承载力，可以应对不同地震阶段耗能需求，减少地震对建筑的破坏，更加充分的发挥阻尼器的耗能性能。

(3)易于控制及调整变阶位移及第二屈服点。

(4)仅通过更改设计尺寸，提高了软钢阻尼器的疲劳性能，无成本增加，无附加工艺。

附图说明

图1为本发明一种多阶变刚度金属阻尼器的结构示意图；

图2为本发明一种多阶变刚度金属阻尼器的正视图；

图3为本发明一种多阶变刚度金属阻尼器端板A和端板B部分局部放大图；

图4为本发明一种多阶变刚度金属阻尼器翼缘A的示意图；

图5为本发明一种多阶变刚度金属阻尼器端板A的示意图。

图中：1-消能腹板A；2-翼缘A；3-上连接板；4-下连接板；5-消能腹板B；6-翼缘B；7-支撑板；8-端板B；9-端板A；10-限位块；11-约束芯板；12-约束侧板。

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；

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“两侧”、“一端”、“另一端”“左”“右”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。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种多阶变刚度金属阻尼器，包括消能腹板A1、翼缘A2、上连接板3、下连接板4、消能腹板B5、翼缘B6、支撑板7、端板B8、端板A9、限位块10、约束芯板11、约束侧板12，其中，消能腹板包括两块尺寸不同的消能腹板A1和消能腹板B5，翼缘包括两种尺寸不同的翼缘A2和翼缘B6，每种尺寸的翼缘有两块，共四块翼缘；端板包括两块尺寸不同的端板A9和端板B8；上连接板3、下连接板4、限位块10、约束芯板11各一块，约束侧板12有两块，尺寸相同；所述支撑板7共四块，尺寸均相同。下连接板4上表面的一端设置有消能腹板A1，消能腹板A1两侧对称设置有翼缘A2，消能腹板A1与翼缘A2顶端与上连接板3下表面相连，消能腹板A1和翼缘A2均设置于上连接板3与下连接板4之间，下连接板4上表面的另一端设置有消能腹板B5，消能腹板B5两侧对称设置有翼缘B6，下连接板4的上表面且位于两个翼缘B6的外侧均设置有支撑板7，支撑板7用于支撑翼缘B6，以保证消能腹板B5及翼缘B6的结构强度及稳定性，消能腹板B5及翼缘B6上表面设置有端板B8，端板B8上表面的中间位置设置有限位块10，消能腹板B5和翼缘B6均设置于端板B8与下连接板4之间，上连接板3下表面还设置有约束芯板11，约束芯板11的两侧对称设置有约束侧板12，约束芯板11和约束侧板12底部设置有端板A9，端板A9下表面的中件位置开设有凹槽91，限位块10活动设置于凹槽91内。

约束芯板11位于消能腹板B5的正上方，消能腹板A1、消能腹板B5和约束芯板11相互平行且均处于同一竖直平面内，以保证力位于同一平面内。

翼缘A2为中间窄两端宽的腰形结构，翼缘A2中间的窄部分的宽度为端部宽度的一半，该形式可有效提高阻尼器的疲劳性能。

凹槽91的长宽大于较限位块10的长宽，凹槽91的尺寸为所需变阶位移的2倍，以保证能够限位块10有足够的位移空间，凹槽91深度为端板A9厚度的一半。

限位块10与凹槽91配合并与凹槽91边缘留有3mm空隙作为变阶位移，限位块10的长度方向与端板B8的宽度方向一致，限位块10的外形与凹槽91的外形一致，限位块10的厚度也与凹槽91的深度一致，保证约束芯板11的支撑性。

支撑板7与翼缘B6留有距离以满足消能腹板B5的位移，支撑板7的高度较翼缘B6的高度低0-1mm。

端板A9和端板B8、端板B8和支撑板7、限位块10和端板A9之间的间隙控制在0-1mm，以提供位移空间。

消能腹板A1和消能腹板B5采用LY100软钢，翼缘A2、翼缘B6、上连接板3、下连接板4、限位块10、约束芯板11、约束侧板12、端板A9、端板B8及支撑板7均采用Q355。

各部件之间的连接均采用焊接的方式，焊接方法为CO2气体保护焊，各焊缝均熔透。

本发明主要包括两块消能腹板及其约束构件，消能腹板A在小震或中震下即可屈服消能，消能腹板B在中震或大震下屈服消能，以此实现软钢阻尼器在地震不同阶段屈服耗能，以提高建筑的质量。消能腹板有两种不同的尺寸，通过约束芯板、约束侧板、端板、限位块的组合，使得两块消能腹板先后屈服耗能，产生不同的屈服点。具有两种承载力，且易于控制两个屈服点的位移及承载力，可以有效应对不同地震阶段耗能需求，充分发挥了阻尼器的耗能性能。本发明由两个不同规格的软钢阻尼器并联而成，其减震机理、构造明确，设计方法简单、清晰，不需要另外研究针对性的设计方法，可延用现有设计方法；具有两种承载力，可以应对不同地震阶段耗能需求，减少地震对建筑的破坏，更加充分的发挥阻尼器的耗能性能；易于控制及调整变阶位移及第二屈服点；仅通过更改设计尺寸，提高了软钢阻尼器的疲劳性能，无成本增加，无附加工艺。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：包括消能腹板A(1)、翼缘A(2)、上连接板(3)、下连接板(4)、消能腹板B(5)、翼缘B(6)、支撑板(7)、端板B(8)、端板A(9)、限位块(10)、约束芯板(11)、约束侧板(12)，所述下连接板(4)上表面的一端设置有消能腹板A(1)，所述消能腹板A(1)两侧对称设置有翼缘A(2)，所述消能腹板A(1)与翼缘A(2)顶端与上连接板(3)下表面相连，所述下连接板(4)上表面的另一端设置有消能腹板B(5)，所述消能腹板B(5)两侧对称设置有翼缘B(6)，所述下连接板(4)的上表面且位于两个翼缘B(6)的外侧均设置有支撑板(7)，所述消能腹板B(5)及翼缘B(6)上表面设置有端板B(8)，所述端板B(8)上表面的中间位置设置有限位块(10)，所述上连接板(3)下表面还设置有约束芯板(11)，所述约束芯板(11)的两侧对称设置有约束侧板(12)，所述约束芯板(11)和约束侧板(12)底部设置有端板A(9)，所述端板A(9)下表面的中件位置开设有凹槽(91)，所述限位块(10)活动设置于凹槽(91)内。

2.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述约束芯板(11)位于消能腹板B(5)的正上方，所述消能腹板A(1)、消能腹板B(5)和约束芯板(11)相互平行且均处于同一竖直平面内。

3.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述翼缘A(2)为中间窄两端宽的腰形结构，所述翼缘A(2)中间的窄部分的宽度为端部宽度的一半。

4.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述凹槽(91)的长宽大于较限位块(10)的长宽，所述凹槽(91)的尺寸为所需变阶位移的2倍，所述凹槽(91)深度为端板A(9)厚度的一半。

5.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述限位块(10)与凹槽(91)配合并与凹槽(91)边缘留有3mm空隙作为变阶位移，所述限位块(10)的长度方向与端板B(8)的宽度方向一致，所述限位块(10)的外形与凹槽(91)的外形一致，所述限位块(10)的厚度也与凹槽(91)的深度一致。

6.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述支撑板(7)与翼缘B(6)留有距离以满足消能腹板B(5)的位移，所述支撑板(7)的高度较翼缘B(6)的高度低0-1mm。

7.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述端板A(9)和端板B(8)、端板B(8)和支撑板(7)、限位块(10)和端板A(9)之间的间隙控制在0-1mm。

8.根据权利要求1所述的一种多阶变刚度金属阻尼器，其特征在于：所述消能腹板A(1)和消能腹板B(5)采用LY100软钢，所述翼缘A(2)、翼缘B(6)、上连接板(3)、下连接板(4)、限位块(10)、约束芯板(11)、约束侧板(12)、端板A(9)、端板B(8)及支撑板(7)均采用Q355。