CN201722811U - 一种金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属阻尼器，包括约束套筒、设于约束套筒中的核心受力杆件及两者之间的隔离层，所述的阻尼器上设有两个外部连接机构，一个设于所述核心受力杆件的一端，另一个设于所述核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。阻尼器总长度为3m以下，0.5m以上。本实用新型的金属阻尼器，利用金属的拉压性能来消耗能量，滞回曲线饱满，即在很小的变形下(例如小震作用下)，也可全截面屈服进入塑性消耗能量；而且需要的材料少，便于安装和更换，与现有的粘滞性阻尼器相比具有耐久性长，免维护的特点。

Description

一种金属阻尼器

技术领域

本实用新型属于工程结构领域，具体涉及一种用于消能减震的金属阻尼器。

背景技术

建筑结构的消能减震是指在建筑结构中设置适当的消能部件，消能部件可由耗能减震装置及斜撑、墙体、梁或节点等支承构件组成。金属阻尼器是一种耗能性能优越、构造简单、制作方便、造价低廉、易于更换的耗能减震装置。它既可以配合隔震支座或隔震系统，作为其中的耗能单元或限位装置使用，又可以单独用于建筑结构中作为耗能装置使用，以提供附加阻尼和刚度，在未来抗震消能领域具有广泛的应用前景。

根据金属进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量能量的原理，国内外学者、工程技术人员先后开发了多种类型的金属耗能器，目前常用的金属阻尼器技术为钢板(异形板)面内剪切或面外弯曲型，这两类阻尼器在制作工艺上都比较复杂，体积比较大，制作加工成本很高，在应用上有所限制。

防屈曲支撑，又称为屈曲约束支撑，是根据金属材料的拉压屈服耗能为原理。其主要由受力芯材、约束套管及两者之间的隔离材料构成。其工作原理为，在外力(轴力)作用下，荷载全部由芯材承受，外围的约束套管限制芯材受压时的屈曲变形，因此芯材在轴向拉力或压力作用下能全截面屈服耗能。芯材受压时截面会变粗，因此在芯材和约束套管之间设有合适的缝隙，并用来减少芯材受力时对约束套管造成挤压和摩擦。现有的防屈曲支撑在小震作用下一般不会发生屈服，在中震和大震下才进入塑性状态，消耗地震能量，因此，其耗能能力没有得到充分利用。现有的防屈曲支撑还有如下一些不便应用的问题：要根据工程设计定制生产，生产效率低、加工质量不容易稳定、供货周期长、每一个产品都要和图纸对位后才能安装。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术中存在的问题，提供一种小震下就可以耗能、制作简便、可以固定长度和设计承载力，能够批量生产、安装使用方便的消能减震的金属阻尼器。

为了解决上述问题本实用新型的技术方案是这样的：

一种金属阻尼器，包括约束机构、设于约束机构中的核心受力杆件、两者之间的隔离层，所述的阻尼器上设有两个外部连接机构，一个设于所述核心受力杆件的一端，另一个设于所述核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。所述的核心受力杆件和所述的约束套筒要在核心受力杆件的一端采用焊接方式可靠连接。

所述的金属阻尼器总长度优选在3m以下，0.5m以上；优选0.5～2.5m，优选1～2m。

阻尼器的两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端且另一个位于约束机构的一侧时，所述核心受力杆件的一端与约束机构焊接连接。

所述的核心受力杆件沿所述核心受力杆件的轴向由连接段、过渡段、耗能段、过渡段、连接段次序组成。

所述的约束机构包括最外层的套筒。

所述的核心受力杆件至少一端的连接段设有外部连接机构，为螺栓连接、焊接、法兰连接或销栓连接机构。另一端的连接段与套筒相连时，不设置外部连接机构，此时在约束套筒上设置外部连接机构；与建筑物相连时，同样设置外部连接机构，为螺栓连接、焊接、法兰连接或销栓连接机构。

所述约束机构上的外部连接机构，为焊接、螺栓或锚栓连接机构。

所述的耗能段的横截面积小于过渡段的横截面积，连接段的横截面积不小于过渡段的横截面积。耗能段和过渡段、过渡段和连接段的衔接可采用直线、双曲线、两折线、三折线。

所述的约束机构的横截面外轮廓为矩形、圆形或近似圆形。所述的约束机构的横截面为矩形，所述的约束机构上的外部连接机构可以设在矩形的一侧面上或设置在核心受力杆件的端部；所述的约束套筒的横截面为圆形，所述的外部连接机构与约束套筒相切设置或设置在核心受力杆件的一端。

所述的约束机构为钢筋混凝土结构：即由混凝土和钢筋骨架构成。

所述的约束机构为型钢组合结构：即包括若干根直角型钢及用于连接型钢的连接板，包围出“十”字形或“一”字形空腔。所述的连接板可以是槽钢。

所述的约束机构为钢管(如方形或圆形)与混凝土组合的结构：型钢位于外部，内部通过填充混凝土、砂浆或无收缩灌浆料，形成“十”字形空腔或“一”字形空腔。

所述的核心受力杆件的横截面为“一”字形、双“一”字形、“十”字形或双“T”字形；所述的双“一”字形为两块“一”字形板通过弹性材料平行粘结而成；所述的双“T”字形为“T”字形板背靠背通过弹性材料连接而成的一个类似“十”字形。

在核心受力杆件表面设置一隔离层；所述的隔离层为硅胶、橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂材料。

金属阻尼器的一个外部连接机构与建筑结构梁或柱头连接；另一外部连接机构通过刚性墙或支撑与楼板、梁或柱连接。

有益效果，本实用新型公开的一种长度3m以下，0.5m以上的金属阻尼器，其利用金属的拉压屈服来消耗能量，滞回曲线饱满，通过合理设计，在很小的变形下(例如小震作用下)，也可进入全截面屈服耗能状态。具体而言，本实用新型具有如下优点：

1、阻尼器芯材的长度可以根据材料的性能固定，阻尼器可以统一尺寸和承载力类型，加工制作方便，而不必根据工程量身定制；

2、耗能效率高、设计参数稳定、长期使用性能稳定；

3、外部连接方式灵活多样可以避开洞口、管道的影响(详见安装构造样式)；

4、材料用量少，大大降低阻尼器的制作成本；

5、与现有的粘滞性阻尼器相比具有耐久性长，免使用过程维护的特点，大大减少投资成本；

6、与现有的剪切型阻尼器相比体积小很多，加工制作难度及成本明显降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本实用新型的金属阻尼器结构示意图(分为图1a，图1b，图1c，图1d)。

图2为本实用新型的金属阻尼器所述核心受力杆件上的外部连接机构的几种实施例示意图(分为图2a，图2b，图2c)。

图3为金属阻尼器横截面示意图(分成图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f、图3g、图3h、图3i、图3j、图3k、图3l)。

图4为本实用新型的金属阻尼器连接结构实施例示意图。

图5为本实用新型的金属阻尼器连接结构又一实施例示意图。

图6为本实用新型的金属阻尼器连接结构又一实施例示意图。

图7为本实用新型的金属阻尼器连接结构又一实施例示意图。

其中：

100约束机构                    110钢管

120直角型钢(管)                130钢筋混凝土结构

140槽钢                        150连接钢板

160加劲肋板

200核心受力杆件                210核心受力杆件的外部连接机构

220核心受力杆件的过渡段        230核心受力杆件的耗能段

240核心受力杆件的连接段        250隔离层

211外部连接机构(方式一)        212外部连接机构(方式二)

213外部连接机构(方式三)

300约束机构上的外部连接机构    400填充材料

600金属阻尼器                  700支撑

800梁                          810柱

811刚性墙                      812洞口

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1A、图1B所示，金属阻尼器的长度为1-2m，其包括约束机构100和设于约束机构100内的核心受力杆件200，在所述的核心受力杆件200表面设置一隔离层。阻尼器上设有两个外部连接机构210：一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的一端，另一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的另一端。

所述的核心受力杆件200沿所述核心受力杆件的轴向由连接段240、过渡段220、耗能段230、过渡段220、连接段240次序组成。所述的外部连接机构210设置在所述的连接段。核心受力杆件200中部为横截面积较小的耗能段230，一端为扩口的连接段240与约束机构100连接，与之相对的另一端为尺寸较大的连接段240，耗能段230和连接段240之间是过渡段220。

如图1C、图1D所示，金属阻尼器的长度为1-2m，其包括约束机构100和设于约束机构100内的核心受力杆件200，在所述的核心受力杆件200表面设置一隔离层，隔离层为硅胶、橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或油脂脱模剂等材料。

核心受力杆件200中部为横截面积较小的耗能段230，一端为扩口的连接段240与约束机构100用焊接方式连接，与之相对的另一端为尺寸较大的连接段240，耗能段230和连接段240之间是过渡段220。阻尼器上设有两个外部连接机构210，一个外部连接机构210设置在核心受力杆件200的一端的连接段，另一个外部连接机构210设置在约束机构100的一侧300。

在约束机构100和核心受力杆件200之间可以设置有填充材料，填充材料为无收缩灌浆料、混凝土或砂浆。

如图2所示，金属阻尼器的核心受力杆件200的连接段240设有外部连接机构，其可以是轴向连接机构或垂直于轴向的连接机构，为螺栓连接机构211(图2A)、法兰连接机构212(图2B)、销栓机构213(图2C)。核心受力杆件200的连接段240的外部连接机构与建筑物上的其它连接装置之间的连接方式为铆接、销栓连接、螺栓连接、焊接或围箍。

图3为本实用新型阻尼器实施例的横截面图。如图3a所示，金属阻尼器包括钢管110和设于钢管110内的核心受力杆件200，约束钢管110的横截面为圆形；核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“一”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3b所示本实用新型的一实施例：约束钢管110的横截面为矩形；核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“十”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3c所示本实用新型的又一实施例：约束钢管110的横截面为圆形，核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“十”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3d所示本实用新型的又一实施例：约束钢管110的横截面为矩形，核心受力杆件200的耗能段230的横截面为“一”字形，在核心受力杆件200表面设置一隔离层250；约束钢管110和核心受力杆件200之间为填充材料400。

如图3e所示本实用新型的又一实施例：约束机构100为型钢结构组合，即包括四根直角型钢120及四块连接钢板150，四根直角型钢120围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根直角型钢之间由一块连接钢板150相连；所述的直角型钢内没有填充材料。

如图3f所示本实用新型的又一实施例：约束机构100为型钢结构组合，即包括四根直角的方型钢120及四块连接钢板110，四根直角方型钢120围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根直角方型钢之间由一块连接钢板150相连；所述的直角型钢内有填充材料400。

如图3g所示本实用新型的又一实施例：约束机构100为钢筋混凝土结构130。约束机构100的横截面为矩形，核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260连接。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3h所示本实用新型的又一实施例：约束机构100为钢筋混凝土结构130。约束机构100的横截面为圆形，核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260连接。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3i所示本实用新型的又一实施例：约束机构100横截面为钢混凝土组合结构，由钢管110和填充材料400构成；核心受力杆件200的由两块横截面为“一”字形的钢板通过弹性材料260平行连接而成。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3j所示本实用新型的又一实施例：约束机构100横截面为钢混凝土组合结构，由钢管110和填充材料400构成；核心受力杆件200的由两块横截面为“T”字形的钢板通过弹性材料260平行连接而成。在核心受力杆件200表面设置一隔离层。

如图3k所示本实用新型的又一实施例：约束机构100横截面为矩形，包括四根角钢120及两块槽钢140围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根角钢之间由一块槽钢140相连；相邻的槽钢之间可通过焊接连接；且所述的角钢内不设置填充材料。

如图31所示本实用新型的又一实施例：约束机构100包括四根角钢120及四块连接板150围成约束核心受力杆件200的“十”字空腔，且每相邻的两根角钢之间由一块连接板150相连；连接板和角钢之间可通过焊接连接；且所述的角钢内不设置填充材料。

如图4所示为本实用新型的金属阻尼器连接结构示意图，金属阻尼器600通过其核心受力杆件200的一端的外部连接机构与建筑物相连，另一端通过阻尼器的约束机构上的外部连接机构300与两根支撑700连接，支撑700连接在建筑物上形成一耗能机构。

如图5所示为金属阻尼器又一连接结构，金属阻尼器600通过核心受力杆件一端的外部连接机构210与通过螺栓与锚接在梁800上的连接板连接，设在约束套筒的另一端的约束机构上的外部连接机构300与刚性墙811连接，可以避开一旁的洞口812。

如图6所示为本实用新型的金属阻尼器连接结构示意图，金属阻尼器通过约束机构100一端的外部连接机构与支撑700连接，支撑700连接在建筑物上，另一端通过核心受力杆件200的外部连接机构210通过螺栓与建筑物连接。

如图7所示为金属阻尼器又一连接结构，金属阻尼器600通过核心受力杆件一端的外部连接机构210与通过螺栓与锚接在梁800上的连接板连接，位于核心受力杆件的另一端的连接机构210与刚性墙811连接，可以避开一旁的洞口812。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (14)

1.一种金属阻尼器，包括约束机构、设于约束机构中的核心受力杆件及设置于约束机构与核心受力杆件两者之间的隔离层，其特征在于，阻尼器上设有两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端，另一个位于核心受力杆件的另一端或位于约束机构的一侧。

2.根据权利要求1述的金属阻尼器，其特征在于，所述的金属阻尼器总长度为3m以下，0.5m以上。

3.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的核心受力杆件沿所述核心受力杆件的轴向由连接段、过渡段、耗能段、过渡段、连接段次序组成，所述的核心受力杆件至少一端的连接段设有一外部连接机构。

4.根据权利要求3述的金属阻尼器，其特征在于，阻尼器的两个外部连接机构，一个位于核心受力杆件一端且另一个位于约束机构的一侧时，所述核心受力杆件的一端与约束机构焊接连接。

5.根据权利要求3所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的耗能段的横截面积小于连接段的横截面积。

6.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的外部连接机构为螺栓连接、焊接、法兰连接或销栓连接机构；所述的外部连接机构与建筑物之间采用螺栓连接或焊接或法兰连接或销栓连接的方式进行连接。

7.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的约束机构的横截面为矩形、圆形或近似圆形。

8.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的约束机构为钢筋混凝土结构：即由混凝土和钢筋骨架构成。

9.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的约束机构为型钢结构组合：即包括若干根直角型钢及用于连接型钢的连接板，直角型钢通过连接板围成约束核心受力杆件的“十”字空腔或“一”字形空腔，且每相邻的两根直角型钢之间由连接板相连；所述的连接板可以是槽钢。

10.根据权利要求9所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的直角型钢内可以设置填充材料。

11.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的约束机构 为型钢与混凝土组合的结构：型钢位于外部，内部通过填充混凝土或砂浆形成“十”字空腔或“一”字形空腔。

12.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，所述的核心受力杆件的横截面为“一”字形、双“一”字形、“十”字形或双“T”字形；所述的双“一”字形为两块板通过弹性材料平行粘结而成；所述的双“T”字形为“T”字形板背靠背通过弹性材料连接而成。

13.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，在核心受力杆件表面设置一隔离层。

14.根据权利要求1所述的金属阻尼器，其特征在于，金属阻尼器的两个外部连接机构，一个与建筑物上的建筑结构梁或柱头连接，另一个通过支撑或刚性墙与建筑物的楼板、梁或柱连接，所述连接为铆接或销栓连接或螺栓连接或焊接或围箍。 

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