CN203769109U - 一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器 - Google Patents

一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器 Download PDF

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本实用新型公开了一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器,包括至少一个分阶段屈服构件和若干个单阶段弯曲屈服构件。分阶段屈服构件包括一块至少设置有两个应力消除孔的矩形低屈服点软钢板和两片第一X形软钢耗能钢片,每个单阶段弯曲屈服构件均包括有第二X形软钢耗能钢片。采用上述结构后,上述矩形低屈服点软钢板初始刚度大且为剪切屈服,能在小震时提供附加阻尼,起到耗能作用。第一X形软钢耗能钢片和第二X形软钢耗能钢片初始刚度小,屈服位移小,能在大震时快速进入屈服阶段,起到耗能的效果。故能兼顾大震和小震,分阶段屈服,能满足复杂地震需要。另外,分阶段屈服构件和单阶段弯曲屈服构件可根据需要随意组合,使用、更换、维修简单方便。

Description

一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器
技术领域
本实用新型涉及一种软钢阻尼器,特别是一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器。
背景技术
本实用新型属于建筑工程技术领域,尤其涉及结构被动减震控制系统中的金属阻尼器,具体来说是一种可以为结构提供附加阻尼比、减少结构地震效应的组合型二阶段弯曲屈服型软钢阻尼器。随着我国城市化进程的迅猛发展,伴随着日益多样化的使用要求,大量复杂体型高层及超高层建筑结构不断涌现,这对抗震设计带来了新的挑战——建筑结构除了需要满足承载力设计要求,还要能够实现性能化设计的目标。在这种情况下,按传统的结构布置形式,梁、柱等构件的设计截面必须很大,但是这样会导致结构自重也即地震反应增大;此外还有一个重要的矛盾在于,传统结构经历地震冲击后,即使没有发生倒塌,对梁、柱等构件的修复代价往往也会很高,并会对结构的正常使用带来影响。
因此目前工程抗震通常会选择各种型式的阻尼器来增加结构的阻尼比,减少地震作用效应。例如目前应用最多的两种软钢阻尼器分别是Whittaker等人和Tsai等研发的三角形软钢阻尼器和X形软钢阻尼器,其优点是方便耐用,滞回耗能性能良好。而国内一些学者也提出了许多新的阻尼器形式,例如组合钢板耗能阻尼器、加劲圆环阻尼器、菱形钢板阻尼器和双X型阻尼器等。尽管这些新型阻尼器通过良好的几何特性和材料特性,形成饱满的滞回曲线,但其具有以下几个问题:1、初始刚度较小或不具备初始刚度,使得阻尼器在弹性小震状态下不具备提供附加阻尼的能力;2、屈服形式单一,主要针对结构的剪切变形,难以满足复杂地震作用的需要;3、更换维修较为复杂。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种具有一定的初始刚度,既能满足大震,也能适用弹性小震;分阶段屈服,能满足复杂地震需要;并且更换维修简单的组合多阶段屈服型软钢阻尼器。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:
    一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器,包括至少一个分阶段屈服构件和若干个设置于分阶段屈服构件左右两端的单阶段弯曲屈服构件;
    ——所述分阶段屈服构件包括一块至少设置有两个应力消除孔的矩形低屈服点软钢板、设置于矩形低屈服点软钢板左右两端的两片第一X形软钢耗能钢片和用于固定矩形低屈服点软钢板和两片第一X形软钢耗能钢片的两块第一节点板,每片第一X形软钢耗能钢片均与矩形低屈服点软钢板相垂直;
    ——所述每个单阶段弯曲屈服构件均包括两块平行设置的第二节点板和垂直设置于两块第二节点板之间的第二X形软钢耗能钢片;
    ——所述每片第一X形软钢耗能钢片与每片第二X形软钢耗能钢片均相互平行。
    所述应力消除孔有两个,呈竖直排列。
    所述每个应力消除孔的形状为椭圆形。
    所述相邻两个应力消除孔之间的最小间隔距离大于20mm。
    所述矩形低屈服点软钢板的厚度大于第一X形软钢耗能钢片或第二X形软钢耗能钢片的厚度。
    所述矩形低屈服点软钢板的厚度为12mm,第一X形软钢耗能钢片和第二X形软钢耗能钢片的厚度相等,均为8mm。
    所述组合多阶段屈服型软钢阻尼器包括一个分阶段屈服构件,该分阶段屈服构件的其中一端设置有一个单阶段弯曲屈服构件,分阶段屈服构件的另一端设置有两个单阶段弯曲屈服构件。
    所述组合多阶段屈服型软钢阻尼器包括两个相互叠置的分阶段屈服构件,每个分阶段屈服构件的两端各设置有一个单阶段弯曲屈服构件。
    所述矩形低屈服点软钢板、第一X形软钢耗能钢片和第二X形软钢耗能钢片的材料均为屈服强度不低于235MPa、延伸率大于40%的钢材。 
    本实用新型采用上述结构后,上述矩形低屈服点软钢板初始刚度大且为剪切屈服,能在小震时提供附加阻尼,起到耗能作用。第一X形软钢耗能钢片和第二X形软钢耗能钢片初始刚度小,屈服位移小,能在大震时快速进入屈服阶段,起到耗能的效果。故本装置能兼顾大震和小震,分阶段屈服,能满足复杂地震需要。另外,分阶段屈服构件和单阶段弯曲屈服构件可根据需要随意组合,使用、更换、维修简单方便。
附图说明
图1是实施例一中的一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器的结构示意图;
图2是分阶段屈服构件的结构示意图;
图3是单阶段弯曲屈服构件的结构示意图;
图4是实施例二中的一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器的结构示意图。
其中有:1.分阶段屈服构件;2.单阶段弯曲屈服构件;3.矩形低屈服点软钢板;4.第一节点板;5.第一X形软钢耗能钢片;6.应力消除孔;7.第二X形软钢耗能钢片;8.第二节点板;9.最小间隔距离。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一:
    如图1、图2和图3所示,一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器,包括一个分阶段屈服构件1,该分阶段屈服构件1的其中一端设置有一个单阶段弯曲屈服构件2,分阶段屈服构件1的另一端设置有两个单阶段弯曲屈服构件2。
    分阶段屈服构件1是本实用新型软钢阻尼器中的主要部件,其包括一块至少设置有两个应力消除孔6的矩形低屈服点软钢板3、设置于矩形低屈服点软钢板3左右两端的两片第一X形软钢耗能钢片5和用于固定矩形低屈服点软钢板3和两片第一X形软钢耗能钢片5的两块第一节点板4,优选矩形低屈服点软钢板3的两端和第一X形软钢耗能钢片5的两端均垂直焊接在第一节点板4上,矩形低屈服点软钢板3能通过第一节点板4传递剪力。另外,每片第一X形软钢耗能钢片5均与矩形低屈服点软钢板3相垂直设置。应力消除孔6能消除矩形低屈服点软钢板3在地震力的往复作用下,角部易产生的应力集中现象。应力消除孔6优选有两个,呈竖直排列,使得矩形板在剪切变形下应力屈服时全截面应力保持基本相同,但也可以为三个或三个以上。另外,相邻两个应力消除孔6之间的最小间隔距离9应大于20mm,这样,在消除应力的同时,仍能使矩形低屈服点软钢板3具有所需要的较大的刚度。应力消除孔6的形状优选为椭圆形,边角圆滑,通过有效的几何截面设计,能提高截面的利用效率,得到更加饱满的滞回曲线。当然也可选择菱形、圆形或其它形状,但目前实验数据显示,效果均不如椭圆形。
每个单阶段弯曲屈服构件2均包括两块平行设置的第二节点板8和垂直设置于两块第二节点板8之间的第二X形软钢耗能钢片7,每片第一X形软钢耗能钢片5与每片第二X形软钢耗能钢片7均相互平行。单阶段弯曲屈服构件2是本实用新型软钢阻尼器中的附属部件,其用途在于可以任意形式与主要部件相结合,以满足不同结构形式、不同抗震设防条件下,结构对于阻尼比的要求。这样的组合组装方便,在地震作用后,维修和更换也比较方便,造价相对较低。
上述矩形低屈服点软钢板3的厚度大于第一X形软钢耗能钢片5或第二X形软钢耗能钢片7的厚度。如矩形低屈服点软钢板3的厚度为12mm,第一X形软钢耗能钢片5和第二X形软钢耗能钢片7的厚度相等,均为8mm。较厚的矩形低屈服点软钢板能提供较大的侧向刚度,从而可以在小震作用下介入工作;对于X形钢片来说,其屈服形态为弯曲屈服,在高度一定的条件下,屈服位移由钢片厚度决定,厚度较小能保证其有较大的屈服位移,形成分阶段屈服。
另外,上述矩形低屈服点软钢板3、第一X形软钢耗能钢片5和第二X形软钢耗能钢片7的材料均为屈服强度不低于235MPa、延伸率大于40%的钢材。 
作为替换,本实施例中,上述单阶段弯曲屈服构件2也可为1个、2个或者多个,单阶段弯曲屈服构件2与1个分阶段屈服构件1的组合形式可多样,根据需要,可设置在一侧,也可设置在两侧,均属于本实用新型保护的范围。
当有地震出现时,本实用新型的软钢阻尼器工作如下:
当有小地震时,包括大地震刚发生时出现的小地震或大地震发生后出现的余震等,这时,矩形低屈服点软钢板3为剪切屈服,因其刚度相对较大,在初始位移较小的情况下就能介入工作,提供一定的附加阻尼,同时由于其屈服位移较大,在大震作用下进入屈服阶段相对较迟。
当有大震发生时,第一X形软钢耗能钢片5和第二X形软钢耗能钢片7的屈服形式为弯曲屈服,由于其截面高度较高,截面厚度较小,因此其初始刚度相对较小,屈服位移较小,因此在小震下一般不参与工作,而在大震作用下能很快进入屈服阶段,起到耗能的效果。理论上,根据应力分布的特点,第一X形软钢耗能钢片5和第二X形软钢耗能钢片7的腰部宜尽量做小,但考虑到实际加工的需要,腰部仍需保留一定的宽度。
实用新型的软钢阻尼器通过将上述两种不同屈服类型(剪切和弯曲屈服),不同屈服点的结构结合起来,因此形成了具有一定初始刚度,小震时就能介入工作,大震时又能分梯度屈服。
实施例二:
本实施例与实施例一基本相同,不同点在于,分阶段屈服构件1有两个,相互叠置在一起,每个分阶段屈服构件1的两端各设置有一个单阶段弯曲屈服构件2。该布置可以使的阻尼器在尽可能窄的范围内,提供较大的附加阻尼。
作为替换,分阶段屈服构件1也可以有三个或多个,单阶段弯曲屈服构件2也可以有3个或多个,根据需要,单阶段弯曲屈服构件2可设置在分阶段屈服构件1的一侧,也可设置在两侧,均属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:包括至少一个分阶段屈服构件(1)和若干个设置于分阶段屈服构件(1)左右两端的单阶段弯曲屈服构件(2);
——所述分阶段屈服构件(1)包括一块至少设置有两个应力消除孔(6)的矩形低屈服点软钢板(3)、设置于矩形低屈服点软钢板(3)左右两端的两片第一X形软钢耗能钢片(5)和用于固定矩形低屈服点软钢板(3)和两片第一X形软钢耗能钢片(5)的两块第一节点板(4),所述每片第一X形软钢耗能钢片(5)均与矩形低屈服点软钢板(3)相垂直;
——所述每个单阶段弯曲屈服构件(2)均包括两块平行设置的第二节点板(8)和垂直设置于两块第二节点板(8)之间的第二X形软钢耗能钢片(7);
——所述每片第一X形软钢耗能钢片(5)与每片第二X形软钢耗能钢片(7)均相互平行。
2.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述应力消除孔(6)有两个,呈竖直排列。
3.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述每个应力消除孔(6)的形状为椭圆形。
4.根据权利要求1或2或3所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述相邻两个应力消除孔(6)之间的最小间隔距离(9)大于20mm。
5.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述矩形低屈服点软钢板(3)的厚度大于第一X形软钢耗能钢片(5)或第二X形软钢耗能钢片(7)的厚度。
6.根据权利要求5所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述矩形低屈服点软钢板(3)的厚度为12mm,所述第一X形软钢耗能钢片(5)和第二X形软钢耗能钢片(7)的厚度相等,均为8mm。
7.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述组合多阶段屈服型软钢阻尼器包括一个分阶段屈服构件(1),该分阶段屈服构件(1)的其中一端设置有一个单阶段弯曲屈服构件(2),分阶段屈服构件(1)的另一端设置有两个单阶段弯曲屈服构件(2)。
8.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述组合多阶段屈服型软钢阻尼器包括两个相互叠置的分阶段屈服构件(1),每个分阶段屈服构件(1)的两端各设置有一个单阶段弯曲屈服构件(2)。
9.根据权利要求1所述的组合多阶段屈服型软钢阻尼器,其特征在于:所述矩形低屈服点软钢板(3)、第一X形软钢耗能钢片(5)和第二X形软钢耗能钢片(7)的材料均为屈服强度不低于235MPa、延伸率大于40%的钢材。
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