CN207646943U - 一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器及剪力墙结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器及剪力墙结构，该阻尼器由外框架、内框架和8个内置弹簧组成，耗能部位由内框架和8个内置弹簧构成。在外框架上下边框处分别开设4个螺栓孔，与外部构件用螺栓进行连接，实现对阻尼器的固定安装与更换。本实用新型的外框架采用屈服强度为235MPa的普通钢，厚度不宜小于20mm，以避免端板无法有效将力传递。中间耗能部位的内框架采用屈服强度为100Mpa～190MPa的低屈服点钢，在剪力墙墙趾，塑性铰出现的区域设置本阻尼器，作用于地震能量集中的部位，保护主体结构免遭破坏，震后对阻尼器进行更换，从而可以快速恢复结构的正常使用。

Description

一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器及剪力墙结构

技术领域

本实用新型属于土木工程抗震与减震领域，主要涉及结构减震控制系统中的金属耗能阻尼器，具体的说是一种可以用于剪力墙墙趾处的可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器及剪力墙结构。

背景技术

传统建筑主要靠结构自身变形来吸收地震能量，许多主要构件损伤后很难被修复。随着抗震理论、技术、方法的不断进步以及更多高性能材料的发展应用，人们对结构的抗震性能要求越来越高，结构抗震已由抗倒塌设计逐步向可恢复功能设计转变，以期在震后将整个社会的损失降到最低。

在实现可恢复功能结构的这几种方法中，目前最具有可操作性的是可更换结构，在结构中设置可更换的结构构件，在强震时使结构的损伤主要集中在可更换构件，不仅可以利用其有效耗散地震输入结构能量，而且有利于震后对受损的可更换构件快速更换，尽快恢复结构的正常使用功能。

金属阻尼器尤其是软钢阻尼器是一种良好的减震隔震构件，由于金属在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性变形过程中吸收大量能量，因而被用来制造不同类型和构造的耗能减震器。从受力形式上可分为轴向屈服型、剪切屈服型、弯曲屈服型和扭转屈服型阻尼器，已有的耗能阻尼器有以下这几种：X形和三角形耗能器、扭转梁耗能器、弯曲梁耗能器、U型钢板耗能器、钢棒耗能器、圆环耗能器、双圆环耗能器和加劲圆环耗能器等。相比于其粘弹型、摩擦型和粘滞液体型等其他类型阻尼器，金属阻尼器易加工、滞回性能稳定、易于更换、造价及维护费用低廉，因此被广泛应用于工程结构的抗震加固和修复领域。

在现有技术中，研究的基本都是纯拉压或纯剪切型阻尼器，传统的金属阻尼器大多为放置于梁内的剪切型阻尼器，对于放于剪力墙体内的既受拉压又受剪切的软钢阻尼器目前研究甚少。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器及剪力墙结构，该阻尼器既能够承受剪切变形，又能承受拉压变形。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器，包括外框架和内框架，外框架套于内框架的外周，内框架的外周沿竖直和水平方向上均设有弹簧，外框架的内表面和内框架的外表面开设有供弹簧端部嵌入的凹槽，弹簧通过凹槽安装于外框架和内框架之间；外框架包括外框连接板和U型架，外框连接板的两端与U型架两个侧边的端部通过螺栓连接。

外框架和内框架同心且对应边平行。

内框架的每个边框对应设置两个弹簧，且两个弹簧的轴线平行。

内框架的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架纵截面平行，内框架的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架横截面平行。

外框架和内框架均为钢制的，外框架采用Q235钢，内框架采用屈服强度为100MPa～190Mpa的软钢。

外框架的壁厚为20～30mm，内框架的壁厚为15～30mm。

U型架的两个侧边上均开设有螺栓孔。

一种剪力墙结构，包括剪力墙和所述阻尼器，剪力墙的上下两端分别与上层楼面构件和下层楼面构件连接，阻尼器设置在剪力墙的墙趾处，剪力墙在安装阻尼器处预留有用于放置阻尼器的阻尼器安置腔，阻尼器安置腔的顶面和底面分别设置有上连接板和下连接板，阻尼器外框架的上边框与上连接板通过螺栓连接，阻尼器的下边框与下连接板通过螺栓连接；外框架的U型架的开口朝向阻尼器安置腔的外侧。

内框架的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙纵截面平行，内框架的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙横截面平行。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的阻尼器的外框架套于内框架的外周，内框架的外周沿竖直和水平方向上均设有弹簧，外框架的内表面和内框架的外表面开设有供弹簧端部嵌入的凹槽，弹簧通过凹槽安装于外框架和内框架之间；因此，通过外框架、内框架以及水平和竖直方向上的弹簧能够使阻尼器在外力作用下，既能够承受剪切变形又能承受拉压变形，相比传统软钢阻尼器，具有上下左右四个方向滞回耗能的优点，在相同尺寸的情况下，能够吸收的能量更大，抗震、减震效果更佳；外框架包括外框连接板和U型架，外框连接板的两端与U型架两个侧边的端部通过螺栓连接，通过拆装外框连接板能够方便地实现外框架、内框架以及弹簧之间的拆卸及装配。本实用新型提供的内置弹簧的回字形软钢阻尼器，将其放置于剪力墙两端墙趾处即形成塑性铰的区域，能够保证母体墙整体不破坏；安装时，阻尼器安置腔的顶面和底面分别设置有上连接板和下连接板，阻尼器外框架的上边框与上连接板通过螺栓连接，阻尼器的下边框与下连接板通过螺栓连接，外框架的U型架的开口朝向阻尼器安置腔的外侧，因此该阻尼器能够方便拆装更换，具有抗震功能迅速恢复的特点。

进一步的，内框架的每个边框对应设置两个弹簧，且两个弹簧的轴线平行，保证了内框架沿其周向受力平衡和稳定，保证了整个阻尼器的稳定性。

进一步的，内框架的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架纵截面平行，内框架的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架横截面平行，保证了外框架和内框架沿它们的中心轴方向的稳定性，进而保证了整个阻尼器的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型左视图。

图4为本实用新型俯视图。

图5为本实用新型外框架的U型架示意图。

图6为本实用新型剪力墙结构示意图。

图7为本实用新型剪力墙结构下部示意图。

图中各个标号的含义为：

1-外框连接板，2-外框架，2-1-U型架，3-内框架，4-螺栓，5-1-第一弹簧，5-2-第二弹簧，5-3-第三弹簧，5-4-第四弹簧，5-5-第五弹簧，5-6-第六弹簧，5-7-第七弹簧，5-8-第八弹簧，6-螺栓孔，7-剪力墙，8-上层楼面构件，9-下层楼面构件，10-阻尼器，11-阻尼器安置腔，12-上连接板，13-下连接板。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1～图5所示，本实用新型的可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器包括外框架2、内框架3和8个弹簧，8个弹簧分别为第一弹簧5-1、第二弹簧5-2、第三弹簧5-3、第四弹簧5-4、第五弹簧5-5、第六弹簧5-6、第七弹簧5-7和第八弹簧5-8构成；外框架2和内框架3均为矩形框架，外框架2和内框架3同心且对应边平行，外框架2包括外框连接板1和U型架2-1，外框连接板1的两端与U型架2-1两个侧边的端部通过螺栓4连接，U型架2-1的两个侧边上均开设有螺栓孔，与外界构件通过螺栓进行连接；U型架2-1的两个侧边上分别开设4个螺栓孔，开设的螺栓孔孔径相同，且对称布置。

内框架3的每个边框对应设置两个弹簧，且两个弹簧的轴线平行，第一弹簧5-1和第二弹簧5-2设置在内框架3的左边框和外框架2的左边框之间；第三弹簧5-3和第四弹簧5-4设置在内框架3的右边框和外框架2的右边框之间；第五弹簧5-5和第六弹簧5-6设置在内框架3的上边框和外框架2的上边框之间；第七弹簧5-7和第八弹簧5-8设置在内框架3的下边框和外框架2的下边框之间；如图2所示，结合图1，第二弹簧5-2和第一弹簧5-1以及第三弹簧5-3和第四弹簧5-4沿内框架3内腔的中心轴方向前后设置；第五弹簧5-5和第六弹簧5-6以及第七弹簧5-7和第八弹簧5-8分别对称设置在内框架3内腔的中心轴的左右两侧。即内框架3的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架3纵截面平行，内框架3的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架3横截面平行。

本实用新型的可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器主要耗能部位为内外框架(2，3)和8个弹簧组成，内框架3采用屈服强度为110～190MPa的低屈服点软钢制成，内框架厚度设为15～30mm，弹簧刚度可直接根据实际受力情况而定；

外框架2的实际尺寸是根据所需更换的剪力墙墙趾的塑性区域大小确定，外框连接板1和外框架2采用Q235钢，外框架2的壁厚为20～30mm，以避免发生平面内屈曲，无法有效将力传递。

如图6和图7所示，本实用新型的剪力墙结构为一种带有本实用新型的阻尼器的型钢混凝土剪力墙，剪力墙7的上下两端分别与上层楼面构件8和下层楼面构件9连接，剪力墙7的墙趾处设置有上述阻尼器，剪力墙7在安装阻尼器处预留有用于放置阻尼器的阻尼器安置腔11，阻尼器安置腔11的顶面和底面分别设置有上连接板12和下连接板13，阻尼器外框架2的上边框与上连接板12通过螺栓连接，阻尼器的下边框与下连接板13通过螺栓连接；外框架2的U型架2-1的开口朝向阻尼器安置腔11的外侧；内框架3的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙7纵截面平行，内框架3的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙7横截面平行。

上述的阻尼器安置腔11是根据地震作用的能量大小和地震作用下剪力墙墙趾易发生破坏的塑性区域确定。

上述可更换内置弹簧的回字形软钢阻尼器内框架3和外框架2通过弹簧嵌入进行连接，其主要耗能部位在地震发生后，首先产生塑性变形耗能，保证结构剪力墙墙体不受破坏，震后即可对阻尼器进行拆卸和更换。

剪力墙7因被挖去一定的空间，承载能力下降，通过减小阻尼器10平行高度范围内的剪力墙7水平分布钢筋间距来补偿损失的承载力。装入阻尼器10的剪力墙承载力与原完好剪力墙承载力基本持平。

对外观要求高的建筑结构可以做一个能放入本阻尼器的块体模型，模型上预留与阻尼器相同的螺栓孔，将本阻尼器10装入模型中，在模型上用水泥砂浆抹面，即可达到美观的要求。

Claims (9)

1.一种可更换的内置弹簧的回字形软钢阻尼器，其特征在于，包括外框架(2)和内框架(3)，外框架(2)套设在内框架(3)的外周，内框架(3)的外周沿竖直和水平方向上均设有弹簧，外框架(2)的内表面和内框架(3)的外表面开设有供弹簧端部嵌入的凹槽，弹簧通过凹槽安装于外框架(2)和内框架(3)之间；外框架(2)包括外框连接板(1)和U型架(2-1)，外框连接板(1)的两端与U型架(2-1)两个侧边的端部通过螺栓(4)连接。

2.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，外框架(2)和内框架(3)同心且对应边平行。

3.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，内框架(3)的每个边框对应设置两个弹簧，且两个弹簧的轴线平行。

4.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，内框架(3)的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架(3)纵截面平行，内框架(3)的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与内框架(3)横截面平行。

5.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，外框架(2)和内框架(3)均为钢制的，外框架(2)采用Q235钢，内框架(3)采用屈服强度为100MPa～190Mpa的软钢。

6.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，外框架(2)的壁厚为20～30mm，内框架(3)的壁厚为15～30mm。

7.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，U型架(2-1)的两个侧边上均开设有螺栓孔(6)。

8.一种剪力墙结构，其特征在于，包括剪力墙(7)和如权利要求1-7任意一项所述的阻尼器(10)，剪力墙(7)的上下两端分别与上层楼面构件(8)和下层楼面构件(9)连接，阻尼器(10)设置在剪力墙(7)的墙趾处，剪力墙(7)在安装阻尼器(10)处预留有用于放置阻尼器的阻尼器安置腔(11)，阻尼器安置腔(11)的顶面和底面分别设置有上连接板(12)和下连接板(13)，阻尼器外框架(2)的上边框与上连接板(12)通过螺栓连接，阻尼器(10)的下边框与下连接板(13)通过螺栓连接；外框架(2)的U型架(2-1)的开口朝向阻尼器安置腔(11)的外侧。

9.根据权利要求8所述的一种剪力墙结构，其特征在于，内框架(3)的上边框和下边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙(7)纵截面平行，内框架(3)的左边框和右边框对应的弹簧轴线所在的平面与剪力墙(7)横截面平行。