CN211622073U - 一种波形钢管铅阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种波形钢管铅阻尼器，包括波形钢管和分别位于波形钢管两端的连接件，所述连接件上分别设有凹槽，所述波形钢管的两端分别固定密封设在凹槽内，所述波形钢管和两个连接件形成用于填充铅芯的减震空间。本实用新型的阻尼器基于“采用不同耗能原理来设计新型耗能器，即耗能器同时利用两种或两种以上的耗能方式耗能”的思想，同时利用铅芯和波形钢管进行耗能，在保证阻尼器耗能能力强且性能稳定等优点的同时，进一步提高延性性能，波形钢管铅阻尼器是一种利用多种耗能机制共同耗能，变形协调且耗能效率高；耗能减震机理明确，具有各向耗能能力，固有频率低、性能稳定。

Description

一种波形钢管铅阻尼器

技术领域

本实用新型涉及建筑结构耗能构件，具体涉及一种波形钢管铅阻尼器。

背景技术

金属阻尼器是目前认为较可靠、稳定，同时又为工程设计人员所熟悉的阻尼器，常见的金属阻尼器有铅阻尼器和软钢阻尼器。金属阻尼器作用的原理是金属在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吸收大量的能量。在地震作用下，金属阻尼器先于主体结构屈服，消耗地震输入到结构中的能量，从而达到减轻结构地震响应的目的。

金属波形钢管是由一个或多个波纹及端部直边段组成的圆柱形薄壁弹性管，它具有可弯性及一定规律的轴向弹性，是仪表弹性元件的一种类型。波形钢管主要起连接和补偿作用，可以补偿轴向、横向、弯曲、角向位移，它具有结构简单、造价较低、性能稳定可靠等特点，被广泛地用来作仪器仪表中的转换、调节、控制、密封、连接等器件，大量使用在石油、化工、机械、仪表、交通运输及国防工业之中。铅具有塑性高、密度大、熔点低、润滑性能好、耐腐蚀、强度低等特点，同时又具有很好的柔性和延性，在变形过程中可以吸收大量的能量，并具有好的变形跟踪能力。铅在室温条件下变形，将会同时发生动态恢复及动态再结晶过程，通过恢复与再结晶过程，应变硬化将消失，使其具有优异的抗疲劳性能。

现有技术中采用的提高结构抗震性能的金属阻尼器主要是：剪切钢板阻尼器、屈曲约束支撑、铅挤压阻尼器等，但这些阻尼器的性能并不稳定，不能充分发挥金属阻尼器的优势，致使抗震减震效果不好。

随着消能减震技术的发展与应用，解决金属阻尼器存在的问题，利用并发挥其优势，研发出一种耗能效率高、性能稳定的阻尼器变得十分迫切并具有重要意义。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种波形钢管铅阻尼器，能够利用波形钢管产生摩擦，弯曲(或剪切、扭转)弹塑(或黏滞、黏弹)性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控震的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种波形钢管铅阻尼器，包括波形钢管和分别位于波形钢管两端的连接件，所述连接件上分别设有凹槽，所述波形钢管的两端分别固定设在凹槽内，所述波形钢管和两个连接件形成用于填充铅芯的减震空间。

有益效果：

(1)本实用新型的波形钢管铅阻尼器，利用所述波形钢管将所述铅芯包裹并在其两端通过所述凹型端板进行密封，可以解决铅芯污染环境以及焊接困难等问题。利用铅芯的剪切与挤压变形以及波形钢管的塑性变形耗能，使得所述管波纹铅阻尼器在承受载荷时具有更高的耗能效率。

(2)本实用新型中基于“采用不同耗能原理来设计新型耗能器，即耗能器同时利用两种或两种以上的耗能方式耗能”的思想，所述阻尼器波形钢管波纹端保持波峰的直径相等，波谷的直径相等，波纹分布均匀，波形钢管整体受力均匀，使所述阻尼器变形和耗能能力得到提高。由于波形钢管良好的弹性性能及塑性变形能力，阻尼器在发生塑性变形后不易发生破坏，且提高了结构单元的耗能能力。

(3)所述波形钢管铅阻尼器的各个部件之间固定连接使得阻尼器内外的工作性能稳定，在极限承载能力范围内能同时承受拉、弯、剪复合变形，具有各向耗能能力。波形钢管与端部连接件为焊接固定，因此无需另外设置密封件就能实现良好的密封性能。

(4)与结构或支撑(墩)中预埋件通过螺栓连接，布置灵活，实际工程中安装方便、不影响建筑使用功能。

优选的技术方案，所述波形钢管包括一体成型的呈波浪状的波纹管和设置在波纹管两端的直筒状端部，所述直筒状端部的形状与凹槽匹配。波形钢管的具体形状为波浪状钢管，更好的与内部灌入的铅接触，达到位移协调，增大阻尼作用，实现共同耗能的目的。

优选的技术方案，所述波形钢管与连接件的凹槽焊接固定连接。。波形钢管与端部连接件为焊接固定，因此无需另外设置密封件就能实现良好的密封性能。

优选的技术方案，，所述波形钢管与连接件的凹槽通过攻丝或者套丝方式连接。

优选的技术方案，所述连接件为凹型端板，所述凹型端板上设有与建筑物的主体结构或预埋件螺栓连接的连接孔。连接孔用于与建筑主体结构连接，连接孔可以为螺纹孔或者通孔，连接件与结构或支撑(墩)中的预埋件通过螺栓连接，可以灵活安装，便于实际工程中安装、不影响建筑使用功能。

优选的技术方案，所述波形钢管的壁厚为0.5～10mm，所述波形钢管的轴向单波位移量大于5mm。

优选的技术方案，所述波形钢管的多个波峰的直径相等，所述波形钢管的多个波谷的直径相等，所述波峰和波谷均匀分布。使波形钢管的受力变形均匀，提高阻尼器变形能力和耗能能力。

优选的技术方案，所述波形钢管为普通波形钢管或不锈钢波形钢管。

优选的技术方案，所述波形钢管为不锈钢波形钢管。采用不锈钢波形钢管还可改善阻尼器的耐腐蚀性与耐久性，有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题，且不锈钢波形钢管具有较小的屈服力和屈服位移以及优异的延性性能，能有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题；另外，不锈钢波形钢管弹性模量较小，比例极限很低，相比普通结构钢有更好的延性；强度、强屈比和断裂时的伸长率均显著高于普通结构钢，便于提供更优的阻尼效果；经合理设计后所述不锈钢波形钢管铅阻尼器可实现与结构的同周期使用，无需更换，免维护，综合经济效益高。

附图说明

图1为本实用新型的波形钢管阻尼器采用焊接固定的结构示意图；

图2为本实用新型的波形钢管阻尼器采用螺丝固定的结构示意图；

图3是本实用新型的波形钢管阻尼器的连接件为方形板和圆形板的结构示意图；

图4是本实用新型的波形钢管铅阻尼器与框架结构采用墙墩式布置方式的结构示意图；

图5是本实用新型的建筑安装结构的结构示意图，其中波形钢管铅阻尼器与框架结构采用柱墩式布置方式的结构示意图；

图6是本实用新型的波形钢管铅阻尼器布置在连梁的结构示意图；

图7是本实用新型的建筑安装结构的结构示意图，其中波形钢管铅阻尼器与框架结构采用人字撑式布置方式的结构示意图；

图8是本实用新型的建筑安装结构的结构示意图，其中波形钢管铅阻尼器布置在耗能梁中部的结构示意图；

图9是本实用新型的建筑安装结构的结构示意图，其中波形钢管铅阻尼器布置在耗能梁端部的结构示意图。

其中：

1、波形钢管；2、铅芯；3、凹型端板；31、凹槽；32、连接孔；4、框架柱；5、框架梁；6、墙墩；7、柱墩；8、斜撑；9、连接板；10、连梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1-3所示，为本实用新型所提供的波形钢管铅阻尼器的优选实施例，包括波形钢管和分别位于波形钢管两端的连接件，具体的，波形钢管包括一体成型的呈波浪状的筒体和设置在筒体两端的直筒状端部，连接件上分别设有凹槽，直筒状端部的形状与凹槽匹配，波形钢管的两端分别固定设在凹槽内，波形钢管1和两个连接件形成用于填充铅芯2的减震空间，可以解决铅芯2污染环境以及焊接困难等问题。在本实施例中，波形钢管与凹槽31焊接固定连接，波形钢管1与端部连接件为焊接固定，因此无需另外设置密封件就能实现良好的密封性能。在具体实施时，波形钢板的波纹均匀连续设置，确保减震空间的范围内的波形钢板的侧壁均是波纹，这样便于最大程度的应用波形钢板的波纹吸收建筑主体的能量，实现减震的目的。

在本实用新型的其他实施例中，如图2所示，波形钢管1与连接件也可以通过攻丝和套丝连接，实现无焊化连接。

其中，减震空间内填充有铅芯2，铅芯2完全充满减震空间内。

其中，连接板具体为凹型端板3，凹槽设在凹型端板3上，如图3-4所示，凹型端板3的形状可以为方形板或者圆板，凹型端板3上预留有连接孔32，用于用建筑结构主体连接；连接孔32可以为螺纹孔或者通孔，连接件与结构或支撑(墩)中的预埋件通过螺栓连接，可以灵活安装，便于实际工程中安装、不影响建筑使用功能。

本实用新型的实施例中，波形钢管的壁厚为0.5～10mm，所述波形钢管的轴向单波位移量大于5mm。

其中，波纹曲面是一种具有多段高斯曲率段的曲面，对于高斯曲率非零的结构，只有它被撕裂或超出材料承受能力时高斯曲率才会发生变化，且波形钢管1是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，体现了良好的弹性性能，因此其强度和抗变形能力是非常强的。基于此，波形钢管1的多个波峰的直径相等，波形钢管1的多个波谷的直径相等，这样在波纹钢板手里的时候使波形钢管1的受力变形均匀，提高阻尼器变形能力和耗能能力，并设置合适的管壁壁厚和波纹数量，实现波形钢管铅阻尼器的变形和耗能集中在波纹段的目标，同时保证所述阻尼器波纹段的强度。

其中，波形钢管铅阻尼器的各个部件之间固定连接使得阻尼器内外的工作性能稳定，在极限承载能力范围内能同时承受拉、弯、剪复合变形，具有各向耗能能力。

其中波形钢管1的材质为普通波形钢管1或者不锈钢波形钢管1。

具体为普通波形钢管1时，普通波形钢管1的铅阻尼器可以看作是一种典型的低循环高应力构件，通常工作在弹塑性状态下，材料的本构关系是非线性的，但波形钢管1的壁厚一般在0.5～10mm之间，轴向单波位移量多在5mm以上，对于进行应力-应变分析的半波而言，位移量大于其几何尺寸壁厚，属于大位移、大挠度行为；并且，在大量的波形钢管1弹塑性分析文献中以及以往对波形钢管1所做的应变测量试验中，波形钢管1大部分区域的应变通常较小，使波形钢管1处于一种大变形、小应变状态。

本实用新型的阻尼器采用普通波形钢管1的能够达到的效果如下：

(1)本实用新型的波形钢管铅阻尼器，利用波形钢管1将铅芯2包裹并在其两端通过凹型端板3进行密封，可以解决铅芯2污染环境以及焊接困难等问题。利用铅芯2的剪切与挤压变形以及波形钢管1的塑性变形耗能，使得管波纹铅阻尼器在承受载荷时具有更高的耗能效率。

(2)本实用新型中基于“采用不同耗能原理来设计新型耗能器，即耗能器同时利用两种或两种以上的耗能方式耗能”的思想，波形钢管1波纹端保持波峰的直径相等，波谷的直径相等，波纹分布均匀，波形钢管1整体受力均匀，使阻尼器变形和耗能能力得到提高；由于波形钢管1良好的弹性性能及塑性变形能力，阻尼器在发生塑性变形后不易发生破坏，且提高了结构单元的耗能能力。

(3)波形钢管铅阻尼器的各个部件之间固定连接使得阻尼器内外的工作性能稳定，在极限承载能力范围内能同时承受拉、弯、剪复合变形，具有各向耗能能力。波形钢管1与端部连接件为焊接固定，因此无需另外设置密封件就能实现良好的密封性能。

(4)与结构或支撑(墩)中预埋件通过螺栓连接，布置灵活，实际工程中安装方便、不影响建筑使用功能。

其中波形钢管1为不锈钢波形钢管1时，不锈钢波形钢管1材料具有如下特点：(1)弹性模量较小；(2)比例极限很低，一般比例极限约为屈服强度的36％～60％，而普通结构钢的比例极限约为屈服强度的75％左右；(3)有更好的延性，断裂时的伸长率是普通结构钢的2～3.5倍；(4)强度通常高于普通结构钢，抗拉强度和屈服强度之比也显著高于普通结构钢材；(5)材料具有良好的耐腐蚀性和耐久性。因此，不锈钢波形钢管1铅阻尼器具有较小的屈服力和屈服位移以及优异的延性性能，能有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题。本实用新型的不锈钢波形钢管1铅阻尼器可实现与结构的同周期使用，无需更换，免维护，综合经济效益高。

本实用新型的阻尼器采用普通波形钢管的能够达到的效果如下：

除具备普通波形钢管所具备的所有有益效果外，采用不锈钢波形钢管还具有如下有益效果：

本实用新型的不锈钢波形钢管铅阻尼器，不锈钢波形钢管具有较小的屈服力和屈服位移以及优异的延性性能，能有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题；不锈钢波形钢管弹性模量较小，比例极限很低，相比普通结构钢有更好的延性；强度、强屈比和断裂时的伸长率均显著高于普通结构钢；能有效避免钢管锈蚀或腐蚀可能带来的阻尼器失效等问题。

图4～6为本实用新型的波形钢管铅阻尼器的具体实施的结构示意图，图4是本实用新型的波形钢管铅阻尼器与框架结构采用墙墩式布置方式的结构示意图，两个框架柱4中间上下设有框架梁5，框架梁5之间上下相对设有墙墩6，两个墙墩6之间安装有两个本实用新型的铅阻尼器；图5是本实用新型的波形钢管铅阻尼器与框架结构采用柱墩式布置方式的结构示意图，在两个框架梁5之间相对设有柱墩7，两个柱墩7之间安装有本实用新型的铅阻尼器；

图6是本实用新型的波形钢管铅阻尼器布置在连梁的结构示意图；在两个框架柱之间相对设置连梁，阻尼器与两个连梁固定连接。

本实用新型一种建筑安装结构的实施例1，如图7所示，图7是本实用新型的波形钢管铅阻尼器与框架结构采用人字撑式布置方式的结构示意图，在两个框架梁5之间的一个框架梁5上设有呈人字型布置的两个斜撑，人字形的顶部固定设有连接板9，连接板9与另外一个框架梁5之间固定设置本实用新型的铅阻尼器。

本实用新型一种建筑安装结构的实施例2，如图8所示，图8是本实用新型的波形钢管铅阻尼器布置在耗能梁中部的结构示意图，在图8中，两个框架柱之间的一个框架梁5设为水平相对的两段梁，两段梁之间设有间隔，本实用新型的阻尼器设置在间隔内，且阻尼器的两端分别与两端框架梁5固定连接，两段梁的下部分别设有斜撑8，两段梁的斜撑相对应设置，斜撑8的两端，一端与框架梁5与框架柱4的夹角处连接，另外一端分别连接在两段梁的端部。

本实用新型一种建筑安装结构的实施例3，如图9所示，图9是本实用新型的波形钢管铅阻尼器布置在耗能梁端部的结构示意图；其中，两个框架梁5中一个框架梁5的一端与框架柱之间通过本实用新型的阻尼器连接，且在这个框架梁5的下部设有斜撑8，斜撑8的两端，一端连接框架梁5与框架柱4的夹角处，另外一端连接与阻尼器连接的框架梁5的端部。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种波形钢管铅阻尼器，其特征在于，包括波形钢管和分别位于波形钢管两端的连接件，所述连接件上分别设有凹槽，所述波形钢管的两端分别固定密封设在凹槽内，所述波形钢管和两个连接件形成用于填充铅芯的减震空间，所述波形钢管的多个波峰的直径相等，所述波形钢管的多个波谷的直径相等，所述波峰和波谷均匀分布。

2.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述波形钢管包括一体成型的呈波浪状的筒体和设置在筒体两端的直筒状端部，所述直筒状端部的形状与凹槽匹配。

3.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述波形钢管与连接件的凹槽焊接固定连接。

4.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述波形钢管与连接件的凹槽通过攻丝或者套丝方式连接。

5.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述连接件为凹型端板，所述凹型端板的轮廓为方形或圆形结构，所述凹型端板上设有与建筑物的主体结构或预埋件螺栓连接的连接孔。

6.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述波形钢管的壁厚为0.5～10mm，所述波形钢管的轴向单波位移量大于5mm。

7.根据权利要求1所述的波形钢管铅阻尼器，其特征在于，所述波形钢管为普通波形钢管或不锈钢波形钢管。

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