CN217871115U - 一种利用节点转角变形的金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于建筑结构振动控制领域，具体涉及一种利用节点转角变形的金属阻尼器。一种利用节点转角变形的金属阻尼器，包括中间转动钢板、两边约束钢板、连接钢板以及耗能棒材；所述连接钢板包括上连接钢板和下连接钢板，所述中间转动钢板一端与所述上连接钢板固定连接，所述两边约束钢板一端与所述下连接钢板固定连接，中间转动钢板位于两边约束板之间；中间转动钢板与两边约束钢板为同心扇形；所述耗能棒材均匀布置于两边约束钢板之间，其中部穿过所述的中间转动钢板。本实用新型采用外表面为双曲线形式的棒材作为耗能元件，既可以实现当建筑结构需要在荷载达到规定值时，阻尼器进入屈服状态的要求，又可以预设耗能棒材的屈服位置。

Description

一种利用节点转角变形的金属阻尼器

技术领域

本实用新型属于建筑结构振动控制领域，具体涉及一种利用节点转角变形的金属阻尼器。

背景技术

在框架结构中，梁柱节点是最容易发生破坏的区域之一，一旦框架柱或者框架梁发生破坏，会致使结构的功能部分或者完全丧失，并且震后修复的难度加大，成本增高。因此，如何减轻或者避免梁柱节点处发生不可恢复的破坏，使其震后可以在较短时间内恢复原来的使用功能，是实际工程中需要解决的问题。

在建筑工程结构抗震技术领域中比较容易实现且有效的减震方法是在建筑结构中设置耗能装置。目前应用较多的耗能装置为金属阻尼器，金属阻尼器对结构进行振动控制的原理是将结构振动时的部分能量通过金属的屈服滞回耗能来耗散，从而达到减小建筑结构地震响应的目的。与黏滞阻尼器、粘弹性阻尼器以及油阻尼器等其他阻尼器相比，金属阻尼器具有加工简便，价格低廉、易于安装更换、耗能能力稳定、不易受温度和外界环境影响等优点，因而被广泛应用于新建建筑结构的减震控制和老旧建筑结构的抗震加固。

现阶段土木工程结构形式逐渐向高大和复杂化转变，在地震作用下，结构往往呈现复杂的多维振动现象。现有的部分阻尼器易因耗能特性不足或者与结构不协调等原因使阻尼器的耗能能力大幅度降低，进而导致结构的地震响应没有得到应有的改善。因此，一些阻尼器的制作工艺和耗能性能需要进一步的改进。目前的扇形阻尼器主要为粘弹性阻尼器，其通常采用高温高压整体硫化的方式制作而成，对不同规格的阻尼器需要制作相应规格的模具，成本较高。此外，当阻尼器的某一部分发生损坏后，需要替换钢板或者粘弹性材料时，要对阻尼器重新进行高温高压整体硫化，这样就会增加时间和成本。因此提出易于加工制作和安装拆卸方便的节点型阻尼器成为亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供应用于梁柱节点处的一种利用节点转角变形的金属阻尼器，充分发挥转动耗能作用，且同时具有一定的拉压耗能作用。在无地震作用时，阻尼器可以增大建筑结构的整体刚度，在遇到地震作用时，阻尼器进入塑性状态，耗能棒材发生塑性变形来耗散地震输入的能量，从而减少建筑结构的地震响应。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种利用节点转角变形的金属阻尼器，包括中间转动钢板、两边约束钢板、连接钢板以及耗能棒材；所述连接钢板包括上连接钢板和下连接钢板，所述中间转动钢板一端与所述上连接钢板固定连接；另一端悬空；所述两边约束钢板一端与所述下连接钢板固定连接，另一端悬空；中间转动钢板位于两边约束板之间；中间转动钢板与两边约束钢板为同心扇形；所述耗能棒材均匀布置于两边约束钢板之间，其中部穿过所述的中间转动钢板。

进一步地，所述耗能棒材的外表面采用双曲线形式，截面直径从中间向两端逐渐增加，且耗能段与端部连接段之间过渡平滑。

进一步地，中间转动钢板与两边约束钢板的半径相等。

进一步地，所述上连接钢板与所述下连接钢板外表面的延长线的交点与同心扇形的圆心重合。

进一步地，所述耗能棒材采用低屈服点钢材或形状记忆合金制作而成。

进一步地，所述上连接钢板与下连接钢板分别与柱构件或梁构件之间通过连接件进行连接。

进一步地，所述连接钢板为方形结构或多边形结构，所述连接钢板上设有用于与建筑物的主体结构或预埋件连接的连接孔。

本实用新型具有如下优点：

1、可实现定点屈服的目的。本实用新型采用外表面为双曲线形式的棒材作为耗能元件，既可以实现当建筑结构需要在荷载达到规定值时，阻尼器进入屈服状态的要求，又可以预设耗能棒材的屈服位置；

2、可以同时满足多维方向的耗能要求。本实用新型利用双曲线型耗能棒材具有各向同性任意方向耗能的特点，即可以在地震作用下，同时消耗地震在建筑结构在各个方向输入的能量，又可以在不同方向上提供附加阻尼和刚度；

3、工程应用性强。本实用新型可以通过改变耗能棒材的数量、截面尺寸和长度实现较大范围内对任意初始刚度、屈服荷载和屈服位移的需求；

4、构造简单且机理明确。本实用新型结构简单、受力机理明确，且组成阻尼器的各个构件的材料较为容易获得，造价低廉、制作加工简单方便，具有良好的结构稳定性和安全性；

5、易于安装更换。本实用新型可以在工厂预制完成后，运送到现场进行安装，较为方便快捷；在受到地震作用后，可以较为快速的进行更换，且不会影响主体结构的安全和使用，具有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的一种利用节点转角变形的金属阻尼器立体结构图；

图2为图1的剖面视图；

图3为图1的侧向视图；

图4为中间转动钢板的示意图；

图5为两边约束钢板的示意图；

图6为耗能棒材的示意图；

图7为第一上连接钢板的示意图；

图8为第一下连接钢板的示意图；

图9为本实用新型一种利用节点转角变形的金属阻尼器的应用示意图；

图10为图3所示一种利用节点转角变形的金属阻尼器的局部应用放大图；

图中：1、第一上连接钢板；2、第一下连接钢板；3、中间转动钢板；4、两边约束钢板；5、耗能棒材；6、高强螺栓；7、第二上连接钢板；8、第二下连接钢板；9、梁构件；10、柱构件。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型公开内容的理解更加透彻全面。

如图1图2和图3所示，本实用新型提供的一种利用节点转角变形的金属阻尼器，包括第一上连接钢板1、第一下连接钢板2、中间转动钢板3、两边约束钢板4、耗能棒材5。中间转动钢板3的上端与第一上连接钢板1的内表面固定连接，下端悬空。两边约束钢板4的下端与第一下连接钢板2的上表面固定连接，上端悬空。中间转动钢板3、两边约束钢板4的结构分别如图4和5所示，中间转动钢板3与两边约束钢板4为半径相等的同心扇形，其上预留若干孔洞。在两边约束钢板4之间设有若干耗能棒材5，耗能棒材5的结构如图6所示，其外表面为双曲线形式。耗能棒材5的中部和两端分别穿过中间转动钢板3和两边约束钢板4预留的孔洞，在耗能棒材5的端部螺纹处通过螺母紧固件进行连接。第一上连接钢板1、第一下连接钢板2的结构分别如图7和图8所示，图中虚线位置为固定位置。第一上连接钢板1与第一下连接钢板2外表面的延长线的交点与同心扇形的圆心重合。本实用新型中，通过理论计算公式可以预设在耗能棒材的具体多大的半径处开始屈服，具体计算原理为：当耗能棒材的局部出现屈服点时，此时屈服截面的最大正应力为：

，当耗能棒材的局部进入屈服状态时，

，因此耗能棒材的屈服弯矩为：

，屈服荷载为：

，此时的屈服位移为：

，其中，I _z为耗能棒材截面惯性矩；x为圆形截面发生屈服的部位与圆心的距离，也即预设的屈服位置；R为所选截面位置的半径；f _y为耗能棒材的屈服强度；y为屈服位置与耗能棒材对称中心的距离；K为耗能棒材的初始刚度。

为了方便本实用新型与其他构件进行连接，在阻尼器上连接钢板1和阻尼器下连接钢板2上分别设置有用于与主体结构相连接的连接件。如图9和图10所示，本实施例中连接件为高强螺栓6，利用第二上连接钢板7、第二下连接钢板8来进行本实用新型与主体结构的连接，第一上连接钢板1与主体结构固定连接的第二上连接钢板7相连，第一下连接钢板2与主体结构固定连接的第二下连接钢板8相连，从而可以将本实用新型连接在主体结构上。本例中采用高强螺栓来进行阻尼器与主体结构的连接。

本实用新型的利用节点转角变形的金属阻尼器可以实现较大范围内的变形量，具有较大的初始刚度。在弹性范围内，可以为主体结构提供较大的刚度，从而减小主体结构的相对位移。图9所示为本实用新型的利用节点转角变形的金属阻尼器在结构中的应用，本实施例中以一个梁柱节点为例，阻尼器通过第二上连接钢板7和第二下连接钢板8采用高强螺栓6与梁构件9和柱构件10进行连接，当遇到较小的风载或其他外部荷载时，由于阻尼器拥有较大的初始刚度，可以使梁柱节点构件处于弹性阶段且不会产生较大的位移变形。当受到地震作用时，耗能棒材将进入塑性状态来耗散大量地震输入的能量，从而减小梁柱节点构件的地震响应。

本实用新型中，阻尼器安装在承受地震作用或其他动力作用时有转角变形存在的区域处。耗能棒材的预设耗能段采用双曲线形式进行削弱不仅可以使耗能棒材的变形和耗能主要集中预设的耗能段内，还可以避免连接处发生破坏致使阻尼器提早退出工作。阻尼器在极限承载力范围内可以受拉、受弯、受剪以及弯剪组合等应力状态，满足多个方向的耗能需求，当发生地震时，装配式框架梁柱节点区域会产生位移和转角变形，从而使阻尼器的上连接钢板与中间转动钢板这一整体发生运动，然后带动耗能棒材发生塑性变形，耗散地震输入的能量。

本实用新型中的利用节点转角变形的金属阻尼器主要利用双曲线型耗能棒材在受弯、受剪作用下良好的塑性变形能力来耗散外部荷载输入的能量。如图9所示，在较小的外部荷载作用下，阻尼器具有较大的初始刚度，从而可以保证与其相连的梁柱节点区域不会产生很大的相对位移；在遇到强烈地震作用时，耗能棒材预设的屈服位置可以在多个方向上发生凸起或者凹陷的塑性变形，产生弯曲变形和剪切变形来耗散地震输入的能量。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，应注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，包括中间转动钢板、两边约束钢板、连接钢板以及耗能棒材；所述连接钢板包括上连接钢板和下连接钢板，所述中间转动钢板一端与所述上连接钢板固定连接，另一端悬空；所述两边约束钢板一端与所述下连接钢板固定连接，另一端悬空；中间转动钢板位于两边约束板之间；中间转动钢板与两边约束钢板为同心扇形；所述耗能棒材均匀布置于两边约束钢板之间，其中部穿过所述的中间转动钢板。

2.根据权利要求1所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，所述耗能棒材的外表面采用双曲线形式，截面直径从中间向两端逐渐增加，且耗能段与端部连接段之间过渡平滑。

3.根据权利要求1所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，中间转动钢板与两边约束钢板的半径相等。

4.根据权利要求1所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，所述上连接钢板与所述下连接钢板外表面的延长线的交点与同心扇形的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，所述耗能棒材采用低屈服点钢材或形状记忆合金制作而成。

6.根据权利要求1-5任一项所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，所述上连接钢板与下连接钢板分别与柱构件或梁构件之间通过连接件进行连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的利用节点转角变形的金属阻尼器，其特征在于，所述连接钢板为方形结构或多边形结构，所述连接钢板上设有用于与建筑物的主体结构或预埋件连接的连接孔。

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