CN2763376Y - 灌铅钢管束耗能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型灌铅钢管束耗能器，涉及一种减震控制系统中的复合耗能器，包括连接钢板，其特征在于：它还包括钢管(4)组成的钢管束(2)，钢管内灌有的铅(3)，钢管的两端与耗能器上、下部或上、中、下部设置的连接钢板焊接在一起；当设置上、下部连接钢板(1)的基础上也设置中部连接钢板(7)时，钢板(7)上在有钢管束的位置打有恰好可穿过钢管的孔，钢管穿过钢板(7)，并与其焊接；在上、下部或上、中、下部的连接钢板上设有螺栓连接孔，与在地震作用下相互错动变形结构上的部件相连接；钢管为软钢，可用圆或方钢管；本装置构造简便，材料易得，成本低廉，耗能强，在建筑物的控制系统中耗散地震作用下产生的能量，即使失效也便于更换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种减震控制系统中的复合耗能器，属于土木工程领域。
背景技术
我国是多地震国家，地震区的高层建筑物不仅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。单纯地通过“硬抗地震，加强结构”的途径来提高结构的抗震能力，有时难以满足结构的安全性和适用性的要求，结构抗震与减震控制的联合应用受到越来越广泛的关注。减震控制体系是通过“以柔克刚，减震耗能”的途径，采用隔震、消能、调整结构动力特性等方法，达到隔离地震、消减地震反应的目的。在减震控制系统中，关键的技术是在一些部位设置一些耗能器，研制性能好的耗能器是非常重要的。
美国的Whittaker和Tsai等人，研究了X钢板和三角钢板耗能器的特性，并应用到美国旧金山建筑物的抗震加固中；加拿大的Pall和Marsh研究了一种双向摩擦器并且已用于加拿大的多幢建筑中；新西兰的Robinson W H，研制了铅挤压耗能器；新西兰的Penguin Engineering公司研制了铅剪切耗能器；日本Sakurai公司研制了铅节点耗能器；哈工大的欧进萍教授等在吸收普通钢板耗能器和Pall摩擦耗能器的优点基础之上提出了组合钢板耗能器。形状记忆合金因为在不同的环境温度下具有形状记忆效应，有超弹性、高阻尼和电阻突变等特性，其在耗能部件应用中受到了工程界专家学者极大的关注。尽管这些耗能器可以提供一定的耗能能力，但是这些单一的耗能器耗能能力有限，因此广州大学的周福霖教授、周云教授等，提出了“综合利用不同耗能原理或机制来设计新型耗能减震器”的思想，并研发了铅粘弹性耗能器、铅橡胶复合耗能器、弹塑性滞回一摩擦复合耗能器、弹塑性滞回—粘弹性复合耗能器、摩擦—粘弹性复合耗能器、流体-粘弹性复合耗能器。以上研究的复合耗能器，尽管能综合利用两种或两种以上的耗能机理，提供较强的耗能能力，但它们依然都存在着以下没有克服的问题：材料成本高、或构造连接复杂、或不能充分发挥材料自身性能。例如：(1)像铅粘弹性耗能器、流体-粘弹性复合耗能器、弹塑性滞回-粘弹性复合耗能器、摩擦-粘弹性复合耗能器中，分别是铅、流体、软钢、钢板与粘弹性材料的复合组成，粘弹性材料相对来说，材料不易获得，成本造价相对较高。(2)像铅橡胶复合耗能器，以图1所示的铅橡胶复合耗能器为例，构造连接较为复杂。图中上下部连接板，在上部连接板中间焊有构造钢板，下部连接钢板焊有两条构造钢板，然后在下部焊接构造钢板之间使钢板和橡胶硫化为一体，并在内部留有圆孔，让铅灌入预留孔洞，或先灌入钢板与橡胶预留圆空洞中，然后硫化成一体，最后用锚固螺栓把构造钢板与橡胶以及灌入圆孔的铅连接在一起，最后形成了铅橡胶复合耗能器。在构造工艺中，既要留有圆孔，还需要进行硫化成一体，最后还需要锚固螺栓进行连接，工艺相对较为复杂。为了便于推广应用复合耗能器，在满足耗能能力的条件下，既需要耗能器本身造价成本相对低廉，同时需要构造连接相对简单，即加工工艺较为简单的耗能器。
实用新型内容
为了解决单一耗能器耗能能力有限，现有的复合耗能器材料成本高、构造连接复杂、不能充分发挥材料自身性能的问题，本实用新型基于以上“综合利用不同耗能原理或机制设计新型耗能减震器”的思想，提出了“灌铅钢管束耗能器”。
本实用新型的原理是充分发挥软钢管的弹塑性性能和铅较高的柔性和延展性性能，利用软钢管的弹塑性变形耗能和钢管内约束铅体的塑性变形耗能，消耗地震作用下对建筑物输入的能量，减小地震反应，以此来确保人员和财产的安全。
“灌铅钢管束耗能器”，是在已有的圆柱型铅耗能器的基础上，借鉴工程中钢管混凝土柱具有较高的强度、刚度和较好的延性，利用软钢管弯曲耗能和圆柱型铅耗能器弯剪作用下塑性变形耗能的这两种原理，有机地结合了这两种耗能材料。圆柱型铅耗能器的构造方式是一根圆柱形铅铸体，上下两端设有圆锥形加强段，然后是两端圆锥形段与上下连接钢板相焊接，该焊接通过均质合金焊接法。“灌铅钢管束耗能器”的构造方式是在几根钢管里，均灌有铅体，形成了“灌铅钢管柱”束，可比单一的“灌铅钢管柱”防止扭转的能力强。钢管两头直接与上部和下部的连接钢板相焊接，与均质合金焊接法相比，方法简单，成本低廉。同时，该耗能器设置连接钢板的方式有两种，一种是上部和下部设有的连接板，上下部的连接板相互错动变形，这与圆柱型铅耗能器设置连接板形式相同；另一种，既设上下连接板，同时加设钢板并套在钢管束中部，错动变形变为上部和中部以及中部和下部错动变形，这种连接方式是为了更方便应用于实际工程中。“灌铅钢管束耗能器”，结合两种耗能方式的，克服了单一有限的耗能能力，同时大大提高了本耗能器的耗能能力，更能确保整体结构的安全。
本实用新型所采用的技术方案具体参见图2～图5，灌铅钢管束耗能器，包括连接钢板，其特征在于：它还包括钢管4组成的钢管束2，钢管4内灌有的铅3，钢管4的两端与耗能器上部和下部设置的连接钢板1焊接在一起，或与上部、中部和下部设置的连接钢板焊接在一起。
所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：当设置上部和下部连接钢板1的基础上同时也设置中部连接钢板7时，中部连接钢板7上在有灌铅钢管束2的位置打有恰好可穿过钢管4的孔，钢管4穿过中部连接钢板7，并与中部连接钢板7焊接。
所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：在上部和下部或上部、中部和下部的连接钢板1或7上均设有螺栓连接孔5或6，与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。
所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：组成的钢管束2的钢管4为软钢钢管。
所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：组成的钢管束2的钢管4至少为一根。
所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：钢管4采用圆钢管或方钢管。
本实用新型构造简便，材料易得，成本低廉，耗能能力较强，在建筑物的控制系统中耗散地震作用下产生的能量，即使失效也便于更换。
附图说明
图1是铅橡胶复合耗能器；
图中，1、2、3、4、9为钢板，5为螺栓，6为铅芯，7为橡胶，8为薄钢板；
图2是设置上、下连接板的灌铅钢管束耗能器的正立面示意图；
图3是设置上、中、下连接板的灌铅钢管束耗能器的正立面示意图；
图4是图2中I-I截面，图3中I-I截面放大的示意图；
图5是图3中II-II截面放大的示意图；
图6是单根灌铅钢管耗能器正立面示意图；
图7是图6中I-I截面放大的示意图；
附图2～7中，1为上下连接板；2为灌铅钢管束；3为铅；4为钢管；5为上下板螺栓连接孔；6为中间板螺栓连接孔；7为中间连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
灌铅钢管束耗能器一种构造示意图如图2、图4，它们是由两排且每排三根，共计六根均灌了铅的钢管束组成。钢管束中每个钢管4的两端分别与耗能器上部和下部设置的连接钢板1焊接在一起，组合成为“灌铅钢管束耗能器”。在上部和下部的连接钢板1上均设有螺栓连接孔5，以便与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。在地震作用下，结构上的两个部件将相互错动变形，并通过耗能器上部和下部的连接钢板1拖动耗能器变形而消耗地震能量，上部和下部的连接钢板1只传递作用力，并不参与耗能，其作用是拖动“灌铅钢管柱”束变形，并确保各“灌铅钢管柱”之间的协同工作，因此具有较强的复合耗能能力。例如，本耗能器若安装在柱间支撑，当结构层产生相对位移，忽略支撑构件的变形，耗能器上部和下部设置的连接钢板1，产生相对变形，耗能器中钢管4产生弯曲弹塑性滞回耗能；钢管中的铅3，弯剪塑性变形耗能，同时有挤压变形耗能。
灌铅钢管束耗能器另一种构造示意图如图3、图4、图5，它们也是由两排且每排三根，共计六根均灌了铅的钢管束组成。钢管束中每个钢管4的两端和中部分别与耗能器上部和下部以及中部设置的连接钢板1和7焊接在一起，组合成为“灌铅钢管束耗能器”。当在设置上部和下部连接钢板1的基础上同时也设置中部连接钢板7时，需在中部连接钢板7的有灌铅钢管束2的位置打孔，孔的大小恰好可穿过钢管4，当钢管4穿过中部钢板后再将中部连接钢板7与钢管4焊接。在上部、下部和中部的连接钢板1和7上分别设有螺栓连接孔5和6，以便与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的三个部件相连接。在地震作用下，结构上的三个部件将相互错动变形，并通过耗能器上部、下部和中部的连接钢板1和7拖动耗能器变形而消耗地震能量，上部、下部和中部的连接钢板1和7只传递作用力，并不参与耗能，其作用是拖动“灌铅钢管柱”束变形，并确保各“灌铅钢管柱”之间的协同工作，因此具有较强的复合耗能能力。例如，本耗能器若安装在柱间支撑，当结构层产生相对位移，忽略支撑构件的变形，耗能器上部、下部和中部设置的连接钢板1和7，产生上部和中部以及中部和下部的相对变形，耗能器中钢管4产生弯曲弹塑性滞回耗能；钢管中的铅3，弯剪塑性变形耗能，同时有挤压变形耗能。
灌铅钢管耗能器中特例的单一的“灌铅钢管柱”示意图6、图7，它由一根灌了铅的钢管，以及上部和下部或上部、下部以及中部的连接钢板组合成，中部加设连接钢板的方式与上一种耗能器的构造方式相同，此例中不再赘述，在此例中只考虑灌了铅的钢管与上部和下部连接钢板组合在一起的方案。钢管4的两端分别与耗能器上部和下部设置的连接钢板1焊接在一起，组合成为“灌铅钢管束耗能器”。在上部和下部的连接钢板1上均设有螺栓连接孔5，以便与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。在地震作用下，结构上的两个部件将相互错动变形，并通过耗能器上部和下部的连接钢板1拖动耗能器变形而消耗地震能量，上部和下部的连接钢板1只传递作用力，并不参与耗能，其作用是拖动“灌铅钢管柱”束变形，并确保“灌铅钢管柱”中钢管与铅的协同工作，因此具有较强的复合耗能能力。例如，本耗能器若安装在柱间支撑，当结构层产生相对位移，忽略支撑构件的变形，耗能器上部和下部设置的连接钢板1，产生相对变形，耗能器中钢管4会弯曲弹塑性滞回耗能；钢管中的铅3，则会弯剪塑性变形耗能，同时伴随有挤压变形耗能。
Claims (6)
1、一种灌铅钢管束耗能器，包括连接钢板，其特征在于：它还包括钢管(4)组成的钢管束(2)，钢管(4)内灌有的铅(3)，钢管(4)的两端与耗能器上部和下部设置的连接钢板(1)焊接在一起，或与上部、中部和下部设置的连接钢板焊接在一起。
2、根据权利要求1所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：当设置上部和下部连接钢板(1)的基础上同时也设置中部连接钢板(7)时，中部连接钢板(7)上在有灌铅钢管束(2)的位置打有恰好可穿过钢管(4)的孔，钢管(4)穿过中部连接钢板(7)，并与中部连接钢板(7)焊接。
3、根据权利要求1或2所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：在上部和下部或上部、中部和下部的连接钢板(1)或(7)上均设有螺栓连接孔(5)或(6)，与在地震作用下具有相互错动变形的结构上的两个部件相连接。
4、根据权利要求1所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：组成的钢管束(2)的钢管(4)为软钢钢管。
5、根据权利要求1或4所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：组成的钢管束(2)的钢管(4)至少为一根。
6、根据权利要求1或4所述的灌铅钢管束耗能器，其特征在于：钢管(4)采用圆钢管或方钢管。
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