專利名稱：裝配式鉛剪切阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種裝配式鉛剪切阻尼器，通過(guò)設(shè)定有效的鉛柱剪切面，消耗結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能量，對(duì)結(jié)構(gòu)起到消能減震(振)的作用。由于鉛耗能的有效性，該裝配式鉛剪切阻尼器可以廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的耗能支撐、橋梁減震等。
背景技術(shù)：
消能減震(振)技術(shù)是一種有效的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，它通過(guò)在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安裝耗能減震(振)裝置，以減小結(jié)構(gòu)在地震、大風(fēng)或其它動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。鉛阻尼器是一種廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)減震的有效阻尼器。常見的有鉛擠壓型和鉛剪切型。近些年來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)一些新型的鉛阻尼器，如北京工業(yè)大學(xué)閆維明等開發(fā)的轉(zhuǎn)動(dòng)式鉛剪切阻尼器和板式剪切型鉛阻尼器；轉(zhuǎn)動(dòng)式剪切阻尼器主要用于梁柱節(jié)點(diǎn)，地震中梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生變形傾斜時(shí)該阻尼器將發(fā)生作用；廣州大學(xué)周云等開發(fā)了鉛阻尼筒減震器。既有研究表明，鉛阻尼器(剪切型、擠壓型)具有以下特點(diǎn)(1)在小變形下即可獲得良好的耗能能力；(2)除圓柱型阻尼器外，其他阻尼器滯回環(huán)曲線具有典型的“庫(kù)倫摩擦”特性，力學(xué)模型簡(jiǎn)單；C3)荷載頻率和循環(huán)次數(shù)對(duì)工作性能影響較小，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性；(4)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便。圖1和圖2分別是一種常見鉛擠壓和鉛剪切阻尼器。前者通過(guò)帶凸緣的中心軸擠壓封閉腔體內(nèi)的鉛，以消耗能量；后者通過(guò)鉛柱發(fā)生剪切變形消耗能量。圖1所示鉛擠壓阻尼器的缺點(diǎn)在于對(duì)封閉腔體灌鉛工藝較為復(fù)雜；圖2所示鉛剪切阻尼器的缺點(diǎn)是鉛柱與滑動(dòng)板以及上下蓋板的有效連接較為困難。本發(fā)明根據(jù)既有鉛阻尼器的特點(diǎn)，構(gòu)造一種新型的裝配式鉛剪切阻尼器，在很大程度上解決了灌鉛工藝復(fù)雜、鉛柱連接復(fù)雜等問(wèn)題。本發(fā)明提出的裝配式鉛剪切阻尼器可以廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的耗能支撐、橋梁減震等；具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，耗能效果優(yōu)的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、性能穩(wěn)定、耗能能力強(qiáng)的裝配式鉛剪切阻尼
ο技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種裝配式鉛擠壓阻尼器，包括中間拉板、端部連接板、鉛柱、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板和端部連接板的兩側(cè)，在中間拉板上設(shè)有中層鉛柱孔和中層銷孔，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板，所述的內(nèi)層拉板包括內(nèi)層拉板本體，在內(nèi)層拉板本體上設(shè)有內(nèi)層鉛柱孔和長(zhǎng)圓形限位孔且內(nèi)層鉛柱孔位于內(nèi)層拉板本體的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體連接，在中間拉板的中層銷孔中設(shè)有連接銷且所述連接銷穿過(guò)內(nèi)層拉板的長(zhǎng)圓形限位孔，所述內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔同軸，鉛柱位于內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔中。有益效果本發(fā)明提供了一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、性能穩(wěn)定的裝配式鉛剪切阻尼器。所涉及的部件通過(guò)簡(jiǎn)單的組裝即可，既無(wú)需灌鉛，亦無(wú)需設(shè)置復(fù)雜的構(gòu)造以連接鉛柱和鋼板。既有研究表明，鉛阻尼器耗能能力強(qiáng)，不受工作硬化或疲勞的影響，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性，可廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的減振(震)耗能。本發(fā)明提出的裝配式鉛剪切阻尼器具有傳統(tǒng)鉛阻尼器的共性。鉛剪切阻尼器的耗能能力與剪切鉛面積直接相關(guān)，因而可以通過(guò)改變鉛柱的剪切面積，以達(dá)到耗能和輸出阻尼力的要求。常見改變鉛柱剪切面積的方法包括(1) 增大鉛柱直徑；( 增加鉛柱剪切面的數(shù)量。為說(shuō)明該阻尼器的耗能效果，基于有限元平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單算例以資說(shuō)明。簡(jiǎn)化起見， 忽略裝配板間的摩擦以及其他對(duì)阻尼器輸出力影響較小的因素，以4個(gè)鉛柱剪切面為例， 基于Abaqus平臺(tái)分析該阻尼器的耗能特性。有限元模型中采取如下假定(1)鋼板與鉛柱的接觸摩擦系數(shù)為0. 02 ； (2)鉛的材料特性采取理想彈塑性本構(gòu)，泊松比取0. 42以考慮其壓縮性小的特點(diǎn)；C3)鋼板僅發(fā)生彈性變形。假定鉛柱直徑為100mm、鋼板厚度為20mm，建立非線性有限元分析模型如圖3所示，單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為24840和15380。采用8節(jié)點(diǎn)縮減積分實(shí)體單元C3D8R模擬鉛柱與鋼板；鉛柱的網(wǎng)格密度大于鋼板的網(wǎng)格密度以有利于非線性求解收斂；鉛柱與鋼板間設(shè)置硬接觸，即鉛柱不可穿透鋼板；約束鉛柱沿軸向的平動(dòng)自由度。由于鉛柱在剪切過(guò)程中變形較大，為節(jié)約計(jì)算時(shí)間和便于模型收斂，文中采用Explicit求解器進(jìn)行擬靜力分析，并對(duì)鉛柱單元進(jìn)行質(zhì)量縮放。非線性擬靜力分析中同時(shí)考慮材料與幾何非線性。鋼板一端節(jié)點(diǎn)設(shè)置固定邊界，另一端節(jié)點(diǎn)設(shè)置平動(dòng)速度邊界條件，速度加載歷程如圖4所示，對(duì)應(yīng)的端部位移時(shí)程如圖5所示。該阻尼器的滯回曲線如圖6所示，由圖6可見，⑴該滯回環(huán)較為飽滿，耗能能力強(qiáng)O)阻尼器的初始剛度較大，一旦鉛柱發(fā)生部分剪切破壞，其阻尼器輸出力變化較小，鉛柱屈服后的剛度與鋼板的剛度有關(guān)；(3)滯回曲線上毛刺部分是由于鉛柱變形劇烈而造成的。就算例而言，該阻尼器的最大輸出力約440kN，增大阻尼力的方法如前所述。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。圖1傳統(tǒng)鉛擠壓阻尼器。圖2傳統(tǒng)鉛剪切阻尼器。圖3裝配式鉛剪切阻尼器簡(jiǎn)化有限元模型。圖4速度加載時(shí)程。圖5位移時(shí)程。圖6裝配式鉛剪切阻尼器的位移-荷載曲線。圖7中間拉板三維視圖。圖8外層拉板三維視圖。圖9內(nèi)層拉板三維視圖。圖10端部連接板三維視圖。
圖11襯板三維視圖。圖12鉛柱三維視圖。圖13鉛柱封板三維視圖。圖14裝配式鉛擠壓阻尼器平面圖。圖15裝配式鉛擠壓阻尼器立面圖。圖16圖14中的A-A剖面。圖17圖15中的B-B剖面。圖18裝配式鉛剪切阻尼器三維視圖(不含封板)。圖19裝配式鉛剪切阻尼器三維視圖。以上的圖中有中間拉板(1)、端部連接板、鉛柱(9)、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板、連接銷(8)、第一鉛柱封板(61)及第二鉛柱封板(6 第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板(22)。
具體實(shí)施例方式一種裝配式鉛剪切阻尼器，包括中間拉板1、端部連接板4、鉛柱9、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板1和端部連接板4的兩側(cè)，在中間拉板1上設(shè)有中層鉛柱孔11和中層銷孔12，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板3，所述的內(nèi)層拉板3包括內(nèi)層拉板本體30，在內(nèi)層拉板本體30上設(shè)有內(nèi)層鉛柱孔31和長(zhǎng)圓形限位孔32且內(nèi)層鉛柱孔31位于內(nèi)層拉板本體30的一端，所述端部連接板4的另一端與內(nèi)層拉板本體30連接，在中間拉板1的中層銷孔12中設(shè)有連接銷8且所述連接銷8穿過(guò)內(nèi)層拉板3的長(zhǎng)圓形限位孔32，所述內(nèi)層鉛柱孔31與中層鉛柱孔11同軸，鉛柱9位于內(nèi)層鉛柱孔31與中層鉛柱孔11中。在本實(shí)施例中，在第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板的外側(cè)分別設(shè)有第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22，所述連接銷8向外延伸并分別穿過(guò)第一外側(cè)拉板21的一端和第二外側(cè)拉板22的一端，第一外側(cè)拉板21的另一端和第二外側(cè)拉板22的另一端分別與中間拉板1連接，所述鉛柱9向外延伸并分別穿過(guò)第一外側(cè)拉板21的一端和第二外側(cè)拉板22。在第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22分別設(shè)有用于覆蓋鉛柱9的第一鉛柱封板 61及第二鉛柱封板62。實(shí)施案例如圖19所示實(shí)施案例中間拉板1與第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板可以采用高強(qiáng)螺栓7連接固定；端部連接板4與第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板亦可采用高強(qiáng)螺栓7連接固定；第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22與中間拉板1之間空隙采用襯板5填平，高強(qiáng)螺栓7穿過(guò)第一外側(cè)拉板21、第二外側(cè)拉板22、中間拉板1和襯板5，施加一定的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行緊固。連接銷(8)也可以采用高強(qiáng)螺栓，對(duì)3內(nèi)層拉板、第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板 22施加一定的預(yù)應(yīng)力，以提高摩擦效果、增強(qiáng)耗能能力。中心拉板1與端部連接板4端部可與相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行焊接或螺栓連接以安裝至需減震的結(jié)構(gòu)中。內(nèi)層拉板3的長(zhǎng)圓形限位孔32的長(zhǎng)度需視減震要求設(shè)置，長(zhǎng)圓孔32的長(zhǎng)度應(yīng)接近減震結(jié)構(gòu)需求位移限值的2倍。
采用高強(qiáng)螺栓連接的端面需進(jìn)行摩擦面處理，施擰需考慮高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)規(guī)范的預(yù)緊力。高強(qiáng)限位螺栓8 —方面限制鉛柱9兩側(cè)拉板繞鉛柱轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面可以提供一定的摩擦力，有利于裝配式鉛剪切阻尼器的耗能能力。高強(qiáng)限位螺栓8預(yù)緊力可考慮設(shè)計(jì)值的一半，過(guò)大的預(yù)緊力會(huì)導(dǎo)致阻尼器的初始剛度過(guò)大，且不利于裝配式鉛剪切阻尼器的結(jié)構(gòu)安全。
權(quán)利要求
1.一種裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，包括中間拉板(1)、端部連接板、鉛柱 (9)、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板(1) 和端部連接板⑷的兩側(cè)，在中間拉板⑴上設(shè)有中層鉛柱孔(11)和中層銷孔(12)，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板(3)，所述的內(nèi)層拉板C3)包括內(nèi)層拉板本體(30)，在內(nèi)層拉板本體(30)上設(shè)有內(nèi)層鉛柱孔(31)和長(zhǎng)圓形限位孔(3 且內(nèi)層鉛柱孔(31)位于內(nèi)層拉板本體(30)的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體(30) 連接，在中間拉板(1)的中層銷孔(12)中設(shè)有連接銷(8)且所述連接銷(8)穿過(guò)內(nèi)層拉板 (3)的長(zhǎng)圓形限位孔(32)，所述內(nèi)層鉛柱孔(31)與中層鉛柱孔(11)同軸，鉛柱(9)位于內(nèi)層鉛柱孔(31)與中層鉛柱孔(11)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，在第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板的外側(cè)分別設(shè)有第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板(22)，所述連接銷(8)向外延伸并分別穿過(guò)第一外側(cè)拉板的一端和第二外側(cè)拉板0 的一端，第一外側(cè)拉板的另一端和第二外側(cè)拉板0 的另一端分別與中間拉板(1)連接，所述鉛柱(9)向外延伸并分別穿過(guò)第一外側(cè)拉板的一端和第二外側(cè)拉板02)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，在第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板0 分別設(shè)有用于覆蓋鉛柱(9)的第一鉛柱封板(61)及第二鉛柱封板 (62)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種裝配簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的裝配式鉛剪切阻尼器。該阻尼器包括，中間拉板、端部連接板、鉛柱、第一及第二內(nèi)層拉板，第一、第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板和端部連接板兩側(cè)，在中間拉板上設(shè)有中層鉛柱孔和中層銷孔，所述第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板，所述內(nèi)層拉板包括內(nèi)層拉板本體，在內(nèi)層拉板本體上設(shè)有內(nèi)層鉛柱孔和長(zhǎng)圓形限位孔且內(nèi)層鉛柱孔位于內(nèi)層拉板本體的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體連接，在中間拉板的中層銷孔中設(shè)有連接銷且連接銷穿過(guò)內(nèi)層拉板的長(zhǎng)圓形限位孔，所述內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔同軸，鉛柱位于內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔中。改變鉛柱的剪切面積，如增加鉛柱直徑或鉛柱剪切面的數(shù)量，可增大輸出力。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102155057SQ20111013081
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者李愛群, 焦?？?申請(qǐng)人:東南大學(xué)