專(zhuān)利名稱(chēng)：一種粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，涉及一種組合耗能器，可應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)風(fēng)振及減震控制。
背景技術(shù)：
建筑結(jié)構(gòu)的消能減振是指在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置適當(dāng)?shù)南懿考?，消能部件可由耗能減振裝置及斜撐、墻體、梁或節(jié)點(diǎn)等支撐構(gòu)件組成。粘彈性阻尼器是一種典型的被動(dòng)控制裝置，無(wú)需較大的相對(duì)變形就能發(fā)揮振動(dòng)控制效果，能同時(shí)用于結(jié)構(gòu)地震及風(fēng)振控制。然而由于粘彈性材料的抗剪及變形能力有限，導(dǎo)致其耗能能力有限，導(dǎo)致粘彈性阻尼器應(yīng)用于風(fēng)振和減震控制有較大差別。與風(fēng)振控制相比，減震控制需要提供更大的阻尼力。金屬剪切板作為一種位移型阻尼器，是利用板平面內(nèi)的彈塑性剪切滯回變形耗散地震輸入能量。低屈服點(diǎn)軟鋼的引入能確保剪切板在較小的變形需求下進(jìn)入屈服狀態(tài)，在腹板屈曲前充分發(fā)揮剪切變形能力和耗能潛力，實(shí)現(xiàn)全板面剪切耗能，尤其在強(qiáng)震作用下具有優(yōu)越的減震效果。隨著高層建筑風(fēng)振和減震控制一體化趨勢(shì)及不同耗能機(jī)制阻尼器組合方式的優(yōu)化，組合消能減震裝置顯示出了更大的性能優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。因此，有必要提供一種組合耗能器，以同時(shí)發(fā)揮不同耗能器的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)振和減震控制的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器。本發(fā)明的方案如下:一種粘彈性 -軟鋼剪切型組合耗能器，包括粘粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件，所述剪切耗能組合板件包括水平隔板、耗能腹板以及連接端板，所述水平隔板與所述連接端板分別固定于所述耗能腹板上下兩端，所述粘彈性阻尼器設(shè)于所述水平隔板之上，包括由U型蓋板以及位于所述U型蓋板和所述水平隔板之間粘彈性阻尼夾層。所述耗能腹板上設(shè)有翼緣板，所述翼緣板豎向設(shè)置，對(duì)稱(chēng)固定于所述耗能腹板兩側(cè)。所述耗能腹板上還設(shè)有加勁肋，所述加勁肋分別水平及豎向設(shè)置，固定于所述耗能腹板板面上。所述U型蓋板的兩側(cè)板和所述水平隔板之間橫向設(shè)有減振彈簧，所述減振彈簧連接所述U型蓋板和所述水平隔板。所述減振彈簧為鋼制彈簧。所述粘彈性阻尼層與U型蓋板I以及水平隔板3硫化粘結(jié)。所述U型蓋板、所述水平隔板、所述連接端板以及所述翼緣板由屈服強(qiáng)度不小于235MPa的鋼材制成。所述耗能腹板由屈服強(qiáng)度不大于235MPa的軟鋼制成。
所述粘彈性阻尼層的材料為高分子聚合物。所述粘彈性-剪切型組合耗能器可采用立柱式或支撐式兩種布置形式。本發(fā)明的有益效果如下:一種粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，在風(fēng)振或小震等較小振動(dòng)條件下，粘彈性阻尼器提供阻尼力，耗能腹板保持彈性狀態(tài)；在強(qiáng)震作用下，當(dāng)粘彈性阻尼層剪切變形達(dá)到預(yù)設(shè)限值，粘彈性阻尼器作為一個(gè)整體與連接端板之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)耗能腹板產(chǎn)生剪切變形，形成剪切屈服。粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件協(xié)同工作，通過(guò)剪切滯回變形耗散輸入結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同時(shí)控制風(fēng)振和減震的目的。


圖1為其中一實(shí)施例的主視示意圖；圖2為其中一實(shí)施例的左視示意圖；圖3為其中一實(shí)施例的A-A剖面示意圖；圖4為其中一實(shí)施例的B-B剖面示意圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的立柱式安裝示意圖；圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的第一支撐式安裝示意圖；圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的第二支撐式安裝示意圖；圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1-U型蓋板；2_粘彈性阻尼層；3_水平隔板；4_減振彈簧；5-耗能腹板；6-連接端板；7_翼緣板；8_加勁肋。
具體實(shí)施例方式如圖1 4所示，一種粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器10，包括粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件。剪切耗能組合板件包括水平隔板3、耗能腹板5以及連接端板6，水平隔板3與連接端板6分別固定于耗能腹板5的上下兩端，本實(shí)施例采用焊接方式固定。粘彈性阻尼器設(shè)于水平隔板3上，包括由U型蓋板I以及位于U型蓋板I和水平隔板3之間粘彈性阻尼夾層2。粘彈性阻尼層2與U型蓋板I及水平隔板3之間硫化粘結(jié)。U型蓋板I的長(zhǎng)度大于粘彈性阻尼夾層2的長(zhǎng)度，包圍粘彈性阻尼夾層2，使得粘彈性阻尼層2發(fā)生剪切變形時(shí)，粘彈性阻尼層2的位移范圍限制在U型蓋板I的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，以防止粘彈性阻尼層2超過(guò)最大變形程度，導(dǎo)致組合耗能器損壞。如圖4所示，耗能腹板5上還設(shè)有翼緣板7以及加勁肋8。翼緣板7豎向設(shè)置，對(duì)稱(chēng)固定于耗能腹板5兩側(cè)，加勁肋8分別水平及豎向設(shè)置，固定于耗能腹板5的板面上。本實(shí)施例中，翼緣板7以及加勁肋8采用焊接方式固定于耗能腹板5上。耗能腹板5產(chǎn)生平面內(nèi)剪切變形時(shí)，為了延緩其出現(xiàn)平面外屈曲，避免耗能腹板5出現(xiàn)強(qiáng)度和剛度的退化，故在耗能腹板5上設(shè)置加勁肋8，以減小耗能腹板5的寬厚比，確保其在屈曲前充分發(fā)展彈塑性變形，形成穩(wěn)定的剪切耗能機(jī)制。翼緣板7能約束耗能腹板5邊界轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過(guò)彎曲變形承擔(dān)部分剪力。U型蓋板1、水平隔板3、連接端板6及豎向翼緣板7由屈服強(qiáng)度不小于235MPa的鋼材制成，其尺寸應(yīng)滿(mǎn)足剛性要求。耗能腹板5由不大于235MPa的軟鋼制成，其尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)耗能需求確定。粘彈性阻尼層2為高分子聚合物材料，與U型蓋板I及水平隔板3硫化粘結(jié)，其尺寸根據(jù)減震需求確定。加勁肋8根據(jù)耗能腹板5防屈曲要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。U型蓋板I的兩側(cè)板和水平隔板3之間橫向設(shè)有減振彈簧4。減振彈簧4連接U型蓋板I和水平隔板3。本實(shí)施例中，減振彈簧4為鋼制彈簧，兩端分別與U型蓋板I及水平隔板3連接。減振彈簧的初始長(zhǎng)度，即U型蓋板I與水平隔板3之間的水平間隙距離，取決于粘彈性材料的變形限值和剪切板屈服位移，減振彈簧的剛度應(yīng)根據(jù)粘彈性阻尼層耗能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在U型蓋板I和水平隔板3之間設(shè)置減振彈簧4，既可以增加組合耗能器的減震功效，同時(shí)防止工作中，U型蓋板I和水平隔板3由于水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的碰撞。下面結(jié)合本發(fā)明在框架結(jié)構(gòu)中的安裝示意圖說(shuō)明本發(fā)明的工作原理。如圖5所示，第一實(shí)施例中，本發(fā)明選取立柱式布置形式，即粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器10通過(guò)上下兩個(gè)支柱20連接于框架梁上，安裝于樓層高度的中間位置。如6和圖7所示，第二實(shí)施例中，本發(fā)明選取支撐式布置形式。圖6中，粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器10通過(guò)斜撐連接于框架上，可布置于框架梁底部與人字形支撐頂部之間；圖7中本發(fā)明采用X型支撐形式布置于樓層高度的中間位置。兩者相比，支撐式布置形式彈性剛度相對(duì)較大，能確保組合耗能器發(fā)揮較大的耗能能力。立柱式布置形式占用建筑空間較小，可滿(mǎn)足下部通行要求。第一和第二實(shí)施例中，本發(fā)明可采用螺栓連接或者焊接的方式進(jìn)行裝配。具體而言，圖5至圖7中所示的支柱20或斜撐30首先與框架梁上預(yù)埋部件連接。然后粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器10的U型蓋板I與連接端板6上分別開(kāi)有螺孔，通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接副與支柱20或斜撐30的連接端板相連，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的安裝，保證剪力傳遞。在實(shí)際裝配中，也可通過(guò)焊接的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明與支柱20或者斜撐30相連，或者在采用螺栓連接后，通過(guò)焊接進(jìn)一步加強(qiáng)連接強(qiáng)度。由于兩種布置形式均采用現(xiàn)場(chǎng)裝配，質(zhì)量易于控制，便于震損替換。安裝完畢后，當(dāng)外部激勵(lì)引起框架層間相對(duì)位移時(shí)，U型蓋板I與水平隔板3產(chǎn)生往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)粘彈性阻尼層2產(chǎn)生剪切滯回變形，提供阻尼力，同時(shí)兩側(cè)減振彈簧4分別軸向拉伸和擠壓，耗能腹板則保持彈性狀態(tài)。當(dāng)層間位移增大到一定程度，減振彈簧4達(dá)到軸向變形極限值時(shí)，即粘彈性阻尼層2剪切變形達(dá)到預(yù)設(shè)限值，此時(shí)，U型蓋板1、粘彈性阻尼層2、水平隔板3及減振彈簧4將作為一個(gè)整體與連接端板6之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)耗能腹板5產(chǎn)生剪切變形，并形成剪切屈服，當(dāng)U型蓋板I與水平隔板3之間的相對(duì)位移增量改變方向后，粘彈性阻尼層2產(chǎn)生反向剪切變形，如此往復(fù)，粘彈性阻尼層2和耗能腹板5協(xié)同工作，通過(guò)剪切滯回變形耗散輸入結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)現(xiàn)第一實(shí)施例的消能減震(振)目的。本發(fā)明所提供的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器10，粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件協(xié)同工作，通過(guò)剪切滯回變形耗散輸入結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同時(shí)控制風(fēng)振和減震的目的。 上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:包括粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件，所述剪切耗能組合板件包括水平隔板、耗能腹板以及連接端板，所述水平隔板與所述連接端板分別固定于所述耗能腹板上下兩端，所述粘彈性阻尼器設(shè)于所述水平隔板之上，包括由U型蓋板以及位于所述U型蓋板和所述水平隔板之間粘彈性阻尼夾層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述耗能腹板上設(shè)有翼緣板，所述翼緣板豎向設(shè)置，對(duì)稱(chēng)固定于所述耗能腹板兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述耗能腹板上還設(shè)有加勁肋，所述加勁肋分別水平及豎向設(shè)置，固定于所述耗能腹板板面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述U型蓋板的兩側(cè)板和所述水平隔板之間橫向設(shè)有減振彈簧，所述減振彈簧連接所述U型蓋板和所述水平隔板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述減振彈黃為鋼制彈黃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述粘彈性阻尼層與U型蓋板 I以及水平隔板3硫化粘結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述U型蓋板、所述水平隔板、所述連接端板以及所述翼緣板由屈服強(qiáng)度不小于235MPa的鋼材制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述耗能腹板由屈服強(qiáng)度不大于235MPa的軟鋼制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述粘彈性阻尼層的材料為高分子聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的任一項(xiàng)粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，其特征在于:所述粘彈性-剪切型組合耗能器采用立柱式或支撐式布置形式。
全文摘要
一種粘彈性-軟鋼剪切型組合耗能器，包括粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件，剪切耗能組合板件包括水平隔板、耗能腹板以及連接端板，水平隔板與連接端板分別固定于耗能腹板上下兩端，粘彈性阻尼器設(shè)于水平隔板之上，包括由U型蓋板以及位于U型蓋板和水平隔板之間粘彈性阻尼夾層。粘彈性阻尼器和剪切耗能組合板件協(xié)同工作，通過(guò)剪切滯回變形耗散輸入結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同時(shí)控制風(fēng)振和減震的目的。
文檔編號(hào)E04B1/98GK103216022SQ20131012849
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者呂西林, 朱奇云 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)