剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，包括兩塊L形連接鋼板、矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片和套箍件；所述兩塊L形連接鋼板相對設置，所述矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片橫向安裝在兩塊L形連接鋼板之間；矩形鋼片耗能組件由矩形軟鋼耗能鋼片和矩形鋼片連接板組成，圓形軟鋼耗能組件由圓形軟鋼耗能棒與圓形棒連接板組成，矩形鋼片連接板和圓形棒連接板分別通過高強螺栓與L形連接鋼板連接。本發(fā)明有效地解決了傳統阻尼器減震耗能水準單一缺陷，而且易于安裝更換、空間占有率小、對建筑功能和外觀影響較小、受力分階段清晰、并具有耗能的能力強、實用性與耐久性好。
【專利說明】剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程抗震與減震領域，尤其涉及結構的被動減震控制系統中的金屬耗能阻尼器，具體來說是一種可以為增加建筑結構阻尼、減少結構地震響應的新型剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器。
【背景技術】
[0002]金屬耗能阻尼器是利用金屬材料不同構成形式進入塑性后的滯回來耗能。由于軟鋼等金屬材料進入塑性后具有良好的滯回能力，因而被廣泛運用制造各種形式的阻尼器。從受力形式上可分為軸向屈服型、剪切屈服型、彎曲屈服型和扭轉屈服型阻尼器。目前常見的阻尼器產品有:X型和三角形阻尼器、剪切型軟鋼阻尼器、扭轉梁耗能器、彎曲梁耗能器、U行鋼板耗能器、鋼棒耗能器、圓環(huán)耗能器、加勁圓環(huán)耗能器等。相對于黏滯阻尼器、粘彈性阻尼器等阻尼器，金屬阻尼器具有易加工、易維護、滯回耗能能力穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，因此被廣泛應用于工程結構的減隔震領域。
[0003]目前已有的阻尼器大多形式單一，無法同時滿足小震、中震和大震時的要求。許多阻尼器只在大震下起作用，小震時阻尼器則在彈性狀態(tài)，能量則由主體結構來耗散，從而造成了主體結構一定程度上的損傷；另外一些阻尼器屈服位移較小，小震屈服耗能良好，在大震時也有較好的耗能，但這類阻尼器附加給結構的剛度也較大，反而導致地震作用的增大。另一方面，當小震時阻尼器就已進入塑性變形，而未經大震需要全部更換，這樣經濟性較差。而地震也一般伴隨著王震、余震或群震，而余震大多會緊隨王震之后，且震級往往較大，延續(xù)時間較長，故研發(fā)多階段耗能且耗能能力強的阻尼器成為當務之急。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現有金屬耗能阻尼器存在的耗能單一的缺陷，提出了一種能夠根據地震的大小實現不同耗能狀態(tài)的新型剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案為:一種剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，包括兩塊L形連接鋼板、矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片和套箍件；
[0006]所述兩塊L形連接鋼板相對設置，所述矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片橫向安裝在兩塊L形連接鋼板之間；
[0007]所述矩形鋼片耗能組件由矩形軟鋼耗能鋼片和矩形鋼片連接板組成，兩片并行設置的矩形軟鋼耗能鋼片的兩端焊接有矩形鋼片連接板；所述圓形軟鋼耗能組件由圓形軟鋼耗能棒與圓形棒連接板組成，兩個并行設置的圓形軟鋼耗能棒的兩端焊接有圓形棒連接板；
[0008]所述矩形鋼片連接板和圓形棒連接板分別通過高強螺栓與L形連接鋼板連接，所述X形軟鋼耗能鋼片的兩端伸出L形連接鋼板，并與套箍件連接；
[0009]所述矩形軟鋼耗能鋼片的面設置成水平面，X形軟鋼耗能鋼片的面設置成垂直面。
[0010]作為優(yōu)選，所述矩形軟鋼耗能鋼片、圓形軟鋼耗能棒、X形軟鋼耗能鋼片采用屈服強度在100MPa-225MPa之間的軟鋼制成。
[0011]作為優(yōu)選，所述L形連接鋼板、矩形鋼片連接板、圓形棒連接板和套箍件采用屈服強度大于等于235MPa的鋼材制成。
[0012]作為優(yōu)選，所述矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片橫向安裝在兩塊L形連接鋼板之間的排列方式為:由上、下并排的兩列組成，每列均是矩形鋼片耗能組件在中間、矩形鋼片耗能組件的兩側是圓形軟鋼耗能組件、圓形軟鋼耗能組件兩外側是X形軟鋼耗能鋼片。
[0013]作為優(yōu)選，所述L形連接鋼板的水平面部分通過高強螺栓與建筑結構相連。
[0014]本發(fā)明相比現有技術有如下優(yōu)點:
[0015]本發(fā)明通過采用不同形狀及耗能方式的軟鋼耗能組件組成，矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件和X形鋼片耗能鋼片安裝在L形連接鋼板的腔體內，其中矩形軟鋼耗能組件初始剛度大、耗能能力強、屈服位移較小，屬于剪切型，小震時矩形軟鋼耗能鋼片經歷較小的位移可進入塑性耗能；圓形軟鋼耗能組件初始剛度較矩形軟鋼耗能鋼片小，耗能能力強且韌性好，屬于剪彎型，進入中震時圓形軟鋼耗能組件逐步進入塑性耗能，與矩形軟鋼耗能鋼片共同耗能，同時起著很好的過渡作用；X形軟鋼耗能鋼片初始剛度小、屈服位移較大，屬于彎曲型，大震時X形軟鋼耗能鋼片開始屈服，與矩形軟鋼耗能鋼片與圓形軟鋼耗能組件共同耗能，從而實現阻尼器的分階段屈服耗能的效果。
[0016]本發(fā)明有效地解決了傳統阻尼器減震耗能水準單一缺陷，而且易于安裝更換、空間占有率小、對建筑的功能和外觀影響較小、受力分階段清晰、制造成本低，并具有耗能的能力強、實用性與耐久性好。
[0017]本發(fā)明在實際工程設計中，可以根據實際要求調節(jié)組成部件的尺寸、數量、材料等參數制作不同初始剛度、塑性滯回耗能能力的阻尼器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的阻尼器立體結構示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的阻尼器內部布置示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的矩形鋼片耗能組件結構示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的圓形軟鋼耗能組件結構示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的阻尼器安裝結構側面示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明的阻尼器在建筑結構中采用中間柱型安裝的示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明的阻尼器在建筑結構中采用支撐型安裝的示意圖。
[0025]其中:1 一L形連接鋼板；2—矩形軟鋼耗能鋼片；3—矩形鋼片連接板；4一圓形軟鋼耗能棒；5 —圓形棒連接板；6 — X形軟鋼耗能鋼片；7—套箍件；8—矩形鋼片耗能組件；9 一圓形軟鋼耗能組件。
【具體實施方式】
[0026]下面結合【具體實施方式】和附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0027]如圖1-5所示:一種剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，該阻尼器由兩塊L形連接鋼板1、矩形軟鋼耗能鋼片2、矩形鋼片連接板3、圓形軟鋼耗能棒4、圓形棒連接板5、X形軟鋼耗能鋼片6和套箍件7組成；其中，兩塊并行設置的矩形軟鋼耗能鋼片2與上下兩塊矩形鋼片連接板3垂直焊接構成矩形鋼片耗能組件8 ;兩個圓形軟鋼耗能棒4與上下兩塊圓形棒連接板5垂直焊接構成圓形軟鋼耗能組件9 ;矩形鋼片耗能組件8、圓形軟鋼耗能組件9可分別通過高強螺栓與L形連接鋼板I相連；X形軟鋼耗能鋼片6和兩端伸出L形連接鋼板I的部分與套箍件7連接。其中X形軟鋼耗能鋼片6、矩形鋼片耗能組件8和圓形軟鋼耗能組件9的數量可根據實際工程需要選用山形側鋼板I的水平面部分通過高強螺栓與建筑結構相連。
[0028]本發(fā)明的剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器是依靠軟鋼材料在外力作用下進入塑性狀態(tài)滯回耗能吸收能量。為了讓阻尼器可以盡早地進入工作狀態(tài)，耗能材料軟鋼的屈服強度不宜過高且具有較大的延性，所以矩形軟鋼耗能鋼片2、圓形軟鋼耗能棒4、X形軟鋼耗能鋼片6采用屈服強度在100MPa-225MPa之間的軟鋼制成，其尺寸可根據實際方案中耗能要求確定。另外為保證阻尼器性能的穩(wěn)定，L形連接鋼板1、矩形鋼片連接板3、圓形棒連接板5和套箍件7都采用屈服強度不低于235MPa的鋼材制成，并具有一定的厚度。在實際工程設計中，可以根據實際要求調節(jié)組成部件的尺寸、數量、材料等參數制作不同初始剛度、塑性滯回耗能能力的阻尼器。
[0029]實施例1
[0030]本發(fā)明采用中間柱型安裝在建筑結構中時，如圖6所示，數個剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器組合在一起，安裝于建筑的主體結構中。剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器上部的L形側鋼板的頂部水平面部分通過高強螺栓與樓層的上梁相連，下部的L形側鋼板I的底部水平面部分通過高強螺栓與樓層下部的墻型支撐相連。當發(fā)生地震時，每個阻尼器中的兩個L形側鋼板產生相對位移，小震時由于矩形軟鋼耗能組件屈服位移較小，很小位移時首先開始進行塑性變形耗能，這是第一階段的耗能，可以耗散小震時地震能量；中震時圓形軟鋼耗能組件初始剛度較矩形軟鋼耗能組件小，耗能能力強且韌性好，屬于剪彎型，進入中震時圓形軟鋼耗能組件逐步進入塑性耗能，與矩形軟鋼耗能組件共同耗能，同時起著很好的過渡作用，此為第二階段屈服耗能；大震時由于X形軟鋼耗能鋼片初始剛度小、屈服位移較大，屬于彎曲型，大震時X形軟鋼耗能鋼片開始屈服，與矩形軟鋼耗能組件與圓形軟鋼耗能組件共同耗能，耗散地震能量，此為第三階段屈服耗能。實際使用中X形軟鋼耗能鋼片的數量相對較多，可作為耗能儲備在大震時消耗更多的能量，最終保護主體結構安全的目的。
[0031]實施例2
[0032]本發(fā)明采用支撐型安裝在建筑結構中時，如圖7所示，數個剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器組合在一起，安裝于建筑的主體結構中。剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器上部的L形側鋼板的頂部水平面部分通過高強螺栓與樓層的上梁相連，下部的L形側鋼板的底部水平面部分通過高強螺栓與樓層下部的主梁上設置的人字形鋼支撐相連，支撐起到固定阻尼器的作用。當發(fā)生地震時，每個阻尼器中的兩個L形側鋼板產生相對位移，小震時由于矩形軟鋼耗能組件屈服位移較小，很小位移時首先開始進行塑性變形耗能，這是第一階段的耗能，可以耗散小震時地震能量；中震時圓形軟鋼耗能組件初始剛度較矩形軟鋼耗能組件小，耗能能力強且韌性好，屬于剪彎型，進入中震時圓形軟鋼耗能組件逐步進入塑性耗能，與矩形軟鋼耗能組件共同耗能，同時起著很好的過渡作用，此為第二階段屈服耗能；大震時由于X形軟鋼耗能鋼片初始剛度小、屈服位移較大，屬于彎曲型，大震時X形軟鋼耗能鋼片開始屈服，與矩形軟鋼耗能組件與圓形軟鋼耗能組件共同耗能，耗散地震能量，此為第三階段屈服耗能。實際使用中X形軟鋼耗能鋼片的數量相對較多，可作為耗能儲備在大震時消耗更多的能量，最終保護主體結構安全的目的。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于：包括兩塊L形連接鋼板、矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片和套箍件； 所述兩塊L形連接鋼板相對設置，所述矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片橫向安裝在兩塊L形連接鋼板之間； 所述矩形鋼片耗能組件由矩形軟鋼耗能鋼片和矩形鋼片連接板組成，兩片并行設置的矩形軟鋼耗能鋼片的兩端焊接有矩形鋼片連接板；所述圓形軟鋼耗能組件由圓形軟鋼耗能棒與圓形棒連接板組成，兩個并行設置的圓形軟鋼耗能棒的兩端焊接有圓形棒連接板； 所述矩形鋼片連接板和圓形棒連接板分別通過高強螺栓與L形連接鋼板連接，所述X形軟鋼耗能鋼片的兩端伸出L形連接鋼板，并與套箍件連接； 所述矩形軟鋼耗能鋼片的面設置成水平面，X形軟鋼耗能鋼片的面設置成垂直面。
2.根據權利要求I所述的剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于：所述矩形軟鋼耗能鋼片、圓形軟鋼耗能棒、X形軟鋼耗能鋼片采用屈服強度在100MPa-225MPa之間的軟鋼制成。
3.根據權利要求I所述的剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于：所述L形連接鋼板、矩形鋼片連接板、圓形棒連接板和套箍件采用屈服強度大于等于235MPa的鋼材制成。
4.根據權利要求I所述的剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于：所述矩形鋼片耗能組件、圓形軟鋼耗能組件、X形軟鋼耗能鋼片橫向安裝在兩塊L形連接鋼板之間的排列方式為：由上、下并排的兩列組成，每列均是矩形鋼片耗能組件在中間、矩形鋼片耗能組件的兩側是圓形軟鋼耗能組件、圓形軟鋼耗能組件兩外側是X形軟鋼耗能鋼片。
5.根據權利要求I所述的剪切與彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于：所述L形連接鋼板的水平面部分通過高強螺栓與建筑結構相連。
【文檔編號】E04B1/98GK103696502SQ201310660903
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王曙光, 王學峰, 劉偉慶, 杜東升 申請人:南京工業(yè)大學