本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)的消能減震領(lǐng)域，涉及一種減震分級(jí)屈服阻尼器。

背景技術(shù)：

消能減震技術(shù)是當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的抗震技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外得到了普遍應(yīng)用。目前已開(kāi)發(fā)多種類(lèi)型的阻尼器，譬如粘滯流體阻尼器、粘彈性阻尼器、摩擦阻尼器和磁流變阻尼器等，其中金屬阻尼器因其制作費(fèi)用較低，堅(jiān)實(shí)耐用，施工方便，維護(hù)及替換費(fèi)用較低，目前在工程結(jié)構(gòu)減震領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛。

金屬阻尼器利用金屬材料屈服時(shí)產(chǎn)生的塑性滯回變形耗散地震輸入結(jié)構(gòu)能量，能夠有效減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)。但目前已有的金屬阻尼器，大部分是中震屈服耗能，如此則導(dǎo)致阻尼器在大震時(shí)的屈服承載力提高有限，阻尼器在大震時(shí)并不能夠發(fā)揮更大的耗能作用。還有一部分金屬阻尼器是在遭受大震時(shí)，金屬阻尼器才發(fā)生屈服耗能，而中震時(shí)一般處于彈性階段，并不會(huì)耗能，這樣阻尼器在中震就不能起到耗散地震能量的作用。除此之外，更多的金屬阻尼器在小震時(shí)處于彈性狀態(tài)，并不能發(fā)揮耗能作用。

因此，開(kāi)發(fā)一種針對(duì)不同設(shè)防水準(zhǔn)的分級(jí)屈服型金屬阻尼器意義重大，即小震或中震時(shí)金屬阻尼器的部分構(gòu)件屈服，大震時(shí)金屬阻尼器的所有構(gòu)件屈服的分級(jí)屈服型阻尼器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器，以達(dá)到阻尼器在不同設(shè)防水準(zhǔn)下分級(jí)屈服的良好減震效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：提供一種多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器,所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器包括同軸內(nèi)外套設(shè)的至少兩個(gè)環(huán)形阻尼器，相鄰兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器之間具有間隔并在局部通過(guò)連接墊板連接,兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器用于與建筑結(jié)構(gòu)相連接；當(dāng)彎曲變形時(shí)，相對(duì)處于內(nèi)圈的所述環(huán)形阻尼器比相對(duì)處于外圈的所述環(huán)形阻尼器優(yōu)先屈服。

優(yōu)選地，每個(gè)所述環(huán)形阻尼器包括兩端的弧形段以及連接于兩端所述弧形段之間的中間段，所述中間段設(shè)有擴(kuò)大連接板，所述連接墊板夾持連接于內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器的相鄰兩塊所述擴(kuò)大連接板之間。

優(yōu)選地，所述弧形段與所述中間段的連接位置光滑過(guò)渡，以防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。

優(yōu)選地，每塊所述擴(kuò)大連接板上開(kāi)設(shè)有螺孔，所述擴(kuò)大連接板與所述連接墊板螺栓連接。

優(yōu)選地，所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器用于設(shè)置在聯(lián)肢剪力墻的連梁處并通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接于所述連梁的非屈服段，所述非屈服段預(yù)埋于所述聯(lián)肢剪力墻。

優(yōu)選地，所述環(huán)形阻尼器由金屬材料制成，包括低屈服點(diǎn)鋼或q235鋼，內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器由同種材料或不同材料制成，內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器分別具有不同的屈服位移。

優(yōu)選地，通過(guò)有限元模擬分別分析計(jì)算出內(nèi)外所述環(huán)形阻尼器在設(shè)計(jì)位移時(shí)的最大側(cè)向變形量，所述連接墊板的厚度大于所述最大側(cè)向變形量；在阻尼器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準(zhǔn)地震下的不同目標(biāo)位移需求，由結(jié)構(gòu)的目標(biāo)位移需求計(jì)算得到阻尼器在不同設(shè)防水準(zhǔn)下的相對(duì)變形，然后通過(guò)有限元模擬和試驗(yàn)確定內(nèi)環(huán)和外環(huán)阻尼器的尺寸。

優(yōu)選地，所述聯(lián)肢剪力墻之間或所述連梁上方具有樓板，所述設(shè)計(jì)位移小于所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器與所述樓板之間的垂直凈距離。

優(yōu)選地，所述環(huán)形阻尼器的數(shù)量為三個(gè)，且相鄰所述環(huán)形阻尼器的中間段之間通過(guò)連接墊板相連以供在三個(gè)不同震級(jí)下逐個(gè)屈服耗能。

優(yōu)選地，所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器支設(shè)于框架結(jié)構(gòu)的層間進(jìn)而分級(jí)屈服耗能，具體可通過(guò)墻體將金屬阻尼器支撐于框架結(jié)構(gòu)上。

優(yōu)選地，所述環(huán)形阻尼器由整塊金屬板切割而成或多塊金屬板焊接拼接而成。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器的有益效果包括：

1)阻尼器在不同設(shè)防水準(zhǔn)下分級(jí)屈服，能夠最大限度地耗散不同強(qiáng)度的地震能量，顯著減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，這是本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)。

2)本發(fā)明的環(huán)形阻尼器的變形能力強(qiáng)，即小震或中震時(shí)優(yōu)先屈服的內(nèi)環(huán)，在大震時(shí)仍然不會(huì)破壞，能夠繼續(xù)有效發(fā)揮耗能作用，這是本發(fā)明的一大優(yōu)勢(shì)。

3)本發(fā)明抗震機(jī)理明確，造價(jià)低，易于加工，施工方便，耗能效果顯著，且易于震后拆卸更換。

4)本發(fā)明能夠很方便地安裝在連梁跨中部位或框架的層間，在正常使用狀態(tài)下，其能夠提高結(jié)構(gòu)的整體剛度；在地震時(shí)，能夠針對(duì)不同強(qiáng)度的地震發(fā)揮分級(jí)屈服耗能的作用，有效減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器三維示意圖；

圖2為多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為對(duì)應(yīng)圖2的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為對(duì)應(yīng)圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為abaqus模擬的中震下的多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器的塑性應(yīng)變?cè)茀⒖紙D；

圖6為abaqus模擬的大震下的多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器的塑性應(yīng)變?cè)茀⒖紙D；

圖7為abaqus模擬的多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器的滯回曲線(xiàn)參考圖；

圖8為對(duì)應(yīng)圖1應(yīng)用實(shí)施狀態(tài)下的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，圖中標(biāo)號(hào)：

1-外環(huán)阻尼器；2-內(nèi)環(huán)阻尼器；3-連接墊板；4-連梁非屈服段；5-剪力墻墻肢；6-樓板；7-高強(qiáng)螺栓；98-螺孔；99-擴(kuò)大連接板。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步加以說(shuō)明。

實(shí)施例一：

結(jié)合圖1和圖8所示，本發(fā)明提供了一種多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器,它設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)上，在本實(shí)施例中以聯(lián)肢剪力墻5連梁的非屈服段4供代替部分連梁作為建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用舉例，它包括同內(nèi)外軸套設(shè)的兩個(gè)環(huán)形阻尼器，所述的兩個(gè)環(huán)形阻尼器一大一小，較小的內(nèi)環(huán)阻尼器2套在較大的外環(huán)阻尼器1的里面，兩個(gè)環(huán)形阻尼器左右兩側(cè)的平面部分之間設(shè)有連接墊板3,所述的兩個(gè)環(huán)形阻尼器直接與連梁的預(yù)埋件(即非屈服段4)相連接。

具體地，結(jié)合圖2至圖4所示，每個(gè)所述環(huán)形阻尼器包括兩端的弧形段以及連接于兩端所述弧形段之間的中間段，所述中間段設(shè)有擴(kuò)大連接板99，所述連接墊板3夾持連接于內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器的相鄰兩塊所述擴(kuò)大連接板99之間。每塊所述擴(kuò)大連接板99上開(kāi)設(shè)有若干螺孔98，所述擴(kuò)大連接板99與所述連接墊板3螺栓7連接，所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器通過(guò)所述連接墊板3配合高強(qiáng)螺栓連接于所述連梁的非屈服段4，所述非屈服段4預(yù)埋于所述聯(lián)肢剪力墻5。

優(yōu)選地，所述環(huán)形阻尼器由整塊金屬板切割而成或多塊金屬板焊接拼接而成。所述弧形段與所述中間段的連接位置光滑過(guò)渡，以防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。所述的兩個(gè)環(huán)形阻尼器采用q235鋼或低屈服點(diǎn)鋼制成，內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器由同種材料或不同材料制成，內(nèi)外兩個(gè)所述環(huán)形阻尼器不同抗震水準(zhǔn)下分別具有不同的屈服位移。

通過(guò)有限元模擬分別分析計(jì)算出內(nèi)外所述環(huán)形阻尼器在設(shè)計(jì)位移時(shí)的最大側(cè)向變形量，所述連接墊板3的厚度大于所述最大側(cè)向變形量。其中，設(shè)計(jì)位移是指設(shè)計(jì)時(shí)確定的阻尼器在強(qiáng)震時(shí)的最大相對(duì)位移，屈服位移是指阻尼器的內(nèi)環(huán)和外環(huán)分別開(kāi)始進(jìn)入屈服狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的位移。在阻尼器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準(zhǔn)地震下的不同目標(biāo)位移需求，由結(jié)構(gòu)的目標(biāo)位移需求計(jì)算得到阻尼器在不同設(shè)防水準(zhǔn)下的相對(duì)變形，然后通過(guò)有限元模擬和試驗(yàn)確定內(nèi)環(huán)和外環(huán)阻尼器的尺寸。

當(dāng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可將所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器應(yīng)用于多種建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境下，例如，設(shè)于聯(lián)肢剪力墻5之間。具體地，所述聯(lián)肢剪力墻5之間或所述連梁上方具有樓板6，所述設(shè)計(jì)位移小于所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器與所述樓板6之間的垂直凈距離。所述連梁的非屈服段4宜設(shè)計(jì)成變截面梁，變截面梁的端頭尺寸與外環(huán)的中部尺寸相近。

亦可將所述多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器支設(shè)于框架結(jié)構(gòu)的層間進(jìn)而分級(jí)屈服耗能，具體可通過(guò)支撐或墻體將金屬阻尼器支撐于框架結(jié)構(gòu)上。(未圖示)

當(dāng)彎曲變形時(shí)，在小震或中震時(shí)，較小的內(nèi)環(huán)阻尼器2屈服耗能，外面較大的外環(huán)形阻尼器1處于彈性，在大震時(shí)，內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形阻尼器一起屈服耗能。

施工時(shí)，如圖8，本多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器可預(yù)先拼裝完成，金屬阻尼器的連接墊板3處通過(guò)高強(qiáng)螺栓與連梁中的預(yù)埋件(即非屈服段4)相連接。

對(duì)本實(shí)例進(jìn)行了abaqus數(shù)值模擬，參見(jiàn)附圖5，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明在中震級(jí)作用下，內(nèi)環(huán)阻尼器2進(jìn)入塑性耗能，外環(huán)阻尼器1處于彈性狀態(tài)；參見(jiàn)附圖6，可以發(fā)現(xiàn)在大震作用下，兩個(gè)環(huán)形阻尼器一起進(jìn)入塑性耗能；圖7為本發(fā)明的滯回曲線(xiàn)圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的骨架曲線(xiàn)呈現(xiàn)典型的三線(xiàn)性特征，即初始階段彈性，然后內(nèi)環(huán)阻尼器2屈服，最后外環(huán)阻尼器1屈服，說(shuō)明本發(fā)明完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，可同時(shí)滿(mǎn)足中震和大震的分級(jí)屈服要求。

實(shí)施例二(未圖示)：

在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種多水準(zhǔn)減震分級(jí)屈服金屬阻尼器，相比于實(shí)施例一，不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例中具有外中內(nèi)三個(gè)環(huán)形阻尼器，且相鄰環(huán)形阻尼器之間仍舊通過(guò)連接墊板相連。進(jìn)而，在應(yīng)用實(shí)施時(shí)，處于內(nèi)環(huán)的環(huán)形阻尼器在小震時(shí)屈服耗能(即小震時(shí)中環(huán)和外環(huán)保持彈性)，中環(huán)的環(huán)形阻尼器在中震級(jí)時(shí)才屈服耗能(即中震時(shí)內(nèi)環(huán)和中環(huán)都屈服耗能，外環(huán)保持彈性)，外環(huán)的環(huán)形阻尼器在大震時(shí)才屈服耗能(即大震時(shí)內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)都屈服耗能)。其他結(jié)構(gòu)基本與實(shí)施例一相同，便不再此多加贅述。

完成上述實(shí)施過(guò)程后，應(yīng)能體現(xiàn)出本發(fā)明以下特點(diǎn)：

本發(fā)明可用于聯(lián)肢剪力墻或框架結(jié)構(gòu)中,能夠在不同抗震設(shè)防水準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)分級(jí)屈服耗能的功能，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全，而且本發(fā)明在損傷后易于修復(fù)更換。

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)人員能夠理解和應(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)明不限于上述實(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)。