本發(fā)明涉及建筑施工用消能器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器。

背景技術(shù)：

隨著對建筑施工中土木工程結(jié)構(gòu)在地震作用下破壞機(jī)制的深入研究，基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)思想已經(jīng)應(yīng)用于新建的工程項(xiàng)目中。同時(shí)，震后可快速恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)體系，即震后土木工程結(jié)構(gòu)不需修復(fù)或僅需稍加修復(fù)即可恢復(fù)其使用功能的結(jié)構(gòu)體系，也是在基于性態(tài)的地震工程這一思想指引下發(fā)展起來的。剪力墻結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中一種重要的結(jié)構(gòu)體系，在高層住宅中應(yīng)用最為廣泛，而連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的重要構(gòu)件，直接影響剪力墻與連梁之間的內(nèi)力分配，進(jìn)而影響剪力墻結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的損傷分布和破壞模式。為了實(shí)現(xiàn)基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)這一思想，并實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)體系震后可快速恢復(fù)功能，可更換的消能連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用越來越廣泛。

消能連梁與傳統(tǒng)連梁相比，可以使結(jié)構(gòu)體系受力更合理，并且明顯提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，進(jìn)而減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)和損傷程度。通過剪力墻結(jié)構(gòu)體系的受力分析可以明確剪力墻和連梁之間的內(nèi)力分配，通過調(diào)整不同部位連梁的屈服力和剛度使剪力墻與連梁之間受力更均勻，從而避免薄弱層的出現(xiàn)，進(jìn)而控制其損傷分布和破壞模式。同時(shí)，消能連梁中的消能器可以為結(jié)構(gòu)在地震時(shí)提高較大的阻尼，因而可以減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和損傷程度。而目前常用的以低屈服點(diǎn)鋼材為主的阻尼器，鋼材的實(shí)際屈服應(yīng)力高于設(shè)計(jì)屈服應(yīng)力，并且離散性較大，因此阻尼器的設(shè)計(jì)屈服力與實(shí)際屈服力也相差較大，這對阻尼器的實(shí)際耗能效果影響較大。

消能連梁中的消能器主要包括位移相關(guān)型和速度相關(guān)型兩類，而位移相關(guān)型消能器應(yīng)用較多。其中，位移消能器主要利用軟鋼在大變形下屈服耗能以及金屬界面之間摩擦耗能等原理。現(xiàn)有的連梁中的消能器通常采用軟鋼這一材料，其耗能及抗拉承載能力有限，因此，亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員對此作出改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，進(jìn)而提供一種模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器，采用鉛作為主要耗能材料并利用軟鋼的耗能優(yōu)勢，同時(shí)通過可滑移螺栓使消能器各部件之間緊密連接并為消能器提供足夠的抗拉承載能力，而又不影響消能器的剪切變形，這種消能器不僅可以用于連梁中，也可以廣泛應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器，包括內(nèi)鋼片、橡膠片、外鋼片、連接板、X型鋼片、連接板、鉛塊、螺栓，所述連接板為兩個(gè)，在兩個(gè)所述連接板的內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)置有所述外鋼片，在所述外鋼片之間依次交疊設(shè)置有多個(gè)所述內(nèi)鋼片與多個(gè)所述橡膠片，多個(gè)所述X型鋼片貫穿于所述內(nèi)鋼片、橡膠片、外鋼片，并設(shè)置在所述連接板之間；所述內(nèi)鋼片、橡膠片、外鋼片、連接板分別對應(yīng)地設(shè)置有供所述鉛塊安裝的安裝孔和供所述螺栓穿過的螺栓孔。

進(jìn)一步地，在所述螺栓與所述連接板安裝處設(shè)置有不銹鋼墊片和聚四氟乙烯墊片。

進(jìn)一步地，所述聚四氟乙烯墊片與不銹鋼墊片接觸一側(cè)，表面設(shè)置有多處凹坑，并在所述聚四氟乙烯墊片與不銹鋼墊片之間涂有硅脂。

進(jìn)一步地，所述外鋼片、橡膠片的安裝孔在剪切方向的尺寸與所述X型鋼片的厚度相同，所述內(nèi)鋼片的安裝孔在剪切方向的厚度大于所述X型鋼片。

進(jìn)一步地，多個(gè)所述X型鋼片沿著阻尼器剪切方向并排放置。

進(jìn)一步地，所述外鋼片與所述連接板之間通過焊接固定連接。

進(jìn)一步地，所述螺栓孔為長條孔，可供所述螺栓自由滑動。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明公開的模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器，是以鉛塊剪切為主要的耗能方式，由于鉛的耗能能力強(qiáng)，屈服點(diǎn)穩(wěn)定，所以阻尼器的屈服力參數(shù)更容易確定，其設(shè)計(jì)屈服力與實(shí)際屈服力相差較小，因而實(shí)際耗能效果會更理想。

本發(fā)明公開的模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器采用可滑移螺栓限制阻尼器的軸向變形，為其提供足夠的軸向抗拉承載能力，彌補(bǔ)了常用的鉛阻尼器抗拉承載力較小的不足。采用插入各層鋼片和橡膠片的X型鋼片來驅(qū)動和約束各層鋼片的變形，使阻尼器在剪切變形時(shí)內(nèi)部鉛塊的變形更均勻，耗能性能更好。X型鋼片在插孔內(nèi)以彎曲變形為主，為阻尼器提供的附加剛度減小，從而可以減小阻尼器的屈服后剛度，更有利于鉛塊耗能能力的發(fā)揮。

本發(fā)明的有益效果將通過下面具體實(shí)施方式的描述變得更加明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例消能器的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例消能器的內(nèi)部軸測圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例消能器的豎向剖面圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例消能器的豎向剖面局部放大圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例消能器的水平剖面圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例消能器螺栓處水平剖面圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例消能器中內(nèi)鋼片的剖面圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例消能器中外鋼片的剖面圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例消能器中內(nèi)鋼片示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例消能器中橡膠片示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例消能器中外鋼片示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例消能器中連接板示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例消能器中不銹鋼墊片示意圖；

圖14為本發(fā)明實(shí)施例消能器中聚四氟乙烯墊片示意圖；

圖15為本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于連梁中的安裝示意圖。

圖中1-內(nèi)鋼片；2-橡膠片；3-外鋼片；4-連接板；5-X型鋼片；6-鉛塊；7-螺栓；8-安裝孔；9-螺栓孔；10-不銹鋼墊片；11-聚四氟乙烯墊片。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1至圖15所示，本實(shí)施例公開的模塊化高阻尼金屬剪切滯變消能器，包括內(nèi)鋼片1、橡膠片2、外鋼片3、連接板4、X型鋼片5、連接板6、鉛塊6、螺栓7，連接板4設(shè)置為對稱的兩個(gè)，在兩個(gè)連接板4的內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)置有外鋼片3，在外鋼片3之間依次交疊設(shè)置有多個(gè)內(nèi)鋼片1與多個(gè)橡膠片2，多個(gè)X型鋼片5貫穿于內(nèi)鋼片1、橡膠片2、外鋼片3，并設(shè)置在連接板4之間；內(nèi)鋼片1、橡膠片2、外鋼片3、連接板4分別對應(yīng)地設(shè)置有供鉛塊6安裝的安裝孔8和供螺栓7穿過的螺栓孔9。

更加具體地，根據(jù)消能器的設(shè)計(jì)屈服力可以確定鉛塊6的受剪面積，根據(jù)消能器的設(shè)計(jì)屈服后的剛度可以確定插入內(nèi)鋼片1和橡膠片2的X型鋼片5的幾何尺寸和數(shù)量。同時(shí)，根據(jù)鉛塊6的受剪面積進(jìn)一步設(shè)計(jì)內(nèi)鋼片1、橡膠片2、外鋼片3和連接板4的尺寸。根據(jù)內(nèi)鋼片1的尺寸以及消能器所需的抗拉承載力確定螺栓7的布置數(shù)量，同時(shí)根據(jù)消能器的設(shè)計(jì)位移確定螺栓7的螺栓孔9的大小。

優(yōu)選地，貫穿設(shè)置在內(nèi)鋼片1、橡膠片2和外鋼片3的X型鋼片5主要起驅(qū)動和約束各層鋼片變形的作用，為了使X型鋼片5能夠充分發(fā)揮該作用而又不會為消能器提供過大的屈服后剛度，采用多個(gè)X型鋼片5沿著消能器剪切方向并排放置的方式。

更進(jìn)一步地，外鋼片3與橡膠片2的開孔大小相同，而與內(nèi)鋼片1的開孔大小有所區(qū)別。外鋼片3和橡膠片2的開孔尺寸在剪切方向與X型鋼片5直徑相同，而內(nèi)鋼片1的開孔尺寸在剪切方向比外鋼片3和橡膠片2略大。外鋼片3、內(nèi)鋼片1和橡膠片2在消能器剪切方向開孔外沿與X型鋼片5貼緊，這樣可以使X型鋼片5在消能器剪切變形時(shí)有效地驅(qū)動各層內(nèi)鋼片1的變形，進(jìn)而使鉛塊6剪切變形更均勻。

而內(nèi)鋼片1的開孔尺寸在剪切方向比一組X型鋼片5厚度寬4mm左右。如果內(nèi)鋼片開孔尺寸和一組X型鋼片5的尺寸相同，消能器在剪切變形時(shí)X型鋼片5以剪切變形為主，會為消能器提供過大的剛度，甚至導(dǎo)致X型鋼片5被卡住而限制消能器的變形，從而不利于消能器的屈服耗能。而內(nèi)鋼片1在剪切方向開孔尺寸比X型鋼片5的直徑寬4mm左右時(shí)，可以使消能器剪切變形時(shí)X型鋼片5的變形以彎曲變形為主，因而使消能器的屈服后剛度較小，更有利于耗能。

采用內(nèi)鋼片1與橡膠片2依次交疊在一起的形式一方面可以使鉛塊6的剪切變形集中在橡膠片2，另一方面也可以避免內(nèi)鋼片1銹蝕以及相鄰內(nèi)鋼片1因長期接觸而粘在一起。同時(shí)，消能器的外側(cè)還包裹有橡膠層，有利于防止內(nèi)鋼片1銹蝕，保證消能器的耐久性。

連接板4、外鋼片3、內(nèi)鋼片1和橡膠片2通過螺栓7緊密連接在一起，螺栓7既可以約束消能器的軸向變形并提供足夠的抗拉強(qiáng)度，又不妨礙消能器的剪切變形。同時(shí)，外鋼片3與連接板4之間通過焊接連接，可以使連接板4之間的變形有效地傳遞給外鋼片3。外鋼片3可以直接把變形傳遞給鉛塊6，同時(shí)還通過使X型鋼片5變形來驅(qū)動和約束各層內(nèi)鋼片1之間的變形，從而使鉛塊6的剪切變形更均勻。

其中，螺栓7采用聚四氟乙烯低摩擦系數(shù)材料作為聚四氟乙烯墊片11，同時(shí)配以不銹鋼墊片10使聚四氟乙烯墊片11受力均勻，并且不銹鋼墊片10與聚四氟乙烯墊片11之間涂有硅脂，使其接觸面摩擦系數(shù)較小，從而使消能器剪切在變形時(shí)螺栓7既能約束其軸向變形，又能在螺栓孔9內(nèi)自由滑動，而不妨礙消能器的剪切變形。

上述實(shí)施例公開的消能器可以廣泛地應(yīng)用于不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件中發(fā)揮剪切耗能作用，其中應(yīng)用于連梁中的安裝方式如圖15所示。消能器通過外加螺栓與連梁錨固鋼板連接，連梁錨固鋼板與套筒焊接在一起，套筒設(shè)有內(nèi)螺紋，錨固鋼筋端部設(shè)有外螺紋，套筒與錨固鋼筋通過螺紋連接擰緊。消能器安裝施工時(shí)，首先將消能器與錨固鋼板、套筒和錨固鋼筋連接好并放入連梁相應(yīng)位置，然后綁扎消能器兩端連梁的鋼筋籠，最后澆筑消能器兩端連梁的混凝土。

為了便于消能器部分的抹灰，在消能器四周連接板4的邊緣用1mm左右厚的封板將其包圍，外掛鐵絲網(wǎng)。這樣既不妨礙消能器發(fā)揮作用，又有利于連梁抹灰附著在消能器四周。

地震作用后若消能器因變形過大失效，可以卸下消能器與連梁連接的螺栓來更換新的消能器。

以上實(shí)施例只是對本專利的示例性說明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其局部進(jìn)行改變，只要沒有超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。