本實(shí)用新型涉及一種安裝在連梁中部的消能器，具體涉及一種模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器。

背景技術(shù)：

隨著對(duì)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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。

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低屈服點(diǎn)金屬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只采用軟鋼這一材料，并且耗能原理單一。本專利提出一種安裝在連梁中部的新型消能器，采用軟鋼與鉛作為主要耗能材料，進(jìn)一步提高了消能器的耗能能力和效率。該消能器中包括多組消能組件，可以增大截面慣性矩和抗彎剛度，通過(guò)新型的構(gòu)造方式可以避免消能器在彎矩作用下邊緣消能片的過(guò)早破壞。該消能器中部采用鉛芯橡膠支座，軸向抗壓剛度和強(qiáng)度很大，與以往單純的軟鋼阻尼器相比，避免了阻尼器在軸壓力過(guò)大時(shí)軟鋼屈曲失穩(wěn)而降低承載能力，因而該新型阻尼器在地震作用下可以更有效地傳遞連梁軸力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本實(shí)用新型的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本實(shí)用新型的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本實(shí)用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實(shí)用新型的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本實(shí)用新型的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本實(shí)用新型的目的是研發(fā)一種新型消能器，在地震作用下提高連梁的阻尼和耗能能力，同時(shí)通過(guò)調(diào)整消能器的尺寸參數(shù)來(lái)滿足不同部位和尺寸的連梁對(duì)于承載能力和變形能力的要求。

為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型所采取的方案為：模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器，包括兩個(gè)固定板，鉛芯橡膠支座，及布置于鉛芯橡膠支座兩側(cè)的消能組件；消能組件由多個(gè)軟鋼片構(gòu)成，多個(gè)軟鋼片的兩端均通過(guò)一對(duì)L型夾板固定在固定板上，鉛芯橡膠支座的兩端也固定在固定板上。

進(jìn)一步地：軟鋼片采用低屈服強(qiáng)度鋼材制作而成，所述多個(gè)軟鋼片通過(guò)一對(duì)L型夾板和貫穿其中的螺栓夾緊，并通過(guò)螺栓與固定板連接，多個(gè)軟鋼片之間緊密貼合。如此設(shè)置，使其在地震作用下內(nèi)力分布更均勻，有利于避免個(gè)別軟鋼片因局部應(yīng)力過(guò)大造成其率先破壞進(jìn)而嚴(yán)重削弱整個(gè)消能組件的承載能力和耗能能力。

進(jìn)一步地：軟鋼片的中部為耗能部分，其上開設(shè)有多個(gè)菱形孔，多個(gè)菱形孔縱向排列，耗能部分形成連續(xù)的X型鋼片。軟鋼片的耗能段從中部向兩側(cè)的有效寬度線性增大，為了避免軟鋼片中部應(yīng)力集中，中部小范圍保持一定有效寬度不變。

進(jìn)一步地：所述消能組件為多組，多組消能組件分列在鉛芯橡膠支座兩側(cè)。如此設(shè)置，多組消能組件與單組消能組件相比，增大了消能器的截面慣性矩和抗彎剛度，因而避免了連梁中部存在彎矩時(shí)邊緣軟鋼片拉、壓應(yīng)力過(guò)大而造成的過(guò)早破壞。

進(jìn)一步地：所述鉛芯橡膠支座包括鉛芯、內(nèi)層橡膠、疊層橡膠與鋼板組件、外層橡膠、環(huán)形鋼板、抗剪鍵和支座底板；所述鉛芯橡膠支座為圓柱形，多個(gè)直徑相同且從上至下交替設(shè)置的鋼板層和橡膠層構(gòu)成了疊層橡膠與鋼板組件，鉛芯貫穿于所有鋼板層和橡膠層，疊層橡膠與鋼板組件的上下兩端各設(shè)置一個(gè)環(huán)形鋼板，兩個(gè)環(huán)形鋼板均通過(guò)螺栓及抗剪鍵與支座底板固定，鉛芯的頂面和底面分別與上下兩個(gè)抗剪鍵貼合，疊層橡膠與鋼板組件及環(huán)形鋼板的內(nèi)壁上包裹有內(nèi)層橡膠，疊層橡膠與鋼板組件及環(huán)形鋼板的外壁上包裹有外層橡膠。如此設(shè)置，由于鉛的屈服強(qiáng)度較小，滯回耗能能力好，鉛芯可在小變形情況下提供較大阻尼。與普通鉛芯橡膠隔震支座不同的是，消能器中的支座以鉛芯屈服耗能為主，因而鉛芯直徑相對(duì)支座直徑比例較大。疊層橡膠與鋼板部分的主要作用是使鉛芯的屈服變形更均勻，并使鉛芯的變形集中在疊層橡膠對(duì)應(yīng)的部位，因而使鉛芯對(duì)變形更敏感。由于鉛芯橡膠支座抗壓剛度和強(qiáng)度都很大，與普通的鋼滯變阻尼器相比能夠避免連梁在較大軸壓力作用下受壓失穩(wěn)，因而該新型消能器能更有效地傳遞連梁軸力。

進(jìn)一步地：所述鉛芯橡膠支座內(nèi)部的鉛芯可以為一根或多根。

本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本實(shí)用新型取得了如下技術(shù)效果：

該模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器采用軟鋼片消能組件與鉛芯橡膠支座組合的方式，彌補(bǔ)了常用連梁阻尼器僅靠軟鋼屈服的單一耗能方式的不足，使消能器在變形時(shí)軟鋼與鉛芯同時(shí)屈服耗能，因而有效地增加了消能器的耗能效率。

該模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器采用多組由多片軟鋼片緊密疊合構(gòu)成的消能組件，解決了常用連梁阻尼器單組鋼片耗能時(shí)抗彎剛度較小的問(wèn)題，并提高了其受壓穩(wěn)定性，軟鋼片之間緊密疊合也使其受力更均勻，避免了消能器承受彎矩時(shí)邊緣過(guò)早受拉或受壓破壞。

該模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器中設(shè)置了鉛芯橡膠支座，與常用連梁阻尼器相比，鉛芯橡膠支座具有較大的軸向受壓剛度和強(qiáng)度，能夠更有效地傳遞連梁軸力，避免了阻尼器在軸壓力過(guò)大時(shí)軟鋼失穩(wěn)屈曲而降低承載能力，因而該新型阻尼器在地震作用下可以更有效地傳遞連梁軸力。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的立面圖；

圖2為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的軸測(cè)圖；

圖3為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的剖面圖；

圖4為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的軟鋼片平面圖；

圖5為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的鉛芯橡膠支座軸測(cè)圖；

圖6為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的鉛芯橡膠支座剖面圖；

圖7為本實(shí)用新型模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器的L型夾板軸測(cè)圖。

圖中：1-軟鋼片；2-鉛芯橡膠支座；3-L型夾板；4-固定板；5-鉛芯；6-疊層橡膠與鋼板組件；7-抗剪鍵；8-內(nèi)層橡膠；9-外層橡膠；10-螺栓；11-支座底板；12-環(huán)形鋼板；13-加勁肋。

具體實(shí)施方式

為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在說(shuō)明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本實(shí)用新型公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本實(shí)用新型，在申請(qǐng)文件中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實(shí)用新型關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

實(shí)施例1：

模塊化高性能軟鋼鉛芯橡膠消能器，包括兩個(gè)固定板4，鉛芯橡膠支座2，及布置于鉛芯橡膠支座兩側(cè)的消能組件；消能組件由多個(gè)軟鋼片1構(gòu)成，多個(gè)軟鋼片1的兩端均通過(guò)一對(duì)L型夾板3固定在固定板4上，鉛芯橡膠支座2的兩端也固定在固定板4上。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同在于：軟鋼片采用低屈服強(qiáng)度鋼材制作而成，所述多個(gè)軟鋼片通過(guò)一對(duì)L型夾板3和貫穿其中的螺栓夾緊，并通過(guò)螺栓與固定板4連接，多個(gè)軟鋼片之間緊密貼合。如此設(shè)置，使其在地震作用下內(nèi)力分布更均勻，有利于避免個(gè)別軟鋼片因局部應(yīng)力過(guò)大造成其率先破壞進(jìn)而嚴(yán)重削弱整個(gè)消能組件的承載能力和耗能能力。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同在于：軟鋼片的中部為耗能部分，其上開設(shè)有多個(gè)菱形孔，多個(gè)菱形孔縱向排列，耗能部分形成連續(xù)的X型鋼片。軟鋼片的耗能段從中部向兩側(cè)的有效寬度線性增大，為了避免軟鋼片中部應(yīng)力集中，中部小范圍保持一定有效寬度不變。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例與實(shí)施例3的不同在于：所述消能組件為多組，多組消能組件分列在鉛芯橡膠支座兩側(cè)。如此設(shè)置，多組消能組件與單組消能組件相比，增大了消能器的截面慣性矩和抗彎剛度，因而避免了連梁中部存在彎矩時(shí)邊緣軟鋼片拉、壓應(yīng)力過(guò)大而造成的過(guò)早破壞。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例與實(shí)施例4的不同在于：所述鉛芯橡膠支座包括鉛芯5、內(nèi)層橡膠8、疊層橡膠與鋼板組件6、外層橡膠9、環(huán)形鋼板12、抗剪鍵7和支座底板11；所述鉛芯橡膠支座為圓柱形，多個(gè)直徑相同且從上至下交替設(shè)置的鋼板層和橡膠層構(gòu)成了疊層橡膠與鋼板組件6，鉛芯5貫穿于所有鋼板層和橡膠層，疊層橡膠與鋼板組件6的上下兩端各設(shè)置一個(gè)環(huán)形鋼板12，兩個(gè)環(huán)形鋼板12均通過(guò)螺栓10及抗剪鍵7與支座底板11固定，鉛芯5的頂面和底面分別與上下兩個(gè)抗剪鍵7貼合，疊層橡膠與鋼板組件6及環(huán)形鋼板12的內(nèi)壁上包裹有內(nèi)層橡膠8，疊層橡膠與鋼板組件6及環(huán)形鋼板12的外壁上包裹有外層橡膠9。如此設(shè)置，由于鉛的屈服強(qiáng)度較小，滯回耗能能力好，鉛芯可在小變形情況下提供較大阻尼。與普通鉛芯橡膠隔震支座不同的是，消能器中的支座以鉛芯屈服耗能為主，因而鉛芯直徑相對(duì)支座直徑比例較大。疊層橡膠與鋼板部分的主要作用是使鉛芯的屈服變形更均勻，并使鉛芯的變形集中在疊層橡膠對(duì)應(yīng)的部位，因而使鉛芯對(duì)變形更敏感。由于鉛芯橡膠支座抗壓剛度和強(qiáng)度都很大，與普通的鋼滯變阻尼器相比能夠避免連梁在較大軸壓力作用下受壓失穩(wěn)，因而該新型消能器能更有效地傳遞連梁軸力。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例與實(shí)施例5的不同在于：所述鉛芯橡膠支座內(nèi)部的鉛芯可以為一根或多根。

上述實(shí)施例中，根據(jù)消能器的設(shè)計(jì)屈服位移確定軟鋼板的消能段長(zhǎng)度和厚度以及鉛芯橡膠支座的橡膠層總厚度，并根據(jù)消能器的設(shè)計(jì)屈服力確定軟鋼片的有效寬度和片數(shù)以及鉛芯直徑。

軟鋼片的耗能部分由多個(gè)X型鋼片構(gòu)成，為了避免軟鋼片中部應(yīng)力集中，中部小范圍保持一定有效寬度不變。通過(guò)消能器的尺寸要求，可以對(duì)軟鋼消能片的組數(shù)和鉛芯橡膠支座的數(shù)量及其布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

每組軟鋼消能組件由軟鋼片緊密交疊布置，通過(guò)L型夾板和貫穿其中的螺桿將其夾緊，并通過(guò)螺栓將其與固定板牢固連接，L型夾板3上設(shè)置有加勁肋13。同時(shí)，通過(guò)螺栓將鉛芯橡膠支座2與固定板4牢固連接。

地震作用后若消能器因變形過(guò)大失效，可以擰下消能器與連梁之間的螺栓更換新的消能器。

雖然本實(shí)用新型所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本實(shí)用新型。任何本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本實(shí)用新型所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。