本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)防震減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域的耗能減震裝置，尤其適用于梁柱節(jié)點(diǎn)或柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外所研發(fā)的耗能裝置/部件大致可分為三類：位移相關(guān)型(率無關(guān))，如金屬屈服或摩擦阻尼器；速度相關(guān)型(率相關(guān))，如線性粘滯或粘彈性阻尼器；調(diào)諧吸振型，如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器或調(diào)諧液體阻尼器。金屬屈服阻尼器作為目前應(yīng)用較為廣泛的一種耗能裝置/部件，具有較好的耗能能力和工作穩(wěn)定性。金屬阻尼器的構(gòu)造形式主要為軸向拉壓屈服型阻尼器如屈曲約束支撐(brb)等，彎曲屈服型阻尼器如三角形阻尼器等，剪切屈服型阻尼器如剪切板阻尼器等。

在鋼筋混凝土或者鋼結(jié)構(gòu)建筑及橋梁工程中，地震作用下梁柱連接節(jié)點(diǎn)、柱與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)角位移，轉(zhuǎn)角位移過大將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的破壞，降低結(jié)構(gòu)承載能力。因此，應(yīng)用于梁柱節(jié)點(diǎn)、柱與基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角阻尼器對(duì)于減小節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)損傷和提高結(jié)構(gòu)耗能能力方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，有必要研發(fā)構(gòu)造合理、性能穩(wěn)定有效的轉(zhuǎn)角阻尼器。另一方面，近年來在基于性能抗震設(shè)計(jì)方法的框架內(nèi)，美國(guó)、日本和新西蘭等國(guó)家越來越多地著眼于提升結(jié)構(gòu)的震后恢復(fù)能力，期望通過結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，最大限度地減少地震損失。具有損傷可控和自復(fù)位能力的搖擺結(jié)構(gòu)作為一種新興的結(jié)構(gòu)體系受到廣泛研究，并已在國(guó)內(nèi)外部分工程中得到應(yīng)用。搖擺結(jié)構(gòu)中很重要的一部分是搖擺節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處斷開形成搖擺界面，通過預(yù)應(yīng)力軸向連接提供承載能力和自恢復(fù)能力；地震作用下?lián)u擺界面發(fā)生接縫開合，在搖擺界面處布置轉(zhuǎn)角阻尼器可有效提高搖擺結(jié)構(gòu)的耗能能力，轉(zhuǎn)角阻尼器在震后可以進(jìn)行快速替換。目前，國(guó)內(nèi)外所提出的轉(zhuǎn)角阻尼器較少，在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上及穩(wěn)定性能方面存在一定的不足，往往不能充分發(fā)揮耗能減震作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處，對(duì)原結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度影響較小，在盡量少改變?cè)Y(jié)構(gòu)構(gòu)造的條件下，提高節(jié)點(diǎn)的耗能能力，同時(shí)設(shè)計(jì)合理構(gòu)造，易于在震后進(jìn)行更換。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器，該阻尼器包括固定連接板(3)、位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)、限位摩擦結(jié)構(gòu)，固定連接板(3)、位移放大板(4)相互垂直組成l型，金屬屈服耗能段(5)設(shè)置在位移放大板(4)上，各個(gè)金屬屈服耗能段(5)均勻等間距布置；

限位摩擦結(jié)構(gòu)包括限位錨栓(8)、摩擦片(9)和限位摩擦板(6)，限位摩擦板(6)通過限位錨栓(8)與建筑基礎(chǔ)連接，限位錨栓(8)與建筑基礎(chǔ)表面之間設(shè)有摩擦片(9)，建筑基礎(chǔ)為梁柱節(jié)點(diǎn)或柱與基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)。

位移放大板(4)、耗能段(5)、限位摩擦板(6)采用整塊金屬板加工成型；整塊金屬板與固定連接板(3)采用全滲透焊縫連接，或整塊金屬板與固定連接板(3)采用整體l型金屬型材直接加工而成。

位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)和限位摩擦板(6)的底面與工程結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的水平構(gòu)件(2)頂面之間留有空隙，空隙的尺寸為摩擦板(9)的厚度與限位螺栓(8)的螺母厚度之和，保證位移放大板(4)、金屬屈服耗能段(5)、限位摩擦板(6)為水平放置，在角度增大和縮小時(shí)，金屬屈服耗能段(5)都能發(fā)揮耗能作用。

所述的位移放大板(4)橫截面面積不小于金屬屈服耗能段(5)橫截面面積的兩倍，保證在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角變化過程中位移放大板(4)不發(fā)生屈服，同時(shí)起到放大金屬屈服耗能段(5)變形作用。

所述限位摩擦板(6)設(shè)有一排螺栓孔，用來與限位錨栓(8)相連，螺栓孔為長(zhǎng)圓孔；當(dāng)阻尼器的金屬屈服耗能段(5)受到超過預(yù)設(shè)的軸力時(shí)，限位摩擦板(6)、限位錨栓(8)和摩擦片(9)均發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，由此產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦進(jìn)行耗能。

摩擦片(9)上設(shè)有與限位錨栓(8)同等直徑的螺栓孔，固定在限位錨栓上，在限位摩擦板(6)上下布置摩擦片(9)。節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，金屬耗能段(5)帶動(dòng)限位摩擦板(6)移動(dòng)，與限位錨栓(8)和摩擦片(9)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，限位錨栓(8)施加預(yù)緊力，相對(duì)滑動(dòng)過程中摩擦片(9)與限位摩擦板(6)之間摩擦耗能。為提高摩擦耗能能力，限位摩擦板(6)上下表面采用磨砂處理。通過控制限位摩擦板(6)與摩擦片(9)的摩擦系數(shù)及限位錨栓(8)的預(yù)緊力來控制限位摩擦板(6)與限位錨栓(8)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的臨界力。

所述固定連接板(3)留有兩排螺栓孔，通過固定螺栓(7)將固定連接板(3)固定到節(jié)點(diǎn)豎向構(gòu)件(1)上，防止固定連接板(3)在豎向構(gòu)件搖擺過程中底部受拉過大發(fā)生變形，第一排螺栓孔和第二排螺栓孔相平行，第一排螺栓孔設(shè)置在固定連接板(3)的頂部，第二排螺栓孔設(shè)置在靠近固定連接板(3)的底部位置。

所述固定螺栓(7)采用預(yù)留螺栓孔的方式在節(jié)點(diǎn)豎向構(gòu)件(1)相應(yīng)位置留有孔道，安裝時(shí)，采用穿心螺桿穿過孔道兩端固定或在結(jié)構(gòu)澆筑過程中直接預(yù)埋螺栓澆筑在豎向構(gòu)件內(nèi)形成固定螺栓(7)。限位螺栓(8)預(yù)先埋入水平構(gòu)件。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明公開一種金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且可以在震后快速更換。主要效果體現(xiàn)在：

1、由于耗能金屬板設(shè)置削弱截面的耗能段，使損傷位置更加集中在耗能段，耗能部位確定，耗能機(jī)理更加明確，耗能效果顯著。設(shè)置了位移放大裝置可以把節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角的開口位移放大，提高阻尼器的耗能效率。

2、耗能阻尼器底部與水平構(gòu)件/基礎(chǔ)頂面之間留有空隙，使節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中無論轉(zhuǎn)角變大還是變小，金屬屈服耗能段都可以自由發(fā)生變小，提高耗能效率。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)角度減小時(shí)，阻尼器位移放大板不會(huì)擠壓水平構(gòu)件上表面，對(duì)原結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度影響較小。

3、當(dāng)阻尼器受到較大轉(zhuǎn)角時(shí)，限位摩擦板和限位螺栓發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)保護(hù)阻尼器不被拉斷，金屬屈服耗能段主要為彎曲變形，部分減小金屬屈服耗能段的軸力對(duì)耗能的影響。

4、通過限位摩擦板與摩擦片發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，可提高阻尼器的耗能能力，通過調(diào)節(jié)摩擦片及限位摩擦板表面的摩擦系數(shù)和螺栓預(yù)緊力，可調(diào)節(jié)金屬耗能段的軸向拉力和摩擦片與限位摩擦板之間的摩擦力。

附圖說明

圖1金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器應(yīng)用；

圖2金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器俯視圖；

圖3摩擦片；

圖4金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器三維立體圖。

圖中：1—節(jié)點(diǎn)豎向構(gòu)件；2—節(jié)點(diǎn)水平構(gòu)件；3—固定連接板；4—位移放大板；5—金屬屈服耗能段；6—限位摩擦板；7—固定螺栓；8—限位錨栓；9—摩擦片。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器，屬于工程結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的位移放大板可以把構(gòu)件節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角放大，提高金屬阻尼器的利用效率；同時(shí)位移放大板、金屬屈服耗能段和限位摩擦板的底部平面與節(jié)點(diǎn)水平構(gòu)件上表面之間留有變形空間，使金屬屈服摩擦轉(zhuǎn)角阻尼器在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角減小時(shí)同樣起作用。節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角變化過程中，限位摩擦板與摩擦片之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦滑移耗能，在一定程度上減小金屬屈服段彎曲耗能過程中的軸力影響，同時(shí)耗散部分能量。限位摩擦板上的橢圓孔起到限位作用，防止節(jié)點(diǎn)發(fā)生過大轉(zhuǎn)角。本發(fā)明可以用于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)部位，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)使金屬屈服摩擦耗能阻尼器發(fā)揮作用，從而減少結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量。

技術(shù)研發(fā)人員：賈俊峰;趙建瑜;韓強(qiáng);杜修力
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.14
技術(shù)公布日：2017.07.18