專利名稱：內(nèi)藏x形鋼板鉛復(fù)合耗能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種減震控制系統(tǒng)中的復(fù)合耗能器，屬于土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是多地震國家，地震區(qū)的高層建筑物不僅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。單純地通過“硬抗地震，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)”的途徑來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，有時難以滿足結(jié)構(gòu)的安全性和適用性的要求，結(jié)構(gòu)抗震與減震控制的聯(lián)合應(yīng)用受到越來越廣泛的關(guān)注。減震控制體系是通過“以柔克剛，減震耗能”的途徑，采用隔震、消能、調(diào)整結(jié)構(gòu)動力特性等方法，達(dá)到隔離地震、消減地震反應(yīng)的目的。在減震控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵的技術(shù)是在一些部位設(shè)置一些耗能器，研制性能好的耗能器是非常重要的。
美國的Whittaker和Tsai等人，研究了X鋼板和三角鋼板耗能器的特性，并應(yīng)用到美國舊金山建筑物的抗震加固中；加拿大的Pall和Marsh研究了一種雙向摩擦器并且已用于加拿大的多幢建筑中；新西蘭的Robinson W H，研制了鉛擠壓耗能器；新西蘭的Penguin Engineering公司研制了鉛剪切耗能器；日本Sakurai公司研制了鉛節(jié)點(diǎn)耗能器；哈工大的歐進(jìn)萍教授等在吸收普通鋼板耗能器和Pall摩擦耗能器的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)之上提出了組合鋼板耗能器。形狀記憶合金因為在不同的環(huán)境溫度下具有形狀記憶效應(yīng)，有超彈性、高阻尼和電阻突變等特性，其在耗能部件應(yīng)用中受到了工程界專家學(xué)者極大的關(guān)注。盡管這些耗能器可以提供一定的耗能能力，但是這些單一的耗能器耗能能力有限，因此廣州大學(xué)的周福霖教授、周云教授等，提出了“綜合利用不同耗能原理或機(jī)制來設(shè)計新型耗能減震器”的思想，并研發(fā)了鉛粘彈性耗能器、鉛橡膠復(fù)合耗能器、彈塑性滯回-摩擦復(fù)合耗能器、彈塑性滯回-粘彈性復(fù)合耗能器、摩擦-粘彈性復(fù)合耗能器、流體-粘彈性復(fù)合耗能器。以上研究的復(fù)合耗能器，盡管能綜合利用兩種或兩種以上的耗能機(jī)理，提供較強(qiáng)的耗能能力，但它們依然都存在著以下沒有克服的問題材料成本高、或構(gòu)造連接復(fù)雜、或不能充分發(fā)揮材料自身性能。例如(1)像鉛粘彈性耗能器、流體-粘彈性復(fù)合耗能器、彈塑性滯回-粘彈性復(fù)合耗能器、摩擦-粘彈性復(fù)合耗能器中，其不足在于一是粘彈性材料不易獲得且成本相對較高，二是尚無鉛與外力作用下等強(qiáng)度形狀軟鋼、及灌鉛成型簡單的軟鋼復(fù)合而成的耗能器。(2)像鉛橡膠復(fù)合耗能器，以圖1所示的鉛橡膠復(fù)合耗能器為例，構(gòu)造連接較為復(fù)雜。圖中上下部連接板，在上部連接板中間焊有構(gòu)造鋼板，下部連接鋼板焊有兩條構(gòu)造鋼板，然后在下部焊接構(gòu)造鋼板之間使鋼板和橡膠硫化為一體，并在內(nèi)部留有圓孔，讓鉛灌入預(yù)留孔洞，或先灌入鋼板與橡膠預(yù)留圓空洞中，然后硫化成一體，最后用錨固螺栓把構(gòu)造鋼板與橡膠以及灌入圓孔的鉛連接在一起，最后形成了鉛橡膠復(fù)合耗能器。在構(gòu)造工藝中，既要留有圓孔，還需要進(jìn)行硫化成一體，最后還需要錨固螺栓進(jìn)行連接，工藝相對較為復(fù)雜。這種耗能器實(shí)際上由隔震結(jié)構(gòu)中的灌鉛疊層橡膠墊演化而來。
為了便于推廣應(yīng)用復(fù)合耗能器，在滿足耗能能力的條件下，既需要耗能器本身造價成本相對低廉，同時需要構(gòu)造連接相對簡單，即加工工藝較為簡單的耗能器。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決單一耗能器耗能能力有限，現(xiàn)有的復(fù)合耗能器材料成本高、構(gòu)造連接復(fù)雜、不能充分發(fā)揮材料自身性能的問題，本實(shí)用新型基于以上“綜合利用不同耗能原理或機(jī)制設(shè)計新型耗能減震器”的思想，提出了“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，這是一種由鉛-矩形、X形鋼板復(fù)合耗而成的能器。
本實(shí)用新型的原理是充分發(fā)揮鋼板材料的塑性性能和鉛較高的柔性和延展性，利用軟鋼的彈塑性變形耗能和鉛的塑性變形耗能，來達(dá)到消耗地震作用下對建筑物輸入的能量，減小地震反應(yīng)，確保人員和財產(chǎn)的安全的目的。
本實(shí)用新型的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，是在已有的軟鋼耗能器與鉛剪切耗能器的基礎(chǔ)上，利用軟鋼耗能器的彎曲耗能和鉛剪切耗能器的塑性耗能這兩種原理，充分發(fā)揮了這兩種材料的自身性能，從而綜合利用了這兩種耗能材料。這兩種材料相對較容易獲得，造價成本較為低廉，構(gòu)造連接工藝較為簡單。軟鋼耗能器構(gòu)造方式是幾層X形軟鋼板的兩端外伸出具有一定尺寸的矩形面板，然后在矩形面板上設(shè)有螺栓連接孔，這些設(shè)有螺栓連接孔的矩形面板只起連接耗能器與裝有該耗能器的結(jié)構(gòu)的作用，并不參與耗能；鉛剪切耗能器構(gòu)造方式是棱柱形的鉛塊與上部和下部的連接板，通過機(jī)械方式相連接或通過膠結(jié)材料相連接的方式，上下連接板設(shè)有螺栓連接孔，該連接板只起傳遞力的作用，并不參與耗能?！皟?nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”與已有的耗能器設(shè)計相比，在連接板之間增加了兩個垂直于連接板的矩形鋼板，在矩形鋼板之間設(shè)有垂直于連接板的幾片X形軟鋼板并且焊接在連接板之間，然后在兩個矩形鋼板之間灌入鉛，X形軟鋼板作為鉛心被鉛體包裹著，于是形成“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，即由鉛-矩形、X形鋼板復(fù)合而成的耗能器。這樣的兩種耗能方式的結(jié)合，克服了單一有限的耗能能力，同時大大提高了本耗能器的耗能能力，更能確保整體結(jié)構(gòu)的安全。
本實(shí)用新型的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”所采用的技術(shù)方案參見圖2～圖6，包括連接鋼板1，矩形鋼板2，X形鋼板3，鉛塊4，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板2之間設(shè)置與矩形鋼板2平行的X形鋼板3，每片矩形鋼板2與每片X形鋼板3兩端均與設(shè)置在上部和下部的連接鋼板1焊接，在側(cè)面兩平行矩形鋼板2及上部和下部的連接鋼板1之間灌入鉛4。
所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板2及它們之間設(shè)置的X形鋼板3為軟鋼鋼板。
所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板2之間設(shè)置的X形鋼板3至少為一片。
所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板2之間設(shè)置的X形鋼板等間距布置，內(nèi)藏X形軟鋼板之間鉛的總厚度為軟鋼板厚度的3倍及3倍以上。
所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于上部和下部的連接鋼板上1上均設(shè)有螺栓連接孔5，與在地震作用下具有相互錯動變形的結(jié)構(gòu)上的兩個部件相連接。
所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于鉛4為棱柱體或正方體鉛體。
本實(shí)用新型技術(shù)方案中的側(cè)面兩平行矩形鋼板2，既有耗能的作用，又可作為灌鉛后形成棱柱形塊體用的外模板；鉛體內(nèi)藏有的X形鋼板3，之所以設(shè)計成X形，是利用等強(qiáng)度梁原理，即鋼板的各截面的材料將同時達(dá)到屈服，可充分發(fā)揮各截面鋼板材料的塑性耗能能力；鉛4是灌入側(cè)面兩平行鋼板2及多片X形鋼板3之間的，鉛與鋼板協(xié)同工作，復(fù)合耗能；在其它尺寸不變的條件下，隨著側(cè)面兩平行矩形鋼板2間距的變化，可改變鋼板耗能與鉛耗能的比例，可改變鉛的耗能變形的主要型式；鋼板的數(shù)量、幾何尺寸以及間距，通過計算所獲得的等效剛度和等效阻尼來確定。在小震作用下，本復(fù)合耗能器具有足夠的剛度與裝有本耗能器的結(jié)構(gòu)整體處于彈性階段協(xié)同工作；在強(qiáng)烈地震作用下，本耗能器發(fā)揮其耗能減震的作用，軟鋼主要通過彎曲彈塑性變形耗能，鉛主要通過剪切或彎剪塑性變形耗能，鋼板與鉛之間存在對鉛的擠壓變形耗能。
本實(shí)用新型構(gòu)造簡便，材料易得，成本低廉，耗能能力較強(qiáng)，在建筑物的控制系統(tǒng)中耗散地震作用下產(chǎn)生的能量，即使失效也便于更換。


圖1是鉛橡膠復(fù)合耗能器；圖中，1、2、3、4、9為鋼板，5為螺栓，6為鉛芯，7為橡膠，8為薄鋼板；圖2是鉛-矩形、X形鋼板復(fù)合耗能器的正立面示意圖，正立面與背立面完全相同；圖3是鉛-復(fù)合耗能器的側(cè)立面示意圖，兩個側(cè)立面完全相同；圖4是圖2中A-A截面放大的示意圖；圖5是圖2中B-B截面放大的示意圖；圖6是圖4中C-C或D-D或E-E截面放大的示意圖圖1～圖6中，1表示上下連接板；2表示矩形軟鋼板；3表示X形軟鋼板；4表示鉛；5表示螺栓連接孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步詳述“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”示意圖如圖2～圖6，在側(cè)面兩平行矩形鋼板2之間設(shè)三片與矩形鋼板2平行的X形鋼板3，每片鋼板兩端與設(shè)置在上部和下部的連接鋼板1焊接之后，在側(cè)面兩平行矩形鋼板2及上部和下部的連接鋼板1之間灌入棱柱體鉛4，X形軟鋼板內(nèi)藏在鉛4中，每兩片X形軟鋼板之間鉛體的總厚度是軟鋼板厚度的3倍。在上部和下部的連接鋼板上1均設(shè)有螺栓連接孔5，以便與在地震作用下具有相互錯動變形的結(jié)構(gòu)上的兩個部件相連接。在地震作用下，結(jié)構(gòu)上的兩個部件將相互錯動變形，并通過耗能器上部和下部的連接鋼板拖動耗能器變形而消耗地震能量，上部和下部的連接鋼板1只傳遞作用力，并不參與耗能，其作用是拖動“鉛-矩形、X形鋼板裝置”變形，并確保鉛與軟鋼板協(xié)同工作。例如，本耗能器若安裝在柱間支撐，當(dāng)結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生相對位移，忽略支撐構(gòu)件的變形，耗能器上部和下部設(shè)置的連接鋼板1，產(chǎn)生相對變形，軟鋼板2和3主要通過彎曲彈塑性變形耗能，鉛4主要通過剪切或彎剪塑性變形耗能，軟鋼板2和3與鉛4之間存在對鉛4的擠壓變形耗能。
權(quán)利要求1.“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，包括連接鋼板(1)，矩形鋼板(2)，X形鋼板(3)，鉛塊(4)，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板(2)之間設(shè)置與矩形鋼板(2)平行的X形鋼板(3)，矩形鋼板(2)與每片X形鋼板(3)兩端與設(shè)置在上部和下部的連接鋼板(1)焊接，在側(cè)面兩平行矩形鋼板(2)及上部和下部的連接鋼板(1)之間灌入鉛(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板(2)及它們之間設(shè)置的X形鋼板(3)為軟鋼鋼板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板(2)之間設(shè)置的X形鋼板(3)至少為一片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板(2)之間設(shè)置的X形鋼板等間距布置，內(nèi)藏X形軟鋼板之間鉛的總厚度為軟鋼板厚度的3倍及3倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于上部和下部的連接鋼板上(1)上均設(shè)有螺栓連接孔(5)，與在地震作用下具有相互錯動變形的結(jié)構(gòu)上的兩個部件相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器”，其特征在于鉛(4)為棱柱體或正方體鉛體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種減震控制系統(tǒng)中的復(fù)合耗能器，為內(nèi)藏X形鋼板鉛復(fù)合耗能器，是由鉛－矩形、X形鋼板復(fù)合而成，包括連接鋼板(1)，矩形鋼板(2)，X形鋼板(3)，鉛塊(4)，其特征在于在側(cè)面兩平行矩形鋼板之間設(shè)置與矩形鋼板平行的X形鋼板，鋼板(2)和(3)的兩端均與設(shè)置在上、下部的連接鋼板1焊接，在側(cè)面兩平行矩形鋼板及上、下部的連接鋼板之間灌入棱柱體鉛；矩形鋼板及X形鋼板采用軟鋼，上、下部的連接鋼板上設(shè)有螺栓連接孔(5)，與在地震作用下具有相互錯動變形的結(jié)構(gòu)上的兩個部件相連接。本實(shí)用新型構(gòu)造簡便，材料易得，成本低廉，耗能能力較強(qiáng)，在建筑物的控制系統(tǒng)中耗散地震作用下產(chǎn)生的能量，即使失效也便于更換。
文檔編號F16B7/12GK2763375SQ20042011888
公開日2006年3月8日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者曹萬林, 盧智成 申請人:北京工業(yè)大學(xué)