專利名稱：裝配式鉛剪切阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型為一種裝配式鉛剪切阻尼器，通過設定有效的鉛柱剪切面，消耗結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能量，對結(jié)構(gòu)起到消能減震(振)的作用。由于鉛耗能的有效性，該裝配式鉛剪切阻尼器可以廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)的耗能支撐、橋梁減震等。
背景技術(shù)：
消能減震(振)技術(shù)是一種有效的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，它通過在結(jié)構(gòu)的適當位置安裝耗能減震(振)裝置，以減小結(jié)構(gòu)在地震、大風或其它動力荷載作用下的動力響應。鉛阻尼器是一種廣泛應用于工程結(jié)構(gòu)減震的有效阻尼器。常見的有鉛擠壓型和鉛剪切型。近些年來，陸續(xù)出現(xiàn)一些新型的鉛阻尼器，如北京工業(yè)大學閆維明等開發(fā)的轉(zhuǎn)動式鉛剪切阻尼器和板式剪切型鉛阻尼器；轉(zhuǎn)動式剪切阻尼器主要用于梁柱節(jié)點，地震中梁柱節(jié)點發(fā)生變形傾斜時該阻尼器將發(fā)生作用；廣州大學周云等開發(fā)了鉛阻尼筒減震器。既有研究表明，鉛阻尼器(剪切型、擠壓型)具有以下特點(1)在小變形下即可獲得良好的耗能能力；(2)除圓柱型阻尼器外，其他阻尼器滯回環(huán)曲線具有典型的“庫倫摩擦”特性，力學模型簡單；C3)荷載頻率和循環(huán)次數(shù)對工作性能影響較小，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性；(4)構(gòu)造簡單，制造方便。圖1和圖2分別是一種常見鉛擠壓和鉛剪切阻尼器。前者通過帶凸緣的中心軸擠壓封閉腔體內(nèi)的鉛，以消耗能量；后者通過鉛柱發(fā)生剪切變形消耗能量。圖1所示鉛擠壓阻尼器的缺點在于對封閉腔體灌鉛工藝較為復雜；圖2所示鉛剪切阻尼器的缺點是鉛柱與滑動板以及上下蓋板的有效連接較為困難。本實用新型根據(jù)既有鉛阻尼器的特點，構(gòu)造一種新型的裝配式鉛剪切阻尼器，在很大程度上解決了灌鉛工藝復雜、鉛柱連接復雜等問題。本實用新型提出的裝配式鉛剪切阻尼器可以廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)的耗能支撐、橋梁減震等；具有構(gòu)造簡單，加工方便，耗能效果優(yōu)的特點。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種構(gòu)造簡單、加工方便、性能穩(wěn)定、耗能能力強的裝配式鉛剪切阻尼器。技術(shù)方案如下本實用新型所述的一種裝配式鉛擠壓阻尼器，包括中間拉板、端部連接板、鉛柱、 第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板和端部連接板的兩側(cè)，在中間拉板上設有中層鉛柱孔和中層銷孔，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板，所述的內(nèi)層拉板包括內(nèi)層拉板本體，在內(nèi)層拉板本體上設有內(nèi)層鉛柱孔和長圓形限位孔且內(nèi)層鉛柱孔位于內(nèi)層拉板本體的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體連接，在中間拉板的中層銷孔中設有連接銷且所述連接銷穿過內(nèi)層拉板的長圓形限位孔，所述內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔同軸，鉛柱位于內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔中。[0009]有益效果本實用新型提供了一種構(gòu)造簡單、加工方便、性能穩(wěn)定的裝配式鉛剪切阻尼器。所涉及的部件通過簡單的組裝即可，既無需灌鉛，亦無需設置復雜的構(gòu)造以連接鉛柱和鋼板。 既有研究表明，鉛阻尼器耗能能力強，不受工作硬化或疲勞的影響，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性，可廣泛應用于工程結(jié)構(gòu)的減振(震)耗能。本實用新型提出的裝配式鉛剪切阻尼器具有傳統(tǒng)鉛阻尼器的共性。鉛剪切阻尼器的耗能能力與剪切鉛面積直接相關(guān)，因而可以通過改變鉛柱的剪切面積，以達到耗能和輸出阻尼力的要求。常見改變鉛柱剪切面積的方法包括(1)增大鉛柱直徑；(2)增加鉛柱剪切面的數(shù)量。為說明該阻尼器的耗能效果，基于有限元平臺進行簡單算例以資說明。簡化起見， 忽略裝配板間的摩擦以及其他對阻尼器輸出力影響較小的因素，以4個鉛柱剪切面為例， 基于Abaqus平臺分析該阻尼器的耗能特性。有限元模型中采取如下假定(1)鋼板與鉛柱的接觸摩擦系數(shù)為0. 02 ； (2)鉛的材料特性采取理想彈塑性本構(gòu)，泊松比取0. 42以考慮其壓縮性小的特點；C3)鋼板僅發(fā)生彈性變形。假定鉛柱直徑為100mm、鋼板厚度為20mm，建立非線性有限元分析模型如圖3所示，單元和節(jié)點數(shù)分別為24840和15380。采用8節(jié)點縮減積分實體單元C3D8R模擬鉛柱與鋼板；鉛柱的網(wǎng)格密度大于鋼板的網(wǎng)格密度以有利于非線性求解收斂；鉛柱與鋼板間設置硬接觸，即鉛柱不可穿透鋼板；約束鉛柱沿軸向的平動自由度。由于鉛柱在剪切過程中變形較大，為節(jié)約計算時間和便于模型收斂，文中采用Explicit求解器進行擬靜力分析，并對鉛柱單元進行質(zhì)量縮放。非線性擬靜力分析中同時考慮材料與幾何非線性。鋼板一端節(jié)點設置固定邊界，另一端節(jié)點設置平動速度邊界條件，速度加載歷程如圖4所示，對應的端部位移時程如圖5所示。該阻尼器的滯回曲線如圖6所示，由圖6可見，⑴該滯回環(huán)較為飽滿，耗能能力強O)阻尼器的初始剛度較大，一旦鉛柱發(fā)生部分剪切破壞，其阻尼器輸出力變化較小，鉛柱屈服后的剛度與鋼板的剛度有關(guān)；(3)滯回曲線上毛刺部分是由于鉛柱變形劇烈而造成的。就算例而言，該阻尼器的最大輸出力約440kN，增大阻尼力的方法如前所述。

圖12鉛柱三維視圖。圖13鉛柱封板三維視圖。圖14裝配式鉛擠壓阻尼器平面圖。圖15裝配式鉛擠壓阻尼器立面圖。圖16圖14中的A-A剖面。圖17圖15中的B-B剖面。圖18裝配式鉛剪切阻尼器三維視圖(不含封板)。圖19裝配式鉛剪切阻尼器三維視圖。以上的圖中有中間拉板(1)、端部連接板、鉛柱(9)、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板、連接銷(8)、第一鉛柱封板(61)及第二鉛柱封板(6 第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板(22)。
具體實施方式
一種裝配式鉛剪切阻尼器，包括中間拉板1、端部連接板4、鉛柱9、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板1和端部連接板4的兩側(cè)，在中間拉板1上設有中層鉛柱孔11和中層銷孔12，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板3，所述的內(nèi)層拉板3包括內(nèi)層拉板本體30，在內(nèi)層拉板本體30上設有內(nèi)層鉛柱孔31和長圓形限位孔32且內(nèi)層鉛柱孔31位于內(nèi)層拉板本體30的一端，所述端部連接板4的另一端與內(nèi)層拉板本體30連接，在中間拉板1的中層銷孔12中設有連接銷8且所述連接銷8穿過內(nèi)層拉板3的長圓形限位孔32，所述內(nèi)層鉛柱孔31與中層鉛柱孔11同軸，鉛柱9位于內(nèi)層鉛柱孔31與中層鉛柱孔11中。在本實施例中，在第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板的外側(cè)分別設有第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22，所述連接銷8向外延伸并分別穿過第一外側(cè)拉板21的一端和第二外側(cè)拉板22的一端，第一外側(cè)拉板21的另一端和第二外側(cè)拉板22的另一端分別與中間拉板1連接，所述鉛柱9向外延伸并分別穿過第一外側(cè)拉板21的一端和第二外側(cè)拉板22。在第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22分別設有用于覆蓋鉛柱9的第一鉛柱封板 61及第二鉛柱封板62。實施案例如圖19所示實施案例中間拉板1與第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板可以采用高強螺栓7連接固定；端部連接板4與第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板亦可采用高強螺栓7連接固定；第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板22與中間拉板1之間空隙采用襯板5填平，高強螺栓7穿過第一外側(cè)拉板21、第二外側(cè)拉板22、中間拉板1和襯板5，施加一定的預應力進行緊固。連接銷(8)也可以采用高強螺栓，對3內(nèi)層拉板、第一外側(cè)拉板21和第二外側(cè)拉板 22施加一定的預應力，以提高摩擦效果、增強耗能能力。中心拉板1與端部連接板4端部可與相關(guān)構(gòu)件進行焊接或螺栓連接以安裝至需減震的結(jié)構(gòu)中。內(nèi)層拉板3的長圓形限位孔32的長度需視減震要求設置，長圓孔32的長度應接近減震結(jié)構(gòu)需求位移限值的2倍。采用高強螺栓連接的端面需進行摩擦面處理，施擰需考慮高強螺栓設計規(guī)范的預緊力。高強限位螺栓8 —方面限制鉛柱9兩側(cè)拉板繞鉛柱轉(zhuǎn)動，另一方面可以提供一定的摩擦力，有利于裝配式鉛剪切阻尼器的耗能能力。高強限位螺栓8預緊力可考慮設計值的一半，過大的預緊力會導致阻尼器的初始剛度過大，且不利于裝配式鉛剪切阻尼器的結(jié)構(gòu)安全。
權(quán)利要求1.一種裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，包括中間拉板(1)、端部連接板、鉛柱 (9)、第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板，第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板(1) 和端部連接板⑷的兩側(cè)，在中間拉板⑴上設有中層鉛柱孔(11)和中層銷孔(12)，所述的第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板(3)，所述的內(nèi)層拉板C3)包括內(nèi)層拉板本體(30)，在內(nèi)層拉板本體(30)上設有內(nèi)層鉛柱孔(31)和長圓形限位孔(3 且內(nèi)層鉛柱孔(31)位于內(nèi)層拉板本體(30)的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體(30) 連接，在中間拉板(1)的中層銷孔(12)中設有連接銷(8)且所述連接銷(8)穿過內(nèi)層拉板 (3)的長圓形限位孔(32)，所述內(nèi)層鉛柱孔(31)與中層鉛柱孔(11)同軸，鉛柱(9)位于內(nèi)層鉛柱孔(31)與中層鉛柱孔(11)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，在第一內(nèi)層拉板及第二內(nèi)層拉板的外側(cè)分別設有第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板(22)，所述連接銷(8)向外延伸并分別穿過第一外側(cè)拉板的一端和第二外側(cè)拉板0 的一端，第一外側(cè)拉板的另一端和第二外側(cè)拉板0 的另一端分別與中間拉板(1)連接，所述鉛柱(9)向外延伸并分別穿過第一外側(cè)拉板的一端和第二外側(cè)拉板02)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝配式鉛剪切阻尼器，其特征在于，在第一外側(cè)拉板和第二外側(cè)拉板0 分別設有用于覆蓋鉛柱(9)的第一鉛柱封板(61)及第二鉛柱封板 (62)。
專利摘要本實用新型提供一種裝配簡單、性能穩(wěn)定的裝配式鉛剪切阻尼器。該阻尼器包括，中間拉板、端部連接板、鉛柱、第一及第二內(nèi)層拉板，第一、第二內(nèi)層拉板分別位于中間拉板和端部連接板兩側(cè)，在中間拉板上設有中層鉛柱孔和中層銷孔，所述第一內(nèi)層拉板和第二內(nèi)層拉板為內(nèi)層拉板，所述內(nèi)層拉板包括內(nèi)層拉板本體，在內(nèi)層拉板本體上設有內(nèi)層鉛柱孔和長圓形限位孔且內(nèi)層鉛柱孔位于內(nèi)層拉板本體的一端，所述端部連接板的另一端與內(nèi)層拉板本體連接，在中間拉板的中層銷孔中設有連接銷且連接銷穿過內(nèi)層拉板的長圓形限位孔，所述內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔同軸，鉛柱位于內(nèi)層鉛柱孔與中層鉛柱孔中。改變鉛柱的剪切面積，如增加鉛柱直徑或鉛柱剪切面的數(shù)量，可增大輸出力。
文檔編號E04B1/98GK202099894SQ20112016185
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者李愛群, 焦?？?申請人:東南大學