專利名稱：剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程抗震與減震領(lǐng)域，尤其涉及結(jié)構(gòu)被動(dòng)減震控制系統(tǒng)中的金屬耗能阻尼器，具體的說是一種可以為建筑結(jié)構(gòu)提供附加阻尼比、減少結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器。
背景技術(shù)：
金屬耗能阻尼器是利用金屬材料進(jìn)入塑性范圍后滯回耗能。由于軟鋼、鉛、形狀記憶金屬等金屬材料具有良好的延性和滯回能力，因而被廣泛用來制造各種類型的阻尼器。從受力形式上可分為軸向屈服型、剪切屈服型、彎曲屈服型和扭轉(zhuǎn)屈服型阻尼器。目前應(yīng)用較多且具有代表性的阻尼器產(chǎn)品有x型和三角形阻尼器、剪切型軟鋼阻尼器、扭轉(zhuǎn)梁耗能器、彎曲梁耗能器、U行鋼板耗能器、鋼棒耗能器、圓環(huán)、雙圓環(huán)耗能器、加勁圓環(huán)耗能器等。相對(duì)于油阻尼器、粘彈性阻尼器和黏滯阻尼器等其他阻尼器，金屬阻尼器有易加工、易維修更換、價(jià)格低廉、耗能能力穩(wěn)定、受溫度和外界環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于新建的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或老舊建筑的抗震加固。目前已有的阻尼器大多耗能形式單一，無法同時(shí)滿足小震和大震時(shí)的要求。許多阻尼器只在大震下起作用，小震時(shí)則在彈性狀態(tài)，地震能量由主體結(jié)構(gòu)耗散，造成了一定程度的損傷；另外一些阻尼器屈服位移較小，能夠滿足小震時(shí)就屈服耗能，大震時(shí)也有較好的延性，能夠達(dá)到大震耗能的要求，但是這類阻尼器往往附加給結(jié)構(gòu)的剛度較大，進(jìn)而導(dǎo)致地震作用的增大，這是一個(gè)惡性循環(huán)。另一方面，阻尼器小震時(shí)就進(jìn)入塑性變形，未經(jīng)歷大震即需全部更換，經(jīng)濟(jì)性較差。而地震一般伴隨著主震、余震或群震的地震序列，而余震大多緊隨主震之后不久發(fā)生，且余震震級(jí)往往較大，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，故研發(fā)多階段耗能的阻尼器成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有金屬耗能阻尼器普遍存在耗能水準(zhǔn)單一的缺點(diǎn)，提出了一種能夠根據(jù)地震能量的大小實(shí)現(xiàn)不同屈服狀態(tài)的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的
一種剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，包括兩塊L形側(cè)鋼板、X形軟鋼耗能鋼片、X形鋼片連接板、矩形軟鋼耗能鋼片、矩形鋼片連接板和矩形鋼片加勁板，其特征在于所述的兩塊L形側(cè)鋼板呈原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置，X形軟鋼耗能鋼片的兩端分別與兩塊平行設(shè)置的X形鋼片連接板垂直焊接相連后構(gòu)成X形鋼片耗能組件；矩形軟鋼耗能鋼片的肋壁與矩形鋼片加勁板垂直焊接相連且矩形軟鋼耗能鋼片的上端和下端分別與兩塊平行設(shè)置的矩形鋼片連接板垂直焊接相連后構(gòu)成矩形鋼片耗能組件；X形鋼片耗能組件和矩形鋼片耗能組件并排設(shè)置在L形側(cè)鋼板構(gòu)成的腔體內(nèi)并分別通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板的豎直面固定相連。所述的X形鋼片耗能組件和矩形鋼片耗能組件沿L形側(cè)鋼板豎直面的水平方向并排設(shè)置。所述X形鋼片耗能組件兩端的X形鋼片連接板通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板的豎直側(cè)壁固定相連。所述矩形鋼片耗能組件兩端的矩形鋼片連接板通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板的豎直側(cè)壁固定相連。所述的X形軟鋼耗能鋼片豎直分布在兩塊X形鋼片連接板之間。所述的X形軟鋼耗能鋼片為彎曲型軟鋼耗能鋼片，矩形軟鋼耗能鋼片為剪切型軟鋼耗能鋼片；所述的X形軟鋼耗能鋼片和矩形軟鋼耗能鋼片采用屈服強(qiáng)度在100MPa-225MPa之間的低屈服點(diǎn)鋼制成。所述的L形側(cè)鋼板、X形鋼片連接板、矩形鋼片連接板和矩形鋼片加勁板采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成。所述的L形側(cè)鋼板的水平面通過高強(qiáng)螺栓與建筑結(jié)構(gòu)相連。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明通過采用兩種不同形狀及耗能方式的軟鋼耗能鋼片組裝成X形鋼片耗能組件和矩形鋼片耗能組件安裝在L形側(cè)鋼板構(gòu)成的腔體內(nèi)，其中剪切型的矩形軟鋼耗能鋼片屈服位移小、初始剛度大、耗能能力強(qiáng)，而彎曲型的X形軟鋼耗能鋼片的屈服位移較大、初始剛度小、極限位移大；使得小風(fēng)或小震時(shí)，矩形軟鋼耗能鋼片經(jīng)歷很小的位移即進(jìn)入塑性耗能，而X形軟鋼耗能鋼片則處于彈性狀態(tài)，大風(fēng)大震時(shí)，X形軟鋼耗能鋼片開始屈服，與剪切型的矩形軟鋼耗能鋼片共同耗能，從而實(shí)現(xiàn)阻尼器的分階段屈服耗能的效果，并且X形軟鋼耗能鋼片極限位移大的特點(diǎn)使得阻尼器具有更強(qiáng)的安全儲(chǔ)備。本發(fā)明有效解決了傳統(tǒng)剪切或彎曲型阻尼器減震水準(zhǔn)單一的缺點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、易于安裝更換、空間占有率小、對(duì)建筑的功能和外觀影響較小，并具有耗能能力強(qiáng)、分階段耗能效果好、耐久性好的特點(diǎn)。本發(fā)明在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以通過調(diào)整兩種軟鋼耗能鋼片的數(shù)量、比例、幾何尺寸、材料以及側(cè)板的尺寸等參數(shù)制作出不同初始剛度、初始屈服位移、第二屈服位移和耗能能力等力學(xué)性能參數(shù)的阻尼器。


附圖I為本發(fā)明的阻尼器立體結(jié)構(gòu)示意 附圖2為本發(fā)明的阻尼器內(nèi)部布置示意 附圖3為本發(fā)明的X形鋼片耗能組件結(jié)構(gòu)示意 附圖4為本發(fā)明的矩形鋼片耗能組件結(jié)構(gòu)示意 附圖5為本發(fā)明的阻尼器安裝結(jié)構(gòu)平面示意 附圖6為本發(fā)明的阻尼器進(jìn)行基本性能荷載試驗(yàn)后得到的滯回曲線 附圖7為本發(fā)明的阻尼器的基本性能數(shù)值模擬與荷載試驗(yàn)滯回曲線對(duì)比 附圖8為本發(fā)明的阻尼器進(jìn)行疲勞性能荷載試驗(yàn)后得到的滯回曲線 附圖9為本發(fā)明的阻尼器在建筑結(jié)構(gòu)中采用中間柱型安裝的示意 附圖10為本發(fā)明的阻尼器在建筑結(jié)構(gòu)中采用支撐型安裝的示意圖。其中I一L形側(cè)鋼板；2—X形軟鋼耗能鋼片；3—X形鋼片連接板；4一矩形軟鋼耗能鋼片；5—矩形鋼片連接板；6—矩形鋼片加勁板；7 — X形鋼片耗能組件；8—矩形鋼片耗能組件。
具體實(shí)施例方式如圖1-5所示一種剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，包括兩塊L形側(cè)鋼板
I、X形軟鋼耗能鋼片2、X形鋼片連接板3、矩形軟鋼耗能鋼片4、矩形鋼片連接板5和矩形鋼片加勁板6，其中兩塊L形側(cè)鋼板I呈原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置構(gòu)成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，X形軟鋼耗能鋼片2的兩端分別與兩塊平行設(shè)置的X形鋼片連接板3垂直焊接相連，X形軟鋼耗能鋼片2豎直分布在兩塊X形鋼片連接板3之間且多個(gè)X形軟鋼耗能鋼片2和兩塊X形鋼片連接板3構(gòu)成一個(gè)X形鋼片耗能組件7 ;矩形軟鋼耗能鋼片4的肋壁與矩形鋼片加勁板6垂直焊接相連且矩形軟鋼耗能鋼片4的上端和下端分別與兩塊平行設(shè)置的矩形鋼片連接板5垂直焊 接相連后構(gòu)成矩形鋼片耗能組件8，其中通常采用一個(gè)矩形軟鋼耗能鋼片4、兩塊矩形鋼片加勁板6和兩塊矩形鋼片連接板5構(gòu)成一個(gè)矩形鋼片耗能組件8，但亦可使用一個(gè)矩形軟鋼耗能鋼片4、一塊矩形鋼片加勁板6和兩塊矩形鋼片連接板5構(gòu)成一個(gè)矩形鋼片耗能組件8 ；X形鋼片耗能組件7和矩形鋼片耗能組件8沿L形側(cè)鋼板I豎直面的水平方向并排設(shè)置在L形側(cè)鋼板I構(gòu)成的腔體內(nèi)并分別通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板I的豎直面固定相連，即X形鋼片耗能組件7兩端的X形鋼片連接板3通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板I的豎直側(cè)壁固定相連，矩形鋼片耗能組件8兩端的矩形鋼片連接板5通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板I的豎直側(cè)壁固定相連，其中X形鋼片耗能組件7和矩形鋼片耗能組件8的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)需要選用山形側(cè)鋼板I的水平面通過高強(qiáng)螺栓與建筑結(jié)構(gòu)相連。本發(fā)明的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器屬于位移型阻尼器，是依靠軟鋼材料在外力作用下屈服進(jìn)入塑性狀態(tài)不斷吸收能量。為了保證阻尼器能夠盡早的進(jìn)入工作狀態(tài)，更大程度地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，耗能材料的屈服強(qiáng)度不宜過高，并且為保證阻尼器在較大位移的情況下仍能夠正常工作，不至于發(fā)生延性破壞或低周疲勞破壞，要求耗能材料要有較大的延性，所以X形軟鋼耗能鋼片2和矩形軟鋼耗能鋼片4均采用屈服強(qiáng)度在100MPa-225MPa之間的低屈服點(diǎn)軟鋼材料制成，其幾何尺寸應(yīng)根據(jù)實(shí)際減震方案中的結(jié)構(gòu)尺寸和耗能要求確定。同時(shí)阻尼器中的X形軟鋼耗能鋼片2采用彎曲型軟鋼耗能鋼片，以在鋼片的平面外往復(fù)的彎曲變形形式來消耗能量；矩形軟鋼耗能鋼片4采用剪切耗能型鋼片，以在鋼片的平面內(nèi)往復(fù)剪切運(yùn)動(dòng)來消耗能量。兩種耗能鋼片在往復(fù)運(yùn)動(dòng)情況下，都會(huì)受到鋼片豎向的力和彎矩，豎向高度發(fā)生變化，這會(huì)大大削弱鋼片的耗能能力；其中矩形鋼片加勁板6要保護(hù)矩形軟鋼耗能鋼片4在豎向應(yīng)變上的一致性，否則矩形軟鋼耗能鋼片4在大位移時(shí)，兩端部會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，大大不利于耗能。另外為保證L形側(cè)鋼板1、X形鋼片連接板3、矩形鋼片連接板5和矩形鋼片加勁板6在大震下保持穩(wěn)定，因此都采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成，并具有一定的厚度。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以通過調(diào)整兩種軟鋼耗能鋼片的數(shù)量、比例、幾何尺寸、材料以及側(cè)板的尺寸等參數(shù)制作出不同初始剛度、初始屈服位移、第二屈服位移和耗能能力等力學(xué)性能參數(shù)的阻尼器。下面通過基本性能試驗(yàn)和疲勞性能試驗(yàn)得出該阻尼器的力與位移關(guān)系的滯回曲線以及疲勞位移歷程，確定其疲勞壽命。試驗(yàn)采用十六塊X形軟鋼耗能鋼片2和一塊矩形軟鋼耗能鋼片4，兩種鋼片皆采用日本進(jìn)口的高性能低屈服點(diǎn)軟鋼JIS LY225制作；其它構(gòu)件采用Q235鋼制作，其中每四塊X形軟鋼耗能鋼片2和二塊X形鋼片連接板3組成一個(gè)X形鋼片耗能組件7，每個(gè)矩形鋼片耗能組件8由一塊矩形軟鋼耗能鋼片4、兩塊矩形鋼片連接板5和兩塊矩形鋼片加勁板6構(gòu)成，然后四個(gè)X形鋼片耗能組件7和一個(gè)矩形鋼片耗能組件8與兩塊L形側(cè)鋼板I通過螺栓固定連接構(gòu)成一本發(fā)明所闡述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器。其中各部件的尺寸如表I所示。
表I阻尼器各部件尺寸(單位mm)
權(quán)利要求
1.一種剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，包括兩塊L形側(cè)鋼板(1)、X形軟鋼耗能鋼片(2)、X形鋼片連接板(3)、矩形軟鋼耗能鋼片(4)、矩形鋼片連接板(5)和矩形鋼片加勁板(6)，其特征在于所述的兩塊L形側(cè)鋼板(I)呈原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置，X形軟鋼耗能鋼片(2)的兩端分別與兩塊平行設(shè)置的X形鋼片連接板(3)垂直焊接相連后構(gòu)成X形鋼片耗能組件(7);矩形軟鋼耗能鋼片(4)的肋壁與矩形鋼片加勁板(6)垂直焊接相連且矩形軟鋼耗能鋼片(4)的上端和下端分別與兩塊平行設(shè)置的矩形鋼片連接板(5)垂直焊接相連后構(gòu)成矩形鋼片耗能組件(8) ；X形鋼片耗能組件(7)和矩形鋼片耗能組件(8)并排設(shè)置在L形側(cè)鋼板(I)構(gòu)成的腔體內(nèi)并分別通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板(I)的豎直面固定相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述的X形鋼片耗能組件(7)和矩形鋼片耗能組件(8)沿L形側(cè)鋼板(I)豎直面的水平方向并排設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述X形鋼片耗能組件(7)兩端的X形鋼片連接板(3)通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板(I)的豎直側(cè)壁固定相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述矩形鋼片耗能組件(8)兩端的矩形鋼片連接板(5)通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板(I)的豎直側(cè)壁固定相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述的X形軟鋼耗能鋼片(2)豎直分布在兩塊X形鋼片連接板(3)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述的X形軟鋼耗能鋼片(2)為彎曲型軟鋼耗能鋼片，矩形軟鋼耗能鋼片(4)為剪切型軟鋼耗能鋼片；所述的X形軟鋼耗能鋼片(2)和矩形軟鋼耗能鋼片(4)采用屈服強(qiáng)度在100MPa-225MPa之間的低屈服點(diǎn)鋼制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述的L形側(cè)鋼板(I)、X形鋼片連接板(3)、矩形鋼片連接板(5)和矩形鋼片加勁板(6)采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，其特征在于所述的L形側(cè)鋼板(I)的水平面通過高強(qiáng)螺栓與建筑結(jié)構(gòu)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剪切彎曲組合型分階段屈服軟鋼阻尼器，該阻尼器包括兩塊呈原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置的L形側(cè)鋼板(1)，X形軟鋼耗能鋼片(2)的兩端分別與兩塊平行設(shè)置的X形鋼片連接板(3)垂直焊接相連后構(gòu)成X形鋼片耗能組件(7)；矩形軟鋼耗能鋼片(4)的肋壁與矩形鋼片加勁板(6)垂直焊接相連且矩形軟鋼耗能鋼片(4)的上端和下端分別與兩塊平行設(shè)置的矩形鋼片連接板(5)垂直焊接相連后構(gòu)成矩形鋼片耗能組件(8)；X形鋼片耗能組件(7)和矩形鋼片耗能組件(8)并排設(shè)置在L形側(cè)鋼板(1)構(gòu)成的腔體內(nèi)并分別通過高強(qiáng)螺栓與L形側(cè)鋼板(1)的豎直面固定相連。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能能力強(qiáng)、分階段耗能效果好，適用范圍廣。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102635176SQ201210143138
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉偉慶, 劉鋒, 杜東升, 王曙光 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)