一種分階段耗能器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分階段耗能器，包括平行相對(duì)的頂板和底板，頂板和底板中間設(shè)有耗能鋼片，耗能鋼片連接頂板和底板；耗能鋼片包括相互平行的一個(gè)第一階段耗能鋼片和兩個(gè)第二階段耗能鋼片，兩個(gè)第二階段耗能鋼片以第一階段耗能鋼片為中線設(shè)置在其兩側(cè)；第一階段耗能鋼片的材料的屈服點(diǎn)高于低于第二階段耗能鋼片的材料的屈服點(diǎn)；耗能鋼片上設(shè)有拋物線形式的孔，開(kāi)口大小相同且兩兩開(kāi)口相對(duì)的一組拋物線組成一個(gè)拋物線形式的孔，拋物線的對(duì)稱(chēng)軸平行于頂板且位于耗能鋼片的中間位置；第一階段耗能鋼片上的拋物線形式的孔大于第二階段耗能鋼片上的拋物線形式的孔。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單、安裝更換方便、滯回性能穩(wěn)定、造價(jià)相對(duì)低廉且可分階段耗能的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種分階段耗能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程中防止振動(dòng)的領(lǐng)域，特別是一種用于抑制工程結(jié)構(gòu)在地震和風(fēng)振作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的減振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低屈服點(diǎn)鋼材具有較低的屈服點(diǎn)，有利于耗能器先于結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入屈服耗能，且具有良好的塑性、延性和滯回性能，故具有良好穩(wěn)定的耗能能力。由于上述優(yōu)點(diǎn)，低屈服點(diǎn)鋼特別適合作為抗震用鋼，并逐步受到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可和重視，現(xiàn)已成為抗震用鋼的一個(gè)新鋼種和重點(diǎn)鋼種。隨著20世紀(jì)末低屈服點(diǎn)鋼材料的逐漸興起和被動(dòng)控制理論的發(fā)展應(yīng)用，低屈服點(diǎn)鋼耗能器開(kāi)始被廣泛用于既有建筑的改造加固以及新建建筑的消能減震設(shè)計(jì)中。到目前為止，已有多種類(lèi)型的低屈服點(diǎn)鋼耗能器問(wèn)世。
[0003]隨著行業(yè)發(fā)展，現(xiàn)有的低屈服點(diǎn)鋼耗能器的抗疲勞性能常常已不能滿足現(xiàn)代建筑的高要求，同時(shí)還暴露出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝更換也較為繁瑣的問(wèn)題，而且很多都存在造價(jià)比較高的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于低屈服點(diǎn)鋼的分階段耗能器，解決傳統(tǒng)的低屈服點(diǎn)鋼耗能器抗疲力性能差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝更換繁瑣、造價(jià)高的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種分階段耗能器，包括平行相對(duì)的頂板和底板，所述頂板和底板中間設(shè)有耗能鋼片，所述耗能鋼片連接頂板和底板；所述耗能鋼片包括相互平行設(shè)置的一個(gè)第一階段耗能鋼片和兩個(gè)第二階段耗能鋼片，所述兩個(gè)第二階段耗能鋼片以第一階段耗能鋼片為中線設(shè)置在其兩側(cè)，所述第一階段耗能鋼片的寬度大于第二階段耗能鋼片的寬度；所述第一階段耗能鋼片的材料的屈服點(diǎn)低于第二階段耗能鋼片的材料的屈服點(diǎn)；所述耗能鋼片上設(shè)有拋物線形式的孔，開(kāi)口大小相同且兩兩開(kāi)口相對(duì)的一組拋物線組成一個(gè)拋物線形式的孔，拋物線的對(duì)稱(chēng)軸平行于頂板且位于耗能鋼片的中間位置；第一階段耗能鋼片上的拋物線形式的孔大于第二階段耗能鋼片上的拋物線形式的孔。
[0007]本發(fā)明中位于兩側(cè)的第二階段耗能鋼片的尺寸小于中間的第一階段耗能鋼片，同時(shí)位于第二階段耗能鋼片上的拋物線開(kāi)口也相應(yīng)得小于位于第一階段耗能鋼片上的拋物線開(kāi)口，在材料的選擇上第一階段耗能鋼片屈服點(diǎn)低于第二階段耗能鋼片的屈服點(diǎn)，以上設(shè)置導(dǎo)致兩種耗能鋼片具有不同的初始抗側(cè)剛度，從而具有不同的屈服位移和屈服載荷，從而可以實(shí)現(xiàn)分階段耗能。小震作用下，中間的第一階段耗能鋼片率先塑性屈服耗能，大震作用下兩側(cè)的第二階段耗能鋼片也逐步進(jìn)入塑性狀態(tài)，參與耗能工作；同時(shí)將耗能鋼片上設(shè)置若干個(gè)拋物線形式的孔，根據(jù)2011年徐艷紅、李?lèi)?ài)群、黃鎮(zhèn)在《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文《拋物線外形軟鋼阻尼器試驗(yàn)研究》，拋物線形式的孔有利于耗能鋼片塑性變形的均勻發(fā)展和分布，從而具有良好的滯回性能和抗疲勞性能。
[0008]作為優(yōu)選的，在本發(fā)明中，第一階段耗能鋼片的材料為低屈服點(diǎn)鋼；第二階段耗能鋼片的材料為普通碳素鋼。低屈服點(diǎn)鋼是屈服點(diǎn)較低的鋼材的統(tǒng)稱(chēng)，一般都具有優(yōu)良的深沖性能和深拉延性能，與碳素鋼相比，低屈服點(diǎn)鋼的屈服點(diǎn)較低。
[0009]本發(fā)明在選擇耗能鋼片時(shí)，要保證第一階段耗能鋼片的屈服位移的適量，如果屈服位移太小，則會(huì)導(dǎo)致需要頻繁更換第一階段耗能鋼片，相反如果屈服位移太大，則兩個(gè)階段耗能鋼片的屈服位移分別不明顯，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)本裝置分階段耗能的目的。這里屈服位移的大小主要與耗能鋼板的大小、拋物線開(kāi)口的大小以及耗能鋼片的材料有關(guān)，具體可通過(guò)有限元分析或試驗(yàn)研究來(lái)選擇合適的耗能鋼片的組合。
[0010]作為優(yōu)選的，在本發(fā)明中，所述耗能鋼片與頂板和底板均通過(guò)焊接連接。保證耗能鋼片與頂板和底板的可靠連接。
[0011]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，每個(gè)耗能鋼片上間隔設(shè)置拋物線形式的孔，同一組的兩條拋物線對(duì)接的位置處設(shè)置圓角。均勻間隔設(shè)置的拋物線形式的孔，使得耗能鋼片受力后均勻變形，且圓角設(shè)置可以防止應(yīng)力集中。
[0012]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，耗能鋼片的左右邊緣均設(shè)置成開(kāi)口背向自身的拋物線形式。與拋物線形式的孔相應(yīng)，使得耗能鋼片整體上拋物線形式的孔與實(shí)體部分間隔設(shè)置，有利于塑性變形均勻發(fā)展。
[0013]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，在頂板和底板上預(yù)留螺栓孔，通過(guò)高強(qiáng)螺栓或抗剪連接件與結(jié)構(gòu)主體相連。保證本裝置與結(jié)構(gòu)主體可靠相連，在水平作用下發(fā)揮減震作用。
[0014]有益效果:
[0015]本發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單、安裝更換方便、滯回性能穩(wěn)定、造價(jià)相對(duì)低廉且可以分階段耗能的新型低屈服點(diǎn)鋼分階段耗能器；
[0016]該耗能器利用兩種具有不同屈服位移和屈服荷載的耗能鋼片來(lái)實(shí)現(xiàn)分階段耗能，拋物線形的開(kāi)洞有利于其應(yīng)變的均勻發(fā)展和分布，從而使其具有良好的滯回性能和疲勞性倉(cāng)泛;
[0017]此耗能器安裝在建筑結(jié)構(gòu)中，能在小震及大震下耗散大量的能量，起到可觀的減震效果。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為耗能鋼片在底板上的平面布置圖；
[0020]圖3為第一階段耗能鋼片的示意圖；
[0021]圖4為第二階段耗能鋼片的示意圖；
[0022]圖5為圖1的A向視圖；
[0023]圖6為圖1的B向視圖；
[0024]圖7為本發(fā)明裝置與鋼框架連接示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明裝置與混凝土框架連接示意圖；
[0026]圖9為本發(fā)明裝置的實(shí)體模型試驗(yàn)的滯回曲線示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]按照本發(fā)明的介紹制作一個(gè)小型的耗能器，如圖1至6所示，包括平行相對(duì)的頂板5和底板6，所述頂板5和底板6中間設(shè)有耗能鋼片，所述耗能鋼片連接頂板5和底板
6;所述耗能鋼片包括相互平行設(shè)置的一個(gè)第一階段耗能鋼片I和兩個(gè)第二階段耗能鋼片2，所述兩個(gè)第二階段耗能鋼片2以第一階段耗能鋼片I為中線設(shè)置在其兩側(cè)，第一階段耗能鋼片I的尺寸為高400mm、寬375.4mm、厚24mm，第二階段耗能鋼片2的尺寸為高400mm、寬263.4_、厚24_ ;在材料的選擇上，第一階段耗能鋼片I的屈服點(diǎn)低于第二階段耗能鋼片2的屈服點(diǎn)，第一階段耗能鋼片I選用低屈服點(diǎn)鋼中的Q160材料，第二階段耗能鋼片I的材料為普通碳素鋼中的Q235材料；每個(gè)耗能鋼片上都設(shè)有拋物線形式的孔，開(kāi)口大小相同且兩兩開(kāi)口相對(duì)的一組拋物線組成一個(gè)拋物線形式的孔，相應(yīng)的，在耗能鋼片的左右邊緣也均設(shè)置成開(kāi)口背向自身的拋物線形式；拋物線在耗能鋼片高度方向上伸展到距離耗能鋼片上下邊緣20mm的位置，拋物線的對(duì)稱(chēng)軸平行于頂板5且位于耗能鋼片的中間位置；如圖3所示，第一階段耗能鋼片I上的拋物線形式的孔為大孔3，大孔3上的拋物線的方程為
J = ^.ν2;如圖4所示，第二階段耗能鋼片2上的拋物線形式的孔為小孔4，小孔4上的拋物
線的方程為y = -X2，這里X軸垂直于拋物線的對(duì)稱(chēng)軸，X軸的原點(diǎn)為X軸與拋物線對(duì)稱(chēng)軸
相交的點(diǎn)，y軸與拋物線的對(duì)稱(chēng)軸重合，第一階段耗能鋼片I上的拋物線形式的孔大于第二階段耗能鋼片2上的拋物線形式的孔。
[0029]在頂板5和底板6上預(yù)留螺栓孔7，如圖7所示，為本裝置通過(guò)高強(qiáng)螺栓8與結(jié)構(gòu)主體中的鋼梁11以及鋼支撐12連接的示意圖；如圖8所示，為本裝置通過(guò)抗剪螺栓9與結(jié)構(gòu)主體中上方的混凝土梁10連接，同時(shí)通過(guò)高強(qiáng)螺栓8與下方的鋼支撐12連接的示意圖。
[0030]實(shí)際制造時(shí)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)(包括耗能鋼片的高度、寬度、厚度及頂板、底板的寬度、寬度、厚度)加工好耗能鋼片并焊接到頂板和底板上，并根據(jù)連接形式在頂板和底板上預(yù)設(shè)螺栓孔，然后將本裝置安裝到位。
[0031]對(duì)上述耗能器的實(shí)體模型進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，得到如圖9所示的滯回曲線。圖9中，橫軸為加載位移，縱軸為荷載大小，由該滯回曲線可知本裝置的滯回曲線飽滿，耗能性能良好。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種分階段耗能器，其特征在于:包括平行相對(duì)的頂板(5)和底板(6)，所述頂板(5)和底板(6)中間設(shè)有耗能鋼片，所述耗能鋼片連接頂板(5)和底板(6);所述耗能鋼片包括相互平行設(shè)置的一個(gè)第一階段耗能鋼片(1)和兩個(gè)第二階段耗能鋼片(2)，所述兩個(gè)第二階段耗能鋼片(2)以第一階段耗能鋼片(1)為中線設(shè)置在其兩側(cè)，所述第一階段耗能鋼片(1)的寬度大于第二階段耗能鋼片(2)的寬度；所述第一階段耗能鋼片(1)的材料的屈服點(diǎn)低于第二階段耗能鋼片(2)的材料的屈服點(diǎn)；所述耗能鋼片上設(shè)有拋物線形式的孔，開(kāi)口大小相同且兩兩開(kāi)口相對(duì)的一組拋物線組成一個(gè)拋物線形式的孔，拋物線的對(duì)稱(chēng)軸平行于頂板(5)且位于耗能鋼片的中間位置；第一階段耗能鋼片(1)上的拋物線形式的孔大于第二階段耗能鋼片(2)上的拋物線形式的孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分階段耗能器，其特征在于:第一階段耗能鋼片(1)的材料為低屈服點(diǎn)鋼；第二階段耗能鋼片(2)的材料為普通碳素鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分階段耗能器，其特征在于:所述耗能鋼片與頂板(5)和底板(6)均通過(guò)焊接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分階段耗能器，其特征在于:每個(gè)耗能鋼片上間隔設(shè)置拋物線形式的孔，同一組的兩條拋物線對(duì)接的位置處設(shè)置圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的一種分階段耗能器，其特征在于:耗能鋼片的左右邊緣均設(shè)置成開(kāi)口背向自身的拋物線形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的一種分階段耗能器，其特征在于:在頂板(5)和底板(6)上預(yù)留螺栓孔(7)，通過(guò)高強(qiáng)螺栓(8)或抗剪連接件(9)與結(jié)構(gòu)主體相連。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK103899004SQ201410166480
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】范圣剛, 丁智霞, 尚春芳, 桂鶴陽(yáng), 劉飛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)