CN104763071B - 一种具有限位功能的铅剪切耗能器 - Google Patents

Abstract

一种具有限位功能的铅剪切耗能器，它包括上盖板、下盖板、上侧挡板、下侧挡板、隔板、销钉、铅体，其中，上、下盖板上设有若干连接螺栓孔，在上盖板和下盖板的两侧均各设有一块侧挡板，上、下侧挡板间留有间隙，在上盖板和下盖板之间设有若干矩形钢制隔板，隔板与侧挡板通过销钉联接，形成一个内有单元空间的箱形体空腔，在空腔内注入熔融铅液形成铅体；隔板和上、下侧挡板各销钉孔中心间连线均与盖板面平行。本发明构造简单，造价低廉，制作容易，复合耗能能力强，并具有强化减震效果和剪切限位功能。

Description

一种具有限位功能的铅剪切耗能器

技术领域

本发明属于土木工程抗震与减震领域，特别涉及一种金属耗能器。

背景技术

金属屈服后具有良好的滞回性能，而金属屈服耗能器则是利用某些金属具有的各种形式弹塑性滞回变形耗能，属于弹塑性耗能器的一种，包括软钢耗能器、铅耗能器等。从受力形式上可分为轴向屈服型、剪切屈服型、弯曲屈服型和扭转屈服型阻尼器。目前常见的阻尼器产品有：X型和三角形阻尼器、剪切型软钢阻尼器、扭转梁耗能器、弯曲梁耗能器、U型钢板耗能器、钢棒耗能器、圆环耗能器、加劲圆环耗能器等。相对于黏滞阻尼器、粘弾性阻尼器等阻尼器，金属阻尼器具有易加工、易维护、滞回耗能能力稳定等诸多优点，因此被广泛应用于工程结构的减隔震领域。

其中，铅耗能器是充分利用铅具有熔点低、塑性好、强度低、耐腐蚀、润滑能力强等特点，同时由于具有较高的延性和柔性，所以在变形过程中可以吸收大量的能量，并具有较强的变形跟踪能力，而且通过动态回复和再结晶过程，其组织和性能还可恢复至变形前的状态。因此铅阻尼器具有使用寿命不受限制、提供的阻尼可靠、对位移变化敏感、构造简单、工作中不需要维护等优点。

钢铅组合的全金属阻尼器具有可恢复变形大、阻尼能力强以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好、工作温度范围大和维护费用低等优点。

国家知识产权局于2011年1月5日公开了一种“剪切挤压复合型铅阻尼器”的发明专利申请(公开号：201696540)，该专利申请所公开的技术方案是：将铅用两侧带有半球形凸起的隔板和侧面薄板约束，使用普通钢材和铅以及少量软钢制作，耗能能力较高，但是制作工艺复杂，内部铅体靠侧面薄板约束，约束力小，内部铅体易受隔板和凸起的挤压侧面膨出而减小耗能能力，且不具有限位功能。

国家知识产权局于2008年7月23日公开了一种“剪切型铅阻尼器”的实用新型专利申请(公开号：101225679)，该专利申请所公开的技术方案是：将铅放置在可以平行滑动的盖板和滑板之间的凹槽内，利用凹槽内的铅的剪切耗散能量，构造简单，加工方便，但是由于凹槽内的铅体只是在两个受剪面上有剪切耗能，耗能能力有限，剪切耗能部位集中不利耗散热量，且不具有限位功能。

国家知识产权局于2005年11月9日公开了一种“铅-锡基-软钢复合阻尼器”的发明专利申请(公开号：1693612)，该专利申请所公开的技术方案是：在矩形钢板、X形软钢板及连接钢板之间灌铅，各板与铅接触面之间焊接锡基软钎料。本发明能充分发挥耗能材料自身性能，即使失效也便于更换，但是制作工艺复杂并且使用软钢而使成本较高，铅体在侧面不受约束，易受到钢板的挤压侧面膨出而减小耗能能力，且不具有限位功能。

以上铅耗能器利用铅的剪切或挤压耗能，但是存在着铅体约束力小，容易受到挤压侧向膨出而减小耗能能力，耗能形式单一等缺点，且不具有限位功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、制造成本低、复合耗能性能高的具有多重限位功能的复合耗能器。

本发明主要包括：上盖板、下盖板、上侧挡板、下侧挡板、隔板、销钉、铅体，其中，上、下盖板均为钢质平板，其上设有若干连接螺栓孔，在上盖板的两侧各设一块上侧挡板，在下盖板的两侧均各设有一块下侧挡板，上、下侧挡板之间留有间隙δ₁为1mm～12mm；各上、下侧挡板靠上、下盖板的一端均设有若干贯通销钉孔，在上盖板和下盖板之间设有若干矩形钢制隔板，隔板上下端为半圆柱形；各隔板半圆柱形端面与上、下盖板间留有间隙δ₂为0.5～3mm，各隔板之间的间距为10～30mm，各隔板两端侧面设有与上、下侧挡板对应的销钉孔，用销钉将上、下侧挡板与隔板联接，隔板侧面与上、下侧挡板间隙δ₃为0.5～3mm，形成一个内有单元空间的箱形体空腔，在空腔内注入熔融铅液形成铅体；隔板和上、下侧挡板各销钉孔中心间连线均与盖板面平行。

将耗能器连接在结构可以产生相对位移的部位，当结构受到强风或大震作用时，耗能器承受剪切作用而消耗能量，提供阻尼，有效地减小主体结构的动力反应；当结构剪切位移较大时，由于内部铅体受剪变形向侧面膨胀却受到侧挡板挤压约束，耗能器剪切刚度得到强化，给结构提供较大刚度，并且这种强化现象会随着剪切位移增大而加强，使耗能器能起到相当强的减震限位功能。

据工况所需，调整耗能器相关参数(如：耗能器高度，铅体长度、宽度、高度、片数，侧挡板厚度，侧挡板间隙大小等)可得到不同的设计性能(如：耗能器屈服位移、屈前刚度、屈后刚度、剪切限位位移等)。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)构造简单，取材方便，造价低廉，制作容易，耗能稳定，易于规范标准化参数设计，便于量化生产和性能评估。

(2)屈服位移小，滞回曲线饱满，耗能量大，具有减震和限位功能，有效保护主体结构。

(3)同时利用剪切和挤压多种耗能机制耗能，属于复合耗能，可更好发挥其中铅体的耗能性能。

附图说明

图1为本发明的主视示意简图。

图2为图1的A-A剖面示意简图。

图3为图1的侧视示意简图。

图4为本发明的限位功能示意简图。

图5为本发明实施例的滞回曲线图。

图中：1上盖板、2上侧挡板、3铅体、4隔板、5下侧挡板、6销钉、7下盖板、8连接螺栓孔。

具体实施方式

在图1、图2和图3所示的具有限位功能的铅剪切耗能器示意图中，上盖板1和下盖板7均为钢质平板，尺寸为200*100*12mm，在上、下盖板四角各设置Φ16的连接螺栓孔8，用于与主体结构连接；在上盖板的两侧各设一块上侧挡板2，在下盖板的两侧均各设有一块下侧挡板5，四块侧挡板为钢质平板，尺寸均为38*120*12mm，上、下侧挡板之间留有间距δ₁为4mm；各上、下侧挡板靠上、下盖板的一端距盖板端10mm处按间距每27mm各设一个Φ6贯通销钉孔，将各上、下侧挡板焊接在距盖板长边边缘9mm处；在上盖板和下盖板之间设有五块矩形隔板4，每块隔板均为钢质平板，尺寸为80*60*12mm，每块隔板的两端均加工成Φ6半圆柱状，各隔板两端侧面在距端部9mm处设有与上、下侧挡板对应的Φ6深度15mm的销钉孔；各隔板半圆柱形端面与上、下盖板间的间隙δ₂为1mm，各隔板侧面与侧挡板间隙δ₃为1mm；用销钉6将上、下侧挡板与隔板联接，隔板和上、下侧挡板各销钉孔中心间连线均与盖板面平行，在盖板、侧挡板与各隔板之间形成四个大小为15*80*60mm的单元空间；将各板联接之间的缝隙用嵌缝剂塞住，把融化的99.9％工业铅液通过上、下侧挡板的间隙注入，待其固化即形成铅体3。

如图4所示，D为耗能器剪切位移，依据上述设计数据，耗能器铅体高度H为82mm，上、下侧挡板之间留有间距δ₁为4mm，销钉中心至盖板表面的距离δ₄为11mm；当剪切位移D达到时，由于上、下侧挡板间隙消失，耗能器不能继续产生剪切变形，耗能器及其连接件将为主体结构提供很大侧向支撑，达到限制结构侧向位移的限位功能。

如图5所示，对制得的耗能器进行位控往复剪切加载试验，耗能器滞回曲线稳定而饱满，并且随剪切位移增加刚度强化现象明显，使整个耗能器的复合耗能能力大幅提高。

Claims (5)

1.一种具有限位功能的铅剪切耗能器，主要包括：上盖板、下盖板、上侧挡板、下侧挡板、隔板、销钉、铅体，其特征在于：所述上、下盖板均为钢质平板，其上设有若干连接螺栓孔，在上盖板的两侧各设一块上侧挡板，在下盖板的两侧均各设有一块下侧挡板，上、下侧挡板之间留有间隙，各上、下侧挡板靠上、下盖板的一端均设有若干贯通销钉孔，在上盖板和下盖板之间设有若干矩形钢制隔板，各隔板两端侧面设有与上、下侧挡板对应的销钉孔，用销钉将上、下侧挡板与隔板联接，形成一个内有单元空间的箱形体空腔，在空腔内注入熔融铅液形成铅体；隔板和上、下侧挡板各销钉孔中心间连线均与盖板面平行。

2.根据权利要求1所述的具有限位功能的铅剪切耗能器，其特征在于：所述隔板上下端为半圆柱形，各隔板之间的间距为10～30mm，所述隔板端部与上、下盖板间隙为0.5～3mm。

3.根据权利要求1所述的具有限位功能的铅剪切耗能器，其特征在于：所述隔板侧面与上、下侧挡板间隙为0.5～3mm。

4.根据权利要求1所述的具有限位功能的铅剪切耗能器，其特征在于：上侧挡板与下侧挡板之间的间隙为1mm～12mm。

5.根据权利要求1所述的具有限位功能的铅剪切耗能器，其特征在于：根据工况所需，能够通过调整耗能器的相关参数实现耗能器的设计性能。