CN105064525A - 弯曲型分阶段屈服金属阻尼器 - Google Patents

弯曲型分阶段屈服金属阻尼器 Download PDF

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本发明公开了一种弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，包括：第一耗能钢板、第二耗能钢板、多个垫板和连接板，其中，所述第一耗能钢板、所述第二耗能钢板和所述垫板设置在所述连接板之间；所述第一耗能钢板设置在所述垫板之间，所述第二耗能钢板设置在所述垫板之间；所述第一耗能钢板、所述垫板、所述第二耗能钢板和所述连接板彼此相连接。本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器通过第一耗能钢板和第二耗能钢板共同工作，保证了在小震和大震下分阶段屈服，并且构造简单、生产便捷。

Description

弯曲型分阶段屈服金属阻尼器
技术领域
本发明涉及建筑效能减震技术领域，尤其涉及一种弯曲型分阶段屈服金属阻尼器。
背景技术
金属阻尼器是工程结构中较为常见的一种消能设备。该类阻尼器运用金属材料(如软钢等)优异的弹塑性性能，经合理设计其结构形式和力学参数，能在工程结构遭受外界作用时(如地震作用)率先屈服而消耗能量，从而保证主体结构的安全性。金属阻尼器可分为弯曲型和剪切型两种，弯曲型金属阻尼器开采用螺栓或焊接连接，剪切型阻尼器采用焊接连接。金属阻尼器的性能受到其结构构造、几何尺寸、连接方式、制作工艺等因素的影响，不同设计条件下的金属阻尼器性能差异也较大。
目前金属阻尼器在设计和性能等方面仍然存在很多缺陷。如已有的金属阻尼器耗能机制单一，大多数无法同时满足小震和大震时的要求。部分阻尼器设计屈服位移大，只能在大震下起到消能减震作用，而小震时则在弹性状态，耗能太少或者不耗能；另一部分阻尼器屈服位移较小，能够满足小震时就屈服耗能，大震时也有较好的耗能和延性性能，但是这类阻尼器往往附加给结构的刚度较大，进而导致地震作用效应的增大，不利于结构抗震。此外，少数金属阻尼器进过改良发展具备分阶段屈服能力，但其构造复杂、加工安装不便捷而消耗了许多人工、财力。
发明内容
为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新弯曲型分阶段屈服金属阻尼器。
本发明提供了一种弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，包括：第一耗能钢板、第二耗能钢板、多个垫板和连接板，其中，所述第一耗能钢板、所述第二耗能钢板和所述垫板设置在所述连接板之间；所述第一耗能钢板设置在所述垫板之间，所述第二耗能钢板设置在所述垫板之间；所述第一耗能钢板、所述垫板、所述第二耗能钢板和所述连接板彼此相连接。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板、所述第二耗能钢板、所述垫板和所述连接板彼此螺栓连接。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板和所述第二耗能钢板厚度相同，所述第一耗能钢板的屈服强度为100～180MPa，所述第二耗能钢板的屈服强度大于345MPa。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板和所述第二耗能钢板厚度相同，所述第一耗能钢板的屈服强度大于345MPa，所述第二耗能钢板的屈服强度为100～180MPa。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板和所述第二耗能钢板的屈服强度相同，所述第一耗能钢板的厚度不大于15mm，所述第二耗能钢板的厚度不小于20mm。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板和所述第二耗能钢板的屈服强度相同，所述第一耗能钢板的厚度不小于20mm，所述第二耗能钢板的厚度不大于15mm。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述连接板为L形。
可选地，根据本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，所述第一耗能钢板、所述第二耗能钢板和所述垫板为X形或菱形。
本发明具有以下有益效果：
1)采用螺栓连接，将第一耗能钢板、第二耗能钢板、垫板和连接板串联起来构成弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，构造简单、生产便捷。
2)利用耗能钢板的屈服位移与钢板厚度成反比例的关系，设计两种不同厚度的耗能钢板即第一耗能钢板和第二耗能钢板，二者共同工作，保证阻尼器在小震和大震下分阶段屈服。
3)利用耗能钢板的屈服位移与钢板材料的屈服强度成正比的关系，设计两种屈服强度不同的耗能钢板即第一耗能钢板和第二耗能钢板，二者共同工作，保证阻尼器在小震和大震下分阶段屈服。
4)本发明可以根据不同的需要简单设计出不同的吨位的阻尼器，也可以通过改变两种钢片的数量来改变阻尼器在不同屈服位移下的耗能性能，具有简单易改造的性能来迎合不同的需要。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：
图1为本发明实施例1中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图2为本发明实施例1中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的截面图；
图3为本发明的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的侧视图；
图4为本发明实施例2中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图5为本发明实施例2中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的截面图；
图6为本发明实施例3中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；
图7为本发明实施例3中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的截面图；
图8为本发明实施例4中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图；以及
图9为本发明实施例4中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的截面图。
其中，附图中各标记的含义为：
第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、多个垫板3、连接板4和折弯部分4-1。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器包括第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、多个垫板3和连接板4，其中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3设置在所述连接板4之间。所述垫板3有多个，所述第一耗能钢板1设置在所述垫板3之间，即所述第一耗能钢板1的外表面接触一个垫板3并且所述第一耗能钢板1的内表面接触另一个垫板3；所述第二耗能钢板2设置在所述垫板3之间，即所述第二耗能钢板2的外表面接触一个垫板3并且所述第二耗能钢板2的内表面接触另一个垫板3。所述第一耗能钢板1、所述垫板3、所述第二耗能钢板2和所述连接板4彼此紧紧相连接在一起构成所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器。
本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2、所述垫板3和所述连接板4彼此连接的方式有很多种，本发明优选的是螺栓连接，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2、所述垫板3和所述连接板4中相应的位置有相对应的孔，螺栓穿过第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2、所述垫板3和所述连接板4的孔，再由螺母拧紧，从而使得所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2、所述垫板3和所述连接板4紧紧连接。
本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器中，所述连接板4的形状可以为多种，本发明优选的为L形。L形的连接板4能够很方便的与所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3相连接。
本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3为X形或菱形。所述第一耗能钢板1为X形，则所述第二耗能钢板2和所述垫板3与所述第一耗能钢板1相匹配即为X形；所述第一耗能钢板1为菱形，则所述第二耗能钢板2和所述垫板3与所述第一耗能钢板1相匹配即为菱形。X形或菱形的第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3相比于正方形或长方形的第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3，节省了很多钢材料，从而节约了成本。
本发明可以设计出多种实施例，因此具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。为了具体的描述本发明，选择以下实施例进行示例性说明。
实施例1
图1和图2分别示出了本发明实施例1中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图和界面图。如图1和图2所示，本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器包括第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4，其中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3为X形，所述第一耗能钢板1的数量为一个，所述所述第二耗能钢板2的数量为六个，所述垫板3的数量为八个。所述连接板4为L形，所述连接板4的数量为四个。
连接板4、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4依次设置，其中，最右端和最左端分别有两个连接板4，并且根据图2中的A1线对称分布，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3除厚度外其他尺寸都相同。
连接板4的折弯部分4-1设置有呈中线对称的两个孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的上部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，螺栓穿过第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1相对应的孔(如图3所示)，然后把螺母拧到螺栓上，从而使得连接板4、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4紧紧的连接在一起。
所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同，所述第一耗能钢板1的厚度不小于20mm，所述第二耗能钢板2的厚度不大于15mm。所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同的情况下，厚度不同从而导致屈服位移不同，由于所述第一耗能钢板1的厚度大于所述第二耗能钢板2的厚度，所述第一耗能钢板1的屈服位移小于所述第二耗能钢板2的屈服位移。在本实施例中，所述垫板3的厚度为8mm，所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同，即所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2为相同的材质，所述第一耗能钢板1的厚度为25mm，其具有较小的屈服位移，可在处于小震环境下进入工作以消耗地震能量；第二耗能钢板2的厚度为10mm，具有较大的屈服位移，当处于小震时依然处于弹性，但在处于大震时能快速进入工作阶段，消耗地震能量，以此实现分阶段耗能。
实施例2
图4和图5分别示出了本发明实施例2中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图和界面图。如图4和图5所示，本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器包括第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4，其中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3为X形，所述第一耗能钢板1的数量为六个，所述所述第二耗能钢板2的数量为一个，所述垫板3的数量为八个。所述连接板4为L形，所述连接板4的数量为四个。
连接板4、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3和连接板4依次设置，其中，最右端和最左端分别有两个连接板4，并且根据图5中的A2线对称分布，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3除厚度外其他尺寸都相同。
连接板4的折弯部分4-1设置有呈中线对称的两个孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的上部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，螺栓穿过第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1相对应的孔(如图3所示)，然后把螺母拧到螺栓上，从而使得连接板4、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3和连接板4紧紧的连接在一起。
所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同，所述第一耗能钢板1的厚度不大于15mm，所述第二耗能钢板2的厚度不小于20mm。所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同的情况下，厚度不同从而导致屈服位移不同，由于所述第一耗能钢板1的厚度小于所述第二耗能钢板2的厚度，所述第一耗能钢板1的屈服位移大于所述第二耗能钢板2的屈服位移。在本实施例中，所述垫板3的厚度为8mm，所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的屈服强度相同，即所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2为相同的材质，所述第二耗能钢板2的厚度为25mm，其具有较小的屈服位移，可在处于小震环境下进入工作以消耗地震能量；所述第一耗能钢板1的厚度为10mm，具有较大的屈服位移，当处于小震时依然处于弹性，但在处于大震时能快速进入工作阶段，消耗地震能量，以此实现分阶段耗能。
实施例3
图6和图7分别示出了本发明实施例3中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图和界面图。如图6和图7所示，本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器包括第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4，其中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3为X形，所述第一耗能钢板1的数量为四个，所述所述第二耗能钢板2的数量为三个，所述垫板3的数量为八个。所述连接板4为L形，所述连接板4的数量为四个。
连接板4、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3和连接板4依次设置，其中，最右端和最左端分别有两个连接板4，并且根据图7中的A3线对称分布，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3除厚度外其他尺寸都相同。
连接板4的折弯部分4-1设置有呈中线对称的两个孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的上部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，螺栓穿过第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1相对应的孔(如图3所示)，然后把螺母拧到螺栓上，从而使得连接板4、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3和连接板4紧紧的连接在一起。
所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的厚度相同，所述第一耗能钢板1的屈服强度为100～180MPa，所述第二耗能钢板2的屈服强度大于345MPa。所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2中厚度相同的情况下，所述第一耗能钢板1的屈服强度小于所述第二耗能钢板2的屈服强度。在本实施例中，所述垫板3的厚度为8mm，所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的厚度均为10mm，所述第一耗能钢板1的屈服强度为150MPa，其具有较小的屈服强度，可在处于小震环境下进入工作以消耗地震能量；所述第二耗能钢板2中的屈服强度为350MPa，具有较大的屈服强度，当处于小震时依然处于弹性，但在处于大震时能快速进入工作阶段，消耗地震能量，以此实现分阶段耗能。
实施例4
图8和图9分别示出了本发明实施例4中的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器的结构示意图和界面图。如图8和图9所示，本发明所述弯曲型分阶段屈服金属阻尼器包括第一耗能钢板1、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4，其中，所述第一耗能钢板1、所述第二耗能钢板2和所述垫板3为X形，所述第一耗能钢板1的数量为三个，所述所述第二耗能钢板2的数量为四个，所述垫板3的数量为八个。所述连接板4为L形，所述连接板4的数量为四个。
连接板4、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3和连接板4依次设置，其中，最右端和最左端分别有两个连接板4，并且根据图9中的A4线对称分布，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3除厚度外其他尺寸都相同。
连接板4的折弯部分4-1设置有呈中线对称的两个孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的上部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1上的两个孔相对应的孔，螺栓穿过第一耗能钢板1、第二耗能钢板2和垫板3的下部分设置与连接板4的折弯部分4-1相对应的孔(如图3所示)，然后把螺母拧到螺栓上，从而使得连接板4、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3、第二耗能钢板2、垫板3、第一耗能钢板1、垫板3和连接板4紧紧的连接在一起。
所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的厚度相同，所述第二耗能钢板2的屈服强度为100～180MPa，所述第一耗能钢板1的屈服强度大于345MPa。所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2中厚度相同的情况下，所述第一耗能钢板1的屈服强度大于所述第二耗能钢板2的屈服强度。在本实施例中，所述垫板3的厚度为8mm，所述第一耗能钢板1和所述第二耗能钢板2的厚度均为10mm，所述第二耗能钢板2的屈服强度为150MPa，其具有较小的屈服强度，可在处于小震环境下进入工作以消耗地震能量；所述第一耗能钢板1中的屈服强度为350MPa，具有较大的屈服强度，当处于小震时依然处于弹性，但在处于大震时能快速进入工作阶段，消耗地震能量，以此实现分阶段耗能。
本发明具有以下有益效果：
1)采用螺栓连接，将第一耗能钢板、第二耗能钢板、垫板和连接板串联起来构成弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，构造简单、生产便捷。
2)利用耗能钢板的屈服位移与钢板厚度成反比例的关系，设计两种不同厚度的耗能钢板即第一耗能钢板和第二耗能钢板，二者共同工作，保证阻尼器在小震和大震下分阶段屈服。
3)利用耗能钢板的屈服位移与钢板材料的屈服强度成正比的关系，设计两种屈服强度不同的耗能钢板即第一耗能钢板和第二耗能钢板，二者共同工作，保证阻尼器在小震和大震下分阶段屈服。
4)本发明可以根据不同的需要简单设计出不同的吨位的阻尼器，也可以通过改变两种钢片的数量来改变阻尼器在不同屈服位移下的耗能性能，具有简单易改造的性能来迎合不同的需要。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (8)

1.一种弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于包括：第一耗能钢板(1)、第二耗能钢板(2)、多个垫板(3)和连接板(4)，其中，
所述第一耗能钢板(1)、所述第二耗能钢板(2)和所述垫板(3)设置在所述连接板(4)之间；
所述第一耗能钢板(1)设置在所述垫板(3)之间，所述第二耗能钢板(2)设置在所述垫板(3)之间；
所述第一耗能钢板(1)、所述垫板(3)、所述第二耗能钢板(2)和所述连接板(4)彼此相连接。
2.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)、所述第二耗能钢板(2)、所述垫板(3)和所述连接板(4)彼此螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)和所述第二耗能钢板(2)厚度相同，所述第一耗能钢板(1)的屈服强度为100～180MPa，所述第二耗能钢板(2)的屈服强度大于345MPa。
4.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)和所述第二耗能钢板(2)厚度相同，所述第一耗能钢板(1)的屈服强度大于345MPa，所述第二耗能钢板(2)的屈服强度为100～180MPa。
5.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)和所述第二耗能钢板(2)的屈服强度相同，所述第一耗能钢板(1)的厚度不大于15mm，所述第二耗能钢板(2)的厚度不小于20mm。
6.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)和所述第二耗能钢板(2)的屈服强度相同，所述第一耗能钢板(1)的厚度不小于20mm，所述第二耗能钢板(2)的厚度不大于15mm。
7.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述连接板(4)为L形。
8.根据权利要求1所述的弯曲型分阶段屈服金属阻尼器，其特征在于：所述第一耗能钢板(1)、所述第二耗能钢板(2)和所述垫板(3)为X形或菱形。
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