CN107165300A - 一种防面外屈曲的菱形开孔h型钢阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，涉及工程结构防灾减震技术领域。由菱形开孔H型钢、外钢套管、内钢板、钢活塞、螺杆、高强螺栓以及螺帽构成。其中菱形开孔H型钢的上连接板和下连接板分别由高强螺栓与外钢套管和内钢板连接，内钢板与钢活塞焊接连接，外钢套管和钢活塞分别与螺杆连接。该阻尼器由螺杆与结构连接，并布置在结构变形较大处，当地震发生时，两个螺杆在轴向产生相对的轴向位移，使菱形开孔H型钢的腹板仅在平面内产生弯曲和剪切变形，可有效防止传统菱形开孔H型钢阻尼器的面外屈曲问题。因此可起到稳定耗散地震能量的作用，从而减小结构地震反应，限制结构损伤。

Description

一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器
技术领域
本发明涉及工程结构防灾减震技术领域，尤其是涉及一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器。
背景技术
我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，国土的大部分地区为地震区，特别是我国的西部地区多为强震区，地震活动频繁。为最大限度地减小地震灾害造成的损失，必须对工程结构物进行抗震设计与加固。目前常用的延性抗震设计是利用结构特定位置作为塑性铰，通过其弹塑性变形来耗散地震能量，以满足结构抗震设计要求。结构物的减震控制技术是在结构中增加某一特定耗能装置，有效控制结构物在地震中的反应，达到抗震设计的目的。在地震作用下结构物主要依靠该特定耗能装置来吸收和耗散传入结构中的地震能量，该技术作为一种安全、经济的工程结构减震控制措施，广泛应用于国内外建筑与桥梁等工程结构抗震设计和加固修复中。
钢材作为一种广泛使用的耗能元件，具有较好耗能能力，但如其发生平面外屈曲将会使其耗能能力大打折扣，因此传统的钢阻尼器的面外屈曲问题严重影响其在工程中的应用。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，将菱形开孔H型钢与钢套筒和钢活塞连接，并通过螺杆与结构物连接，使结构物发生变形时，钢套筒与钢活塞仅在轴向发生相对位移。因此，内置的菱形开孔H型钢避免了平面外的变形而仅在平面内发生变形，实现了双向变形耗能目的并大大提高耗能效率，且震后易于更换。
为实现上述目的，本发明提供了一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，主要由菱形开孔H型钢(1)、外钢套管(2)、内置连接钢板(3)、钢活塞(4)、螺杆、高强螺栓以及螺帽组成；菱形开孔H型钢(1)由菱形开孔耗能钢板(10)、上连接板(8)和下连接板(9)构成，菱形开孔耗能钢板(10)相对的两个侧边上分别对应垂直固定上连接板(8)和下连接板(9)；
所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的外钢套管(2)为一端封死的矩形钢管，且在封死端预留安装第一螺杆的螺纹孔，第一螺杆通过螺纹孔由螺帽固定在外钢套管(2)端面；另一端固定有第二螺杆，第二螺杆的一端深入到外钢套管(2)内部，另一端在外钢套管(2)外部，第二螺杆与外钢套管(2)同轴；外钢套管(2)的矩形钢管相对的两个侧面分别为a和b，菱形开孔H型钢(1)位于外钢套管(2)内部，上连接板(8)与外钢套管(2)的a侧面由高强螺栓以及螺帽平行固定在一起；下连接板(9)与内置连接钢板(3)由高强螺栓以及螺帽平行固定在一起；在外钢套管(2)内第二螺杆与钢活塞(4)固定连接，沿外钢套管(2)的轴向上连接钢板(3)长于下连接板(9)且与钢活塞(4)的端面固定连接；
连接钢板(3)与外钢套管(2)的b侧面平行，两者之间留有距离，该距离由结构物的变形确定。
钢活塞(4)预留安装第二螺杆的螺纹孔，且该螺纹孔的中心线与外钢套管(2)的中心线在同一条直线上，钢活塞(4)位于b侧面上由b侧面起到一定的支撑作用；外钢套管(2)和钢活塞(4)分别与第二螺杆连接，并由螺帽(7)拧紧。
所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的钢活塞(4)放置在外钢套管(2)内的底板(即b侧面)上面，钢活塞(4)与内置连接钢板(3)焊接连接。
外钢套管(2)封闭端的端面厚度大于另一端的端面，第一螺杆没有贯穿外钢套管(2)封闭端。
所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的菱形开孔H型钢(1)由H型钢为原材料制作而成，避免了菱形开孔耗能钢板(10)(菱形开孔耗能钢板的板面上开有多个沿板面的菱形通孔)与上连接板(8)和下连接板(9)焊接在一起引起的残余应力和残余位移对阻尼器性能的影响。
本发明的有益效果是：
本发明的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，在地震作用下减震效果显著，主要体现在以下几点：
1.由于菱形开孔H型钢与钢套筒和钢活塞连接，并通过螺杆与结构物连接，使结构物发生变形时，钢套筒与钢活塞仅在轴向发生相对位移，使内置的菱形开孔H型钢避免了平面外的变形而仅在平面内发生变形，实现了双向变形耗能目的并大大提高耗能效率。
2.该阻尼器由螺杆与结构连接，并布置在结构变形较大处，当地震发生时，两个螺杆在轴向产生相对的轴向位移，使菱形开孔H型钢的腹板仅在平面内产生弯曲和剪切变形，可有效防止传统菱形开孔H型钢阻尼器的面外屈曲问题。因此可起到稳定耗散地震能量的作用，从而减小结构地震反应，限制结构损伤。本发明具有力学性能稳定、减震机理明确、耗能效率高、耐久性好、生产工艺简便且震后更换方便等优点，在工程结构防灾减震技术领域的减震设计与加固修复技术中具有广阔的应用前景。本发明容易实现，适用范围广，可减小结构在地震中的反应，因此能减少结构的设计截面和配筋；震后破坏集中在菱形开孔耗能钢板，易于更换、可减少结构的震后修复成本。因此，本发明具有良好社会经济效益，值得推广应用。
附图说明
图1为一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的正视示意图；
图2为一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的侧视示意图；
图3为一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的A-A截面示意图。
图4为一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的B-B截面示意图。
图5为一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的菱形开孔耗能钢板的正视示意图。
附图标记说明：
1—菱形开孔H型钢；2—外钢套管；3—内置连接钢板；4—钢活塞；5—螺杆；6—高强螺栓；7—螺帽；8—菱形开孔H型钢的上连接板；9—菱形开孔H型钢的下连接板；10—菱形开孔耗能钢板，a-外钢套管a侧面，b-外钢套管b侧面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施。
实施例1
本发明是在菱形开孔H型钢的基础上，与钢套筒和钢活塞通过高强螺栓连接，并通过螺杆与结构物连接，使结构物发生变形时，钢套筒与钢活塞仅在轴向发生相对位移，使内置的菱形开孔H型钢避免了平面外的变形而仅在平面内发生变形，实现了菱形开孔H型钢在双向变形结构中的耗能目的。该结构主要用于抗震性能要求较高的桥梁工程和建筑工程减隔震技术中。
图1、图2、图3和图4是一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的具体实施实例，构造方式主要由菱形开孔H型钢1、外钢套管2、内置连接钢板3和钢活塞4组成。图5为菱形开孔H型钢的构造，由菱形开孔耗能钢板10与上连接板8和下连接板9焊接而成。
本发明在应用于桥梁结构时，将菱形开孔H型钢1置于外钢套管2中，且通过菱形开孔H型钢的上连接板8和下连接板9分别由高强螺栓6与外钢套管2和内置连接钢板3连接，并由螺帽7拧紧。外钢套管2为左端封死的矩形钢管，且在封死端预留安装螺杆7的螺纹孔。钢活塞4预留安装螺杆7的螺纹孔，且该螺纹孔的中心线与外钢套管2的中心线在同一条直线上。外钢套管2和钢活塞4分别与螺杆5连接，并由螺帽7拧紧。钢活塞4放置在外钢套管2内的底板顶面，钢活塞4与内置连接钢板3焊接连接。内置连接钢板3与外钢套管2在水平向留有距离，该距离由结构物的变形确定。
当地震发生时，结构发生变形并在轴向拉压螺杆，而内置的菱形开孔H型钢的耗能钢板仅发生平面变形，因此可避免耗能钢板的面外屈曲，而起到稳定的耗能作用。该阻尼器易加工和成型控制，方便运输和安装，耐久性能强，且能双向耗能，减震效果显著，又安全可靠，震后易更换。可以显著提高地震区桥梁和建筑等工程结构的抗震性能，值得广泛推广应用。

Claims (5)

1.一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，其特征在于，主要由菱形开孔H型钢(1)、外钢套管(2)、内置连接钢板(3)、钢活塞(4)、螺杆、高强螺栓以及螺帽组成；菱形开孔H型钢(1)由菱形开孔耗能钢板(10)、上连接板(8)和下连接板(9)构成，菱形开孔耗能钢板(10)相对的两个侧边上分别对应垂直固定上连接板(8)和下连接板(9)；
所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器的外钢套管(2)为一端封死的矩形钢管，且在封死端预留安装第一螺杆的螺纹孔，第一螺杆通过螺纹孔由螺帽固定在外钢套管(2)端面；另一端固定有第二螺杆，第二螺杆的一端深入到外钢套管(2)内部，另一端在外钢套管(2)外部，第二螺杆与外钢套管(2)同轴；外钢套管(2)的矩形钢管相对的两个侧面分别为a和b，菱形开孔H型钢(1)位于外钢套管(2)内部，上连接板(8)与外钢套管(2)的a侧面由高强螺栓以及螺帽平行固定在一起；下连接板(9)与内置连接钢板(3)由高强螺栓以及螺帽平行固定在一起；在外钢套管(2)内第二螺杆与钢活塞(4)固定连接，沿外钢套管(2)的轴向上连接钢板(3)长于下连接板(9)且与钢活塞(4)的端面固定连接；
连接钢板(3)与外钢套管(2)的b侧面平行，两者之间留有距离，该距离由结构物的变形确定。
2.按照权利要求1所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，其特征在于，钢活塞(4)预留安装螺杆的螺纹孔，且该螺纹孔的中心线与外钢套管(2)的中心线在同一条直线上，钢活塞(4)位于b侧面上由b侧面起到一定的支撑作用；外钢套管(2)和钢活塞(4)分别与第二螺杆连接，并由螺帽(7)拧紧。
3.按照权利要求1所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，其特征在于，钢活塞(4)放置在外钢套管(2)内的底板b侧面的上面，钢活塞(4)与内置连接钢板(3)焊接连接。
4.按照权利要求1所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，其特征在于，菱形开孔H型钢(1)由H型钢为原材料制作而成，菱形开孔耗能钢板的板面上开有多个沿板面的菱形通孔，菱形开孔耗能钢板(10)与上连接板(8)和下连接板(9)焊接在一起。
5.按照权利要求1所述的一种防面外屈曲的菱形开孔H型钢阻尼器，其特征在于，外钢套管(2)封闭端的端面厚度大于另一端的端面，第一螺杆没有贯穿外钢套管(2)封闭端。
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