CN109707062A - 一种组合耗能式剪切型阻尼器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种组合耗能式剪切型阻尼器，包括剪切板、耗能装置、防屈曲外钢板、粘弹性层、阻尼器翼缘板、密封板、阻尼器顶板和阻尼器底板，所述剪切板的前后两侧分别设有一个防屈曲外钢板，每个防屈曲外钢板与剪切板之间还设有所述粘弹性层，所述剪切板的前后两侧面上分别设有所述耗能装置，所述粘弹性层上设有用于耗能装置穿过的开孔，所述防屈曲外钢板上设有与耗能装置一一对应的槽孔，所述剪切板的左右两侧分别设有一个阻尼器翼缘板，每个防屈曲外钢板在背向剪切板的侧面上分别设有用于将槽孔密封的密封板。本发明提供了一种耗能能力强、制造简单、加工方便、可节约使用空间、便于安装的组合耗能式剪切型阻尼器及其制作工艺。

Description

一种组合耗能式剪切型阻尼器及其制作工艺

技术领域

本发明涉及桥梁工程结构和建筑工程减振技术领域，尤其是涉及一种组合耗能式剪切型阻尼器及其制作工艺。

背景技术

结构耗能减震技术是通过在结构适当位置安装耗能元件或装置，以减小结构在地震、风或其它动力载荷作用下的动力响应。阻尼器是一种有效提高结构极限承载能力以及耐久特性的被动消能装置，在结构抗风抗震设计中得到了广泛的应用。常见的耗能减震阻尼器按耗能机制划分主要有金属阻尼器、摩擦型阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器以及电(磁)感应式阻尼器等。

金属阻尼器中的剪切型阻尼器构造简单、受力明确、性能稳定并且易于更换，利用金属的弹塑性变形也成为消耗地震输入能量最有效的机制之一。传统的粘弹性阻尼器是应用在工程结构减震的有效控制装置，主要依靠粘弹性材料的剪切滞回耗能特性，给结构提供附加刚度和阻尼，减少结构的动力反应，以达到减振的目的。

目前，传统阻尼器普遍存在面外刚度低，剪切板在水平和竖直外荷载组合作用下，容易出现面外失稳的情况，整体稳定性普遍较差；剪切型阻尼器耗能单一，其性价比较差，在风荷载作用下几乎不耗能，在小震下耗能不明显，也不能提供多段耗能机制；在外荷载作用下，阻尼器中的核心构件损伤较大，残余变形较大。

发明内容

为了克服现有阻尼器存在的缺陷，本发明提供了一种耗能能力强、制造简单、加工方便、可节约使用空间、便于安装的组合耗能式剪切型阻尼器及其制作工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种组合耗能式剪切型阻尼器，包括剪切板、耗能装置、防屈曲外钢板、粘弹性层、阻尼器翼缘板、密封板、阻尼器顶板和阻尼器底板，所述剪切板的前后两侧分别设有一个防屈曲外钢板，两个防屈曲外钢板前后对称布置，每个防屈曲外钢板与剪切板之间还设有所述粘弹性层，所述剪切板的前后两侧面上分别设有所述耗能装置，所述粘弹性层上设有用于耗能装置穿过的开孔，所述防屈曲外钢板上设有与耗能装置一一对应的槽孔，所述剪切板的左右两侧分别设有一个阻尼器翼缘板，两个阻尼器翼缘板左右对称布置，所述剪切板的上下两端分别设有所述阻尼器顶板和阻尼器底板，每个防屈曲外钢板在背向剪切板的侧面上分别设有用于将槽孔密封的密封板；

每个阻尼器翼缘板与所述剪切板均垂直布置，所述阻尼器顶板和阻尼器底板同时与剪切板、阻尼器翼缘板垂直布置。

进一步，所述剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用焊接或螺栓连接。

再进一步，所述阻尼器翼缘板与所述剪切板焊接，同时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角。

再进一步，所述剪切板采用低屈服钢材制成。

再进一步，所述阻尼器顶板、阻尼器底板分别焊接在所述剪切板的上下两端上，所述剪切板的竖向中心线同时与阻尼器顶板的左右宽度平面水平中心线、阻尼器底板的左右宽度平面水平中心线相交，且呈90°夹角。

再进一步，两个防屈曲外钢板中其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板上，另一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板上。

再进一步，所述粘弹性层采用高衰减橡胶系粘弹性材料或者高分子材料制成。

更进一步，在剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用螺栓连接时，所述阻尼器底板和阻尼器顶板上分别开设连接螺栓孔。

一种组合耗能式剪切型阻尼器的制作工艺，包括以下步骤：

步骤1，单独部件的制作：

1.1)柱状耗能装置安装在剪切板上：剪切板的前后两侧面上分别布置两列柱状耗能装置，且每一列均是等间隔布置，同时剪切板前后两侧面上相对应位置上的柱状耗能装置是在同一直线上的；

1.2)粘弹性层的制作：每个粘弹性层沿着竖向开设有两列开孔，每列开孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，两列开孔之间的间距与两列柱状耗能装置的间距相同，同一列相邻两个开孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

1.3)防屈曲外钢板的制作：每个防屈曲外钢板沿着竖向开设有两列槽孔，每列槽孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，同一列相邻两个槽孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

步骤2，将步骤1.1)中的剪切板的上下两端分别焊接在阻尼器顶板和阻尼器底板的平面中心线上，接着将两个粘弹性层分别套装在剪切板前后两侧面上的柱状耗能装置上，即通过粘弹性层上的开孔与柱状耗能装置一一对应且套装在柱状耗能装置上；接着安装两个防屈曲外钢板，槽孔与柱状耗能装置一一对应且使得柱状耗能装置穿入槽孔内，每个防屈曲外钢板通过一个粘弹性层粘接在剪切板上，其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板上，另外一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板上；

步骤3，在剪切板的左右两侧分别焊接一个阻尼器翼缘板，在焊接时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角；

步骤4，在每个防屈曲外钢板的外侧面的槽孔处用密封板进行焊接密封。

本发明的有益效果主要表现在：

1、提高了剪切型阻尼器的耗能能力，对于剪切型阻尼器在工程中的实现和推广具有重要意义；

2、有传统粘弹性阻尼器和传统防屈曲支撑的优点；

3、通过在剪切板的外侧设置限制防屈曲外钢板和槽孔，可以限制剪切板的局部屈曲的面外位移，缓解剪切板应局部屈曲二发生整体失稳，可以大大提高阻尼器的整体稳定性，保证结构的安全，并可以提阻尼器的性价比；

4、该粘弹性阻尼器充分利用了剪切型阻尼器所占空间，通过粘弹性材料所提需求的阻尼比提高了耗能能力，在小振条件下，也能获得良好的耗能能力，缓解结构的振动响应；在各种振动条件下，粘弹性层和耗能构件协调工作，减小或者消除了耗能构件的残余变形，大大提高了阻尼器的耗能性能。

附图说明

图1为本发明的整体正面图。

图2为本发明的A-A断面图。

图3为本发明的B-B剖面图。

图4为本发明的***图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种组合耗能式剪切型阻尼器，包括剪切板1、耗能装置、防屈曲外钢板、粘弹性层、阻尼器翼缘板、密封板、阻尼器顶板51和阻尼器底板52，剪切板1的前后两侧分别设有一个防屈曲外钢板，两个防屈曲外钢板前后对称布置，每个防屈曲外钢板与剪切板之间还设有粘弹性层，剪切板1的前后两侧面上分别设有耗能装置，粘弹性层上设有用于耗能装置穿过的开孔，防屈曲外钢板上设有与耗能装置一一对应的槽孔，剪切板1的左右两侧分别设有一个阻尼器翼缘板，两个阻尼器翼缘板左右对称布置，剪切板1的上下两端分别设有阻尼器顶板和阻尼器底板，每个防屈曲外钢板在背向剪切板1的侧面上分别设有用于将槽孔密封的密封板；

每个阻尼器翼缘板与剪切板1均垂直布置，阻尼器顶板和阻尼器底板同时与剪切板1、阻尼器翼缘板垂直布置。

进一步，剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用焊接或螺栓连接。

再进一步，阻尼器翼缘板与剪切板1焊接，同时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角。

再进一步，剪切板1采用低屈服钢材制成。

再进一步，阻尼器顶板51、阻尼器底板52分别焊接在剪切板1的上下两端上，剪切板1的竖向中心线同时与阻尼器顶板51的左右宽度平面水平中心线、阻尼器底板52的左右宽度平面水平中心线相交，且呈90°夹角。

再进一步，两个防屈曲外钢板中其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板51上，另一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板52上。

再进一步，粘弹性层采用高衰减橡胶系粘弹性材料或者高分子材料制成。从而保证了结构的可靠性和具有更好的耗能能力。

更进一步，在剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用螺栓连接时，阻尼器底板52和阻尼器顶板51上分别开设连接螺栓孔。同时通过连接螺栓7连接到主体结构或预埋件上。

防屈曲外钢板上的槽孔水平布置，耗能装置11为柱状结构。

一种组合耗能式剪切型阻尼器的制作工艺包括以下步骤：

步骤1，单独部件的制作：

1.1)柱状耗能装置安装在剪切板1上：剪切板的前后两侧面上分别布置两列柱状耗能装置11，且每一列均是等间隔布置，同时剪切板前后两侧面上相对应位置上的柱状耗能装置是在同一直线上的；

1.2)粘弹性层的制作：每个粘弹性层沿着竖向开设有两列开孔，每列开孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，两列开孔之间的间距与两列柱状耗能装置的间距相同，同一列相邻两个开孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

1.3)防屈曲外钢板的制作：每个防屈曲外钢板沿着竖向开设有两列槽孔，每列槽孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，同一列相邻两个槽孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

步骤2，将步骤1.1)中的剪切板的上下两端分别焊接在阻尼器顶板和阻尼器底板的平面中心线上，接着将两个粘弹性层分别套装在剪切板前后两侧面上的柱状耗能装置上，即通过粘弹性层上的开孔与柱状耗能装置一一对应且套装在柱状耗能装置上；接着安装两个防屈曲外钢板，槽孔与柱状耗能装置一一对应且使得柱状耗能装置穿入槽孔内，每个防屈曲外钢板通过一个粘弹性层粘接在剪切板上，其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板上，另外一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板上；

步骤3，在剪切板的左右两侧分别焊接一个阻尼器翼缘板，在焊接时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角；

步骤4，在每个防屈曲外钢板的外侧面的槽孔处用密封板进行焊接密封。

如图4所示，防屈曲外钢板设置两个，分别为防屈曲外钢板一21和防屈曲外钢板二22，防屈曲外钢板一21和防屈曲外钢板22二上分别设有槽孔211和槽孔221；粘弹性层设置两个，分别为粘弹性层一31和粘弹性层二32，粘弹性层一31和粘弹性层二32上分别设有开孔311和开孔321；阻尼器翼缘板设置两个，分别为阻尼器翼缘板一41和阻尼器翼缘板二42；密封板设置有两个，分别为密封板一61和密封板二62；阻尼器顶板51上设有连接螺栓孔511，阻尼器底板上设有连接螺栓孔521；

剪切板1位于剪切型阻尼器中部，柱状耗能装置11焊接于剪切板1的前后两侧面上，防屈曲外板一21和防屈曲外板二22分别设置于剪切板1的前后两侧，粘弹性层一31、粘弹性层二32分别设置于防屈曲外板一21与剪切板1之间和防屈曲外板二22与剪切板1之间，防屈曲外板一与剪切板之间和防屈曲外板二与剪切板之间采用橡胶和钢板粘结工艺牢固可靠粘结；阻尼器翼缘板一41和阻尼器翼缘板二42分别设置于剪切板1的左右两侧，阻尼器翼缘板一21和阻尼器翼缘板22二与剪切板1呈90°角，阻尼器底板52和阻尼器顶板51分别设置于剪切板1的上下两侧上，阻尼器底板52和阻尼器顶板51与剪切板1呈90°角，密封板一61和密封板二62分别设置于防屈曲外板一21的前侧面上和防屈曲外板二22的后侧面上；

阻尼器翼缘板一41和阻尼器翼缘板二42与剪切板1通过焊接方式与阻尼器顶板51和阻尼器底板52连接在一起，阻尼器翼缘板一41、阻尼器翼缘板二42的平面竖向中心线分别和剪切板1的左右宽度平面水平中心线相交，且呈90°夹角；

防屈曲外板一21通过焊接方式连接于阻尼器顶板51，防屈曲外板二22通过焊接方式连接于阻尼器底板52。

本组合耗能式剪切型阻尼器的工作原理：本发明融合了针对粘弹性阻尼器和剪切型阻尼器的优点，有利于加强产品的耗能性能和保证结构的安全。当结构发生小震动时，剪切型阻尼器中的剪切板1未达到屈服时，剪切型阻尼器的阻尼器顶板51、阻尼器底板52之间有较小的相对位移，防屈曲外钢板一21与剪切板1的前侧面之间和防屈曲外钢板二22与剪切板的后侧面之间形成剪切关系，置于防屈曲外钢板一21与剪切板1的前侧面之间和防屈曲外钢板二22与剪切板1的后侧面之间的粘弹性层具有剪切滞回特性并且与剪切板1弹性协同工作，为结构提供耗能，可以达到降低结构振动响应；当结构发生大震动时，剪切型阻尼器中的剪切板1达到屈服进入塑性阶段，剪切型阻尼器的阻尼器顶板51、阻尼器底板52之间有较大的相对位移，剪切板剪切滞回为结构提供耗能，防屈曲外钢板一21与剪切板1的前侧面之间和防屈曲外钢板二22与剪切板1的后侧面之间形成剪切关系，为结构耗能，同时，剪切板1上的柱状耗能装置11大幅剪切粘弹性层一31和粘弹性层二32，大大提高了阻尼器的耗性能，可以更好的保证结构的安全性；防屈曲外钢板一21和防屈曲外钢板二22可以限制剪切板1在外荷载作用下发生局部失稳的面外位移，从而提高剪切型阻尼器的整体稳定性；在开有槽孔的防屈曲外钢板一21和防屈曲外钢板二22外表面通过焊接分别连接密封板一61和密封板二62，密封板一61和密封板二62一方面可以将槽孔进行密封，另一方面可以提高剪切板1的整体稳定性。

Claims (9)

1.一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：包括剪切板、柱状耗能装置、防屈曲外钢板、粘弹性层、阻尼器翼缘板、密封板、阻尼器顶板和阻尼器底板，所述剪切板的前后两侧分别设有一个防屈曲外钢板，两个防屈曲外钢板前后对称布置，每个防屈曲外钢板与剪切板之间还设有所述粘弹性层，所述剪切板的前后两侧面上分别设有所述柱状耗能装置，所述粘弹性层上设有用于柱状耗能装置穿过的开孔，所述防屈曲外钢板上设有与柱状耗能装置一一对应的槽孔，所述剪切板的左右两侧分别设有一个阻尼器翼缘板，两个阻尼器翼缘板左右对称布置，所述剪切板的上下两端分别设有所述阻尼器顶板和阻尼器底板，每个防屈曲外钢板在背向剪切板的侧面上分别设有用于将槽孔密封的密封板；

每个阻尼器翼缘板与所述剪切板均垂直布置，所述阻尼器顶板和阻尼器底板同时与剪切板、阻尼器翼缘板垂直布置。

2.如权利要求1所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：所述剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用焊接或螺栓连接。

3.如权利要求1或2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：所述阻尼器翼缘板与所述剪切板焊接，同时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角。

4.如权利要求1或2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：所述剪切板采用低屈服钢材制成。

5.如权利要求1或2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：所述阻尼器顶板、阻尼器底板分别焊接在所述剪切板的上下两端上，所述剪切板的竖向中心线同时与阻尼器顶板的左右宽度平面水平中心线、阻尼器底板的左右宽度平面水平中心线相交，且呈90°夹角。

6.如权利要求1或2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：两个防屈曲外钢板中其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板上，另一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板上。

7.如权利要求1或2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：所述粘弹性层采用高衰减橡胶系粘弹性材料或者高分子材料制成。

8.如权利要求2所述的一种组合耗能式剪切型阻尼器，其特征在于：在剪切型阻尼器与主体结构或预埋件的连接采用螺栓连接时，所述阻尼器底板和阻尼器顶板上分别开设连接螺栓孔。

9.一种如权利要求1所述的组合耗能式剪切型阻尼器的制作工艺，其特征在于：所述制作工艺包括以下步骤：

步骤1，单独部件的制作：

1.1)柱状耗能装置安装在剪切板上：剪切板的前后两侧面上分别布置两列柱状耗能装置，且每一列均是等间隔布置，同时剪切板前后两侧面上相对应位置上的柱状耗能装置是在同一直线上的；

1.2)粘弹性层的制作：每个粘弹性层沿着竖向开设有两列开孔，每列开孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，两列开孔之间的间距与两列柱状耗能装置的间距相同，同一列相邻两个开孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

1.3)防屈曲外钢板的制作：每个防屈曲外钢板沿着竖向开设有两列槽孔，每列槽孔的数目与每列柱状耗能装置的数目相同，同一列相邻两个槽孔的间距与同一列相邻两个柱状耗能装置的间距相同；

步骤2，将步骤1.1)中的剪切板的上下两端分别焊接在阻尼器顶板和阻尼器底板的平面中心线上，接着将两个粘弹性层分别套装在剪切板前后两侧面上的柱状耗能装置上，即通过粘弹性层上的开孔与柱状耗能装置一一对应且套装在柱状耗能装置上；接着安装两个防屈曲外钢板，槽孔与柱状耗能装置一一对应且使得柱状耗能装置穿入槽孔内，每个防屈曲外钢板通过一个粘弹性层粘接在剪切板上，其中一个防屈曲外钢板的上端焊接在阻尼器顶板上，另外一个防屈曲外钢板的下端焊接在阻尼器底板上；

步骤3，在剪切板的左右两侧分别焊接一个阻尼器翼缘板，在焊接时，阻尼器翼缘板的竖向中心线与剪切板的左右宽度平面水平中心线相交且呈90°夹角；

步骤4，在每个防屈曲外钢板的外侧面的槽孔处用密封板进行焊接密封。