CN111945921A - 一种分级耗能阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分级耗能阻尼器，包括两个间隔分布的基板；两个所述基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接两个所述基板；所述第二屈服耗能件的一端固定连接于其中一个所述基板，另一端定向滑动连接于另一所述基板。该分级耗能阻尼器在小震作用下，第二屈服耗能件处于弹性状态，不具有减震耗能的作用，因此仅第一屈服耗能件单独减震耗能；而在中、大震作用下，第二屈服耗能件开始弯曲变形以达到屈服耗能的目的，因此第二屈服耗能件协同第一屈服耗能件共同消耗地震能量。可见，该分级耗能阻尼器的第一屈服耗能件和第二屈服耗能件分级屈服，具有明显的分阶段屈服耗能效果。

Description

一种分级耗能阻尼器
技术领域
本发明涉及防灾减震技术领域，尤其涉及一种分级耗能阻尼器。
背景技术
由于地震发生一般伴随着主震、余震或群震的地震序列，而余震往往紧随之后不久发生，因此从安全性角度考虑，需要消能器(又称分级耗能阻尼器)最好具有多道消能减震能力。
目前已知的金属消能器大多结构形状和耗能形式单一，无法同时满足小震和大震时的需求。例如一部分分级耗能阻尼器能够大震下能够消耗能量，但小震时却处于弹性状态，无法起到耗能作用；而另外一部分分级耗能阻尼器虽然能够在小震下发生屈服耗能，但大震时极易发生破坏，不足承担大震下的消能减震作用，无法完全耗散地震能量。
综上所述，如何提供一种能够在小震、中震和大震下分阶段屈服耗能的分级耗能阻尼器，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种分级耗能阻尼器，既可以满足小震耗能减震，也可以满足中震和大震耗能减震。
为实现上述目的，本发明提供一种分级耗能阻尼器，包括两个间隔分布的基板；两个所述基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接两个所述基板；所述第二屈服耗能件的一端固定连接于其中一个所述基板，另一端定向滑动连接于另一所述基板。
优选地，所述第二屈服耗能件及与所述第二屈服耗能件连接的所述基板二者中，一者设有直线滑孔，另一者连接有用以穿入所述直线滑孔的滑动销轴。
优选地，两个所述基板平行分布；所述直线滑孔的长度方向垂直于任一所述基板的法线。
优选地，所述直线滑孔和所述滑动销轴的数目均为多个且数量相等。
优选地，所述基板的内表面垂直固定有一对平行间隔分布的翼板；所述第二屈服耗能件的端部固定连接有用以嵌入一对所述翼板的滑动板；全部所述直线滑孔均设置于所述滑动板；所述滑动销轴的两端分别固定连接一对所述翼板。
优选地，全部所述直线滑孔在所述滑动板内呈矩形阵列分布。
优选地，所述第一屈服组件包括多个第一耗能金属板；任一所述第一耗能金属板两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。
优选地，所述第二屈服耗能件包括多个所述第二耗能金属板；全部所述第二耗能金属板的顶端通过中间板固定连接。
优选地，任一所述第二耗能金属板具体为耗能钢板。
优选地，任一所述第二耗能金属板的横截面尺寸自一端向另一端渐缩；所述中间板连接于全部所述第二耗能金属板横截面较小的一端。
相对于上述背景技术，本发明所提供的分级耗能阻尼器包括两个间隔分布的基板；两个所述基板之间安装有第一屈服耗能件和第二屈服耗能件；所述第一屈服耗能件的两端分别固定连接两个所述基板；所述第二屈服耗能件的一端固定连接于其中一个所述基板，另一端定向滑动连接于另一所述基板。
小震作用下，该分级耗能阻尼器的两个基板产生的相对位移较小，仅能够令第一屈服耗能件弯曲变形以达到屈服耗能的目的，因第二屈服耗能件的其中一端定向滑动连接于基板，外界震源的能量尚不足以令第二屈服耗能件的端部超过基板的滑动约束范围，因此小震时第二屈服耗能件处于弹性阶段，此时第二屈服耗能件不通过弯曲变形来抵抗外界应力，不具有减震耗能的作用。简而言之，小震时该分级耗能阻尼器的第一屈服耗能件单独减震耗能。
中、大震作用下，该分级耗能阻尼器的两个基板产生的相对位移较大，第二屈服耗能件的其中一端的滑动范围超过基板的滑动约束范围，开始弯曲变形以达到屈服耗能的目的。因而第二屈服耗能件协同第一屈服耗能件共同消耗地震能量。简而言之，中震和大震时，该分级耗能阻尼器的第一屈服耗能件和第二屈服耗能件共同作用。
综上，该分级耗能阻尼器实现了分级屈服，具有明显的分阶段屈服耗能效果，既能够满足小震时屈服耗能，也能够保证大震时稳定可靠地屈服耗能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的分级耗能阻尼器的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的滑动板的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的翼板的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的第一耗能金属板的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的第二耗能金属板的结构示意图。
其中，1-基板、2-第一屈服耗能件、21-第一耗能金属板、3-第二屈服耗能件、31-第二耗能金属板、4-直线滑孔、5-滑动销轴、6-翼板、7-滑动板、8-中间板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5，图1为本发明实施例所提供的分级耗能阻尼器的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的滑动板的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的翼板的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的第一耗能金属板的结构示意图；图5为本发明实施例所提供的第二耗能金属板的结构示意图。
本发明提供一种分级耗能阻尼器，包括两个间隔分布的基板1和安装于两个基板1之间的第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3。
两个基板1用于连接待减震抗震的施工设施或场地内，例如通过螺栓等紧固件固定于待减震场地内的支撑柱或预埋件之间，相应地，任意一个基板1可开设多个用以供螺栓穿入的连接孔。
第一屈服耗能件2的两端分别固定连接两个基板1，相当于两个基板1之间的固定梁。根据第一屈服耗能件2和基板1的材质，第一屈服耗能件2的两端部可通过焊接、紧固件锁紧、过盈装配等方式实现固定连接。
第二屈服耗能件3的第一端固定连接于其中一个基板1，第二屈服耗能件3的第二端定向滑动连接另一基板1。
基于第一屈服耗能件2和第二屈服耗能件3的不同连接关系，外界发生小震且外界作用于第一屈服耗能件2的应力超过第一屈服耗能件2的弹性极限σe1时，第一屈服耗能件2屈服变形，从而消耗外界震源的能量。此时，因第二屈服耗能件3的其中一端定向滑动连接于基板1，第二屈服耗能件3的其中一端相对于基板1滑动，而外界震源的能量尚不足以令第二屈服耗能件3的第二端超过基板1的滑动约束范围，因此小震时第二屈服耗能件3处于弹性阶段，此时第二屈服耗能件3不通过弯曲变形来抵抗外界应力。
随着外界振动等级的加强，两个基板1的相对位移增大，第二屈服耗能件3的第二端的滑动范围超过基板1的约束范围，此时两个基板1共同向第二屈服耗能件3施加应力，导致外界向第二屈服耗能件3传递的应力大于第二屈服耗能件3的弹性极限σe2。也就是说，中震、大震作用下，除了第一屈服耗能件2弯曲变形以外，第二屈服耗能件3也进入屈服变形阶段，通过弯曲变形消耗外界震源的能源。
综上，该分级耗能阻尼器在小震作用下，两个基板1产生的相对位移较小，仅能够令第一屈服耗能件2弯曲变形以达到屈服耗能的目的，而第二屈服耗能件3处于弹性状态，不具有减震耗能的作用。因此，小震时第一屈服耗能件2单独减震耗能。在中、大震作用下，两个基板1产生的相对位移较大，第二屈服耗能件3开始弯曲变形以达到屈服耗能的目的。此时，第二屈服耗能件3协同第一屈服耗能件2共同消耗地震能量。因此，该分级耗能阻尼器实现了分级屈服，具有明显的分阶段屈服耗能效果。
下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的分级耗能阻尼器做更进一步的说明。
在上述实施例的基础上，第二屈服耗能件3及与该第二屈服耗能件3所连接的基板1二者中，一者设有直线滑孔4，另一者连接有用以穿入直线滑孔4的滑动销轴5。
本发明所提供的各个实施例中，直线滑孔4设置于第二屈服耗能件3的端部，滑动销轴5安装于其中一个基板1的内表面。两个基板1沿任意一个基板1的表面延伸方向发生相对位移，设有滑动销轴5的基板1相对于第二屈服耗能件3的端部滑动，避免第二屈服耗能件3在小震作用下因受力过大而发生屈服变形，进而无法令该分级耗能阻尼器实现明显的分级耗能作用。
小震作用时，第二屈服耗能件3的其中一个端部在滑动销轴5和直线滑孔4的配合关系下相对于基板1往复滑动，导致两个基板1尚不足以向第二屈服耗能件3施加大于弹性极限σe2的应力。因此，第二屈服耗能件3在这一情况下处于弹性阶段。中震及大震作用时，滑动销轴5在直线滑孔4内的滑动位移达到直线滑孔4的极限，两个基板1向第二屈服耗能件3施加的应力大于弹性极限σe2的应力，第二屈服耗能件3开始发生弯曲变形，与第一屈服耗能件2共同消耗地震能量，达到明显分阶段屈服的效果。
其中，两个基板1可平行设置，直线滑孔4的长度方向也可平行于任意一个基板1的表面，也就是说，直线滑孔4的长度方向垂直于任意一个基板1的法线。此时，滑动销轴5在两个基板1的相对位移下沿直线滑动的长度方向滑动，便于通过控制直线滑孔4的长度来调整第二屈服耗能件3的弹性极限σe2所对应的震源等级。
至于直线滑孔4的数量和长度，以及与之相对应的滑动销轴5的数量和长度均可根据该分级耗能阻尼器的抗剪能力、强度等参数需求具体分析和设置。
直线滑孔4和滑动销轴5的数目均为多个，显然，二者的数量相等且位置相互对应。
至于直线滑孔4和滑动销轴5的具体设置，可参考图1，该示例中，基板1的内表面垂直固定有一对平行间隔分布的翼板6，该对翼板6的中部形成一道等宽的间隙；第二屈服耗能件3的端部固定连接有一个滑动板7，滑动板7用于嵌入并滑动连接于一对翼板6所形成的间隙内。基于前述设置，全部直线滑孔4均设置于滑动板7，而滑动销轴5的两端则分别固定连接一对翼板6。
该实施例中，滑动销轴5具体可采用两端固定于一对翼板6的高强螺栓。全部直线滑孔4在滑动板7内呈矩形阵列分布。可参考图2，直线滑孔4可设置偶数个并两两平行对称布置于滑动板7。
第一屈服组件包括多个第一耗能金属板21。全部第一耗能金属板21可垂直且等间隔连接于两个基板1之间。任意相邻的第一耗能金属板21平行。全部第一耗能金属板21通过弯曲变形消耗两个基板1在小震作用传递的能量。
第一耗能金属板21的具体数量可根据工程实例中第一屈服耗能件2所承担的承载力、耗能情况等具体情况计算。
例如第一耗能金属板21可设置为X形、菱形或U形的钢板。基于第一耗能金属板21与两个基板1的连接关系，任意一个第一耗能金属板21两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。可参考图4，图4为本发明实施例所提供的第一耗能金属板21的结构示意图。第一耗能金属板21沿纵向任意高度处的横截面呈矩形，第一耗能金属板21的厚度为前述矩形的宽度，因此，第一耗能金属板21两端的横截面长度大于第一耗能金属板21中部的横截面长度。这一结构适应于第一耗能金属板21的应力分布情况，有利于提高第一耗能金属板21的屈服耗能效果。
与之相似地，第二屈服耗能件3也可包括多个第二耗能金属板31；全部第二耗能金属板31的顶端通过中间板8固定连接。同样，第二耗能金属板31的具体数量可根据工程实例中第二屈服耗能件3所承担的承载力、耗能情况等具体情况计算。
针对端部设有直线滑孔4的第二屈服耗能件3而言，多个第二耗能金属板31的同侧端部可通过水平设置的中间板8固定连接，进而设置直线滑孔4或设置具有直线滑孔4的滑动板7。
任意一个第二耗能金属板31具体为设置为耗能钢板。同样，上述实施例中所涉及的第一耗能金属板21亦可采用刚性材质。
为了实现更好的技术效果，可参考图1和图5，任意一个第二耗能金属板31的横截面尺寸自一端向另一端渐缩，且中间板8连接于全部第二耗能金属板31横截面较小的一端。
该分级耗能阻尼器作为一个预制好的整体，可方便、快捷地整体应用于工程实例中，例如安装于减震建筑的框架支撑结构中，或安装于混凝土预埋件中。小震时，多个第二耗能金属板31通过直线滑孔4和滑动销轴5实现与基板1的相对滑动，因而此时全部第二耗能金属板31处于弹性阶段，仅多个第一耗能金属板21消耗地震能量；大震时，多个第二耗能板的滑动范围超过直线滑孔4和滑动销轴5的约束范围，因而进入屈服阶段，与第一耗能金属板21共同消耗地震能量，达到明显分阶段屈服的效果。
以上对本发明所提供的分级耗能阻尼器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分级耗能阻尼器，其特征在于，包括两个间隔分布的基板(1)；两个所述基板(1)之间安装有第一屈服耗能件(2)和第二屈服耗能件(3)；所述第一屈服耗能件(2)的两端分别固定连接两个所述基板(1)；所述第二屈服耗能件(3)的一端固定连接于其中一个所述基板(1)，另一端定向滑动连接于另一所述基板(1)。
2.根据权利要求1所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，所述第二屈服耗能件(3)及与所述第二屈服耗能件(3)连接的所述基板(1)二者中，一者设有直线滑孔(4)，另一者连接有用以穿入所述直线滑孔(4)的滑动销轴(5)。
3.根据权利要求2所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，两个所述基板(1)平行分布；所述直线滑孔(4)的长度方向垂直于任一所述基板(1)的法线。
4.根据权利要求3所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，所述直线滑孔(4)和所述滑动销轴(5)的数目均为多个且数量相等。
5.根据权利要求4所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，所述基板(1)的内表面垂直固定有一对平行间隔分布的翼板(6)；所述第二屈服耗能件(3)的端部固定连接有用以嵌入一对所述翼板(6)的滑动板(7)；全部所述直线滑孔(4)均设置于所述滑动板(7)；所述滑动销轴(5)的两端分别固定连接一对所述翼板(6)。
6.根据权利要求5所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，全部所述直线滑孔(4)在所述滑动板(7)内呈矩形阵列分布。
7.根据权利要求1所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，所述第一屈服组件(2)包括多个第一耗能金属板(21)；任一所述第一耗能金属板(21)两端的横截面尺寸大于中部的横截面尺寸。
8.根据权利要求1至7任一项所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，所述第二屈服耗能件(3)包括多个所述第二耗能金属板(31)；全部所述第二耗能金属板(31)的顶端通过中间板(8)固定连接。
9.根据权利要求8所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，任一所述第二耗能金属板(31)具体为耗能钢板。
10.根据权利要求8所述的分级耗能阻尼器，其特征在于，任一所述第二耗能金属板(31)的横截面尺寸自一端向另一端渐缩；所述中间板(8)连接于全部所述第二耗能金属板(31)横截面较小的一端。
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