CN113338468A - 双阶段剪切型阻尼器及其设计方法 - Google Patents

双阶段剪切型阻尼器及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双阶段剪切型阻尼器和具有其的设计方法，双阶段剪切型阻尼器包括：第一耗能单元和第二耗能单元。第二耗能单元与第一耗能单元在轴向方向上串联，轴向方向为双阶段剪切型阻尼器的长度方向，第二耗能单元包括：第二芯板、外盖板、黏弹材料层和轴向限位件，外盖板设于第二芯板沿厚度方向上的至少一侧，黏弹材料层设于第二芯板与外盖板之间，轴向限位件与第二芯板相连且垂直于外盖板设置，以对第二耗能单元进行轴向限位，剪切限位件位于外盖板沿宽度方向上的两侧且与外盖板间隔开，以限制第二耗能单元的变形范围。根据本发明的双阶段剪切型阻尼器，通过剪切限位件实现两个耗能单元在不同变形情况下的切换，性能稳定，变形能力大。

Description

双阶段剪切型阻尼器及其设计方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种双阶段剪切型阻尼器和双阶段剪切型阻尼器的设计方法。
背景技术
相关技术中，框架或剪力墙结构中通过在合适位置安装剪切型阻尼器可起到消散地震能量，减小结构响应的效果。然而，传统剪切型阻尼器仅具备一个屈服点，地震作用下变形较大楼层先进入屈服，从而导致变形集中，造成软弱层，极大降低了结构的变形能力和抗倒塌能力。另一方面在小震作用下阻尼器往往不进入塑性，难以增加结构阻尼，控制结构加速度响应，因此小震下，尤其对于剪力墙结构加速度响应过大，加速度敏感性非结构构件损伤严重，难以实现建筑震后功能快速恢复。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种双阶段剪切型阻尼器，所述双阶段剪切型阻尼器在不同变形情况下均具备相应的耗能能力和附加阻尼效果。
本发明的另一个目的在于提出一种双阶段剪切型阻尼器的设计方法。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器，包括：第一耗能单元，第二耗能单元，所述第二耗能单元与所述第一耗能单元在轴向方向上串联，所述轴向方向为所述双阶段剪切型阻尼器的长度方向，所述第二耗能单元包括：第二芯板，外盖板，所述外盖板设于所述第二芯板沿厚度方向上的至少一侧；黏弹材料层，所述黏弹材料层设于所述第二芯板与所述外盖板之间；轴向限位件，所述轴向限位件与所述第二芯板相连且垂直于所述外盖板设置，以对所述第二耗能单元进行轴向限位；剪切限位件，所述剪切限位件位于所述外盖板沿宽度方向上的两侧且与所述外盖板间隔开，以限制所述第二耗能单元的变形范围。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器，通过将第二耗能单元与第一耗能单元以串联形式相连，轴向限位件可以保证连梁的轴向抗拉能力，剪切限位件可以限制黏弹耗能单元的变形范围。由此，实现了双阶段剪切型阻尼器的滞回效果。该双阶段剪切型阻尼器应用于框架或剪力墙结构中，在小变形下第二耗能单元耗能，大变形下切换为第一耗能单元耗能，从而能够有效控制结构变形模式，减轻结构地震响应。
另外，根据本发明上述实施例的双阶段剪切型阻尼器还具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第二耗能单元设于所述第一耗能单元沿轴向的至少一侧，或者，所述第二耗能单元设于所述第一耗能单元之中。
在本发明的一些实施例中，所述黏弹材料层分别与所述第二芯板以及所述外盖板粘接相连。
在本发明的一些实施例中，所述黏弹材料层为高阻尼材料层，所述黏弹材料层沿轴向的两端均未超出所述外盖板。
在本发明的一些实施例中，所述外盖板形成有沿厚度方向贯穿所述外盖板设置的配合槽，所述轴向限位件与所述第二芯板焊接相连且在所述配合槽处可运动。
在本发明的一些实施例中，所述第二芯板包括至少一个，当所述第二芯板包括多个时，相邻两个所述第二芯板之间设有所述黏弹材料层，所述第二耗能单元还包括：第二连接板，所述第二连接板设于所述第二耗能单元沿轴向的一侧且与所述外盖板相连。
在本发明的一些实施例中，所述第一耗能单元为金属耗能单元或摩擦耗能单元，所述第一耗能单元包括：第一芯板，所述第一芯板与所述第二芯板焊接相连；加劲肋，所述加劲肋设于所述第一芯板沿厚度方向的至少一侧；翼缘，所述翼缘设于所述第一芯板沿宽度方向上的至少一侧的边缘且与所述加劲肋相连；第一连接板，所述第一连接板分别与所述第一芯板以及所述翼缘相连。
在本发明的一些实施例中，所述剪切限位件包括限位板，所述限位板与所述翼缘焊接相连；或者，所述限位板与所述翼缘为一体式结构件。
在本发明的一些实施例中，所述双阶段剪切型阻尼器被构造成在厚度方向上对称的结构。
本发明还提出一种具有上述实施例双阶段剪切型阻尼器的设计方法。
根据本发明第二方面实施例的设计方法，设计所述双阶段剪切型阻尼器的简化力学模型以及在往复荷载作用下的滞回曲线，则双阶段剪切型阻尼器的各阶段刚度K1,K2,K3及各阶段对应的阻尼器出力可由下式(1)至(5)获得：
Figure BDA0003148752650000021
Figure BDA0003148752650000022
F1＝δstK1 (3)
F2＝δstK1+K2(δse-δst) (4)
F3＝δstK1+K2(δse-δst)+K3(δsd-δse) (5)
其中，Kve为第二耗能单元的等效刚度，Ksy为第一耗能单元的弹性刚度，Ksyy为第一耗能单元的二次刚度，δst为第二耗能单元容许的变形范围，即考虑结构遭受频遇地震作用下的设计位移，Kst为剪切限位件的弹性刚度，δse为第一耗能单元屈服对应的变形量，δsd为该阻尼器在考虑结构遭遇罕遇地震作用下的设计位移。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第一种构造的一个立体图。
图2是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第一种构造的一个正视图。
图3是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第一种构造的一个俯视图。
图4是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第一种构造的一个侧视图。
图5是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的第一个角度的立体图。
图6是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的第二个角度的立体图。
图7是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的第三个角度的立体图。
图8是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的一个正视图。
图9是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的一个俯视图。
图10是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第二种构造的一个侧视图。
图11是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第三种构造的一个角度的立体图。
图12是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第三种构造的另一个角度的立体图。
图13是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第三种构造的一个正视图。
图14是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第三种构造的一个俯视图。
图15是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第三种构造的一个侧视图。
图16是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器第四种构造的一个正视图。
图17为根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器安装于联肢剪力墙上的示意图。
图18为根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器安装于框架上的示意图。
图19是根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器的设计方法中构造的双阶段剪切型阻尼器的简化力学模型图。
图20是图19中根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器的设计方法中双阶段剪切型阻尼器在往复荷载作用下的滞回曲线图。
附图标记：
双阶段剪切型阻尼器100、
第一耗能单元101、第一芯板1、加劲肋2、翼缘3、剪切限位件4、限位板41、第一连接板11、
第二耗能单元102、第二芯板6、黏弹材料层7、外盖板8、轴向限位件9、配合槽10、第二连接板5、
联肢剪力墙12、框架13。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
下面参考附图描述根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100。
根据本发明第一方面实施例的双阶段剪切型阻尼器100，包括：第一耗能单元101以及第二耗能单元102。这里，第一耗能单元101可以为例如金属耗能单元或摩擦耗能单元等，第一耗能单元101可以为例如金属屈服或摩擦阻尼器等；第二耗能单元102可以为黏弹耗能单元。
具体而言，第二耗能单元102与第一耗能单元101在轴向方向上串联，这里的轴向方向为双阶段剪切型阻尼器100的长度方向(例如图1中所示的A1方向)。第二耗能单元102与第一耗能单元101的连接方式可以为焊接等，第二耗能单元102与第一耗能单元101的串联可以理解为连接之后彼此之间力的串联。
第二耗能单元102包括：第二芯板6、外盖板8、黏弹材料层7、轴向限位件9以及剪切限位件4。具体地，外盖板8设于第二芯板6沿厚度方向上的至少一侧；所述厚度方向可以参照图1中所示的A3方向。在一些实施例中，外盖板8可以设于第二芯板6沿厚度方向上的一侧；在一些实施例中，外盖板8可以分别设于第二芯板6沿厚度方向上的两侧等，此时，以第二芯板6为对称面，外盖板8可以分别设置于第二芯板6的两侧，且与第二芯板6间隔开。
黏弹材料层7设于第二芯板6与外盖板8之间；黏弹材料层7可以分别与第二芯板6以及外盖板8相连。轴向限位件9与第二芯板6相连，并且轴向限位件9可以垂直于外盖板8设置，这样可以通过轴向限位件9对第二耗能单元102进行轴向限位。
剪切限位件4位于外盖板8沿宽度方向(例如图1中所示的A2方向)上的两侧，并且剪切限位件4可以与外盖板8间隔开设置，这样可以通过剪切限位件4限制第二耗能单元102的变形范围。
例如，在图1中所示的A2方向上，剪切限位件4没有与外盖板8接触，而是与外盖板8间隔开预定距离设置。剪切限位件4限制第二耗能单元102(如黏弹耗能单元)剪切变形在一定范围内，超过该范围，剪切限位件4将发挥作用，将变形传递至第一耗能单元101(如金属耗能单元)。
其中，黏弹耗能材料层7、轴向限位件9、第二芯板6、剪切限位件4作为黏弹耗能单元的受力组成部分。本申请通过将第二耗能单元102(例如黏弹耗能单元)与第一耗能单元101(例如金属耗能单元或摩擦耗能单元)以串联形式相连，轴向限位件9可以保证连梁的轴向抗拉和抗压能力，剪切限位件4可以限制黏弹耗能单元的变形范围。这种构造实现了双阶段剪切型阻尼器100的滞回效果。该双阶段剪切型阻尼器100应用于框架13或剪力墙结构中，在小变形下黏弹消能单元耗能，大变形下切换为金属耗能单元耗能或摩擦耗能单元耗能，从而有效控制结构变形模式，减轻结构地震响应。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，在不同变形情况下均具备相应的耗能能力和附加阻尼效果。其中，在小震作用下，黏弹耗能单元首先耗能，附加阻尼并降低结构加速度响应，保护非结构构件。大震作用下，结构变形增大，此时金属耗能单元进入塑性，耗能能力更强。且在不同变形下，将激发阻尼器不同耗能单元进行耗能。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，通过将第二耗能单元102与第一耗能单元101以串联形式相连，轴向限位件9可以保证连梁的轴向抗拉能力，剪切限位件4可以限制黏弹耗能单元的变形范围。由此，实现了双阶段剪切型阻尼器100的滞回效果。该双阶段剪切型阻尼器100应用于框架13或剪力墙结构中，在小变形下第二耗能单元102耗能，大变形下切换为第一耗能单元101耗能，从而能够有效控制结构变形模式，减轻结构地震响应。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，具有性能稳定，刚度大，变形能力大，耗能能力强，构造简单等优点。
根据本发明的一些实施例，第二耗能单元102设于第一耗能单元101沿轴向的至少一侧，或者，第二耗能单元102设于第一耗能单元101之中。也就是说，本申请中的双阶段剪切型阻尼器100包括多种不同的实施例，黏弹消能单元可以独立设置于双阶段剪切型的一侧，也可设置于双阶段剪切型的两侧或中间，均可发挥双阶段耗能的效果。
具体而言，在一些实施例中，参照图1至图4，第二耗能单元102可以设于第一耗能单元101沿轴向的一侧(例如方向A1的左侧或右侧)；在一些实施例中，参照图5至图10，第二耗能单元102可以分别设于第一耗能单元101沿轴向的两侧(例如方向A1的左侧和右侧)。当然，在一些实施例中，参照图11至图15，第二耗能单元102也可以设于第一耗能单元101之中。第二耗能单元102与第一耗能单元101的相对位置可以根据实际需要而适应性设置。
根据本发明的一些实施例，黏弹材料层7分别与第二芯板6以及外盖板8粘接相连。黏弹材料层7与第二芯板6可以通过粘接的方式相连，黏弹材料层7与外盖板8之间也可以通过粘接的方式相连。这样通过粘接的方式便于实现黏弹材料层7与第二芯板6以及外盖板8之间连接，且便于操作。
进一步地，黏弹材料层7为高阻尼材料层，黏弹材料层7沿轴向的两端均未超出外盖板8。例如，黏弹材料层7可以为例如橡胶件等，本申请中，黏弹材料采用高阻尼材料，使得第二耗能单元102的变形范围大，粘弹性强，增加了第二耗能单元102的减震性能。
黏弹材料层7沿图1中所示的A1方向的两端均未超出外盖板8，黏弹材料层7的面积可以小于外盖板8和第二芯板6中面积较小者，例如，黏弹材料层7置于第二芯板6与外盖板8之间，且被外盖板8完全覆盖，使得黏弹材料层7在宽度方向(图1中所示的上下方向)上运动的过程中，外盖板8起到保护黏弹材料层7的作用。
根据本发明的一些实施例，外盖板8形成有沿厚度方向(图1中所示的上下方向)贯穿外盖板8设置的配合槽10，轴向限位件9的与第二芯板6焊接相连且在配合槽10处可运动。例如，外盖板8上可以设有配合槽10，配合槽10沿外盖板8的厚度方向贯穿外盖板8设置，黏弹材料层7处可以设有与所述配合槽10相对应的过孔，轴向限位件9沿长度方向的左侧(图1中所示的A1方向的左侧)与第二芯板6焊接相连，并且轴向限位件9可以通过所述过孔在配合槽10处可运动。轴向限位件9可以为销类结构，轴向限位件9与黏弹材料层7可以形成为T形结构(结合图9)，由此，通过使轴向限位件9与黏弹消能单元的外盖板8销槽连接，可以限制黏弹消能单元的轴向变形。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，小变形状态下，第二耗能单元102耗能，外盖板8带动黏弹材料层7晃动，第二芯板6随黏弹材料层7运动，因轴向限位件9与第二芯板6焊接相连且在配合槽10处可运动，使得轴向限位件9在配合槽10内发生小幅度晃动，从而可降低第二芯板6的晃动幅度，起到减震的效果。
根据本发明的一些实施例，第二芯板6包括至少一个，当第二芯板6包括多个时，相邻两个第二芯板6之间设有黏弹材料层7，第二耗能单元102还包括：第二连接板5，第二连接板5设于第二耗能单元102沿轴向的一侧且与外盖板8相连。例如，第二连接板5可以设于第二耗能单元102沿轴向的一侧，并且第二连接板5可以与外盖板8相连。通过第二连接板5便于实现双阶段剪切型阻尼器100与墙面等之间的装配连接。这里，第二连接板5与墙面相连的一端，固定方式可以采用传统的预埋板焊接或者可更换螺栓连接等。
在一些实施例中，第二芯板6可以为一个，也可以为多个。当第二芯板6为一个时，第二芯板6设于黏弹材料层7与外盖板8之间，当第二芯板6包括多个时，相邻两个第二芯板6之间设有黏弹材料层7，随着第二芯板6数量的增多，黏弹材料层7的层数也随之增加，每个第二芯板6均设于外盖板8沿厚度方向(图1中的A3方向)的内侧，第二芯板6数量的增加，第二耗能单元102的承载力也相应增大。
在一些实施例中，第二连接板5沿轴向方向的一端与第二连接板5相连，另一端与建筑物相连，连接方式可以为螺栓连接，装配简单，便于快速更换。
第一耗能单元101和第二耗能单元102在第二连接板5所在平面上的投影均位于第二连接板5的内侧，这样可以增加受力面积，使被压物体表面单位面积上的受到的压力小，因此，与第二连接板5连接的建筑物的表面不易损坏，同时使双阶段剪切型阻尼器100结构趋于稳固。
结合图1，根据本发明的一些实施例，第一耗能单元101包括：第一芯板1、加劲肋2、翼缘3以及第一连接板11。
具体地，第一芯板1与第二芯板6焊接相连；加劲肋2设于第一芯板1沿A3方向的至少一侧；翼缘3设于第一芯板1沿A2方向上的至少一侧的边缘，并且翼缘3与加劲肋2相连；第一连接板11分别与第一芯板1以及翼缘3相连。
例如，加劲肋2可以设于第一芯板1沿A3方向的一侧或两侧；翼缘3设于第一芯板1沿A2方向上的一侧或两侧的边缘，第一连接板11可以设于第一芯板1沿轴向的至少一侧。其中，第一芯板1、加劲肋2、翼缘3作为金属耗能单元的受力组成部分，可选地，第二芯板6的数量可以为一个或多个，第一耗能单元101与第二耗能单元102在连接处呈一一对应关系，第一耗能单元101在上述装配关系以外，图16还示出了当第一耗能单元101为摩擦耗能单元时双阶段剪切型阻尼器100的结构示意图。
加劲肋2与第一芯板1的连接方式为焊接，各加劲肋2之间限定出变形空间，同时为第一芯板1的晃动幅度提供了变形及回复的空间，使第一芯板1发生形变过程中不易折损，翼缘3的设置限定了双阶段剪切型阻尼器100在宽度方向的变形范围，起到加固的作用。翼缘3与第一芯板1相连，可限制第一芯板1在厚度方向上的变形程度，避免第一芯板1在厚度方向弯曲角度过大造成折断的现象。翼缘3与加劲肋2相连，为加劲肋2在左右方向上变形起到了加固的作用，避免了加劲肋2从第一芯板1脱落的现象，可防止加劲肋2在左右方向发生晃动幅度，限制了加劲肋2的变形范围。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，在不同变形情况下均具备相应的耗能能力和附加阻尼效果。其中，在小震作用下，黏弹耗能单元首先耗能，附加阻尼并降低结构加速度响应，保护非结构构件。大震作用下，结构变形增大，此时金属耗能单元进入塑性，耗能能力更强。且在不同变形下，将激发阻尼器不同耗能单元进行耗能。
进一步地，剪切限位件4包括限位板41，限位板41与翼缘3焊接相连；或者，限位板41与翼缘3为一体式结构件。简言之，本申请中的剪切限位件4与翼缘3可以为分体件或一体件。例如，在一些实施例中，可以是剪切限位件4包括限位板41，限位板41与翼缘3焊接相连；在一些实施例中，也可以是剪切限位件4包括限位板41，限位板41与翼缘3为一体式结构件。
在一些实施例中，限位板41设于第二耗能单元102沿宽度方向上的至少一侧，同时第二耗能单元102与限位板41间隔开，可以为第二耗能单元102限定出变形空间，限位板41具有刚度强，变形能力大等特点。限位板41与翼缘3可以为焊接相连或一体式结构件，达到限位板41与翼缘3相连的目的，可分散限位板41的受力点，限位板41可有效将第二耗能单元102控制在小变形范围内耗能，当发生较大变形时，超出第二耗能单元102的限值，会通过限位板41体现，限位板41会通过与翼缘3相连这一特点，将接收的大变形的力传递给第一耗能单元101，使第一耗能单元101在大变形程度下进行耗能。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，剪切限位件4在一定范围内不限制黏弹消能单元的剪切变形，超过一定范围内，通过限位板41，限制黏弹消能单元剪切变形，并将变形传递至金属耗能单元或摩擦耗能单元。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，构造简单，加工方便，可以进行工业化生产，能够在大幅度提高结构抗震性能，减小结构损伤的同时，实现震后快速恢复功能。
在本发明的一些实施例中，双阶段剪切型阻尼器100被构造成在A3方向上对称的结构。第一耗能单元101以第一芯板1为对称面，第二耗能单元102以第二芯板6为对称面，通过将双阶段剪切型阻尼器100构造成对称结构，可使双阶段剪切型阻尼器100在受到晃动的过程中，受力均匀，晃动幅度均匀，起到更好地隔震、减震的效果。
图17示出了根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100安装于联肢剪力墙12上的示意图。图18示出了根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100安装于框架13上的示意图。其中，双阶段剪切型阻尼器100与墙面(或框架13)可以采用传统的预埋板焊接或者可更换螺栓连接等方式相连。在地震作用下，框架13和剪力墙结构发生变形，该双阶段剪切型阻尼器100便可发挥作用。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，通过革新性的构造特别是将黏弹消能单元与金属耗能单元或摩擦耗能单元串联，克服了传统剪切型阻尼器仅有一个屈服点，小震下无法耗能的缺点。当结构在地震作用下发生变形时，首先激发黏弹耗能单元耗能，从而有效附加阻尼比，控制结构响应。当结构变形发展到黏弹耗能单元限值内，激发剪切限位件4，从而金属耗能单元或摩擦耗能单元进入工作状态，提供更大耗能能力。从而实现在小震下控制结构加速度和位移响应，在大震下有效均匀化结构层间变形的效果。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100，具有如下优点：其一，震后可快速更换。传统混凝土连梁地震下发生剪切破坏，震后难以修复，本发明所述的双阶段剪切型阻尼器100通过装配化构造连接，可实现震后快速更换。这里的装配化指的是可以将双阶段剪切型阻尼器100装配于墙体等。其二，工业化生产效率高。该双阶段剪切型阻尼器100构造简单，成本可控。其三，双阶段性能明显。双阶段剪切型阻尼器100通过黏弹耗能单元与金属屈服或摩擦耗能单元串联，两阶段刚度可实现有效设计。其四，控制效果好。可有效协调结构整体变形趋于均匀，并在小震下提供可观的附加阻尼比，从而控制结构的加速度响应，保证小震下非结构构件损伤。
参照图19和图20，根据本发明第二方面实施例的双阶段剪切型阻尼器100的设计方法，包括：设计所述双阶段剪切型阻尼器100的简化力学模型以及在往复荷载作用下的滞回曲线，则双阶段剪切型阻尼器100的各阶段刚度K1,K2,K3及各阶段对应的阻尼器出力可由下式(1)至(5)获得：
Figure BDA0003148752650000091
Figure BDA0003148752650000092
F1＝δstK1 (3)
F2＝δstK1+K2(δse-δst) (4)
F3＝δstK1+K2(δse-δst)+K3(δsd-δse) (5)
其中，Kve为第二耗能单元102(例如黏弹耗能单元)的等效刚度，Ksy为第一耗能单元101(例如金属屈服单元)的弹性刚度，Ksyy为第一耗能单元101(例如金属屈服单元)的二次刚度，δst为第二耗能单元102(例如黏弹耗能单元)容许的变形范围，即考虑结构遭受频遇地震作用下的设计位移，Kst为剪切限位件4的弹性刚度，δse为第一耗能单元101(例如金属屈服耗能单元)屈服对应的变形量，δsd为阻尼器在考虑结构遭遇罕遇地震作用下的设计位移。
采用上述双阶段剪切型阻尼器100的设计方法设计的双阶段剪切型阻尼器100，通过革新性的构造特别是将黏弹消能单元与金属耗能单元或摩擦耗能单元串联，克服了传统剪切型阻尼器仅有一个屈服点，小震下无法耗能的缺点。当结构在地震作用下发生变形时，首先激发黏弹耗能单元耗能，从而有效附加阻尼比，控制结构响应。当结构变形发展到黏弹耗能单元限值内，激发剪切限位件4，从而金属耗能单元或摩擦耗能单元进入工作状态，提供更大耗能能力。从而实现在小震下控制结构加速度和位移响应，在大震下有效均匀化结构层间变形的效果。
根据本发明实施例的双阶段剪切型阻尼器100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，包括：
第一耗能单元；
第二耗能单元，所述第二耗能单元与所述第一耗能单元在轴向方向上串联，所述轴向方向为所述双阶段剪切型阻尼器的长度方向，所述第二耗能单元包括：
第二芯板；
外盖板，所述外盖板设于所述第二芯板沿厚度方向上的至少一侧；
黏弹材料层，所述黏弹材料层设于所述第二芯板与所述外盖板之间；
轴向限位件，所述轴向限位件与所述第二芯板相连且垂直于所述外盖板设置，以对所述第二耗能单元进行轴向限位；
剪切限位件，所述剪切限位件位于所述外盖板沿宽度方向上的两侧且与所述外盖板间隔开，以限制所述第二耗能单元的变形范围。
2.根据权利要求1所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述第二耗能单元设于所述第一耗能单元沿轴向的至少一侧，或者，所述第二耗能单元设于所述第一耗能单元之中。
3.根据权利要求1所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述黏弹材料层分别与所述第二芯板以及所述外盖板粘接相连。
4.根据权利要求3所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述黏弹材料层为高阻尼材料层，所述黏弹材料层沿轴向的两端均未超出所述外盖板。
5.根据权利要求1所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述外盖板形成有沿厚度方向贯穿所述外盖板设置的配合槽，所述轴向限位件与所述第二芯板焊接相连且在所述配合槽处可运动。
6.根据权利要求1所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述第二芯板包括至少一个，当所述第二芯板包括多个时，相邻两个所述第二芯板之间设有所述黏弹材料层，第二耗能单元还包括：第二连接板，所述第二连接板设于所述第二耗能单元沿轴向的一侧且与所述外盖板相连。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述第一耗能单元为金属耗能单元或摩擦耗能单元，所述第一耗能单元包括：
第一芯板，所述第一芯板与所述第二芯板焊接相连；
加劲肋，所述加劲肋设于所述第一芯板沿厚度方向的至少一侧；
翼缘，所述翼缘设于所述第一芯板沿宽度方向上的至少一侧的边缘且与所述加劲肋相连；
第一连接板，所述第一连接板分别与所述第一芯板以及所述翼缘相连。
8.根据权利要求7所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述剪切限位件包括限位板，所述限位板与所述翼缘焊接相连；或者，所述限位板与所述翼缘为一体式结构件。
9.根据权利要求7所述的双阶段剪切型阻尼器，其特征在于，所述双阶段剪切型阻尼器被构造成在厚度方向上对称的结构。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的双阶段剪切型阻尼器的设计方法，其特征在于，包括：设计所述双阶段剪切型阻尼器的简化力学模型以及在往复荷载作用下的滞回曲线，则双阶段剪切型阻尼器的各阶段刚度K1,K2,K3及各阶段对应的阻尼器出力可由下式(1)至(5)获得：
Figure FDA0003148752640000021
Figure FDA0003148752640000022
F1＝δstK1 (3)
F2＝δstK1+K2(δse-δst) (4)
F3＝δstK1+K2(δse-δst)+K3(δsd-δse) (5)
其中，Kve为第二耗能单元的等效刚度，Ksy为第一耗能单元的弹性刚度，Ksyy为第一耗能单元的二次刚度，δst为第二耗能单元容许的变形范围，即考虑结构遭受频遇地震作用下的设计位移，Kst为剪切限位件的弹性刚度，δse为第一耗能单元屈服对应的变形量，δsd为该阻尼器在考虑结构遭遇罕遇地震作用下的设计位移。
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