CN217871118U - 一种双阶段耗能阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于结构工程抗震技术领域，具体涉及一种耗能阻尼器。一种双阶段耗能阻尼器，包括中间的屈服耗能段和两端的摩擦耗能段；所述的屈服耗能段包括核心板、设置在所述核心板上、下侧的外约束板；上、下侧的外约束板与核心板形成夹心结构；所述核心板由中间的塑性耗能段和两端的弹性段组成；所述外约束板的两端设有长通孔和长槽，中间设有多个圆通孔；所述弹性段、摩擦耗能段通过加劲肋板形成弹性连接；所述加劲肋板与外约束板通过长槽配合连接。本实用新型的双阶段耗能阻尼器结合了传统摩擦阻尼器和屈曲约束支撑的滞回特性，在不同地震力/位移情况下产生不同的滞回响应，以满足各类地震下的结构减震需求。

Description

一种双阶段耗能阻尼器

技术领域

本实用新型属于结构工程抗震技术领域，具体涉及一种耗能阻尼器。

背景技术

在过去的几十年里，人们对结构振动控制进行了大量的研究工作。各类结构振动控制***已被开发出来，以提高的结构的功能和安全性。结构振动控制***主要分为被动，主动，半主动和混合控制四个类别。相较于其他三类控制***，被动控制***因其相对低廉的价格以及无需任何外部能量补偿和控制算法的情况下为结构提供额外的阻尼或刚度，成为最受传统土木结构欢迎的振动控制方法之一。被动控制***主要分为隔震装置和减震装置。隔震装置（如天然橡胶支座，铅芯橡胶支座等）通过延长结构的基本周期，从而降低输入结构的能量。隔震方法，耗能减震方法既适用于新建结构也适用于已建结构的抗震加固，针对各类结构均有较好的控制效果，实际应用范围和前景更为广泛。减震装置（如摩擦阻尼器，金属阻尼器，屈曲约束支撑，黏弹性阻尼器等）主要通过阻尼器的屈服等行为吸收地震能量，以减少地震对结构主要构件的损伤。然而，传统的被动控制装置仅针对单一振动源下的结构响应控制。因此，亟需提出多阶段耗能阻尼器以满足为了实现更高的经济效益和多振动源控制的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决以上技术问题，提供一种双阶段耗能阻尼器，以期实现阻尼器在地震下多阶段耗能，弥补传统阻尼器无法满足多振动源（小震到大震）耗能的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种双阶段耗能阻尼器，包括中间的屈服耗能段和两端的摩擦耗能段；所述的屈服耗能段包括核心板、设置在所述核心板上、下侧的外约束板；上、下侧的外约束板与核心板形成夹心结构；所述核心板由中间的塑性耗能段和两端的弹性段组成；所述外约束板的两端设有长通孔和长槽，中间设有多个圆通孔；所述弹性段、摩擦耗能段通过加劲肋板形成弹性连接；所述加劲肋板与外约束板通过长槽配合连接。

优选地，所述的屈服耗能段还包括侧边约束板，所述侧边约束板布置在所述核心板的塑性耗能段两侧，侧边约束板与塑性耗能段之间留有0.5～1mm间隙；侧边约束板上均布圆通孔。

进一步优选地，所述的屈服耗能段还包括厚度为0.5～1mm的弹性段垫板；所述弹性段垫板布置在所述核心板的弹性段上、下侧；弹性段垫板上设有圆通孔。

进一步优选地，所述的摩擦耗能段包括上、下侧的外摩擦板和中间的内摩擦板、端部夹持板；所述外摩擦板与内摩擦板、端部夹持板形成夹心结构；内摩擦板、端部夹持板之间留有间隙；其中，内摩擦板上设有长通孔，内摩擦板通过长通孔与外摩擦板弹性连接；端部夹持板通过圆通孔与外摩擦板固定连接；所述内摩擦板具有延伸段；所述延伸段与所述加劲肋板形成十字交叉连接。

进一步优选地，所述外摩擦板的一侧表面为平面，另一侧表面呈M型；在M型表面的两个凸台上设有圆通孔；所述内摩擦板和端部夹持板分别设有与所述外摩擦板的两个凸台相配合的双折线型凹槽；内摩擦板的双折线型凹槽内设有长通孔；端部夹持板的双折线型凹槽内设有圆通孔；所述外摩擦板通过含碟簧的高强螺栓分别与内摩擦板、端部夹持板连接。

进一步优选地，所述外摩擦板的两侧表面均为平面；所述内摩擦板和端部夹持板为平面型；所述外摩擦板通过高强螺栓分别与内摩擦板、端部夹持板连接。

进一步优选地，所述内摩擦板的上、下侧分别垫有黄铜板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.双阶段耗能阻尼器各部分（高强螺栓除外）均由钢板切割而成，减避免了焊接带来了的不确定性；

2.双阶段耗能阻尼器各部分以传统节点型摩擦阻尼器和屈曲约束支撑为原型，各部件的获取和组装易于实现；

3.双阶段耗能阻尼器的第一阶段摩擦耗能的启动刚度可以随着结构层间变形的需要调节，提高阻尼器耗能效率；

4.双阶段耗能阻尼器只需要释放高强螺栓的预紧力，随之更换屈服耗能段的核心板即可，便于地震后的更换和再利用；

5.双阶段耗能阻尼器结合了传统摩擦阻尼器和屈曲约束支撑的滞回特性，在不同地震力/位移情况下产生不同的滞回响应，以满足各类地震下的结构减震需求。

6.摩擦耗能段在中震时启动滑动摩擦耗能，且震后不会产生残余变形；屈服耗能段在大震时为阻尼器提供附加耗能，阻尼器在震后的残余变形小于传统阻尼器。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器的装配图；

图2是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器的拆解图；

图3是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器中摩擦耗能段和屈服耗能段的内部构件图；

图4是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器中摩擦耗能段和屈服耗能段的外部约束构件图；

图5是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器中的高强螺栓分布图；

图6是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器的工作原理示意图；

图7是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压初始阶段示意图

图8是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压第一阶段示意图；

图9是本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压第二阶段示意图；

图10是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器的装配图；

图11是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器的拆解图；

图12是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器中摩擦耗能段和屈服耗能段的内部耗能构件图；

图13是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器中摩擦耗能段和屈服耗能段的外部约束构件图；

图14是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器中摩擦耗能段的耗能材料（黄铜板）；和屈服耗能段的弹性段垫板图；

图15是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器中的高强螺栓分布图；

图16是本实用新型实施例2的双阶段耗能阻尼器的工作原理示意图；

图17为本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压初始阶段示意图

图18为本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压第一阶段示意图；

图19为本实用新型实施例1的双阶段耗能阻尼器受压第二阶段示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1 本实施例提供一种双阶段耗能阻尼器，其结构如图1至图5所示，主要包括：自复位摩擦耗能段1，屈服耗能段2，含碟簧的高强螺栓0-1，两组高强螺栓0-2。

自复位摩擦耗能段1包含内摩擦板1-1，外摩擦板1-2，以及夹持板1-3。自复位耗能段1各部件宽度均相等，且均由等厚钢板切削并装配而成。内摩擦板1-1由平板切去上下两个四棱凸台构成双折线型凹槽，板中间位置的宽度等于含碟簧的高强螺栓0-1的螺杆直径，在双折线型凹槽内加工有第一长通孔1-4。内摩擦板1-1的侧面设有延伸段，用于连接屈服耗能段2。

外摩擦板1-2由两个四棱凸台和一个长方体组成一面为平面，另一面为M型的结构，四棱台上底的宽度等于含碟簧的高强螺栓0-1的螺杆直径，在四棱凸台上加工圆通孔。

夹持板1-3由平板切去上下两个四棱台而构成双折线型凹槽，在双折线型凹槽内加工有圆通孔。内摩擦板1-1、夹持板1-3的双折线型凹槽分别与上、下侧的外摩擦板1-2的四棱凸台配合，采用含碟簧的高强螺栓0-1进行连接，形成夹心结构。

内摩擦板1-1的第一长通孔1-4的长度根据设计的摩擦耗能距离拟，约束板2-2端部的第二长通孔2-5的长度根据设计的屈服耗能距离拟定。

屈服耗能段2包含核心板2-1，端部含长通孔和长槽的约束板2-2，含圆通孔的侧边约束板2-3，弹性段垫板2-4。

核心板2-1为矩形截面，由中间的塑性耗能段和两端的弹性段组成，两端的弹性段的宽度大于中间的塑性耗能段。核心板2-1端部的弹性段，约束板2-2，弹性段垫板2-4的宽度相等。

侧边约束板2-3布置在核心板2-1中间的塑性耗能段的两侧，核心板2-1中间的塑性耗能段与侧边约束板2-3有0.5～1mm间隙。

核心板2-1端部的弹性段中部设有竖直布置的加劲肋板3-2，加劲肋板3-2的上部和下部分别从上、下侧的外约束板2-2端部的长槽2-6中穿过，上、下侧的外约束板2-2通过第二组高强螺栓0-2-2分别与中间的核心板2-1、侧边约束板2-3连接形成夹心结构。核心板2-1端部的弹性段上还设有弹性段垫板2-4，弹性段垫板2-4上也加工有圆通孔。弹性段垫板厚度也是0.5～1mm，目的是保证核心板的屈服耗能段与外约束板有间隙，确保核心板能产生多波屈服耗能。

上、下侧的外约束板2-2端部的第二长通孔2-5与核心板2-1端部的弹性段上的圆通孔、弹性段垫板2-4上的圆通孔采用第一组高强螺栓0-2-1连接。

加劲肋板3-2与核心板2-1端部的弹性段呈十字交叉连接，同时加劲肋板3-2还与内摩擦板1-1的延伸段3-1呈十字交叉连接，使内摩擦板1-1、加劲肋板3-2、核心板2-1端部的弹性段、第一长通孔1-4、第二长通孔2-5、长槽2-6共同构成了弹性连接结构。

本实施例提供的双阶段耗能阻尼器，实现了阻尼器在地震下多阶段耗能，以解决传统阻尼器无法满足多振动源（小震到大震）耗能的问题的同时控制了阻尼器的残余变形，有利于减少震后结构的残余层间位移。

以阻尼器受压为例，本实施例的阻尼器的耗能机制分为摩擦耗能和屈服耗能两个阶段，如图6所示。初始阶段，自复位摩擦耗能段1中内摩擦板1-1含碟簧的高强螺栓0-1位于第一长通孔1-4中间位置，屈服耗能段2中的第一组高强螺栓0-2-1位于第二长通孔2-5中间位置，详见附图7。第一阶段：当阻尼器受压时，自复位摩擦耗能段1首先通过滑动摩擦耗能，含碟簧的高强螺栓0-1在内摩擦板1-1的长通孔中向阻尼器中间滑动；此时屈服耗能段2在整个阶段保持弹性，不产生屈服耗能，详见图8。需要注意的是，如果此时取消阻尼器所受的外部荷载，由于自复位摩擦板1中碟簧对内摩擦板1-1和外磨擦板1-2的挤压将使含碟簧的高强螺栓0-1复位至初始位置，实现第一阶段无残余变形；第二阶段：当含碟簧的高强螺栓0-1与内摩擦板1-1的长通孔发生碰壁时，含碟簧的高强螺栓0-1停止运动，自复位摩擦耗能段1不再产生耗能；随着位移的增大，屈服耗能段2的核心板2-1首先发生弹性变形，为阻尼器提供二次刚度；随着位移的继续增大，核心板2-1产生多波屈曲进行屈服耗能从而进一步增大阻尼器耗能性能，详见图9。

需要注意的是，如果此时取消阻尼器所受的外部荷载，由于自复位摩擦板1中碟簧对内摩擦板1-1和外磨擦板1-2的挤压将使含碟簧的高强螺栓0-1复位至初始位置，阻尼器中仅存在屈服耗能段2中核心板2-1的塑性变形产生的残余变形，实现阻尼器在第二阶段残余变形的减小。

本实施例的阻尼器在小震下保持弹性状态，中震下摩擦耗能段启动耗能的同时能够实现自复位功能，保证在中震下阻尼器没有残余变形；大震下摩擦耗能段启动耗能的同时，屈服耗能段产生附加耗能，摩擦耗能段的自复位功能减少了大震下阻尼器的残余变形；该阻尼器实现从中震到大震的双阶段耗能的同时减少了残余变形。

自复位摩擦耗能段1中内摩擦板1-1的第一长通孔1-4处采用含碟簧的高强螺栓0-1，该含碟簧的高强螺栓的预紧力取为屈服耗能段屈服力的0.4～0.7倍，从而实现两阶段耗能机制；内摩擦板1-1的第一长通孔1-4的长度小于内外摩擦板1-1、外摩擦板1-2的梯形腰长，以保证内摩擦板不会滑出凹槽。

屈服耗能段2中核心板2-1的屈服强度应大于自复位摩擦耗能段1中内摩擦板1-1的极限摩擦力，以保证阻尼器发生第一阶段滑动耗能时屈服耗能段2整体处于弹性状态。

自复位摩擦耗能段1的内摩擦板1-1中的第一长通孔1-4的孔壁承压强度应大于屈服耗能段2的极限强度。

初始时，屈服耗能段2的外约束板2-2中的第二长通孔2-5处的第一组高强螺栓0-2-1处于第二长通孔2-5中间位置，此处的第一组高强螺栓0-2-1仅作为销栓控制屈服耗能段2的活动长度使用，不施加预紧力。

阻尼器其余位置的第二组高强螺栓0-2-2均按照《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）要求施加预紧力；高强螺栓的抗剪强度和抗拉强度应大于屈服耗能段2的极限强度。

阻尼器中含碟簧的高强螺栓0-1，高强螺栓0-2使用保持弹性状态。

实施例2 本实施例提供另一种双阶段耗能阻尼器，其结构如图10至图15所示，主要包括摩擦耗能段1，屈服耗能段2和4组高强螺栓。该阻尼器各部分均由钢板切削而成，通过高强螺栓穿过各圆孔和长通孔将各部分组装成一个整体。

摩擦耗能段1包含加持段1-1，外摩擦板1-2，黄铜板1-3，含长通孔的内摩擦板1-4。摩擦耗能段1各部件宽度均相等。

加持段1-1，外摩擦板1-2、黄铜板1-3和内摩擦板1-4均为平面型，在加持段1-1，外摩擦板1-2、黄铜板1-3均加工有圆通孔，在内摩擦板1-4上加工有第一长通孔1-5，内摩擦板1-4的侧面具有延伸段3-1，用于连接屈服耗能段。黄铜板1-3作为摩擦材料，与内摩擦板实现摩擦作用，摩擦系数一般在0.3-0.35。

上、下侧的外摩擦板1-2，中间的端部夹持板1-1和内摩擦板1-4，以及内摩擦板1-4上、下侧的黄铜板1-3均通过第一组高强螺栓1-1-1和第二组高强螺栓1-1-2连接形成夹心结构。

屈服耗能段2包含核心板2-1，端部含长通孔和长槽的外约束板2-2，含圆通孔的侧边约束板2-3，弹性段垫板2-4。

核心板2-1为矩形截面，由中间的塑性耗能段和两端的弹性段组成，两端的弹性段的宽度大于中间的塑性耗能段。核心板2-1端部的弹性段，外约束板2-2，弹性段垫板2-4的宽度相等。

侧边约束板2-3布置在核心板2-1中间的塑性耗能段的两侧，核心板2-1中间的塑性耗能段与侧边约束板2-3有0.5～1mm间隙。

核心板2-1端部的弹性段中部设有竖直布置的加劲肋板3-2，加劲肋板3-2的上部和下部分别从上、下侧的外约束板2-2端部的长槽2-6中穿过，上、下侧的外约束板2-2通过第四组高强螺栓2-1-2分别与中间的核心板2-1、侧边约束板2-3连接形成夹心结构。核心板2-1端部的弹性段上还设有弹性段垫板2-4，弹性段垫板2-4上也加工有圆通孔。弹性段垫板厚度也是0.5～1mm，目的是保证核心板的屈服耗能段与外约束板有间隙，确保核心板能产生多波屈服耗能。

上、下侧的外约束板2-2端部的第二长通孔2-5与核心板2-1端部的弹性段上的圆通孔、弹性段垫板2-4上的圆通孔采用第三组高强螺栓2-1-1连接。

加劲肋板3-2与核心板2-1端部的弹性段呈十字交叉连接，同时加劲肋板3-2还与内摩擦板1-4的延伸段3-1呈十字交叉连接，使内摩擦板1-4、加劲肋板3-2、核心板2-1端部的弹性段、第一长通孔、第二长通孔、长槽共同构成了弹性连接结构。

外摩擦板1-2和含长通孔的内摩擦板1-4的厚度相等，内摩擦板1-4的延伸段3-1厚度与屈服耗能段的核心板2-1端部的弹性段厚度一致，黄铜板1-3厚度取为内外摩擦板1-4厚度的1/4～1/5且不小于5mm。

以阻尼器受压为例，本实施例的阻尼器的耗能机制分为摩擦耗能和屈服耗能两个阶段，如图16所示。初始阶段：摩擦耗能段1中内摩擦板1-4的高强螺栓位于第一长通孔1-5中间位置，屈服耗能段2中第三组高强螺栓2-1-1位于第二长通孔2-5中间位置，详见图17。第一阶段：当阻尼器受压时，摩擦耗能段1首先通过滑动摩擦耗能，第二组高强螺栓1-1-2在内摩擦板1-4的第一长通孔1-5中向阻尼器中间滑动；此时屈服耗能段2在整个阶段保持弹性，不产生屈服耗能，详见图18。第二阶段：当第二组高强螺栓1-1-2与内摩擦板1-4的第一长通孔1-5发生碰壁时，第二组高强螺栓1-1-2停止运动，摩擦耗能段不再产生耗能；随着位移的增大，屈服耗能段的核心板2-1首先发生弹性变形，为阻尼器提供二次刚度；随着位移的继续增大，核心板2-1产生多波屈曲进行屈服耗能从而进一步增大阻尼器耗能性能，详见图19。

阻尼器中摩擦耗能段1在中震时启动滑动摩擦耗能，屈服耗能段2在大震时启动屈服耗能。

初始时，摩擦耗能段1中内摩擦板1-4的第一长通孔1-5处的第二组高强螺栓位1-1-2于第一长通孔1-5的中间位置，以应对地震方向的随机性。第一长通孔1-5处的第二组高强螺栓1-1-2的预紧力取为屈服耗能段2中核心板2-1屈服力的0.4～0.7倍。

屈服耗能段2中核心板2-1的屈服强度应大于摩擦耗能段1中内摩擦板1-4的摩擦力，以保证阻尼器发生第一阶段滑动摩擦耗能时屈服耗能段整体处于弹性状态。

摩擦耗能段1的内摩擦板1-4的第一长通孔1-5的孔壁承压强度应大于屈服耗能段2中核心板2-1的极限强度。

初始时，屈服耗能段2中，外约束板2-2上的第二长通孔2-6处的第三组高强螺栓2-1-1处于该长通孔的中间位置，此处的高强螺栓仅作为销栓控制屈服耗能段活动长度使用，不施加预紧力。

阻尼器其余位置的第一组高强螺栓1-1-1和第四组高强螺栓2-1-2均按照规范要求施加预紧力；高强螺栓的抗剪强度和抗拉强度应大于屈服耗能段的极限强度。阻尼器中所有的高强螺栓始终保持弹性状态。

Claims (7)

1.一种双阶段耗能阻尼器，包括中间的屈服耗能段和两端的摩擦耗能段；其特征在于：所述的屈服耗能段包括核心板、设置在所述核心板上、下侧的外约束板；上、下侧的外约束板与核心板形成夹心结构；所述核心板由中间的塑性耗能段和两端的弹性段组成；所述外约束板的两端设有长通孔和长槽，中间设有多个圆通孔；所述弹性段、摩擦耗能段通过加劲肋板形成弹性连接；所述加劲肋板与外约束板通过长槽配合连接。

2.根据权利要求1所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述的屈服耗能段还包括侧边约束板，所述侧边约束板布置在所述核心板的塑性耗能段两侧，侧边约束板与塑性耗能段之间留有0.5～1mm间隙；侧边约束板上均布圆通孔。

3.根据权利要求1所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述的屈服耗能段还包括厚度为0.5～1mm的弹性段垫板；所述弹性段垫板布置在所述核心板的弹性段上、下侧；弹性段垫板上设有圆通孔。

4.根据权利要求1所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述的摩擦耗能段包括上、下侧的外摩擦板和中间的内摩擦板、端部夹持板；所述外摩擦板与内摩擦板、端部夹持板形成夹心结构，内摩擦板、端部夹持板之间留有间隙；其中，内摩擦板上设有长通孔，内摩擦板通过长通孔与外摩擦板弹性连接；端部夹持板通过圆通孔与外摩擦板固定连接；所述内摩擦板具有延伸段；所述延伸段与所述加劲肋板形成十字交叉连接。

5.根据权利要求4所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述外摩擦板的一侧表面为平面，另一侧表面呈M型；在M型表面的两个凸台上设有圆通孔；所述内摩擦板和端部夹持板分别设有与所述外摩擦板的两个凸台相配合的双折线型凹槽；内摩擦板的双折线型凹槽内设有长通孔；端部夹持板的双折线型凹槽内设有圆通孔；所述外摩擦板通过含碟簧的高强螺栓分别与内摩擦板、端部夹持板连接。

6.根据权利要求4所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述外摩擦板的两侧表面均为平面；所述内摩擦板和端部夹持板为平面型；所述外摩擦板通过高强螺栓分别与内摩擦板、端部夹持板连接。

7.根据权利要求6所述的双阶段耗能阻尼器，其特征在于：所述内摩擦板的上、下侧分别垫有黄铜板。

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