采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用軟鋼面內屈服變形機制耗散振動能量的阻尼器，用于房屋建筑的消能減震。本發明的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器包括軟鋼耗能片，防屈曲夾板，L型連接板，錨固鋼板，聚四氟乙烯板，預壓緊固螺栓，摩擦型高強連接螺栓，限位螺栓，預埋錨固鋼筋，柔性填充材料構成。本發明的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器可作為建筑功能的分割元件安裝在結構中，不承擔豎向荷載；在遭受到風荷載或者地震荷載作用時，軟鋼耗能片變形時產生的彈塑性滯回性能耗散風荷載或者地震荷載輸入的能量，從而保護結構的主要構件；軟鋼耗能片采用等應力線進行優化，大幅度降低耗能片的累積塑性變形，增強其低周疲勞性能。
【專利說明】
采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器
(一)
技術領域
[0001]本發明屬于結構工程抗震技術領域，涉及一種利用軟鋼面內屈服變形機制耗散振動能量的阻尼器。
(二)
【背景技術】
[0002]近年來的地震活動劇烈，對工程結構造成了重大的損害，甚至導致了嚴重的人員傷亡，汶川、玉樹、蘆山、魯甸等一系列震害表明我國城鎮建筑仍面臨著嚴重的地震威脅。隨著新版地震區劃圖的發布，我國7度及以上設防區域面積增加到全國面積的58%，82%的省會城市和57%的地級市處于7度及以上設防區域。如何高效且經濟的增強建筑結構的抗震能力是當前防震減災工程的重要課題之一。消能減震技術正是為此發展起來的最新的抗震技術手段，采用“以柔克剛”的方式耗散地震輸入能量，發揮“保險絲”的作用，犧牲自己，保全主體結構構件。一方面大幅度增強結構抗震能力，另一方面在震后可快速更換。
[0003]常見的消能減震裝置主要可分為四大類:粘滯阻尼器、金屬阻尼器、粘彈性阻尼器以及摩擦阻尼器。金屬軟鋼阻尼器以其價格低廉、性能可靠的特性而受到人們的普遍青睞。金屬軟鋼阻尼器利用金屬材料屈服后的塑性應變能耗散能量。金屬軟鋼阻尼器滯回特性穩定，低周疲勞特性良好，減震機理明確，減震效果顯著，且不受環境溫度影響。常規的金屬軟鋼阻尼器采用面內變形耗散能量，以剪切變形為主，剛度大，耗能能力強。但耗能板易發生面外屈曲，不易控制;對于耗能段鋼板的連接形式多為焊接，一方面影響了阻尼器的低周疲勞性能，另一方面在震后難以快速更換。特別是，現有的軟鋼阻尼器在耗能板的四角受到正應力的控制首先進入屈服，累積塑性變形很大，試驗表明這是該型阻尼器最先發生低周疲勞斷裂破壞的應力點。
(三)
【發明內容】
[0004]本發明旨在克服傳統金屬軟鋼阻尼器的上述缺點，提出了一種新型的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器。該裝置利用軟鋼面內彎曲-剪切變形機制耗散地震能量，將地震能量集中于軟鋼耗能片，并經過截面優化，使得地震來臨時，耗能片外側邊緣的等效應力同時達到最大，形成等應力線，提高阻尼器的耗能能力，并有效降低累積塑性變形的峰值，從而提高低周疲勞能力。采用全裝配式構造，即使阻尼器在震后存在殘余力，也可被方便的拆卸和替換，從而達到快速恢復使用功能的能力。該阻尼器即可在建筑結構連梁中使用，也可以在上下層間作為墻式阻尼器使用。
[0005]本發明采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器包括有:軟鋼耗能片1，防屈曲夾板2，L型連接夾板3，錨固鋼板4，聚四氟乙烯板5，預壓緊固螺栓6，摩擦型高強連接螺栓7，限位螺栓8，預埋錨固鋼筋9，柔性填充材料10，夾板墊片11，等應力線優化的阻尼器線型12，螺紋孔13。
[0006]其中錨固鋼板4帶預埋錨固鋼筋9牢固地鑲嵌在混凝土連梁中，錨固鋼板4開有螺紋孔13用以連接L型連接夾板3，軟鋼耗能片I通過L型連接夾板3與錨固鋼板4相連，軟鋼耗能片I與L型連接夾板3連接處開螺栓孔，并通過摩擦型高強連接螺栓7連接，多組軟鋼耗能片I并聯時，應設置夾板墊片11，L型連接夾板3與連梁錨固鋼板4連接處開螺栓孔，也通過摩擦型高強連接螺栓7連接，防屈曲夾板2在軟鋼耗能片I邊緣曲線的空缺處設置螺栓孔，通過預壓緊固螺栓6將軟鋼耗能片I夾緊防止面外屈曲，防屈曲夾板2和軟鋼耗能片I之間放置聚四氟乙烯板5減小面壓引起的摩擦力，軟鋼耗能片I中部設置限位螺栓8以定位防屈曲夾板2，軟鋼耗能片I中部形狀為等應力線優化的阻尼器線型12，阻尼器外部包裹一層柔性填充材料10防止銹蝕。
[0007]阻尼器的強度不應超過連梁混凝土部分的強度，整個連梁的剛度等效成阻尼器剛度與兩段混凝土連梁剛度的串聯，整體連梁剛度與原混凝土連梁等效。在多遇地震下，軟鋼耗能片處于彈性狀態，阻尼器提供與原始鋼筋混凝土連梁等效的初始剛度。在設防地震下，阻尼器首先進入屈服狀態，軟鋼耗能片通過剪切滯回機制消耗地震能量，開始耗散地震能量，并保護混凝土構件免遭破壞。在罕遇地震下，連梁發生較大的剪切錯動，阻尼器進入較大的塑性狀態，耗散大量地震能量，從而降低整體結構的地震響應。
[0008]本發明應用于工程結構中在地震作用下變形較大的部位，比如連梁或層間變形。當應用于兩層之間時，應設置連接支墩，可在連接支墩上設置多個阻尼器并聯工作，連接支墩應具有足夠的剛度和強度，避免早于阻尼器屈服而破壞。
[0009]該發明將強震作用下的結構損傷集中于阻尼器，從而避免其他混凝土構件，比如墻肢，發生破壞，最終達到提升整體結構抗震性能、控制損傷、保證震后可快速修復、減少經濟損失的目的。
[0010]本發明的有益效果:
[0011]本發明均為金屬制品，表面經過嚴格的防腐防銹處理，具有良好的耐久性;本發明結構簡單，力學途徑明確，性能可靠，安裝方便，便于震后的快速更換;本發明在地震發生時能夠耗散地震給建筑物傳遞的能量，減小主體結構的地震響應;可用于高層、超高層結構減震，效果明顯;本發明的強度和剛度設計靈活，可根據需要設置在工程結構的不同位置。
(四)
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0013]圖1是本發明實施例1的結構示意圖。
[0014]圖2是本發明實施例1的結構剖面圖。
[0015]圖3是本發明實施例1的軟鋼耗能片示意圖。
[0016]圖4是本發明實施例1的防屈曲夾板示意圖。
[0017]圖5是本發明實施例1的L型連接夾板示意圖。
[0018]圖6是本發明實施例1的錨固鋼板示意圖。
[0019]圖7是本發明實施例2的結構剖面圖。
[0020]圖8是本發明實施例3的結構示意圖。
[0021]圖中，軟鋼耗能片I，防屈曲夾板2，L型連接夾板3，錨固鋼板4，聚四氟乙烯板5，預壓緊固螺栓6，摩擦型高強連接螺栓7，限位螺栓8，預埋錨固鋼筋9，柔性填充材料10，夾板墊片11，等應力線優化的阻尼器線型12，螺紋孔13。(五)
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]圖1是本實施例的結構示意圖。本實施例是由軟鋼耗能片I，防屈曲夾板2，L型連接夾板3，錨固鋼板4，聚四氟乙烯板5，預壓緊固螺栓6，摩擦型高強連接螺栓7，限位螺栓8，預埋錨固鋼筋9，柔性填充材料10構成。組裝時，先將軟鋼耗能片1、2片聚四氟乙烯板5、2片防屈曲夾板2根據螺栓孔位置進行定位組裝，利用限位螺栓8和預壓緊固螺栓6進行固定，組裝順序從內到外為軟鋼耗能片1、聚四氟乙烯板5和防屈曲夾板2，兩面相同。將軟鋼耗能片I兩端與L型連接夾板3用摩擦型高強連接螺栓7相連。將L型連接夾板3與錨固鋼板4通過摩擦型高強連接螺栓7連接。錨固鋼板4具有足夠多的預埋錨固鋼筋9，使其與混凝土牢固連接。組裝完畢后，在阻尼器外噴涂柔性填充材料10，可選用發泡劑進行填充，用于保護阻尼器免遭銹蝕。
[0024]圖2是本實施例的結構剖面圖，限位螺栓8位于同一軟鋼耗能片的兩側，分別用螺帽進行限位，防止兩側的防屈曲夾板2和聚四氟乙烯板5在變形過程中移位。
[0025]圖3是本實施例的軟鋼耗能片示意圖，兩端開螺栓孔，螺栓連接位置表面噴砂處理，耗能段采用等應力線優化的曲線形狀12，兩側表面具有限位螺栓8。
[0026]圖4是本實施例的防屈曲夾板示意圖，上下兩端根據軟鋼耗能片的截面優化曲線形狀12設置相應位置的緊固螺栓孔，螺栓孔的設計位置應考慮耗能片受往復荷載后的形狀變化，使其不影響耗能片I的變形。
[0027]圖5是本實施例的L型連接夾板示意圖，兩垂直表面均開螺栓孔，其開孔位置與截面尺寸應參考連梁錨固鋼板4的開孔位置，其表面進行噴砂處理。
[0028]圖6是本實施例的連梁錨固鋼板示意圖，表面開設兩列螺紋孔13，開孔處位置應避開混凝土內鋼筋與型鋼，設置預埋錨固鋼筋9使其與混凝土牢固連接，其表面進行噴砂處理。
[0029]實施例2
[0030]圖7是本實施例的結構剖面圖。將兩塊軟鋼耗能片I并聯，每一塊軟鋼耗能片I夾于兩塊聚四氟乙烯板5中，最外側設置兩塊防屈曲夾板2。在L型連接夾板位置，為了避免兩塊軟鋼耗能片之間的空隙，應填充一塊夾板墊片11，其厚度與兩塊軟鋼耗能片I之間的聚四氟乙烯板5厚度相同。其他構造與實施例1相同。
[0031]實施例3
[0032]圖8是本實施例的結構示意圖。將阻尼器放置在層間位置，利用上下層之間的位移錯動推動阻尼器變形耗能，阻尼器上端連接在上層的框架梁內，下端與混凝土連接支墩連接，連接支墩是結構的一部分，具有足夠的強度和剛度，避免在阻尼器屈服之前破壞。阻尼器可在連接支墩上并行放置。其他構造與實施例1相同。
【主權項】
1.一種采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器，包括有:軟鋼耗能片(I)，防屈曲夾板(2)，L型連接夾板(3)，錨固鋼板(4)，聚四氟乙烯板(5)，預壓緊固螺栓(6)，摩擦型高強連接螺栓(7)，限位螺栓(8)，預埋錨固鋼筋(9)，柔性填充材料(10)，夾板墊片(11)，等應力線優化的阻尼器線型(12)，螺紋孔(13)，其中，錨固鋼板(4)帶預埋錨固鋼筋(9)，錨固鋼板(4)開有螺紋孔(13)用以連接L型連接夾板(3)，軟鋼耗能片(I)通過L型連接夾板(3)與錨固鋼板(4)相連，軟鋼耗能片(I)與L型連接夾板(3)連接處開螺栓孔，并通過摩擦型高強連接螺栓(7)連接，多組軟鋼耗能片(I)并聯時，設置夾板墊片(11)，L型連接夾板(3)與連梁錨固鋼板(4)連接處開螺栓孔，也通過摩擦型高強連接螺栓(7)連接，防屈曲夾板(2)在軟鋼耗能片(I)邊緣曲線的空缺處設置螺栓孔，通過預壓緊固螺栓(6)將軟鋼耗能片(I)夾緊，防屈曲夾板(2)和軟鋼耗能片(I)之間放置聚四氟乙烯板(5)，軟鋼耗能片(I)中部設置限位螺栓(8)以定位防屈曲夾板(2)，阻尼器外部包裹一層柔性填充材料(10)，其特征在于:軟鋼耗能片(I)中部形狀為等應力線優化的阻尼器線型(12)。2.根據權利要求1所述的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器，其特征在于，軟鋼耗能片(I)由防屈曲夾板(2)和聚四氟乙烯板(5)夾緊形成防屈曲機制。3.根據權利要求1所述的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器，其特征在于，軟鋼耗能片(I)帶有限位螺栓(8)，用于限制防屈曲夾板(2)和聚四氟乙烯板(5)的位置。4.根據權利要求1所述的采用等應力線優化的裝配式軟鋼阻尼器，其特征在于，軟鋼耗能片(I)、防屈曲夾板(2)、L型連接夾板(3)，錨固鋼板(4)通過摩擦型高強連接螺栓(7)連接，便于拆換。
【文檔編號】E04B1/98GK105926794SQ201610317439
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】王濤, 朱柏潔, 王津, 張令心
【申請人】中國地震局工程力學研究所, 北京固力同創工程科技有限公司