多水準減震分級屈服金屬阻尼器的製作方法
2023-04-23 08:50:19
本實用新型屬於建築結構的消能減震領域，涉及一種減震分級屈服阻尼器。
背景技術：
消能減震技術是當前世界各國廣泛使用的抗震技術，在國內外得到了普遍應用。目前已開發多種類型的阻尼器，譬如粘滯流體阻尼器、粘彈性阻尼器、摩擦阻尼器和磁流變阻尼器等，其中金屬阻尼器因其製作費用較低，堅實耐用，施工方便，維護及替換費用較低，目前在工程結構減震領域中應用最為廣泛。
金屬阻尼器利用金屬材料屈服時產生的塑性滯回變形耗散地震輸入結構能量，能夠有效減輕結構的振動反應。但目前已有的金屬阻尼器，大部分是中震屈服耗能，如此則導致阻尼器在大震時的屈服承載力提高有限，阻尼器在大震時並不能夠發揮更大的耗能作用。還有一部分金屬阻尼器是在遭受大震時，金屬阻尼器才發生屈服耗能，而中震時一般處於彈性階段，並不會耗能，這樣阻尼器在中震就不能起到耗散地震能量的作用。除此之外，更多的金屬阻尼器在小震時處於彈性狀態，並不能發揮耗能作用。
因此，開發一種針對不同設防水準的分級屈服型金屬阻尼器意義重大，即小震或中震時金屬阻尼器的部分構件屈服，大震時金屬阻尼器的所有構件屈服的分級屈服型阻尼器。
技術實現要素：
為克服現有技術所存在的缺陷，現提供一種多水準減震分級屈服金屬阻尼器，以達到阻尼器在不同設防水準下分級屈服的良好減震效果。
為實現上述目的，本實用新型的解決方案是：提供一種多水準減震分級屈服金屬阻尼器,所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器包括同軸內外套設的至少兩個環形阻尼器，相鄰兩個所述環形阻尼器之間具有間隔並在局部通過連接墊板連接,兩個所述環形阻尼器用於與建築結構相連接；當彎曲變形時，相對處於內圈的所述環形阻尼器比相對處於外圈的所述環形阻尼器優先屈服。
優選地，每個所述環形阻尼器包括兩端的弧形段以及連接於兩端所述弧形段之間的中間段，所述中間段設有擴大連接板，所述連接墊板夾持連接於內外兩個所述環形阻尼器的相鄰兩塊所述擴大連接板之間。
優選地，所述弧形段與所述中間段的連接位置光滑過渡，以防止產生應力集中。
優選地，每塊所述擴大連接板上開設有螺孔，所述擴大連接板與所述連接墊板螺栓連接。
優選地，所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器用於設置在聯肢剪力牆的連梁處並通過高強螺栓連接於所述連梁的非屈服段，所述非屈服段預埋於所述聯肢剪力牆。
優選地，所述環形阻尼器由金屬材料製成，包括低屈服點鋼或Q235鋼，內外兩個所述環形阻尼器由同種材料或不同材料製成，內外兩個所述環形阻尼器分別具有不同的屈服位移。
優選地，通過有限元模擬分別分析計算出內外所述環形阻尼器在設計位移時的最大側向變形量，所述連接墊板的厚度大於所述最大側向變形量；在阻尼器的設計過程中，根據結構在不同設防水準地震下的不同目標位移需求，由結構的目標位移需求計算得到阻尼器在不同設防水準下的相對變形，然後通過有限元模擬和試驗確定內環和外環阻尼器的尺寸。
優選地，所述聯肢剪力牆之間或所述連梁上方具有樓板，所述設計位移小於所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器與所述樓板之間的垂直淨距離。
優選地，所述環形阻尼器的數量為三個，且相鄰所述環形阻尼器的中間段之間通過連接墊板相連以供在三個不同震級下逐個屈服耗能。
優選地，所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器支設於框架結構的層間進而分級屈服耗能，具體可通過牆體將金屬阻尼器支撐於框架結構上。
優選地，所述環形阻尼器由整塊金屬板切割而成或多塊金屬板焊接拼接而成。
由於採用上述技術方案，本實用新型多水準減震分級屈服金屬阻尼器的有益效果包括：
1)阻尼器在不同設防水準下分級屈服，能夠最大限度地耗散不同強度的地震能量，顯著減輕結構的振動反應，這是本實用新型的最大優點。
2)本實用新型的環形阻尼器的變形能力強，即小震或中震時優先屈服的內環，在大震時仍然不會破壞，能夠繼續有效發揮耗能作用，這是本實用新型的一大優勢。
3)本實用新型抗震機理明確，造價低，易於加工，施工方便，耗能效果顯著，且易於震後拆卸更換。
4)本實用新型能夠很方便地安裝在連梁跨中部位或框架的層間，在正常使用狀態下，其能夠提高結構的整體剛度；在地震時，能夠針對不同強度的地震發揮分級屈服耗能的作用，有效減輕結構的振動反應，具有廣闊的工程應用前景。
附圖說明
圖1為本實用新型第一實施例多水準減震分級屈服金屬阻尼器三維示意圖；
圖2為多水準減震分級屈服金屬阻尼器的正面結構示意圖；
圖3為對應圖2的側面結構示意圖；
圖4為對應圖3的俯視結構示意圖；
圖5為ABAQUS模擬的中震下的多水準減震分級屈服金屬阻尼器的塑性應變雲參考圖；
圖6為ABAQUS模擬的大震下的多水準減震分級屈服金屬阻尼器的塑性應變雲參考圖；
圖7為ABAQUS模擬的多水準減震分級屈服金屬阻尼器的滯回曲線參考圖；
圖8為對應圖1應用實施狀態下的整體剖面結構示意圖。
其中，圖中標號：
1-外環阻尼器；2-內環阻尼器；3-連接墊板；4-連梁非屈服段；5-剪力牆牆肢；6-樓板；7-高強螺栓；98-螺孔；99-擴大連接板。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例對本實用新型進一步加以說明。
實施例一：
結合圖1和圖8所示，本實用新型提供了一種多水準減震分級屈服金屬阻尼器,它設置在建築結構上，在本實施例中以聯肢剪力牆5連梁的非屈服段4供代替部分連梁作為建築結構的應用舉例，它包括同內外軸套設的兩個環形阻尼器，所述的兩個環形阻尼器一大一小，較小的內環阻尼器2套在較大的外環阻尼器1的裡面，兩個環形阻尼器左右兩側的平面部分之間設有連接墊板3,所述的兩個環形阻尼器直接與連梁的預埋件(即非屈服段4)相連接。
具體地，結合圖2至圖4所示，每個所述環形阻尼器包括兩端的弧形段以及連接於兩端所述弧形段之間的中間段，所述中間段設有擴大連接板99，所述連接墊板3夾持連接於內外兩個所述環形阻尼器的相鄰兩塊所述擴大連接板99之間。每塊所述擴大連接板99上開設有若干螺孔98，所述擴大連接板99與所述連接墊板3螺栓7連接，所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器通過所述連接墊板3配合高強螺栓連接於所述連梁的非屈服段4，所述非屈服段4預埋於所述聯肢剪力牆5。
優選地，所述環形阻尼器由整塊金屬板切割而成或多塊金屬板焊接拼接而成。所述弧形段與所述中間段的連接位置光滑過渡，以防止產生應力集中。所述的兩個環形阻尼器採用Q235鋼或低屈服點鋼製成，內外兩個所述環形阻尼器由同種材料或不同材料製成，內外兩個所述環形阻尼器不同抗震水準下分別具有不同的屈服位移。
通過有限元模擬分別分析計算出內外所述環形阻尼器在設計位移時的最大側向變形量，所述連接墊板3的厚度大於所述最大側向變形量。其中，設計位移是指設計時確定的阻尼器在強震時的最大相對位移，屈服位移是指阻尼器的內環和外環分別開始進入屈服狀態時對應的位移。在阻尼器的設計過程中，根據結構在不同設防水準地震下的不同目標位移需求，由結構的目標位移需求計算得到阻尼器在不同設防水準下的相對變形，然後通過有限元模擬和試驗確定內環和外環阻尼器的尺寸。
當實際應用時，可將所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器應用於多種建築結構環境下，例如，設於聯肢剪力牆5之間。具體地，所述聯肢剪力牆5之間或所述連梁上方具有樓板6，所述設計位移小於所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器與所述樓板6之間的垂直淨距離。所述連梁的非屈服段4宜設計成變截面梁，變截面梁的端頭尺寸與外環的中部尺寸相近。
亦可將所述多水準減震分級屈服金屬阻尼器支設於框架結構的層間進而分級屈服耗能，具體可通過支撐或牆體將金屬阻尼器支撐於框架結構上。(未圖示)
當彎曲變形時，在小震或中震時，較小的內環阻尼器2屈服耗能，外面較大的外環形阻尼器1處於彈性，在大震時，內外兩個環形阻尼器一起屈服耗能。
施工時，如圖8，本多水準減震分級屈服金屬阻尼器可預先拼裝完成，金屬阻尼器的連接墊板3處通過高強螺栓與連梁中的預埋件(即非屈服段4)相連接。
對本實例進行了ABAQUS數值模擬，參見附圖5，可以發現本實用新型在中震級作用下，內環阻尼器2進入塑性耗能，外環阻尼器1處於彈性狀態；參見附圖6，可以發現在大震作用下，兩個環形阻尼器一起進入塑性耗能；圖7為本實用新型的滯回曲線圖，從圖中可以發現本實用新型的骨架曲線呈現典型的三線性特徵，即初始階段彈性，然後內環阻尼器2屈服，最後外環阻尼器1屈服，說明本實用新型完全達到設計預期，可同時滿足中震和大震的分級屈服要求。
實施例二(未圖示)：
在實施例一的基礎上，本實用新型還提供一種多水準減震分級屈服金屬阻尼器，相比於實施例一，不同點在於，本實施例中具有外中內三個環形阻尼器，且相鄰環形阻尼器之間仍舊通過連接墊板相連。進而，在應用實施時，處於內環的環形阻尼器在小震時屈服耗能(即小震時中環和外環保持彈性)，中環的環形阻尼器在中震級時才屈服耗能(即中震時內環和中環都屈服耗能，外環保持彈性)，外環的環形阻尼器在大震時才屈服耗能(即大震時內環、中環和外環都屈服耗能)。其他結構基本與實施例一相同，便不再此多加贅述。
完成上述實施過程後，應能體現出本實用新型以下特點：
本實用新型可用於聯肢剪力牆或框架結構中,能夠在不同抗震設防水準下實現分級屈服耗能的功能，保護主體結構的安全，而且本實用新型在損傷後易於修復更換。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能夠理解和應用本實用新型。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本實用新型不限於上述實施例，本領域技術人員根據本實用新型的揭示，不脫離本實用新型範疇所做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護範圍之內。