履帶式金屬耗能阻尼器的製作方法

2023-05-31 18:35:11

專利名稱：履帶式金屬耗能阻尼器的製作方法
技術領域：
履帶式金屬耗能阻尼器屬於土木工程結構減震技術領域，具體涉及一種橋梁工程 中設置於橋墩與梁板間的構件或建築結構耗能構件，尤指一種用於減震耗能的金屬阻尼O
背景技術：
當今建築的發展越來越趨向於高大化，由鋼構件、組合構件或鋼筋混凝土構件組 成的框架結構是建築物中經常被採用的結構形式。為使建築結構具有較強的抵抗地震或風 荷載等外力破壞的能力，經常需要在框架結構中增設金屬型耗能構件。而橋梁工程的發展 也越來越趨向於大型化，為保證地震時橋梁結構的安全性，防止發生落橋，現普遍在橋墩與 梁板的連接處設置橡膠隔振墊，並在橋墩與梁板間配合設置耗能構件，常見的耗能構件有 粘滯型阻尼器、磁流變阻尼器、金屬阻尼器等。其中金屬阻尼器因其耐久性和經濟性較好， 在工程中應用較多。目前金屬阻尼器的一般多為鋼或組合構件的防屈曲耗能支撐形式，主 要用於承受拉力或壓力，承受剪切力的能力較弱。但由於鋼材的彈性模量較大，鋼支撐屈服 時能實現的變形量很小。因此，當需要實現較大變形量，特別是需要實現較大剪切變形時， 通常支撐結構的尺寸會很大，以致於很難加工、運輸和安裝，甚至用普通鋼材根本無法實 現，這極大地限制了此類金屬阻尼器的推廣應用。為了解決這一問題，有研究人員設計出兩種剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，都是由 上、下連接板和平行設置的核心鋼耗能板組成。其中一種阻尼器的核心耗能板是完整的且 與上下連接板直接相連的鋼板，通常在鋼板中部適當切除掉部分材料，即鋼板中部橫截面 尺寸小於兩端橫截面尺寸。但在實踐中發現，由於鋼板中部切除掉部分材料後強度降低，有 時會出現鋼板尚未充分變形，中部就先發生壓屈的現象，而因變形由鋼板中部截面削弱部 分控制，鋼板兩端的變形能力無法得到充分發揮，阻尼器的性能不能達到最佳。另一種阻尼 器的核心鋼耗能構件的鋼板分解成上耗能板及下耗能板，並通過銷軸將二者連接在一起， 使鋼板中部的截面削弱部分強度大大提高。但實踐中發現，連接板的剛度對於整個阻尼器 的性能有較大的影響，且整個阻尼器的製作工藝較為複雜，構造不夠簡單。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種履帶式金屬耗能阻尼器，該 阻尼器結構簡單、可以實現較大剪切變形。本實用新型包括固定在建築結構上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元 件，其一特徵在於，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過連續碾壓實現彎曲變形從而耗 能的履帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板的上表面 與所述上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所述履帶形 金屬板的碾壓方向與建築結構承受剪切力的方向一致。所述履帶形金屬板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金板。3[0007]所述履帶形金屬板碾壓方向的兩側對稱。所述履帶形金屬板寬度方向的兩側對稱。所述履帶形金屬板高度方向的兩側對稱。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時，履帶形金屬板沿垂直於碾壓方向間隔設置。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時，履帶形金屬板之間沿平行於碾壓方向間隔設置。所述上連接板和下連接板上分別設置有與建築結構相連的連接機構，所述連接機 構是通孔、螺紋孔或帶有安裝孔的耳孔。所述下連接板下端通過一個輔助支架與建築結構連接；或上連接板上端通過一個 輔助支架與建築結構連接；或下連接板下端通過一個輔助支架與建築結構連接，且上連接 板上端通過另一個輔助支架與建築結構連接。所述履帶形金屬板與上連接板和下連接板固連的方式是採用焊接或螺栓連接。本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器具有如下優點1)可實現較大變形量。本實用新型中利用通過彎曲實現耗能能力的鋼板作為耗能 元件，當上下兩端受剪力作用時，利用鋼板產生的彎曲變形在有限的高度內獲得較大的變形量。2)結構簡單。本實用新型以鋼板、鉛板或形狀記憶合金等金屬材料作為耗能元件， 無需另設約束結構。幻可設計性強。本實用新型可以通過改變金屬板數量、寬度、厚度和形狀實現在較 大範圍內任意變化的屈服力，屈服位移，可以滿足各類結構的需要。試驗證明，本實用新型利用鋼材等良好的塑性變形能力實現耗能，並利用其彎曲 變形實現較大的變形量，其結構新穎合理，易於加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提 高建築和橋梁結構的抗震性能，具有廣闊的市場推廣和應用前景。
圖1為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器的結構示意圖之一；圖2為圖1的A向視圖。圖3為圖1所示履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意圖之一。圖4為圖3所示條件下履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖之一。圖5為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器的結構示意圖之二。圖6為圖5的B向視圖。圖7為履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意剖面圖。圖8為圖7所示條件下的履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖。圖9為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器在橋梁上的應用示意圖。圖10為圖9的局部剖視圖。圖11為圖9中的阻尼器安置部分的放大圖。
具體實施方式
實施例一[0032]如圖1、圖2所示本實用新型剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，包括上連接板1、下連接 板2和核心鋼耗能元件，核心鋼耗能元件為平面設置的一塊履帶形鋼板3，鋼板3的上下表 面分別有區域與上連接板1和下連接板2牢固連成一體，此處連接方式可以為螺栓連接或 焊接，本例中連接方式為通孔5。為方便與其他構件連接，在上連接板1和下連接板2上還 分別設置有用於與其他結構相連的連接結構，本例中連接結構為通孔4。核心金屬耗能元件 是至少一塊通過連續碾壓實現彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，金屬板的兩端彎曲，中 部平直；金屬板的上表面與上連接板固連，下表面與下連接板固連；金屬板的碾壓方向與 建築結構承受剪切力的方向一致。由於本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器可以實現較大的變形量，因此本實用新型 的整體尺寸可以控制得很小。如圖3、圖4所示，與實施例一不同之處在於，當本實用新型 履帶式金屬耗能阻尼器尺寸很小時，可以在鋼框架上附加一個輔助支架7，再將上連接板1 與鋼框架上固定設置的連接法蘭6相連，將下連接板2與輔助支架7上固定設置的連接法 蘭5相連，從而將本實用新型牢固連接在鋼框架8上。當鋼框架8受到剪切力Fl及F2作 用發生變形時，由於本實用新型採用抗彎剛度較小的鋼板作為核心鋼耗能元件，因此在兩 端受到較大剪切力作用的情況下，鋼板圓弧區域受彎時會發生變形，利用鋼材的塑性變形 過程實現耗能，從而達到衰減外界輸入能量，使框架結構免於損壞的作用。輔助支架也可以 設置在下連接板的下端，或上、下連接板同時設置輔助支架。由於本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器是依靠鋼材受剪時良好的塑性變形能力 來獲得變形量，即利用構件的變形在有限的高度內獲得較大的彎曲變形，而不是直接利用 鋼材的拉壓屈服變形獲得變形量，因此可以實現較大的變形量，耗散更多能量，更有利於框 架結構的保護。本例中利用連接法蘭5和6來實現本實用新型與鋼框架結構的連接，在實際應用 中，也可以將本實用新型直接焊連在鋼框架上或利用緊固件直接固定在鋼框架上，也都可 以實現同樣的效果。此外，為了方便與其他結構連接，上、下連接板上除本例中所述設置用 於連接的通孔外，也可以設置螺紋孔、帶有連接孔的耳板、鎖扣、吊環等其他用於連接的結 構。另外，本例僅以鋼框架為例進行說明，在實際應用中，也可以用於組合構件或鋼筋 混凝土構件組成的框架結構，也能很好地實現消能減震的作用。另外，本實用新型還可以用 於橋梁、樓層間等場所，例如用於橋身與橋墩之間，與橋身支座並聯使用，都是基於鋼板的 彎曲變形和塑性彎曲變形耗能的技術原理，在此不作一一說明。需要指出的是，將本實用新型建築結構連接時，應注意鋼板的圓弧端對應方向應 與建築結構承受剪切力的方向保持一致，以使鋼板的變形及耗能能力達到最佳。實施例二如圖5、圖6所示本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器，與實施例一的區別在於，為 承受較大的剪切力作用，增加了鋼板的數量，共設置4塊甚至更多的鋼板作為核心鋼耗能 元件。設置時，幾塊鋼板在寬度方向上相互並排設置，彼此之間保留適當間距作為變形預留 空間及螺栓連接的讓位空間。當鋼板的尺寸及形狀一定時，增加鋼板的數量可以使整個耗 能阻尼器裝置承受剪切力的能力成倍提高，因此在設計應用時，十分方便，且性能穩定。鋼 板之間也可以沿其長度方向間隔設置，均能提高承受剪切力的能力。[0040]圖7和圖8為履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意剖面圖和工作示意圖。實施例三用於橋梁結構的消能減震時，如圖9、圖10、圖11所示，將本實用新型的履帶式金 屬耗能阻尼器14置於橋身12與橋墩15之間，與橋身支座13並聯使用，利用本實用新型履 帶式金屬耗能阻尼器14的上連接板1和下連接板2上設置的螺紋孔，用緊固件(常規技術 方法，圖中未具體示出)將本實用新型分別與橋身12及橋墩15相連。應注意，連接時，鋼 板的圓弧端方向應與橋身的長度方向保持一致，以使鋼板的變形及耗能能力達到最佳。上述履帶式金屬耗能阻尼器，利用鋼板作為耗能元件，當上下兩端受剪力作用時， 利用鋼板彎曲段反覆碾壓時產生的塑性變形實現耗能結構十分簡單。也可用鉛板或形狀記 憶合金板作為金屬耗能板。本例中將本實用新型的上、下連接板直接與橋身及橋墩相連，在實際應用中，也可 以藉助輔助框架結構將本實用新型與橋身和橋墩連接在一起，當然，本實用新型的布置形 式及使用數量也不局限於本例，可以根據工程實際進行優化選擇，也都可以起到相同的作 用，在此不一一做單獨說明，只要基於本實用新型的技術原理，都在本實用新型的保護範疇 中。權利要求1.履帶式金屬耗能阻尼器，包括固定在建築結構上的上連接板和下連接板，以及核心 金屬耗能元件，其特徵在於，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過連續碾壓實現彎曲變 形從而耗能的履帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板 的上表面與所述上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所 述履帶形金屬板的碾壓方向與建築結構承受剪切力的方向一致。
2.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板是鋼 板、鉛板或形狀記憶合金板。
3.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板碾壓 方向的兩側對稱。
4.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板寬度 方向的兩側對稱。
5.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板高度 方向的兩側對稱。
6.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時，履帶形金屬板之間沿長度方向間隔的順序設置。
7.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時，履帶形金屬板之間沿寬度方向間隔的設置。
8.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述上連接板和下連接 板上分別設置有與建築結構相連的連接機構，所述連接機構是通孔、螺紋孔或帶有安裝孔 的耳孔。
9.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述下連接板下端通過 一個輔助支架與建築結構連接；或上連接板上端通過一個輔助支架與建築結構連接；或下 連接板下端通過一個輔助支架與建築結構連接，且上連接板上端通過另一個輔助支架與建 築結構連接。
10.如權利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特徵在於，所述履帶形金屬板與上 連接板和下連接板固連的方式是採用焊接或螺栓連接。
專利摘要履帶式金屬耗能阻尼器屬於土木工程結構減震技術領域，具體涉及一種橋梁工程中設置於橋墩與梁板間的構件或建築結構耗能構件，尤指一種用於減震耗能的金屬阻尼器。其特徵在於，核心金屬耗能元件採用至少一塊通過連續碾壓實現彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；履帶形金屬板的上表面與所述上連接板固連，下表面與下連接板固連；上連接板和下連接板平行，履帶形金屬板的碾壓方向與建築結構承受剪切力的方向一致。本實用新型的結構新穎合理，易於加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提高建築和橋梁結構的抗震性能，具有廣闊的市場推廣和應用前景。
文檔編號E01D19/04GK201826255SQ201020551488
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者嚴紅, 潘鵬 申請人:清華大學