一種防面外屈曲的菱形開孔H型鋼阻尼器的製作方法
2024-02-22 05:16:15
本發明涉及工程結構防災減震技術領域，尤其是涉及一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器。
背景技術：
我國地處環太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，國土的大部分地區為地震區，特別是我國的西部地區多為強震區，地震活動頻繁。為最大限度地減小地震災害造成的損失，必須對工程結構物進行抗震設計與加固。目前常用的延性抗震設計是利用結構特定位置作為塑性鉸，通過其彈塑性變形來耗散地震能量，以滿足結構抗震設計要求。結構物的減震控制技術是在結構中增加某一特定耗能裝置，有效控制結構物在地震中的反應，達到抗震設計的目的。在地震作用下結構物主要依靠該特定耗能裝置來吸收和耗散傳入結構中的地震能量，該技術作為一種安全、經濟的工程結構減震控制措施，廣泛應用於國內外建築與橋梁等工程結構抗震設計和加固修復中。
鋼材作為一種廣泛使用的耗能元件，具有較好耗能能力，但如其發生平面外屈曲將會使其耗能能力大打折扣，因此傳統的鋼阻尼器的面外屈曲問題嚴重影響其在工程中的應用。
技術實現要素：
為了克服上述缺陷，本發明提供了一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器，將菱形開孔h型鋼與鋼套筒和鋼活塞連接，並通過螺杆與結構物連接，使結構物發生變形時，鋼套筒與鋼活塞僅在軸向發生相對位移。因此，內置的菱形開孔h型鋼避免了平面外的變形而僅在平面內發生變形，實現了雙向變形耗能目的並大大提高耗能效率，且震後易於更換。
為實現上述目的，本發明提供了一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器，主要由菱形開孔h型鋼(1)、外鋼套管(2)、內置連接鋼板(3)、鋼活塞(4)、螺杆、高強螺栓以及螺帽組成；菱形開孔h型鋼(1)由菱形開孔耗能鋼板(10)、上連接板(8)和下連接板(9)構成，菱形開孔耗能鋼板(10)相對的兩個側邊上分別對應垂直固定上連接板(8)和下連接板(9)；
所述的一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的外鋼套管(2)為一端封死的矩形鋼管，且在封死端預留安裝第一螺杆的螺紋孔，第一螺杆通過螺紋孔由螺帽固定在外鋼套管(2)端面；另一端固定有第二螺杆，第二螺杆的一端深入到外鋼套管(2)內部，另一端在外鋼套管(2)外部，第二螺杆與外鋼套管(2)同軸；外鋼套管(2)的矩形鋼管相對的兩個側面分別為a和b，菱形開孔h型鋼(1)位於外鋼套管(2)內部，上連接板(8)與外鋼套管(2)的a側面由高強螺栓以及螺帽平行固定在一起；下連接板(9)與內置連接鋼板(3)由高強螺栓以及螺帽平行固定在一起；在外鋼套管(2)內第二螺杆與鋼活塞(4)固定連接，沿外鋼套管(2)的軸向上連接鋼板(3)長於下連接板(9)且與鋼活塞(4)的端面固定連接；
連接鋼板(3)與外鋼套管(2)的b側面平行，兩者之間留有距離，該距離由結構物的變形確定。
鋼活塞(4)預留安裝第二螺杆的螺紋孔，且該螺紋孔的中心線與外鋼套管(2)的中心線在同一條直線上，鋼活塞(4)位於b側面上由b側面起到一定的支撐作用；外鋼套管(2)和鋼活塞(4)分別與第二螺杆連接，並由螺帽(7)擰緊。
所述的一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的鋼活塞(4)放置在外鋼套管(2)內的底板(即b側面)上面，鋼活塞(4)與內置連接鋼板(3)焊接連接。
外鋼套管(2)封閉端的端面厚度大於另一端的端面，第一螺杆沒有貫穿外鋼套管(2)封閉端。
所述的一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的菱形開孔h型鋼(1)由h型鋼為原材料製作而成，避免了菱形開孔耗能鋼板(10)(菱形開孔耗能鋼板的板面上開有多個沿板面的菱形通孔)與上連接板(8)和下連接板(9)焊接在一起引起的殘餘應力和殘餘位移對阻尼器性能的影響。
本發明的有益效果是：
本發明的一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器，在地震作用下減震效果顯著，主要體現在以下幾點：
1.由於菱形開孔h型鋼與鋼套筒和鋼活塞連接，並通過螺杆與結構物連接，使結構物發生變形時，鋼套筒與鋼活塞僅在軸向發生相對位移，使內置的菱形開孔h型鋼避免了平面外的變形而僅在平面內發生變形，實現了雙向變形耗能目的並大大提高耗能效率。
2.該阻尼器由螺杆與結構連接，並布置在結構變形較大處，當地震發生時，兩個螺杆在軸向產生相對的軸向位移，使菱形開孔h型鋼的腹板僅在平面內產生彎曲和剪切變形，可有效防止傳統菱形開孔h型鋼阻尼器的面外屈曲問題。因此可起到穩定耗散地震能量的作用，從而減小結構地震反應，限制結構損傷。本發明具有力學性能穩定、減震機理明確、耗能效率高、耐久性好、生產工藝簡便且震後更換方便等優點，在工程結構防災減震技術領域的減震設計與加固修復技術中具有廣闊的應用前景。本發明容易實現，適用範圍廣，可減小結構在地震中的反應，因此能減少結構的設計截面和配筋；震後破壞集中在菱形開孔耗能鋼板，易於更換、可減少結構的震後修復成本。因此，本發明具有良好社會經濟效益，值得推廣應用。
附圖說明
圖1為一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的正視示意圖；
圖2為一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的側視示意圖；
圖3為一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的a-a截面示意圖。
圖4為一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的b-b截面示意圖。
圖5為一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的菱形開孔耗能鋼板的正視示意圖。
附圖標記說明：
1—菱形開孔h型鋼；2—外鋼套管；3—內置連接鋼板；4—鋼活塞；5—螺杆；6—高強螺栓；7—螺帽；8—菱形開孔h型鋼的上連接板；9—菱形開孔h型鋼的下連接板；10—菱形開孔耗能鋼板，a-外鋼套管a側面，b-外鋼套管b側面。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明並不限於以下實施。
實施例1
本發明是在菱形開孔h型鋼的基礎上，與鋼套筒和鋼活塞通過高強螺栓連接，並通過螺杆與結構物連接，使結構物發生變形時，鋼套筒與鋼活塞僅在軸向發生相對位移，使內置的菱形開孔h型鋼避免了平面外的變形而僅在平面內發生變形，實現了菱形開孔h型鋼在雙向變形結構中的耗能目的。該結構主要用於抗震性能要求較高的橋梁工程和建築工程減隔震技術中。
圖1、圖2、圖3和圖4是一種防面外屈曲的菱形開孔h型鋼阻尼器的具體實施實例，構造方式主要由菱形開孔h型鋼1、外鋼套管2、內置連接鋼板3和鋼活塞4組成。圖5為菱形開孔h型鋼的構造，由菱形開孔耗能鋼板10與上連接板8和下連接板9焊接而成。
本發明在應用於橋梁結構時，將菱形開孔h型鋼1置於外鋼套管2中，且通過菱形開孔h型鋼的上連接板8和下連接板9分別由高強螺栓6與外鋼套管2和內置連接鋼板3連接，並由螺帽7擰緊。外鋼套管2為左端封死的矩形鋼管，且在封死端預留安裝螺杆7的螺紋孔。鋼活塞4預留安裝螺杆7的螺紋孔，且該螺紋孔的中心線與外鋼套管2的中心線在同一條直線上。外鋼套管2和鋼活塞4分別與螺杆5連接，並由螺帽7擰緊。鋼活塞4放置在外鋼套管2內的底板頂面，鋼活塞4與內置連接鋼板3焊接連接。內置連接鋼板3與外鋼套管2在水平向留有距離，該距離由結構物的變形確定。
當地震發生時，結構發生變形並在軸向拉壓螺杆，而內置的菱形開孔h型鋼的耗能鋼板僅發生平面變形，因此可避免耗能鋼板的面外屈曲，而起到穩定的耗能作用。該阻尼器易加工和成型控制，方便運輸和安裝，耐久性能強，且能雙向耗能，減震效果顯著，又安全可靠，震後易更換。可以顯著提高地震區橋梁和建築等工程結構的抗震性能，值得廣泛推廣應用。