低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的製作方法

2023-08-13 05:51:51 2

本發明涉及結構工程技術領域，特指一種低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器。

背景技術：

金屬阻尼器是一類耗能性能優越、構造簡單的建築消能減震(振)裝置，其耗能機理是金屬材料屈服後，產生滯回變形來耗散輸入結構中的能量，從而達到消能減震的目的。金屬阻尼器的優點包括：滯回耗能性能穩定，低周疲勞特性好，構造簡單，造價低廉，不受環境影響，耗能性能明顯。

低屈服點鋼是指屈服強度在100Mpa-235Mpa之間的鋼材。低屈服點鋼的屈服強度低，變形能力強，塑性耗能性能好。採用低屈服點鋼製造阻尼器，在地震和風振作用下，金屬耗能部件在主體結構進入彈塑性階段前屈服，從而吸收地震和風振能量。

然而，金屬阻尼器在設計和性能方面仍有許多缺陷，其主要難點在於阻尼器的屈服點與主體結構彈性階段和彈塑性階段的臨界點難以匹配，難以同時滿足小震和風振，中震和大震下的結構設計要求。部分金屬阻尼器的設計屈服位移偏大，在中震作用下，阻尼器尚未屈服，沒有起到消能減震作用。部分金屬阻尼器的屈服位移較小，在小震和風振作用下阻尼器即屈服耗能，耗能能力過早發揮降低了中震和大震下的耗能性能。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器，解決現有技術中金屬阻尼器設計屈服位移偏大而導致的在中震作用下阻尼器尚未屈服並沒有起到消耗減震作用的問題，及金屬阻尼器屈服位移較小而導致在小震和風振作用下阻尼器即屈服耗能，使得耗能能力過早發揮而降低了中震和大震下的耗能性能的問題。

實現上述目的的技術方案是：

本發明提供了一種低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器，包括：

相對設置的上連接板和下連接板；

固設於所述上連接板和所述下連接板之間的多個橫向耗能板，所述橫向耗能板與所述上連接板連接的側邊中部設有呈倒梯形的凹槽；

固設於所述下連接板上的豎向圍護板，所述豎向圍護板擋設於所述橫向耗能板的兩側，並與相鄰的兩個橫向耗能板之間圍合形成有空腔；

封蓋所述空腔的蓋板，所述蓋板設於所述凹槽的底部處；

填充於所述空腔內的粘滯流體；以及

固設於所述上連接板的粘滯耗能鋼板，所述粘滯耗能鋼板的底部穿設所述蓋板並置於對應的所述空腔內。

本發明的阻尼器具有低屈服點鋼屈服耗能和粘滯耗能兩種耗能方式，在小震作用下耗能板產生屈服，隨後利用粘滯耗能措施(包括粘滯流體和粘滯耗能鋼板)對耗能板的小震屈服進行補償，解決了金屬阻尼器在小震下耗能能力過早發揮而降低了中震和大震下的耗能性能的問題。在橫向耗能板上開設有倒梯形的凹槽，耗能板的側邊於凹槽兩側形成了梯形腳，該梯形腳與上連接板連接，在震動作用下，梯形腳屈服產生塑性耗能，以達到減震的作用。通過耗能板圍合形成空腔，空腔內填充有粘滯流體，且粘滯流體內插設有粘滯耗能鋼板，粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度後進行耗能，以達到減震的作用。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述蓋板的底面覆設有阻燃橡膠層。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述粘滯耗能鋼板位於所述空腔內的部分的表面設有多個凸條。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述空腔內還填設有金屬顆粒。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述金屬顆粒為球形狀。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述粘滯流體為液壓油、有機矽油或者矽基膠。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述橫向耗能板為低屈服點鋼耗能板。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述粘滯耗能鋼板與其兩側的所述橫向耗能板和所述豎向圍護板之間留設有設定間距。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的進一步改進在於，所述粘滯耗能鋼板與所述下連接板之間留設有設定間距。

附圖說明

圖1為本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的正視圖。

圖2為本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的側視圖。

圖3為圖1中的A-A剖視圖。

圖4為圖1中的B-B剖視圖。

圖5為本發明的低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第一種連接方式的結構示意圖。

圖6為本發明的低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第二種連接方式的結構示意圖。

圖7為本發明的低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第三種連接方式的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

本發明提供了一種低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器，用於建築結構的減震耗能，當結構處於彈性階段時，低屈服點鋼屈服耗能，同時粘滯耗能作用也得到發揮，保證了結構處於彈塑性階段時阻尼器具有較高的耗能性能。粘滯耗能是利用粘滯液體的粘滯阻尼消散振動能量、抑制振動幅度的耗能措施。粘滯耗能措施的主要優點在於：能夠給結構提供較大的附加阻尼，顯著減小結構振動；在提供附加阻尼的同時並不對結構提供附加剛度，不會增大結構所受水平地震力。本發明的阻尼器包括連接在上連接板和下連接板之間的橫向耗能板，設於下連接板的豎向圍護板，該豎向圍護板與橫向耗能板之間圍合形成空腔，空腔內裝填有粘滯流體，在上連接板上固設有粘滯耗能鋼板，該粘滯耗能鋼板伸入到粘滯流體中。本發明的阻尼器的耗能原理為：在小震作用下，低屈服點鋼耗能板(橫向耗能板)屈服產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體間產生相對速度，形成粘滯耗能，對金屬阻尼器在小震下屈服耗能進行補償。下面結合附圖對本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器進行說明。

如圖1和圖2所示，本發明提供了一種低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器，包括上連接板21、下連接板22、橫向耗能板23、豎向圍護板24、蓋板26、以及粘滯耗能鋼板27，上連接板21和下連接板22相對設置，在上連接板21和下連接板22上均設有連接孔，用於安裝阻尼器。橫向耗能板23固設在上連接板21和下連接板22之間，該橫向耗能板23為多個，且間隔設置，橫向耗能板23與上連接板21連接的側邊中部設有呈倒梯形的凹槽231，該橫向耗能板23的側邊於凹槽231兩側形成有梯形腳，該梯形腳與上連接板21連接固定。豎向圍護板24固設在下連接板22上，豎向圍護板24擋設於橫向耗能板23的兩側，結合圖3和圖4所示，且豎向圍護板24與橫向耗能板24之間圍合形成有空腔25，蓋板26封蓋於空腔25的頂部，該蓋板26設於橫向耗能板23上的凹槽231的底部處，通過蓋板26的封蓋使得空腔25為封閉的腔體，在空腔25內填充有粘滯流體。粘滯耗能鋼板27固設在上連接板21上，該粘滯耗能鋼板27設有多個，且間隔設置，粘滯耗能鋼板27的底部穿設蓋板26並置於對應的空腔25內。粘滯耗能鋼板27設置的數量與所形成的空腔25的數量相同。

本發明中的橫向耗能板的一側邊形成的梯形腳與上連接板連接，在小震時，該梯形腳產生屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度，形成粘滯耗能，對梯形腳在小震下的屈服耗能進行補償，避免了其在小震作用下屈服耗能使得耗能能力過早發揮而降低中震和大震下的耗能性能的問題。

作為本發明的一較佳實施方式，如圖3所示，蓋板26的底面覆設有阻燃橡膠層261，蓋板26的底面為位於空腔25內的面。在蓋板26上開設有供粘滯耗能鋼板27穿過的槽，通過在底面設置阻燃橡膠層261，對蓋板26上開的槽起到了密封的作用，使得空腔25呈密閉結構。阻燃橡膠層261還起到了阻燃的作用，防止粘滯流體因摩擦碰撞而導致熱量過高引發安全危險。

作為本發明的一較佳實施方式，粘滯耗能鋼板27位於空腔25內的部分的表面設有多個凸條271，凸條271呈半圓形狀，凸條271沿著粘滯耗能鋼板27的長度方向設置。通過在粘滯耗能鋼板27上設置凸條271，增加粘滯耗能鋼板27與粘滯流體間的擠壓耗能作用。較佳地，在粘滯流體中還填加有金屬顆粒，即在空腔25內填設有金屬顆粒。粘滯耗能鋼板27上設置的凸條271，增加了粘滯耗能鋼板27與金屬顆粒間的摩擦和碰撞耗能，提高了耗能能力和耗能效果。所添加的金屬顆粒為球形狀顆粒。該金屬顆粒採用鋼、銅、鋁、鉛等金屬材料。

作為本發明的一較佳實施方式，粘滯流體為液壓油、有機矽油或者矽基膠。

作為本發明的一較佳實施方式，橫向耗能板23採用低屈服點鋼耗能板。上連接板21和下連接板22採用普通鋼板製作，鋼板的屈服強度在235Mpa以上，粘滯耗能鋼板27採用普通鋼板製作，鋼板的屈服強度在235Mpa以上。粘滯耗能鋼板27伸入到空腔25內的部分與其兩側的橫向耗能鋼板23和豎向耗能鋼板24之間留設有設定間距，粘滯耗能鋼板27的底部與下連接板22之間也留設有設定間距。

如圖5所示，顯示了本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第一種連接方式的結構示意圖。該框架結構包括橫向構件11和豎向構件12，阻尼器通過上連接板21與橫向構件11連接固定。在框架結構內部設置有承託構件13，該承託構件13通過支撐連接件14支設於框架結構內，該支撐連接件14一端固定在框架結構的角部，另一端與承託構件13連接固定。阻尼器通過下連接板22與承託構件13連接固定，將阻尼器安裝於框架結構。在框架結構受到地震作用時，小震下，低屈服點耗能鋼板與上連接板相鄰的梯形腳屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體間產生相對速度，形成粘滯耗能，對梯形腳屈服耗能進行補償。在中震和大震下，低屈服點鋼耗能板進行屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度，形成粘滯耗能，且粘滯耗能板的表面設置有凸條，增強了粘滯耗能鋼板與粘滯流體間的擠壓耗能作用，增加了粘滯耗能鋼板與金屬顆粒間的摩擦和碰撞耗能。本發明的粘滯流體中增加了金屬顆粒，增加了粘滯流體與金屬顆粒之間，金屬顆粒之間，及金屬顆粒與腔體四壁之間的摩擦和碰撞耗能。該阻尼器能夠有效耗散輸入結構的地震動能量。

如圖6所示，顯示了本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第二種連接方式的結構示意圖。該框架結構包括橫向構件11和豎向構件12，在框架結構內部支設有兩個承託構件13，承託構件13通過支撐連接件14懸置於框架結構內，支撐連接件14的一端固設於框架結構的角部，另一端與對應的承託構件13固定連接。阻尼器通過上連接板21與上部的承託構件13固定連接，通過下連接板22與下部的承託構件13固定連接，將阻尼器安裝於框架結構。在框架結構受到地震作用時，小震下，低屈服點耗能鋼板與上連接板相鄰的梯形腳屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體間產生相對速度，形成粘滯耗能，對梯形腳屈服耗能進行補償。在中震和大震下，低屈服點鋼耗能板進行屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度，形成粘滯耗能，且粘滯耗能板的表面設置有凸條，增強了粘滯耗能鋼板與粘滯流體間的擠壓耗能作用，增加了粘滯耗能鋼板與金屬顆粒間的摩擦和碰撞耗能。本發明的粘滯流體中增加了金屬顆粒，增加了粘滯流體與金屬顆粒之間，金屬顆粒之間，及金屬顆粒與腔體四壁之間的摩擦和碰撞耗能。該阻尼器能夠有效耗散輸入結構的地震動能量。

如圖7所示，顯示了本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器應用於建築結構的第三種連接方式的結構示意圖。該框架結構包括橫向構件11和豎向構件12，在橫向構件11的下方設置有牆體15，牆體15位於框架結構內部，安裝阻尼器時，將上連接板21與橫向構件11固定連接，將下連接板22與牆體15固定連接，將阻尼器安裝於框架結構上。在框架結構受到地震作用時，小震下，低屈服點耗能鋼板與上連接板相鄰的梯形腳屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體間產生相對速度，形成粘滯耗能，對梯形腳屈服耗能進行補償。在中震和大震下，低屈服點鋼耗能板進行屈服，產生塑性耗能，同時粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度，形成粘滯耗能，且粘滯耗能板的表面設置有凸條，增強了粘滯耗能鋼板與粘滯流體間的擠壓耗能作用，增加了粘滯耗能鋼板與金屬顆粒間的摩擦和碰撞耗能。本發明的粘滯流體中增加了金屬顆粒，增加了粘滯流體與金屬顆粒之間，金屬顆粒之間，及金屬顆粒與腔體四壁之間的摩擦和碰撞耗能。該阻尼器能夠有效耗散輸入結構的地震動能量。

本發明低屈服點鋼耗能與粘滯耗能阻尼器的有益效果為：

由於金屬阻尼器屈服耗能的閾值難以控制，為避免其在中震和大震下尚未屈服，本發明阻尼器設計中使低屈服點鋼耗能板在小震作用下屈服，隨後採用粘滯耗能措施對低屈服點鋼耗能板小震屈服耗能進行補償。

採用低屈服點鋼製作耗能板，耗能板形狀近似為V形，通過與上連接板相連的「梯形腳」屈服產生塑性耗能。同時低屈服點鋼耗能板圍護形成腔體。

在粘滯流體中放置球形金屬顆粒，增加了粘滯流體與球形顆粒之間、球形顆粒之間、球形顆粒與腔體四壁之間的摩擦和碰撞耗能。

在腔體中間設置粘滯耗能鋼板，粘滯耗能鋼板與粘滯流體產生相對速度後耗能。粘滯耗能鋼板表面設置半圓形凸條，增加了粘滯耗能鋼板與粘滯流體間的擠壓耗能作用，增加了粘滯耗能鋼板與金屬顆粒間的摩擦和碰撞耗能。

根據設計需要，可以改變低屈服點鋼耗能板的厚度，「梯形腳」的寬度，低屈服點鋼耗能板的數量等，使阻尼器耗能性能滿足設計要求。

以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的範圍作為本發明的保護範圍。