采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用软钢面内屈服变形机制耗散振动能量的阻尼器，用于房屋建筑的消能减震。本发明的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器包括软钢耗能片，防屈曲夹板，L型连接板，锚固钢板，聚四氟乙烯板，预压紧固螺栓，摩擦型高强连接螺栓，限位螺栓，预埋锚固钢筋，柔性填充材料构成。本发明的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器可作为建筑功能的分割元件安装在结构中，不承担竖向荷载；在遭受到风荷载或者地震荷载作用时，软钢耗能片变形时产生的弹塑性滞回性能耗散风荷载或者地震荷载输入的能量，从而保护结构的主要构件；软钢耗能片采用等应力线进行优化，大幅度降低耗能片的累积塑性变形，增强其低周疲劳性能。
【专利说明】
采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器
(一)
技术领域
[0001]本发明属于结构工程抗震技术领域，涉及一种利用软钢面内屈服变形机制耗散振动能量的阻尼器。
(二)
【背景技术】
[0002]近年来的地震活动剧烈，对工程结构造成了重大的损害，甚至导致了严重的人员伤亡，汶川、玉树、芦山、鲁甸等一系列震害表明我国城镇建筑仍面临着严重的地震威胁。随着新版地震区划图的发布，我国7度及以上设防区域面积增加到全国面积的58%，82%的省会城市和57%的地级市处于7度及以上设防区域。如何高效且经济的增强建筑结构的抗震能力是当前防震减灾工程的重要课题之一。消能减震技术正是为此发展起来的最新的抗震技术手段，采用“以柔克刚”的方式耗散地震输入能量，发挥“保险丝”的作用，牺牲自己，保全主体结构构件。一方面大幅度增强结构抗震能力，另一方面在震后可快速更换。
[0003]常见的消能减震装置主要可分为四大类:粘滞阻尼器、金属阻尼器、粘弹性阻尼器以及摩擦阻尼器。金属软钢阻尼器以其价格低廉、性能可靠的特性而受到人们的普遍青睐。金属软钢阻尼器利用金属材料屈服后的塑性应变能耗散能量。金属软钢阻尼器滞回特性稳定，低周疲劳特性良好，减震机理明确，减震效果显著，且不受环境温度影响。常规的金属软钢阻尼器采用面内变形耗散能量，以剪切变形为主，刚度大，耗能能力强。但耗能板易发生面外屈曲，不易控制;对于耗能段钢板的连接形式多为焊接，一方面影响了阻尼器的低周疲劳性能，另一方面在震后难以快速更换。特别是，现有的软钢阻尼器在耗能板的四角受到正应力的控制首先进入屈服，累积塑性变形很大，试验表明这是该型阻尼器最先发生低周疲劳断裂破坏的应力点。
(三)
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服传统金属软钢阻尼器的上述缺点，提出了一种新型的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器。该装置利用软钢面内弯曲-剪切变形机制耗散地震能量，将地震能量集中于软钢耗能片，并经过截面优化，使得地震来临时，耗能片外侧边缘的等效应力同时达到最大，形成等应力线，提高阻尼器的耗能能力，并有效降低累积塑性变形的峰值，从而提高低周疲劳能力。采用全装配式构造，即使阻尼器在震后存在残余力，也可被方便的拆卸和替换，从而达到快速恢复使用功能的能力。该阻尼器即可在建筑结构连梁中使用，也可以在上下层间作为墙式阻尼器使用。
[0005]本发明采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器包括有:软钢耗能片1，防屈曲夹板2，L型连接夹板3，锚固钢板4，聚四氟乙烯板5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，限位螺栓8，预埋锚固钢筋9，柔性填充材料10，夹板垫片11，等应力线优化的阻尼器线型12，螺纹孔13。
[0006]其中锚固钢板4带预埋锚固钢筋9牢固地镶嵌在混凝土连梁中，锚固钢板4开有螺纹孔13用以连接L型连接夹板3，软钢耗能片I通过L型连接夹板3与锚固钢板4相连，软钢耗能片I与L型连接夹板3连接处开螺栓孔，并通过摩擦型高强连接螺栓7连接，多组软钢耗能片I并联时，应设置夹板垫片11，L型连接夹板3与连梁锚固钢板4连接处开螺栓孔，也通过摩擦型高强连接螺栓7连接，防屈曲夹板2在软钢耗能片I边缘曲线的空缺处设置螺栓孔，通过预压紧固螺栓6将软钢耗能片I夹紧防止面外屈曲，防屈曲夹板2和软钢耗能片I之间放置聚四氟乙烯板5减小面压引起的摩擦力，软钢耗能片I中部设置限位螺栓8以定位防屈曲夹板2，软钢耗能片I中部形状为等应力线优化的阻尼器线型12，阻尼器外部包裹一层柔性填充材料10防止锈蚀。
[0007]阻尼器的强度不应超过连梁混凝土部分的强度，整个连梁的刚度等效成阻尼器刚度与两段混凝土连梁刚度的串联，整体连梁刚度与原混凝土连梁等效。在多遇地震下，软钢耗能片处于弹性状态，阻尼器提供与原始钢筋混凝土连梁等效的初始刚度。在设防地震下，阻尼器首先进入屈服状态，软钢耗能片通过剪切滞回机制消耗地震能量，开始耗散地震能量，并保护混凝土构件免遭破坏。在罕遇地震下，连梁发生较大的剪切错动，阻尼器进入较大的塑性状态，耗散大量地震能量，从而降低整体结构的地震响应。
[0008]本发明应用于工程结构中在地震作用下变形较大的部位，比如连梁或层间变形。当应用于两层之间时，应设置连接支墩，可在连接支墩上设置多个阻尼器并联工作，连接支墩应具有足够的刚度和强度，避免早于阻尼器屈服而破坏。
[0009]该发明将强震作用下的结构损伤集中于阻尼器，从而避免其他混凝土构件，比如墙肢，发生破坏，最终达到提升整体结构抗震性能、控制损伤、保证震后可快速修复、减少经济损失的目的。
[0010]本发明的有益效果:
[0011]本发明均为金属制品，表面经过严格的防腐防锈处理，具有良好的耐久性;本发明结构简单，力学途径明确，性能可靠，安装方便，便于震后的快速更换;本发明在地震发生时能够耗散地震给建筑物传递的能量，减小主体结构的地震响应;可用于高层、超高层结构减震，效果明显;本发明的强度和刚度设计灵活，可根据需要设置在工程结构的不同位置。
(四)
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013]图1是本发明实施例1的结构示意图。
[0014]图2是本发明实施例1的结构剖面图。
[0015]图3是本发明实施例1的软钢耗能片示意图。
[0016]图4是本发明实施例1的防屈曲夹板示意图。
[0017]图5是本发明实施例1的L型连接夹板示意图。
[0018]图6是本发明实施例1的锚固钢板示意图。
[0019]图7是本发明实施例2的结构剖面图。
[0020]图8是本发明实施例3的结构示意图。
[0021]图中，软钢耗能片I，防屈曲夹板2，L型连接夹板3，锚固钢板4，聚四氟乙烯板5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，限位螺栓8，预埋锚固钢筋9，柔性填充材料10，夹板垫片11，等应力线优化的阻尼器线型12，螺纹孔13。(五)
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]图1是本实施例的结构示意图。本实施例是由软钢耗能片I，防屈曲夹板2，L型连接夹板3，锚固钢板4，聚四氟乙烯板5，预压紧固螺栓6，摩擦型高强连接螺栓7，限位螺栓8，预埋锚固钢筋9，柔性填充材料10构成。组装时，先将软钢耗能片1、2片聚四氟乙烯板5、2片防屈曲夹板2根据螺栓孔位置进行定位组装，利用限位螺栓8和预压紧固螺栓6进行固定，组装顺序从内到外为软钢耗能片1、聚四氟乙烯板5和防屈曲夹板2，两面相同。将软钢耗能片I两端与L型连接夹板3用摩擦型高强连接螺栓7相连。将L型连接夹板3与锚固钢板4通过摩擦型高强连接螺栓7连接。锚固钢板4具有足够多的预埋锚固钢筋9，使其与混凝土牢固连接。组装完毕后，在阻尼器外喷涂柔性填充材料10，可选用发泡剂进行填充，用于保护阻尼器免遭锈蚀。
[0024]图2是本实施例的结构剖面图，限位螺栓8位于同一软钢耗能片的两侧，分别用螺帽进行限位，防止两侧的防屈曲夹板2和聚四氟乙烯板5在变形过程中移位。
[0025]图3是本实施例的软钢耗能片示意图，两端开螺栓孔，螺栓连接位置表面喷砂处理，耗能段采用等应力线优化的曲线形状12，两侧表面具有限位螺栓8。
[0026]图4是本实施例的防屈曲夹板示意图，上下两端根据软钢耗能片的截面优化曲线形状12设置相应位置的紧固螺栓孔，螺栓孔的设计位置应考虑耗能片受往复荷载后的形状变化，使其不影响耗能片I的变形。
[0027]图5是本实施例的L型连接夹板示意图，两垂直表面均开螺栓孔，其开孔位置与截面尺寸应参考连梁锚固钢板4的开孔位置，其表面进行喷砂处理。
[0028]图6是本实施例的连梁锚固钢板示意图，表面开设两列螺纹孔13，开孔处位置应避开混凝土内钢筋与型钢，设置预埋锚固钢筋9使其与混凝土牢固连接，其表面进行喷砂处理。
[0029]实施例2
[0030]图7是本实施例的结构剖面图。将两块软钢耗能片I并联，每一块软钢耗能片I夹于两块聚四氟乙烯板5中，最外侧设置两块防屈曲夹板2。在L型连接夹板位置，为了避免两块软钢耗能片之间的空隙，应填充一块夹板垫片11，其厚度与两块软钢耗能片I之间的聚四氟乙烯板5厚度相同。其他构造与实施例1相同。
[0031]实施例3
[0032]图8是本实施例的结构示意图。将阻尼器放置在层间位置，利用上下层之间的位移错动推动阻尼器变形耗能，阻尼器上端连接在上层的框架梁内，下端与混凝土连接支墩连接，连接支墩是结构的一部分，具有足够的强度和刚度，避免在阻尼器屈服之前破坏。阻尼器可在连接支墩上并行放置。其他构造与实施例1相同。
【主权项】
1.一种采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器，包括有:软钢耗能片(I)，防屈曲夹板(2)，L型连接夹板(3)，锚固钢板(4)，聚四氟乙烯板(5)，预压紧固螺栓(6)，摩擦型高强连接螺栓(7)，限位螺栓(8)，预埋锚固钢筋(9)，柔性填充材料(10)，夹板垫片(11)，等应力线优化的阻尼器线型(12)，螺纹孔(13)，其中，锚固钢板(4)带预埋锚固钢筋(9)，锚固钢板(4)开有螺纹孔(13)用以连接L型连接夹板(3)，软钢耗能片(I)通过L型连接夹板(3)与锚固钢板(4)相连，软钢耗能片(I)与L型连接夹板(3)连接处开螺栓孔，并通过摩擦型高强连接螺栓(7)连接，多组软钢耗能片(I)并联时，设置夹板垫片(11)，L型连接夹板(3)与连梁锚固钢板(4)连接处开螺栓孔，也通过摩擦型高强连接螺栓(7)连接，防屈曲夹板(2)在软钢耗能片(I)边缘曲线的空缺处设置螺栓孔，通过预压紧固螺栓(6)将软钢耗能片(I)夹紧，防屈曲夹板(2)和软钢耗能片(I)之间放置聚四氟乙烯板(5)，软钢耗能片(I)中部设置限位螺栓(8)以定位防屈曲夹板(2)，阻尼器外部包裹一层柔性填充材料(10)，其特征在于:软钢耗能片(I)中部形状为等应力线优化的阻尼器线型(12)。2.根据权利要求1所述的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器，其特征在于，软钢耗能片(I)由防屈曲夹板(2)和聚四氟乙烯板(5)夹紧形成防屈曲机制。3.根据权利要求1所述的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器，其特征在于，软钢耗能片(I)带有限位螺栓(8)，用于限制防屈曲夹板(2)和聚四氟乙烯板(5)的位置。4.根据权利要求1所述的采用等应力线优化的装配式软钢阻尼器，其特征在于，软钢耗能片(I)、防屈曲夹板(2)、L型连接夹板(3)，锚固钢板(4)通过摩擦型高强连接螺栓(7)连接，便于拆换。
【文档编号】E04B1/98GK105926794SQ201610317439
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】王涛, 朱柏洁, 王津, 张令心
【申请人】中国地震局工程力学研究所, 北京固力同创工程科技有限公司