一種摩擦?軟鋼復(fù)合型阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種摩擦?軟鋼復(fù)合型阻尼器，包括剪切耗能鋼板、角鋼、摩擦片，剪切耗能鋼板一端的兩側(cè)均安裝有角鋼，角鋼豎直方向的一邊與剪切耗能鋼板之間安裝有摩擦片，剪切耗能鋼板、角鋼與摩擦片通過連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接與預(yù)緊力調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變摩擦片與剪切耗能鋼板之間的滑動摩擦力。本發(fā)明能夠自適應(yīng)地震作用的不確定性、可以實現(xiàn)分階段工作，主要用于土木工程結(jié)構(gòu)耗能減震領(lǐng)域，可減小工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力反應(yīng)和損傷累積。當(dāng)安裝于建筑結(jié)構(gòu)層間或橋梁結(jié)構(gòu)箱梁與橋墩之間時，在不同強(qiáng)度地震作用下，本發(fā)明將自動選擇并執(zhí)行合適的工作方式，以控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，保護(hù)結(jié)構(gòu)安全。
【專利說明】
一種摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種阻尼器，更具體地說，涉及一種摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的抗震設(shè)計方法基于保證工程結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性以抵御所受到的地震作用。然而，由于地震發(fā)生的時間、地點和強(qiáng)度均具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，使得工程結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性態(tài)可能產(chǎn)生大幅度漲落，從而難以避免進(jìn)入復(fù)雜的非線性受力狀態(tài)。在不確定地震作用下，按傳統(tǒng)方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)，由于其抗震性能不具備自我調(diào)節(jié)與控制的能力，可能因不滿足安全性要求而產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，甚至倒塌，進(jìn)而造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]為了在傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)性能，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。結(jié)構(gòu)耗能減震是指通過在結(jié)構(gòu)中設(shè)置耗能裝置，使耗能元件被動地依靠結(jié)構(gòu)的變形或運(yùn)動消散結(jié)構(gòu)振動的能量，以減小結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)和損傷累積。
[0004]常見的耗能減震裝置有摩擦阻尼器、金屬屈服阻尼器、粘彈性阻尼器和粘滯阻尼器。其中，摩擦阻尼器是利用固體接觸面之間的摩擦耗散振動能量的；而軟鋼阻尼器作為金屬屈服阻尼器中的一種，它是利用軟鋼屈服后的塑性變形來耗能的。注意到，目前工程中常用的摩擦阻尼器，其滑動摩擦力大小大多基本保持不變。由于工程結(jié)構(gòu)在服役過程中可能遭受的地震作用具有不確定性，這些常摩擦力摩擦阻尼器在工程應(yīng)用中存在難以確定合適的滑動摩擦力這一問題。鑒于此，可以將摩擦阻尼器和軟鋼阻尼器這兩種不同的位移相關(guān)型阻尼器相結(jié)合，形成一種新型的復(fù)合型阻尼器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠自適應(yīng)地震作用不確定性的、可以實現(xiàn)分階段工作的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，包括剪切耗能鋼板、角鋼、摩擦片，剪切耗能鋼板一端的兩側(cè)均安裝有角鋼，角鋼豎直方向的一邊與剪切耗能鋼板之間安裝有摩擦片，剪切耗能鋼板、角鋼與摩擦片通過連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接與預(yù)緊力調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變摩擦片與剪切耗能鋼板之間的滑動摩擦力。
[0008]作為優(yōu)選，連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括螺栓、螺母、墊圈，剪切耗能鋼板上開設(shè)有槽形孔，角鋼與摩擦片上分別開設(shè)有對應(yīng)的安裝孔，螺栓穿設(shè)于角鋼與摩擦片的安裝孔、剪切耗能鋼板的槽形孔，并通過螺母進(jìn)行鎖緊;發(fā)生相對滑動時，摩擦片與剪切耗能鋼板之間產(chǎn)生滑動摩擦。
[0009]作為優(yōu)選，剪切耗能鋼板的兩側(cè)連接有若干水平加勁鋼板、豎向加勁鋼板。
[0010]作為優(yōu)選，包括三塊水平加勁鋼板和一塊豎向加勁鋼板，剪切耗能鋼板的一側(cè)設(shè)置一塊水平加勁鋼板與一塊豎向加勁鋼板，另一側(cè)設(shè)置兩塊水平加勁鋼板，其中，有兩塊水平加勁鋼板等高設(shè)置于剪切耗能鋼板靠近摩擦片的一端的兩側(cè);豎向加勁鋼板分別與水平加勁鋼板、剪切耗能鋼板連接。
[0011]作為優(yōu)選，剪切耗能鋼板的橫向兩端連接有翼緣鋼板，翼緣鋼板與剪切耗能鋼板垂直設(shè)置;水平加勁鋼板的兩端分別與剪切耗能鋼板兩端的翼緣鋼板連接。
[0012]作為優(yōu)選，剪切耗能鋼板的豎向底端連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板，豎向加勁鋼板、翼緣鋼板均與剛性連接鋼板連接；角鋼水平方向的一邊也連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板。
[0013]作為優(yōu)選，剛性連接鋼板厚度不小于剪切耗能鋼板厚度的2.5倍。
[0014]作為優(yōu)選，水平加勁鋼板、豎向加勁鋼板、翼緣鋼板和剛性連接鋼板均采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成。
[0015]作為優(yōu)選，剪切耗能鋼板采用屈服強(qiáng)度不高于235MPa、伸長率不小于40%的鋼材制作，寬高比為0.7?1.2，高厚比為20?40。
[0016]作為優(yōu)選，角鋼為屈服強(qiáng)度不低于235MPa的熱乳等邊或不等邊角鋼。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018]本發(fā)明所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，將摩擦阻尼器和軟鋼阻尼器這兩種不同的位移相關(guān)型阻尼器相結(jié)合，能夠自適應(yīng)地震作用的不確定性、可以實現(xiàn)分階段工作，主要用于土木工程結(jié)構(gòu)耗能減震領(lǐng)域，可減小工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力反應(yīng)和損傷累積。
[0019]當(dāng)安裝于建筑結(jié)構(gòu)層間或橋梁結(jié)構(gòu)箱梁與橋墩之間時，在不同強(qiáng)度地震作用下，本發(fā)明將自動選擇并執(zhí)行合適的工作方式，以控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，保護(hù)結(jié)構(gòu)安全。
[0020]具體工作方式如下:
[0021]I)小震時，阻尼器摩擦工作區(qū)尚未起滑，剪切耗能鋼板處于彈性變形階段，此時，阻尼器可為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度；
[0022]2)中震時，阻尼器摩擦工作區(qū)開始滑動，通過摩擦耗散結(jié)構(gòu)振動能量，而剪切耗能鋼板此時仍處于彈性變形階段；
[0023]3)大震時，阻尼器摩擦工作區(qū)滑動，并且剪切耗能鋼板進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，通過摩擦和軟鋼的塑性變形共同耗能。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的主視圖；
[0025]圖2是圖1的A-A剖面圖；
[0026]圖3是圖1的B-B剖面圖；
[0027]圖4是剪切耗能鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是角鋼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是摩擦片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是翼緣鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖8是本發(fā)明在建筑結(jié)構(gòu)中的安裝示意圖；
[0032]圖9是本發(fā)明在橋梁結(jié)構(gòu)中的安裝示意圖；
[0033]圖10是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0034]圖中:I是剪切耗能鋼板，2是角鋼，3是摩擦片，4是螺栓，5是螺母，6是墊圈，7是水平加勁鋼板，8是豎向加勁鋼板，9是翼緣鋼板，10是剛性連接鋼板，11是槽形孔，12是角鋼上的安裝孔，13是安裝孔，14是摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，15是人字形普通鋼支撐，16是橋梁支座，17是橋梁箱梁，18是橋墩。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的阻尼器存在工作方式單一、無法適用不確定性的工作環(huán)境等不足，將摩擦阻尼器和軟鋼阻尼器相結(jié)合形成一種摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，，本發(fā)明能夠自適應(yīng)地震作用的不確定性，具有分階段工作的能力。
[0037]實施例1
[0038]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括剪切耗能鋼板1、角鋼2、摩擦片3，剪切耗能鋼板I一端的兩側(cè)均安裝有角鋼2，角鋼2豎直方向的一邊與剪切耗能鋼板I之間安裝有摩擦片3，剪切耗能鋼板1、角鋼2與摩擦片3通過連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接與預(yù)緊力調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變摩擦片3與剪切耗能鋼板I之間的滑動摩擦力。
[0039]本實施例中，連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括螺栓4、螺母5、墊圈6，如采用大六角頭螺栓4、大六角螺母5和墊圈6組成高強(qiáng)度螺栓連接副，利用高強(qiáng)度螺栓連接副將剪切耗能鋼板1、角鋼2和摩擦片3緊密連接在一起，并且通過調(diào)整高強(qiáng)度螺栓連接副的預(yù)緊力可以改變剪切耗能鋼板I與摩擦片3之間的滑動摩擦力。
[0040]如圖4所示，剪切耗能鋼板I上開設(shè)有槽形孔11，如圖5、圖6所示，角鋼2與摩擦片3上分別開設(shè)有對應(yīng)的安裝孔12與安裝孔13，螺栓4穿設(shè)于角鋼2上的安裝孔12、摩擦片3上的安裝孔13、剪切耗能鋼板I上的槽形孔11，并通過螺母5進(jìn)行鎖緊;發(fā)生相對滑動時，摩擦片3與剪切耗能鋼板I之間產(chǎn)生滑動摩擦。
[0041]剪切耗能鋼板I的兩側(cè)連接有若干水平加勁鋼板7、豎向加勁鋼板8。本實施例中，設(shè)置有三塊水平加勁鋼板7和一塊豎向加勁鋼板8，剪切耗能鋼板I的一側(cè)設(shè)置一塊水平加勁鋼板7與一塊豎向加勁鋼板8，另一側(cè)設(shè)置兩塊水平加勁鋼板7，其中，有兩塊水平加勁鋼板7等高設(shè)置于剪切耗能鋼板I靠近摩擦片3的一端的兩側(cè);豎向加勁鋼板8分別與水平加勁鋼板7、剪切耗能鋼板I連接。水平加勁鋼板7、豎向加勁鋼板8與剪切耗能鋼板I通過角焊縫焊接在一起。
[0042]剪切耗能鋼板I的橫向兩端連接有翼緣鋼板9，如圖7所示，本實施例中，翼緣鋼板9為梯形結(jié)構(gòu)，翼緣鋼板9與剪切耗能鋼板I垂直設(shè)置;水平加勁鋼板7的兩端分別與剪切耗能鋼板I兩端的翼緣鋼板9通過角焊縫進(jìn)行連接。
[0043]剪切耗能鋼板I的豎向底端連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板10，豎向加勁鋼板8、翼緣鋼板9均與剛性連接鋼板10通過角焊縫進(jìn)行連接;角鋼2水平方向的一邊也連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板10。本實施例中，剛性連接鋼板10有兩塊，呈水平、平行布置，為阻尼器的連接件。剛性連接鋼板10上開有螺栓孔，通過高強(qiáng)度螺栓連接副可將阻尼器安裝于土木工程結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位。為保證剛性連接鋼板10具有足夠的剛度，其厚度不小于剪切耗能鋼板I厚度的2.5倍。水平加勁鋼板7、豎向加勁鋼板8、翼緣鋼板9和剛性連接鋼板10均采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成。
[0044]水平加勁鋼板7、豎向加勁鋼板8和翼緣鋼板9的作用是增強(qiáng)剪切耗能鋼板I的平面外穩(wěn)定性，防止阻尼器工作時剪切耗能鋼板I發(fā)生較大的局部平面外屈曲，以盡量實現(xiàn)剪切耗能鋼板I全截面塑性變形耗能。
[0045]剪切耗能鋼板I為阻尼器的主要耗能部件之一。為了使阻尼器在水平剪力作用下具有良好的滯回耗能特性，剪切耗能鋼板I采用屈服強(qiáng)度低(不高于235MPa)、伸長率大(不小于40%)的軟鋼制作，并且限制其寬高比(0.7?1.2)和高厚比(20?40)。剪切耗能鋼板I上開有槽形孔11，以便與摩擦片3之間能夠產(chǎn)生相對滑動。為防止剪切耗能鋼板I和剛性連接鋼板10之間的焊縫在阻尼器工作過程中過早破壞，剪切耗能鋼板I和剛性連接鋼板10之間采用焊透的T形對接焊縫可靠連接。
[0046]角鋼2為等邊或不等邊的熱乳型鋼，屈服強(qiáng)度不低于235MPa，豎直方向的一邊開有兩個安裝孔12。對應(yīng)的，摩擦片3上開有兩個安裝孔13，其孔徑與角鋼2上安裝孔12孔徑相同。摩擦片3采用黃銅或粉末冶金摩擦材料制作。
[0047]本發(fā)明實施于建筑結(jié)構(gòu)中，如圖8所示，在實際工程應(yīng)用中，可在建筑結(jié)構(gòu)的層間先安裝人字形普通鋼支撐15，然后再通過高強(qiáng)度螺栓連接副將摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14中的上、下剛性連接鋼板10分別與上一層樓蓋的梁底和人字形普通鋼支撐15的頂部相連接，從而完成阻尼器在房屋結(jié)構(gòu)中的布設(shè)。
[0048]小震時，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生非常小的變形，即結(jié)構(gòu)層間相對位移很小，摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14的摩擦工作區(qū)尚未起滑，剪切耗能鋼板I處于彈性變形階段，此時，阻尼器-鋼支撐系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度；
[0049]中震時，建筑結(jié)構(gòu)的變形較小震時明顯增大，摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14的摩擦工作區(qū)開始滑動，即通過剪切耗能鋼板I和摩擦片3之間的摩擦耗散結(jié)構(gòu)振動能量，而剪切耗能鋼板I本身此時仍處于彈性變形階段；
[0050]大震時，摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14的摩擦工作區(qū)滑動，并且剪切耗能鋼板I進(jìn)入塑性變形階段，通過摩擦工作區(qū)固體接觸面之間的摩擦以及剪切耗能鋼板I的塑性變形共同耗能。
[0051]總之，在不同強(qiáng)度地震作用下，摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14能夠自動采取合適的工作方式運(yùn)行，以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。
[0052]本發(fā)明實施于橋梁結(jié)構(gòu)中，如圖9所示，可將摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14置于橋梁箱梁17與橋墩18之間，并與橋梁支座16并聯(lián)使用。利用摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14中上、下剛性連接鋼板10上設(shè)置的螺栓孔，采用高強(qiáng)度螺栓連接副將阻尼器分別與橋梁箱梁17和橋墩18相連。安裝時，剪切耗能鋼板I的厚度方向應(yīng)與橋梁箱梁17的長度方向保持一致。
[0053]當(dāng)不同強(qiáng)度地震發(fā)生時，摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14能減小橋梁箱梁17的振動，特別是沿其寬度方向的振動，以防止橋梁箱梁17因水平位移過大而從橋墩18上掉落。每一橋墩18上可以根據(jù)實際工程需要，安裝一個或多個摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器14。
[0054]實施例2
[0055]如圖10所示，本實施例中，在剪切耗能鋼板I上增加了兩個槽形孔，與此同時，角鋼2和摩擦片3上增設(shè)了一排安裝孔，相應(yīng)地，這三者之間通過四組高強(qiáng)度螺栓連接副連接在一起。
[0056]其他部分與實施例1相同。
[0057]實施例2與實施例1的工作原理基本相同，不同之處在于，實施例2相較于I增加了摩擦件數(shù)量，在相同加載條件下，實施例2提供的滑動摩擦力在理論上較實施例1增大一倍。因此，實施例2與實施例1相比具有更強(qiáng)的摩擦耗能能力。
[0058]上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，對上述實施例進(jìn)行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，包括剪切耗能鋼板、角鋼、摩擦片，剪切耗能鋼板一端的兩側(cè)均安裝有角鋼，角鋼豎直方向的一邊與剪切耗能鋼板之間安裝有摩擦片，剪切耗能鋼板、角鋼與摩擦片通過連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接與預(yù)緊力調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變摩擦片與剪切耗能鋼板之間的滑動摩擦力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，連接調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括螺栓、螺母、墊圈，剪切耗能鋼板上開設(shè)有槽形孔，角鋼與摩擦片上分別開設(shè)有對應(yīng)的安裝孔，螺栓穿設(shè)于角鋼與摩擦片的安裝孔、剪切耗能鋼板的槽形孔，并通過螺母進(jìn)行鎖緊;發(fā)生相對滑動時，摩擦片與剪切耗能鋼板之間產(chǎn)生滑動摩擦。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，剪切耗能鋼板的兩側(cè)連接有若干水平加勁鋼板、豎向加勁鋼板。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，包括三塊水平加勁鋼板和一塊豎向加勁鋼板，剪切耗能鋼板的一側(cè)設(shè)置一塊水平加勁鋼板與一塊豎向加勁鋼板，另一側(cè)設(shè)置兩塊水平加勁鋼板，其中，有兩塊水平加勁鋼板等高設(shè)置于剪切耗能鋼板靠近摩擦片的一端的兩側(cè);豎向加勁鋼板分別與水平加勁鋼板、剪切耗能鋼板連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，剪切耗能鋼板的橫向兩端連接有翼緣鋼板，翼緣鋼板與剪切耗能鋼板垂直設(shè)置;水平加勁鋼板的兩端分別與剪切耗能鋼板兩端的翼緣鋼板連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，剪切耗能鋼板的豎向底端連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板，豎向加勁鋼板、翼緣鋼板均與剛性連接鋼板連接;角鋼水平方向的一邊也連接有水平設(shè)置的剛性連接鋼板。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，剛性連接鋼板厚度不小于剪切耗能鋼板厚度的2.5倍。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，水平加勁鋼板、豎向加勁鋼板、翼緣鋼板和剛性連接鋼板均采用屈服強(qiáng)度不低于235MPa的鋼材制成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，剪切耗能鋼板采用屈服強(qiáng)度不高于235MPa、伸長率不小于40%的鋼材制作，寬高比為0.7?1.2，高厚比為20?40 ο10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦-軟鋼復(fù)合型阻尼器，其特征在于，角鋼為屈服強(qiáng)度不低于235MPa的熱乳等邊或不等邊角鋼。
【文檔編號】E04B1/98GK106088382SQ201610638998
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610638998.7, CN 106088382 A, CN 106088382A, CN 201610638998, CN-A-106088382, CN106088382 A, CN106088382A, CN201610638998, CN201610638998.7
【發(fā)明人】梅真, 郭子雄, 黃群賢, 劉陽, 曾憲敢, 陳昆明, 陳亞鵬
【申請人】華僑大學(xué), 福建省第一公路工程公司