專利名稱：剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的制作方法
技術領域：
剪切型金屬彎曲耗能阻尼器屬于土木工程結構減震技術領域，具體涉及一種橋梁
工程中設置于橋墩與梁板間的構件或建筑結構耗能構件，特別是一種用于減震耗能的金屬 阻尼器。
背景技術：
當今建筑的發(fā)展越來越趨向于高大化，由鋼構件、組合構件或鋼筋混凝土構件組 成的框架結構是建筑物中經常被采用的結構形式。為使建筑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(fā)展 也越來越趨向于大型化，為保證地震時橋梁結構的安全性，防止發(fā)生落橋，現(xiàn)普遍在橋墩與 梁板的連接處設置橡膠隔振墊，并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 要用于承受拉力或壓力，承受剪切力的能力較弱。例如，專利號為ZL200720175235. X的中 國專利公開了一種無粘結鋼骨混凝土防屈曲耗能支撐，這種耗能支撐結構依靠在核心鋼骨 構件外部設置約束體，利用位于軸心處的核心鋼骨構件承受軸向外力，當受壓時，由于有約 束體的限制，核心鋼骨構件不會發(fā)生屈曲，而是在壓力達到一定極限時與受拉一樣發(fā)生屈 服，從而耗散外界輸入的能量。由于此類支撐結構涉及多種材料及其相互配合，通常結構較 復雜，加工工藝要求也很嚴格。另外，此類支撐結構是依靠核心鋼骨構件在外力作用時鋼材 自身的拉壓屈服變形來實現(xiàn)耗能及防止建筑物被破壞的功能，但是由于鋼材的彈性模量較 大，屈服時能實現(xiàn)的變形量很小。因此，當需要實現(xiàn)較大變形量，特別是需要實現(xiàn)較大剪切 變形時，通常支撐結構的尺寸會很大，以致于很難加工、運輸和安裝，甚至用普通鋼材根本 無法實現(xiàn)，這極大地限制了此類金屬阻尼器的推廣應用。市場迫切要求一種能承受較大剪 切力并能實現(xiàn)較大變形量的新型金屬阻尼器。

發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中金屬耗能阻尼器的缺陷，提供一種結構簡 單緊湊、可以實現(xiàn)較大剪力變形的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器。 本實用新型的特征在于，包括固定在建筑結構上的上連接板和下連接板，以及核 心金屬耗能元件，所述核心金屬耗能元件為至少一塊通過彎曲實現(xiàn)耗能能力的金屬板，該 金屬板的兩端分別與上連接板和下連接板固定連接，且與上連接板和下連接板垂直；該金 屬板的厚度方向與建筑結構承受剪切力的方向一致。 所述金屬板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金。 所述金屬板數(shù)量多于一塊時，金屬板之間相互間隔地平行設置。 所述金屬板中部的截面尺寸小于或等于上下兩端的截面尺寸。 所述金屬板寬度方向兩側的形狀可以對稱。
3[0009] 所述金屬板寬度方向兩側的形狀可以不對稱。 所述上連接板和下連接板上分別設置有與建筑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板。 所述下連接板下端通過一個輔助支架與建筑結構連接；或上連接板上端通過一個 輔助支架與建筑結構連接；或下連接板下端通過一個輔助支架與建筑結構連接，且上連接 板上端通過另一個輔助支架與建筑結構連接。 所述金屬板的兩端分別與上連接板和下連接板固定連接的方式是采用焊接，在上 連接板及下連接板上分別加工出相應數(shù)量及尺寸的凹槽，然后將所述金屬板的兩端分別插 入上、下連接板的凹槽后再進行焊接。 本實用新型的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，利用鋼板作為耗能元件，當上下兩端 受剪力作用時，利用鋼板上下端受彎屈服時產生的塑性鉸轉動實現(xiàn)耗能。當需要承受較大 的剪力作用時，可以增加鋼板的數(shù)量，增加時應將鋼板間隔地平行設置于上連接板和下連 接板之間，結構十分簡單緊湊。 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型剪切型金屬彎曲耗能阻尼器具有如下優(yōu)點 1)可實現(xiàn)較大變形量。本實用新型中利用通過彎曲實現(xiàn)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——即耗能元件的彎曲變形，從 而可在有限的高度內獲得較大的變形量。而現(xiàn)有防屈曲耗能支撐結構利用的是支撐元件鋼 材料自身的拉壓屈服變形來獲得變形量，由于鋼材的彈性模量較大，因此能實現(xiàn)的變形量 很小。 2)結構簡單緊湊。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。而現(xiàn)有防屈曲支撐結構除設置核心鋼耗能元件外，還需要設置約 束結構，約束結構通常包括混凝土、防粘連材料及鋼管等多種不同材料，所以加工過程中工 序較多，結構也比較復雜。 3)可承受較大的剪切力。本實用新型可以實現(xiàn)較大變形量，并且可以通過增加 金屬板的數(shù)量和調整金屬板的寬度來提高承受剪切載荷的能力，因此可以承受較大的剪切 力。 并且當設置多塊金屬板時，金屬板間僅需要保留適當變形讓位空間即可，因此整 體尺寸較小。而現(xiàn)有防屈曲支撐結構可以實現(xiàn)的變形量很小，其僅適于變形量較小的結構 而不適用于變形較大的結構部位。 4)可設計性強。本實用新型可以通過改變金屬板數(shù)量、寬度、厚度和形狀實現(xiàn)在較 大范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(xiàn)耗能，并利用其彎曲 變形實現(xiàn)較大的變形量，其結構新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提 高建筑結構和橋梁結構的抗震性能，具有廣闊的市場推廣應用前景。

圖1為剪切型金屬彎曲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所示剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的應用示意圖之一。[0024] 圖4為圖3所示條件下剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的工作示意圖之一。 圖5為圖1所示剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的應用示意圖之二。 圖6為圖5所示條件下剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的工作示意圖之二。 圖7為剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的結構示意圖之二。 圖8為圖7的B向視圖。 圖9為剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的結構示意圖之三。 圖10剪切型金屬彎曲耗能阻尼器的結構示意圖之四。 圖11為圖10的C向剖視圖。 圖12為圖11的俯視圖。 圖13為剪切型金屬彎曲耗能阻尼器在橋梁上的應用示意圖。 圖14為圖13的E-E局部剖視圖。 圖15為圖13中的D部放大圖。
具體實施方式實施例一 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鋼板3，鋼板3的兩端分別與上
連接板1和下連接板2牢固焊連成一體。為方便與其他構件連接，在上連接板1和下連接
板2上還分別設置有用于與其他結構相連的連接結構，本例中連接結構為通孔4。 在框架結構中使用時，如圖3、圖4所示，鋼框架5上焊接固定有與上、下連接板相
對應的連接法蘭7，利用緊固件6將上連接板1和下連接板2與連接法蘭固定在一起，從而
將本實用新型牢牢固定在鋼框架5上。當鋼框架5受到剪切力Fl及F2作用發(fā)生變形時，
由于本實用新型采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，鋼板上下端受彎屈服時會發(fā)生彎曲變形，利用鋼材在塑性變形過程中產
生的塑性鉸轉動實現(xiàn)耗能，從而達到衰減外界輸入能量，使框架結構免于損壞的作用。 由于本實用新型剪切型金屬彎曲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，而不是利用
鋼材的拉壓屈服變形獲得變形量，因此可以實現(xiàn)較大的變形量，耗散更多能量，更有利于框
架結構的保護。 本例中利用連接法蘭7來實現(xiàn)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(xiàn)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于連 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(huán)等其他用于連接的結構。 另外，本例僅以鋼框架為例進行說明，在實際應用中，也可以用于組合構件或鋼筋 混凝土構件組成的框架結構，也能很好地實現(xiàn)消能減震的作用。另外，本實用新型還可以用 于橋梁、樓層間等場所，例如用于橋身與橋墩之間，與橋身支座并聯(lián)使用，都是基于鋼板的 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，將本實用新型建筑結構連接時，應注意鋼板的厚度方向應與建筑 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。[0043] 實施例二 基于實施例一所述技術原理，由于本實用新型剪切型金屬彎曲耗能阻尼器可以實 現(xiàn)較大的變形量，因此本實用新型的整體尺寸可以控制的很小。如圖5、圖6所示，與實施例 一不同之處在于，當本實用新型剪切型金屬彎曲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9，再將上連接板1與鋼框架上固定設置的連接法蘭7相連，將下連接板 2與輔助支架9上固定設置的連接法蘭7相連，從而將本實用新型牢固連接在鋼框架5上。 當鋼框架5受到剪切力Fl及F2作用發(fā)生變形時，由于本實用新型采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力作用的情況下，鋼板上下端受彎屈服時 會發(fā)生彎曲變形，利用鋼材在塑性變形過程中產生的塑性鉸轉動實現(xiàn)耗能，從而達到衰減 外界輸入能量，使框架結構免于損壞的作用。 由于本實用新型的整體尺寸可以設置得較小，因此，占用安裝空間很小，其適用性 更強。除本例所述結構的輔助支架外，利用其他結構的輔助支架或其他的連接方式，只要可 以將將本實用新型牢固連接在鋼框架上，也都可以實現(xiàn)同樣的效果。 實施例三 如圖7、圖8所示本實用新型剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，與實施例一的區(qū)別在 于，由于本實用新型受剪切載荷作用時，所述核心鋼耗能元件的中部承受力矩較小，為降低 系統(tǒng)剛度并節(jié)約鋼材，在鋼板3中部適當切除掉部分材料，將鋼板3制成近似"工"字形形 狀，使鋼板的中部截面尺寸小于兩端截面尺寸。此外，為承受較大的剪切力作用，增加鋼板 的數(shù)量，共設置三塊鋼板作為核心鋼耗能元件。設置時，三塊鋼板相互平行設置，彼此之間 保留適當間距作為變形預留空間及焊接操作的讓位空間。為便于與其他構件連接，上連接 板1和下連接板2上分別設置帶有連接孔的耳板8。 當鋼板的尺寸及形狀一定時，增加鋼板的數(shù)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。此外，由于設置多塊鋼板時，鋼板間不 需預留很大空間，因此，不會顯著增大本實用新型的整體尺寸。 除本例中提到的"工"字形外，還可以將鋼板加工成如圖9所示的沙漏形等形狀， 也都能實現(xiàn)使鋼板的中部面積尺寸小于兩端面積尺寸，從而達到減少鋼材用量的目的。一 般情況下，為使產品變形能力均衡，并且具有良好的外觀效果，制作時在鋼板的中部沿鋼板 幅面中垂線從兩側盡可能對稱地切除部分材料，當然，必要時也可以非對稱地進行材料切 除。 實施例四 如圖10、圖11、圖12所示剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，除鋼板的數(shù)量及形狀變化 外，與實施例二的主要不同之處在于，為了保證鋼板3與上連接板1及下連接板2的垂直關 系和牢固連接，制作時，根據(jù)鋼板的尺寸及其設置的數(shù)量及間距，在上連接板1及下連接板 2上分別加工出相應數(shù)量及尺寸的凹槽，然后將鋼板的兩端分別插入上、下連接板的凹槽后 再進行焊接。這樣有利于提高并保證鋼板與上、下連接板之間的連接強度，同時也可以有效 保證鋼板與上、下連接板間的垂直關系。另外，為便于與其他構件連接，上連接板1和下連 接板2上分別設置螺紋孔10。 用于橋梁結構的消能減震時，如圖13、圖14、圖15所示，將本實用新型得剪切型金 屬彎曲耗能阻尼器14置于橋身11與橋墩12之間，與橋身支座13并聯(lián)使用，利用本實用新型剪切型金屬彎曲耗能阻尼器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(guī)技術方法，圖中未具體示出)將本實用新型分別與橋身11及橋墩12相連。應注意，
連接時，鋼板3的厚度方向應與橋身的長度方向保持一致，亦即鋼板的幅面寬度方向與橋
身的寬度方向一致，具體如圖15所示，以使鋼板的變形及耗能能力達到最佳。 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
以借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(shù)量也不局限于本例，可以根據(jù)工程實際進行優(yōu)化選擇，也都可以起到相同的作
用，在此不一一做單獨說明，只要基于本實用新型的技術原理，都在本實用新型的保護范疇中。
權利要求剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，包括固定在建筑結構上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元件，所述核心金屬耗能元件為至少一塊通過彎曲實現(xiàn)耗能能力的金屬板，該金屬板的兩端分別與上連接板和下連接板固定連接，且與上連接板和下連接板垂直；該金屬板的厚度方向與建筑結構承受剪切力的方向一致。
2. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述金屬板是鋼板、 鉛板或形狀記憶合金。
3. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述金屬板數(shù)量多 于一塊時，金屬板之間相互間隔地平行設置。
4. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述金屬板中部的 截面尺寸小于或等于上下兩端的截面尺寸。
5. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述金屬板寬度方 向兩側的形狀對稱。
6. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述金屬板寬度方 向兩側的形狀不對稱。
7. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述上連接板和下 連接板上分別設置有與建筑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 裝孔的耳板。
8. 如權利要求1所述的剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，其特征在于，所述下連接板下端 通過一個輔助支架與建筑結構連接；或上連接板上端通過一個輔助支架與建筑結構連接； 或下連接板下端通過一個輔助支架與建筑結構連接，且上連接板上端通過另一個輔助支架 與建筑結構連接。
專利摘要剪切型金屬彎曲耗能阻尼器屬于土木工程結構減震技術領域，特別是一種用于減震耗能的金屬阻尼器。其特征是，所采用的核心金屬耗能元件為至少一塊通過彎曲實現(xiàn)耗能能力的金屬板，該金屬板的兩端分別與上連接板和下連接板固定連接，且與上連接板和下連接板垂直；該金屬板的厚度方向與建筑結構承受剪切力的方向一致。本實用新型利用鋼材等良好的塑性變形能力強的金屬材料實現(xiàn)耗能，并利用其彎曲變形實現(xiàn)較大的變形量，其結構新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提高建筑結構和橋梁結構的抗震性能，具有廣闊的市場推廣應用前景。
文檔編號E01D19/00GK201485988SQ200920172968
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權日2009年8月21日
發(fā)明者葉列平, 徐培蓁, 潘鵬 申請人:清華大學