專利名稱：履帶式金屬耗能阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
履帶式金屬耗能阻尼器屬于土木工程結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁工程 中設置于橋墩與梁板間的構(gòu)件或建筑結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)件，尤指一種用于減震耗能的金屬阻尼O
背景技術(shù)：
當今建筑的發(fā)展越來越趨向于高大化，由鋼構(gòu)件、組合構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件組 成的框架結(jié)構(gòu)是建筑物中經(jīng)常被采用的結(jié)構(gòu)形式。為使建筑結(jié)構(gòu)具有較強的抵抗地震或風 荷載等外力破壞的能力，經(jīng)常需要在框架結(jié)構(gòu)中增設金屬型耗能構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)件，常見的耗能構(gòu)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(jīng)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(gòu)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。但由于鋼材的彈性模量較大，鋼支撐屈服 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(jié)構(gòu)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。為了解決這一問題，有研究人員設計出兩種剪切型金屬彎曲耗能阻尼器，都是由 上、下連接板和平行設置的核心鋼耗能板組成。其中一種阻尼器的核心耗能板是完整的且 與上下連接板直接相連的鋼板，通常在鋼板中部適當切除掉部分材料，即鋼板中部橫截面 尺寸小于兩端橫截面尺寸。但在實踐中發(fā)現(xiàn)，由于鋼板中部切除掉部分材料后強度降低，有 時會出現(xiàn)鋼板尚未充分變形，中部就先發(fā)生壓屈的現(xiàn)象，而因變形由鋼板中部截面削弱部 分控制，鋼板兩端的變形能力無法得到充分發(fā)揮，阻尼器的性能不能達到最佳。另一種阻尼 器的核心鋼耗能構(gòu)件的鋼板分解成上耗能板及下耗能板，并通過銷軸將二者連接在一起， 使鋼板中部的截面削弱部分強度大大提高。但實踐中發(fā)現(xiàn)，連接板的剛度對于整個阻尼器 的性能有較大的影響，且整個阻尼器的制作工藝較為復雜，構(gòu)造不夠簡單。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種履帶式金屬耗能阻尼器，該 阻尼器結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)較大剪切變形。本實用新型包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板和下連接板，以及核心金屬耗能元 件，其一特征在于，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過連續(xù)碾壓實現(xiàn)彎曲變形從而耗 能的履帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板的上表面 與所述上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所述履帶形 金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。所述履帶形金屬板是鋼板、鉛板或形狀記憶合金板。3[0007]所述履帶形金屬板碾壓方向的兩側(cè)對稱。所述履帶形金屬板寬度方向的兩側(cè)對稱。所述履帶形金屬板高度方向的兩側(cè)對稱。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時，履帶形金屬板沿垂直于碾壓方向間隔設置。所述履帶形金屬板有兩塊及以上時，履帶形金屬板之間沿平行于碾壓方向間隔設置。所述上連接板和下連接板上分別設置有與建筑結(jié)構(gòu)相連的連接機構(gòu)，所述連接機 構(gòu)是通孔、螺紋孔或帶有安裝孔的耳孔。所述下連接板下端通過一個輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通過一個 輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或下連接板下端通過一個輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接，且上連接 板上端通過另一個輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接。所述履帶形金屬板與上連接板和下連接板固連的方式是采用焊接或螺栓連接。本實用新型履帶式金屬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(chǎn)生的彎曲變形在有限的高度內(nèi)獲得較大的變形量。2)結(jié)構(gòu)簡單。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(jié)構(gòu)?；每稍O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(nèi)任意變化的屈服力，屈服位移，可以滿足各類結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提 高建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的市場推廣和應用前景。
圖1為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖2為圖1的A向視圖。圖3為圖1所示履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意圖之一。圖4為圖3所示條件下履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖之一。圖5為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖6為圖5的B向視圖。圖7為履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意剖面圖。圖8為圖7所示條件下的履帶式金屬耗能阻尼器的工作示意圖。圖9為本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器在橋梁上的應用示意圖。圖10為圖9的局部剖視圖。圖11為圖9中的阻尼器安置部分的放大圖。
具體實施方式
實施例一[0032]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履帶形鋼板3，鋼板3的上下表 面分別有區(qū)域與上連接板1和下連接板2牢固連成一體，此處連接方式可以為螺栓連接或 焊接，本例中連接方式為通孔5。為方便與其他構(gòu)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(jié)構(gòu)相連的連接結(jié)構(gòu)，本例中連接結(jié)構(gòu)為通孔4。核心金屬耗能元件 是至少一塊通過連續(xù)碾壓實現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，金屬板的兩端彎曲，中 部平直；金屬板的上表面與上連接板固連，下表面與下連接板固連；金屬板的碾壓方向與 建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。由于本實用新型履帶式金屬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得很小。如圖3、圖4所示，與實施例一不同之處在于，當本實用新型 履帶式金屬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7，再將上連接板1 與鋼框架上固定設置的連接法蘭6相連，將下連接板2與輔助支架7上固定設置的連接法 蘭5相連，從而將本實用新型牢固連接在鋼框架8上。當鋼框架8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，鋼板圓弧區(qū)域受彎時會發(fā)生變形，利用鋼材的塑性變形 過程實現(xiàn)耗能，從而達到衰減外界輸入能量，使框架結(jié)構(gòu)免于損壞的作用。輔助支架也可以 設置在下連接板的下端，或上、下連接板同時設置輔助支架。由于本實用新型履帶式金屬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(gòu)件的變形在有限的高度內(nèi)獲得較大的彎曲變形，而不是直接利用 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(jié)構(gòu)的保護。本例中利用連接法蘭5和6來實現(xiàn)本實用新型與鋼框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié) 構(gòu)。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(gòu)件或鋼筋 混凝土構(gòu)件組成的框架結(jié)構(gòu)，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(shù)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(jié)構(gòu)連接時，應注意鋼板的圓弧端對應方向應 與建筑結(jié)構(gòu)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。實施例二如圖5、圖6所示本實用新型履帶式金屬耗能阻尼器，與實施例一的區(qū)別在于，為 承受較大的剪切力作用，增加了鋼板的數(shù)量，共設置4塊甚至更多的鋼板作為核心鋼耗能 元件。設置時，幾塊鋼板在寬度方向上相互并排設置，彼此之間保留適當間距作為變形預留 空間及螺栓連接的讓位空間。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，且性能穩(wěn)定。鋼 板之間也可以沿其長度方向間隔設置，均能提高承受剪切力的能力。[0040]圖7和圖8為履帶式金屬耗能阻尼器的應用示意剖面圖和工作示意圖。實施例三用于橋梁結(jié)構(gòu)的消能減震時，如圖9、圖10、圖11所示，將本實用新型的履帶式金 屬耗能阻尼器14置于橋身12與橋墩15之間，與橋身支座13并聯(lián)使用，利用本實用新型履 帶式金屬耗能阻尼器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(shù) 方法，圖中未具體示出)將本實用新型分別與橋身12及橋墩15相連。應注意，連接時，鋼 板的圓弧端方向應與橋身的長度方向保持一致，以使鋼板的變形及耗能能力達到最佳。上述履帶式金屬耗能阻尼器，利用鋼板作為耗能元件，當上下兩端受剪力作用時， 利用鋼板彎曲段反復碾壓時產(chǎn)生的塑性變形實現(xiàn)耗能結(jié)構(gòu)十分簡單。也可用鉛板或形狀記 憶合金板作為金屬耗能板。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(jié)構(gòu)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(shù)原理，都在本實用新型的保護范疇 中。權(quán)利要求1.履帶式金屬耗能阻尼器，包括固定在建筑結(jié)構(gòu)上的上連接板和下連接板，以及核心 金屬耗能元件，其特征在于，所述核心金屬耗能元件是至少一塊通過連續(xù)碾壓實現(xiàn)彎曲變 形從而耗能的履帶形金屬板，所述履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；所述履帶形金屬板 的上表面與所述上連接板固連，下表面與所述下連接板固連；上連接板和下連接板平行，所 述履帶形金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。
2.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板是鋼 板、鉛板或形狀記憶合金板。
3.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板碾壓 方向的兩側(cè)對稱。
4.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板寬度 方向的兩側(cè)對稱。
5.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板高度 方向的兩側(cè)對稱。
6.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時，履帶形金屬板之間沿長度方向間隔的順序設置。
7.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板有兩 塊或兩塊以上時，履帶形金屬板之間沿寬度方向間隔的設置。
8.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，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(jié)構(gòu)相連的連接機構(gòu)，所述連接機構(gòu)是通孔、螺紋孔或帶有安裝孔 的耳孔。
9.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，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(jié)構(gòu)連接；或上連接板上端通過一個輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接；或下 連接板下端通過一個輔助支架與建筑結(jié)構(gòu)連接，且上連接板上端通過另一個輔助支架與建 筑結(jié)構(gòu)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的履帶式金屬耗能阻尼器，其特征在于，所述履帶形金屬板與上 連接板和下連接板固連的方式是采用焊接或螺栓連接。
專利摘要履帶式金屬耗能阻尼器屬于土木工程結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁工程中設置于橋墩與梁板間的構(gòu)件或建筑結(jié)構(gòu)耗能構(gòu)件，尤指一種用于減震耗能的金屬阻尼器。其特征在于，核心金屬耗能元件采用至少一塊通過連續(xù)碾壓實現(xiàn)彎曲變形從而耗能的履帶形金屬板，履帶形金屬板的兩端彎曲，中部平直；履帶形金屬板的上表面與所述上連接板固連，下表面與下連接板固連；上連接板和下連接板平行，履帶形金屬板的碾壓方向與建筑結(jié)構(gòu)承受剪切力的方向一致。本實用新型的結(jié)構(gòu)新穎合理，易于加工，使用方便靈活，適用性強，可以有效提高建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的市場推廣和應用前景。
文檔編號E01D19/04GK201826255SQ201020551488
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者嚴紅, 潘鵬 申請人:清華大學